CN111403787B - 一种燃料电池电堆自动堆叠用抱具装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃料电池电堆自动堆叠用抱具装置，其特征在于，包括用于放置电堆的底板以及固连于底板上的背板，所述底板在背板前方设有多个横向间隔布置的固定基柱，所述背板上设有可横向开合、与电堆横向两侧配合限位的第一导向机构，所述第一导向机构在固定基柱前方设有可纵向运动的第二导向机构，所述第二导向机构、固定基柱与电堆纵向两侧配合限位，所述底板上还设有可将电堆竖向压紧的压紧机构。本发明通过第一导向机构的自动开合控制电堆横向尺寸，保持横向尺寸，再通过第二导向机构运动控制与固定基柱间的纵向尺寸，堆叠完毕后压紧机构将电堆竖向预压紧限位，便于电堆稳定移载至压紧工位。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池电堆堆叠，具体地指一种燃料电池电堆自动堆叠用抱具装置。
背景技术
当前燃料电池电堆堆叠多为手工堆叠，具体操作方法为装堆前先物料导向限位装置手工安装到位，该导向定位装置在堆叠过程中起到导向和限位的作用，然后人工按照电堆堆叠的指定顺序一片一片的叠装。考虑膜电极、双极板等物料堆叠数量较大，且相互位置要求较高，导向限位装置的间隙调整显得尤为重要，并且人工调整导向装置过程存在调整操作繁琐、耗时较长、人工调整要求高等缺点。
中国专利CN104835978A，名称为质子交换膜燃料电池电堆自动化装配系统，提出了一种燃料电池电堆从物料装配、压紧、固定、试漏整个电堆自动装配工艺系统，电堆自动装配时侧面无导向限位装置，它通过装配结束后横向活动机构对电堆物料进行规整处理。该方法未考虑电堆物料密封材料有极大的摩擦系数，如果物料自动装配时有部分物料相互位置关系不佳时，横向移动机构亦无法修正物料的相互位置，导致电堆压紧后密封不严，有泄漏风险。
中国专利CN102361093A，名称为钒电池装堆方法及钒电池装堆装置，该装堆方法和装堆装置以电堆物料的内定位孔进行定位，实现装配并压紧固定。该方法和装置未实现电堆物料自动堆叠，采用物料内定位孔定位需要在物料堆叠完后取出定位机构，定位机构一般直径较小难以保证直线度等精度，同时内定位方式难以实现物料自动堆叠。
中国专利CN105304925A，名称为一种燃料电池电堆装配装置，燃料电池电堆堆叠通过物料外轮廓定位，由限位部件、固定框及底板等构成，保证堆叠精度，但该装置限位装置需要手动安装和调节，无法适用自动化生产装配。
因此，需要开发出一种结构简单、操作方便、堆叠精度高的燃料电池电堆自动堆叠用抱具装置。
发明内容
本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种结构简单、操作方便、堆叠精度高的燃料电池电堆自动堆叠用抱具装置。
本发明的技术方案为：一种燃料电池电堆自动堆叠用抱具装置，其特征在于，包括用于放置电堆的底板以及固连于底板上的背板，所述底板在背板前方设有多个横向间隔布置的固定基柱，所述背板上设有可横向开合、与电堆横向两侧配合限位的第一导向机构，所述第一导向机构在固定基柱前方设有可纵向运动的第二导向机构，所述第二导向机构、固定基柱与电堆纵向两侧配合限位，所述底板上还设有可将电堆竖向压紧的压紧机构。
优选的，所述第一导向机构包括从背板背面横向两侧朝前延伸形成的L形的左主支架和右主支架，所述左主支架和右主支架前端分别设有第一基柱、第二基柱，所述背板背面上还设有第一驱动机构驱动左主支架和右主支架横向开合。
进一步的，所述第一驱动机构包括可转动的锥齿轮以及与锥齿轮传动连接的左主丝杠和右主丝杠，所述左主丝杠和右主丝杠横向设置于锥齿轮两侧，所述左主支架和右主支架上均设有主滑块与左主丝杠和右主丝杠螺纹传动。
更进一步的，所述背板背面设有U形支架，所述U形支架的两臂上下相对设置，所述U形支架在U形底部的外壁上设有快插接头，所述锥齿轮位于U形支架内通过轴承与快插接头连接传动。
更进一步的，所述背板背面在与左主支架和右主支架对应处均设有一组上下平行的主导轨，所述左主支架和右主支架上均设有一组主导槽，各组主导轨对应位于主导槽内限制左主支架和右主支架仅能横向运动。
进一步的，所述第二导向机构包括分别连接于左主支架和右主支架上L形的左副支架和右副支架，所述左副支架和右副支架前端横向相互靠近延伸且分别设有第三基柱、第四基柱，所述左副支架和右副支架通过第二驱动机构同步纵向运动。
更进一步的，所述第二驱动机构包括左主支架和右主支架上均设置的电机以及与各电机连接的前丝杠，所述左副支架和右副支架上均设有前滑块与同侧的前丝杠螺纹传动。
更进一步的，所述左主支架和右主支架前端均设有一组上下平行的副导轨，所述左副支架和右副支架上均设有一组副导槽，各组副导轨对应位于副导槽内限制左副支架和右副支架仅能纵向运动。
优选的，所述压紧机构包括设置于背板与固定基柱之间的多个旋转压紧气缸，各所述旋转压紧气缸的传动端连接有预压板。
进一步的，所述背板上设有多条竖向的肋板，所述旋转压紧气缸上设有水平连接板与肋板固连，所述水平连接板上设有直角缺口与肋板配合水平限位。
本发明的有益效果为：
1.通过第一导向机构的自动开合控制电堆横向尺寸，保持横向尺寸，再通过第二导向机构运动控制与固定基柱间的纵向尺寸，电堆物料在底板上堆叠时，第一导向机构、第二导向机构、固定基柱将其横向、纵向精确限位，堆叠完毕后压紧机构将电堆竖向预压紧限位，便于电堆稳定移载至压紧工位。
2.第一导向机构、第二导向机构可设置不同运动距离，从而适应不同的电堆不同物料尺寸的堆叠要求，无需手动安装调节，堆叠精度高。
3.第一导向机构中通过锥齿轮向左主丝杠和右主丝杠传动，左主丝杠和右主丝杠传动至主滑块实现左主支架和右主支架的横向开合，结构简单，传动稳定，可快速稳定实现横向尺寸的控制。第二导向机构中通过电机向副丝杠传动，副丝杠传动至副滑块实现左副支架和右副支架同步纵向运动，结构简单，传动稳定，可快速稳定实现纵向尺寸的控制。
4.能够辅助完成燃料电池双极板、MEA、端板等物料或集成部件的快速自动堆叠，保证堆叠过程中物料稳定和相互位置精度，并在堆叠成品转运过程中保证电堆的良好稳定性。
附图说明
图1为本发明结构示意图
图2为本发明结构示意图(省略电堆)
图3为本发明结构示意图(背后)
图4为本发明结构示意图(省略电堆、第一基柱、第二基柱、第三基柱、第四基柱)
图5为第一导向机构示意图
图6为第一导向机构侧视图
图7为第二导向机构示意图
图8为底板结构示意图
其中：1-电堆2-底板3-背板4-固定基柱(41-第五基柱42-第六基柱)5-第一导向机构6-第二导向机构7-压紧机构8-U形支架 9-快插接头10-齿轮21-槽31-肋板51-左主支架52-右主支架53- 第一基柱54-第二基柱55-左主丝杠56-右主丝杠57-锥齿轮58- 主导轨59-主导槽61-左副支架62-右副支架63-第三基柱64-第四基柱65-电机66-副丝杠67-副滑块68-副导轨69-副导槽71- 旋转压紧气缸72-预压板73-水平连接板74-直角缺口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1-7所示，本发明提供一种燃料电池电堆自动堆叠用抱具装置，包括用于放置电堆1的底板2以及固连于底板2上的背板3，底板2在背板3前方设有多个横向间隔布置的固定基柱4，背板2 上设有可横向开合、与电堆1横向两侧配合限位的第一导向机构5，第一导向机构5在固定基柱4前方设有可纵向运动的第二导向机构 6，第二导向机构6、固定基柱4与电堆1纵向两侧配合限位，底板 2上还设有可将电堆1竖向压紧的压紧机构7。本实施例中，横向为电堆1长度方向，约为图1中左右方向，纵向为电堆1宽度方向，约为图1中上下方向，以图1中靠近下方处为前方。
第一导向机构5包括从背板3背面横向两侧朝前延伸形成的L 形的左主支架51和右主支架52，左主支架51和右主支架52前端分别设有第一基柱53、第二基柱54，背板3背面上还设有第一驱动机构驱动左主支架51和右主支架52横向开合。
第一驱动机构包括可转动的锥齿轮57以及与锥齿轮57传动连接的左主丝杠55和右主丝杠56，左主丝杠55和右主丝杠56分别设置于锥齿轮57横向两侧，左主支架51和右主支架52上均设有主滑块与左主丝杠55和右主丝杠56螺纹传动。本实施例中，左主丝杠55和右主丝杠56端部均设有齿轮10与锥齿轮57配合传动，锥齿轮57转动时，左主丝杠55和右主丝杠56上的主滑块相互靠近或远离。
背板3背面设有U形支架8，U形支架8的两臂上下相对设置，锥齿轮57位于U形支架8内且通过轴承与U形支架8外部的快插接头9连接传动。快插接头9通过外部动力带动锥齿轮57转动。
背板3背面在与左主支架51和右主支架52对应处均设有一组上下平行的主导轨58，左主支架51和右主支架52上均设有一组主导槽59，各组主导轨58对应位于主导槽59内限制左主支架51和右主支架52仅能横向运动。本实施例中，左主丝杠55、右主丝杠 56、主导轨58、主导槽59均为横向设置。
第二导向机构6包括分别连接于左主支架51和右主支架52上L形的左副支架61和右副支架62，左副支架61和右副支架62前端横向相互靠近延伸且分别设有第三基柱63、第四基柱64，左副支架61和右副支架62通过第二驱动机构同步纵向运动。
第二驱动机构包括左主支架51和右主支架52上均设置的电机 65以及与各电机65连接的副丝杠66，左副支架61和右副支架62 上均设有副滑块67与同侧的副丝杠66螺纹传动。左副支架61和右副支架62上均设有一组上下平行的副导轨68，左主支架51和右主支架52前端均设有一组副导槽69，各组副导轨68位于副导槽 69内限制左副支架61和右副支架62仅能纵向运动。本实施例中，副丝杠66、副导轨68、副导槽69均为纵向设置。
第二导向机构6中，为保证第三基柱63、第四基柱64的高精度定位，除了电机65选用精度较高伺服电机驱动，还可增加光电传感器进行辅助定位，保证第三基柱63、第四基柱64与电堆物料之间间隙达到设定值。
压紧机构7包括设置于背板3与固定基柱4之间的多个旋转压紧气缸71，各旋转压紧气缸71的传动端连接有预压板72。背板3 上设有多条竖向的肋板31，旋转压紧气缸71上设有水平连接板73 与肋板31固连，水平连接板73上设有直角缺口74与肋板31配合水平限位。本实施例旋转压紧气缸71为两个，设置于背板3前方左右两侧。
本实施例中，固定基柱4为两个，为设置于底板2左右两侧的第五基柱41、第六基柱42。第一基柱53、第二基柱54、第三基柱 63、第四基柱64、第五基柱41、第六基柱42均为上端可伸缩的竖直部件。背板3的背面还设有快换盘，动力源或信号源设置在快换盘上，外部机构通过快换盘为抱具提供动力源、信号源、支撑力等。
如图8所示，底板2前端沿横向间隔开设了多个槽21，底板2 开槽方便实现电堆的存取，电堆完成堆叠后转运至压紧工位，底板开槽便于电堆压紧后快速脱离。底板2底面设有两个粗定位销孔，采用一面两销定位方式，实现整个抱具装置粗定位，抱具精定位通过相机实现。
本发明的工作原理为：
1)先将快插接头9与外部动力连接，第一导向机构5开始动作，锥齿轮57带动左主丝杠55和右主丝杠56转动，从而带动各自配合的主滑块横向相互靠近，左主支架51和右主支架52靠拢到达设定位置，第一基柱53、第二基柱54用于限定电堆物料的长度尺寸。
2)再将第二导向机构6左右两侧的电机65同步启动，左右两侧的副丝杠66转动后带动副滑块67朝后运动，最后到达指定位置，第三基柱63、第四基柱64、第五基柱41、第六基柱42用于限定电堆物料的宽度尺寸。
3)开始进行物料堆叠，完毕后各旋转压紧气缸71带动预压板72 旋转设定角度并向下压紧电堆。
4)电堆压紧打包完成后，各旋转压紧气缸71带动预压板72 旋转松开，回到原位，第二导向机构6动作使第三基柱63、第四基柱64朝前运动打开，第一导向机构5动作使第一基柱53、第二基柱54相互远离打开，回到原位。
Claims (7)
1.一种燃料电池电堆自动堆叠用抱具装置，其特征在于，包括用于放置电堆(1)的底板(2)以及固连于底板(2)上的背板(3)，所述底板(2)在背板(3)前方设有多个横向间隔布置的固定基柱(4)，所述背板(2)上设有可横向开合、与电堆(1)横向两侧配合限位的第一导向机构(5)，所述第一导向机构(5)在固定基柱(4)前方设有可纵向运动的第二导向机构(6)，所述第二导向机构(6)、固定基柱(4)与电堆(1)纵向两侧配合限位，所述底板(2)上还设有可将电堆(1)竖向压紧的压紧机构(7)；
所述第一导向机构(5)包括从背板(3)背面横向两侧朝前延伸形成的L形的左主支架(51)和右主支架(52)，所述左主支架(51)和右主支架(52)前端分别设有第一基柱(53)、第二基柱(54)，所述背板(3)背面上还设有第一驱动机构驱动左主支架(51)和右主支架(52)横向开合；
所述第一驱动机构包括可转动的锥齿轮(57)以及与锥齿轮(57)传动连接的左主丝杠(55)和右主丝杠(56)，所述左主丝杠(55)和右主丝杠(56)分别设置于锥齿轮(57)横向两侧，所述左主支架(51)和右主支架(52)上均设有主滑块与左主丝杠(55)和右主丝杠(56)螺纹传动；
所述第二导向机构(6)包括分别连接于左主支架(51)和右主支架(52)上L形的左副支架(61)和右副支架(62)，所述左副支架(61)和右副支架(62)前端横向相互靠近延伸且分别设有第三基柱(63)、第四基柱(64)，所述左副支架(61)和右副支架(62)通过第二驱动机构同步纵向运动。
2.如权利要求1所述的燃料电池电堆自动堆叠用抱具装置，其特征在于，所述背板(3)背面设有U形支架(8)，所述U形支架(8)的两臂上下相对设置，所述U形支架(8)在U形底部的外壁上设有快插接头(9)，所述锥齿轮(57)位于U形支架(8)内通过轴承与快插接头(9)连接传动。
3.如权利要求1所述的燃料电池电堆自动堆叠用抱具装置，其特征在于，所述背板(3)背面在与左主支架(51)和右主支架(52)对应处均设有一组上下平行的主导轨(58)，所述左主支架(51)和右主支架(52)上均设有一组主导槽(59)，各组主导轨(58)对应位于主导槽(59)内限制左主支架(51)和右主支架(52)仅能横向运动。
4.如权利要求1所述的燃料电池电堆自动堆叠用抱具装置，其特征在于，所述第二驱动机构包括左主支架(51)和右主支架(52)上均设置的电机(65)以及与各电机(65)转动端连接的副丝杠(66)，所述左副支架(61)和右副支架(62)上均设有副滑块(67)与同侧的副丝杠(66)螺纹传动。
5.如权利要求1所述的燃料电池电堆自动堆叠用抱具装置，其特征在于，所述左主支架(51)和右主支架(52)前端均设有一组上下平行的副导轨(68)，所述左副支架(61)和右副支架(62)上均设有一组副导槽(69)，各组副导轨(68)对应位于副导槽(69)内限制左副支架(61)和右副支架(62)仅能纵向运动。
6.如权利要求1所述的燃料电池电堆自动堆叠用抱具装置，其特征在于，所述压紧机构(7)包括设置于背板(3)与固定基柱(4)之间的多个旋转压紧气缸(71)，各所述旋转压紧气缸(71)的传动端连接有预压板(72)。
7.如权利要求6所述的燃料电池电堆自动堆叠用抱具装置，其特征在于，所述背板(3)上设有多条竖向的肋板(31)，所述旋转压紧气缸(71)上设有水平连接板(73)与肋板(31)固连，所述水平连接板(73)上设有直角缺口(74)与肋板(31)配合水平限位。
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