一种废旧圆柱形电池自动连续拆解设备
技术领域
本发明属于电池回收加工设备技术领域,具体涉及一种废旧圆柱形电池自动连续拆解设备。
背景技术
动力电池回收量大、紧迫、环保要求高、压力大,有效解决废旧动力电池回收处理过程中的环保问题和回收利用问题是当务之急。
目前都是采用破碎筛分工艺进行处理,存在的主要问题是:粉碎过程易爆,存在巨大安全隐患,曾多次发生着火爆炸事故,造成人员伤亡;并且产生的物料中,各种杂质含量高,回收成本大、产生大量的废渣废水、酸碱用量大,对应环境不利影响大,操作环境和条件差。现有技术中公开有申请号为“CN202111388424.6 、名称为“一种废旧动力锂离子电池精细化拆解回收方法”的专利文献,该方法可以解决上述问题;同时该方法中需要将电池进行预先精细化拆解,目前尚无相应的连续、自动化生产设备。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的问题,提供一种废旧圆柱形电池自动连续拆解设备;该设备可以自动、连续地完成圆柱电池壳体与电芯的分离。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种废旧圆柱形电池自动连续拆解设备,包括机架、设在机架上用于将电池端头切割形成无端头电池的端头切割装置、设在机架上且与端头切割装置排料端连接的脱壳装置;所述脱壳装置包括设在机架上的架体、设在架体上的无端头电池输送机构、设在架体上用于将无端头电池举升夹固的举升对中机构、位于架体一侧并与举升对中机构配合将无端头电池电芯侧向顶出的顶芯机构、位于无端头电池输送机构上方用于将无端头电池脱芯后的壳筒带入无端头电池输送机构上的推壳机构,以及设在无端头电池输送机构输送方向前后侧的来料输送机构和壳体收集装置。
进一步,所述无端头电池输送机构包括通过铰接轴铰接在架体内的转动槽轮、设在架体上并与铰接轴连接的驱动机构;所述转动槽轮外圆周均布多个用于容纳无端头电池的定位槽,所述定位槽的长度小于无端头电池的长度。
进一步,所述举升对中机构包括设在架体上且位于转动槽轮下方的举升气缸、设在举升气缸输出轴上的举升叉和设在架体上并与举升叉配合的定位卡槽;所述举升叉夹持在转动槽轮两侧,所述举升叉两侧臂顶端设有弧形支撑槽,所述弧形支撑槽位于处在转动槽轮顶端的定位槽的正下方,所述弧形支撑槽与定位卡槽上下对应用于无端头电池的夹固。
进一步,所述顶芯机构包括设在机架上的顶芯油缸和设在顶芯油缸输出轴上的顶芯杆和设在架体上并与顶芯杆配合的顶芯通孔;所述顶芯油缸横向布设,所述顶芯杆可贯穿顶芯通孔并作用于定位卡槽与弧形支撑槽所形成的夹持空间内。
进一步,所述推壳机构包括推壳油缸和设在推壳油缸输出轴上的推壳座;所述推壳座上并排设有圆形推杆和横向截面呈T型的推板,所述推板下端边沿设有弧形剪切槽,所述架体上设有适配推杆和推板的导轨孔,所述推杆和推板下行后位于定位卡槽两端,所述推板与顶芯通孔端部处的架体侧壁贴合。
进一步,所述端头切割装置包括设在机架上的定位夹固机构、位于定位夹固机构一侧的送料机构、设在定位夹固机构上方的端头切割机构、设在定位夹固机构两端的无端头电池卸料输送机构、设在定位夹固机构下侧的端头收集装置。
进一步,所述定位夹固机构包括设在机架上的固定块、设在固定块上侧的气动夹固机构和设在固定块一侧的定位对中机构;所述固定块上设有横向贯通的贯通孔,贯通孔底壁呈弧形并构成下弧形定位槽,固定块一侧设有与贯通孔连通的进料口;所述气动夹固机构包括夹紧气缸和设在夹紧气缸输出轴上设有压覆块,所述压覆块位于贯通孔内并与下弧形定位槽对应;所述定位对中机构包括轴向定位气缸和设在轴向定位气缸输出轴上设有定位叉;所述定位叉侧向贯穿固定块并作用于下弧形定位槽,所述定位叉内壁面呈V型开口状。
进一步,所述端头切割机构包括端盖剪切油缸和设在端盖剪切油缸输出轴上的切割刀;所述切割刀包括并排间隔布设的两个刀板,所述固定块上设有适配刀板的导向刀孔,所述导向刀孔纵向贯通固定块,所述刀板下行时作用于下弧形定位槽。
进一步,所述无端头电池卸料输送机构包括位于贯通孔一端的顶出机构、设在贯通孔另一端的第一皮带输送机或振动送料机;所述顶出机构包括顶出气缸和设在顶出气缸输出轴上的顶杆;所述顶杆作用在贯通孔处。
进一步,该设备还包括电芯切分装置,所述电芯切分装置包括与脱壳装置配合的切分座、位于切分座上方的电芯切割机构、设在切分座一端的松散电芯收集装置。
进一步,所述切分座包括设在机架上的固定座、设在固定座一端的导料管;所述固定座上设有横向贯通的加工孔,所述导料管一端对接在加工孔处、另一端与脱壳装置排电芯端连接。
进一步,所述电芯切割机构包括纵向布设的切芯油缸和设在切芯油缸输出轴上的切割刀板;所述固定座上设有与切割刀板配合的刀槽,所述刀槽纵向贯通固定座并与加工孔相交。
进一步,所述送料机构包括振动盘或第二皮带输送机及提升排序机,以及对应在振动盘或第二皮带输送机及提升排序机排料端的第一导料槽、位于第一导料槽一端的第一顶料气缸;所述第一顶料气缸的输出轴上设有第一顶块。
进一步,所述来料输送机构包括第二导料槽、位于第二导料槽一端的第二顶料气缸;所述第二顶料气缸的输出轴上设有第二顶块。
进一步,所述端头收集装置、壳体收集装置和松散电芯收集装置均包括第三皮带输送机。
进一步,所述机架包括底座和顺次设在底座上的端头切割固定架、脱壳固定架、电芯切分固定架。
进一步,该设备还包括设在机架上的液压站和气控阀,以及与执行构件连接的控制柜。
本发明的有益效果是:
1、本发明将圆柱形电池的端头切割、壳体电芯分离和电芯切分松散工艺过程整合到一台设备上,实现自动连续加工;利于提高加工效率,同时自动化程度高;
2、本发明进行电池端头切割过程中,利用固定块对电池进行初始定位,然后利用轴向定位气缸上的定位叉调整电池在下弧形定位槽的轴向位置,通过夹紧气缸与下弧形定位槽的配合固定电池本体,切割刀下行剪切电池本体的端头,端头下压经导向刀孔下排;该切割过程可实现电池本体的精准调位,确保电池本体两端能够精准被切割掉;
3、本发明进行脱壳操作过程中,利用转动槽轮获取无端头电池并调整无端头电池位置,然后利用举升叉将电池举升并与定位卡槽配合实现夹固目的,通过顶芯机构将电芯顶出;利用推壳机构下行将卡在定位卡槽上的壳筒下推至转动槽轮的定位槽内,随着转动槽轮的转动,壳筒下落脱离;推壳机构下行动作还具有切割功能,可将壳筒与电芯黏连处切段,确保壳筒与电芯有效分离;
4、本发明进行松散操作过程中,利用切割刀板将位于加工孔内的电芯沿径向切断,实现电芯松散,方便电芯回收工艺处理。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图;
图2为图1中端头切割装置的结构示意图;
图3为图1中端头切割装置的另一视角结构示意图;
图4为图1中脱壳装置的结构示意图;
图5为图1中脱壳装置的另一视角结构示意图;
图6为脱壳装置中转动槽轮的结构示意图;
图7为脱壳装置中举升叉的结构示意图;
图8为脱壳装置中推板的结构示意图;
图9为脱壳装置中支撑架的俯视结构示意图;
图10为图1中电芯切分装置的结构示意图;
图11为图1中电芯切分装置的另一视角结构示意图;
图12为本发明俯视结构示意图;
图13为本发明的系统控制原理图。
其中,1-机架;2-端头切割装置;3-脱壳装置;4-电芯切分装置;5-底座;6-端头切割固定架;7-脱壳固定架;8-电芯切分固定架;9-固定块;10-夹紧气缸;11-轴向定位气缸;12-贯通孔;13-下弧形定位槽;14-压覆块;15-上弧形定位槽;16-定位叉;17-端盖剪切油缸;18-切割刀;19-导向刀孔;20-第一皮带输送机;21-顶出气缸;22-顶杆;23-导槽;24-第三皮带输送机;25-振动盘;26-第一导料槽;27-第一顶料气缸;28-第一顶块;29-架体;30-转动槽轮;31-容纳通孔;32-铰接轴;33-定位槽;34-举升气缸;35-举升叉;36-定位卡槽;37-弧形支撑槽;38-推壳油缸;39-推壳座;40-推杆;41-推板;42-顶芯油缸;43-顶芯杆;44-顶芯通孔;45-第二导料槽;46-第二顶料气缸;47-第二顶块;48-固定座;49-导料管;50-加工孔;51-切芯油缸;52-切割刀板;53-控制柜;54-液压站;55-气控阀;56-驱动机构。
具体实施方式
以下结合附图对发明优选实施例进行说明。
如图1至13所示,一种废旧圆柱形电池自动连续拆解设备;该设备包括机架1、端头切割装置2、脱壳装置3和电芯切分装置4。机架1提供基础支撑和固定作用;端头切割装置2用于将圆柱形电池的两端切割去除;脱壳装置3用于将壳筒和电芯进行分离;电芯切分装置4用于将电芯沿长度方向切割,使之松散。
参看图1,机架1包括底座5和顺次设在底座5上的端头切割固定架6、脱壳固定架7、电芯切分固定架8;底座5呈框架结构内部中空,用于放置液压站54、气控阀等设备;底座5上端面呈平板转或格构状;端头切割固定架6、脱壳固定架7、电芯切分固定架8均为框架结构并安装在底座5上端面。
参看图1、2、3和12,端头切割装置2包括用于电池本体初始定位调位的定位夹固机构、用于向定位夹固机构输送电池本体的送料机构、用于配合定位夹固机构对电池端头进行切割的端头切割机构、用于切割端头后电池卸料外排的无端头电池卸料输送机构和用于切割后端头收集的端头收集装置。
其中,定位夹固机构包括固定块9、气动夹固机构和定位对中机构。固定块9上设有横向贯通的贯通孔12,贯通孔12底壁呈弧形并构成下弧形定位槽13,下弧形定位槽13与电池本体外形相适配,固定块9一侧设有与贯通孔12连通的进料口。气动夹固机构包括夹紧气缸10和设在夹紧气缸10输出轴上设有压覆块14;夹紧气缸10设在固定块9上侧;压覆块14位于贯通孔12内并与下弧形定位槽13对应,压覆块14的下端面设有与下弧形定位槽13相配合的上弧形定位槽15,利用上弧形定位槽15和下弧形定位槽13的夹持配合实现电池本体的固定。定位对中机构包括轴向定位气缸11和设在轴向定位气缸11输出轴上的定位叉16;轴向定位气缸11设在端头切割固定架6上并位于固定块9侧方向;定位叉16侧向贯穿固定块9并截断下弧形定位槽13,所述形成的夹持区域用于容纳电池本体;定位叉16内壁面呈V型开口状,当电池本体置于下弧形定位槽13后,定位叉16横向移动并利用V型开口状结构促使电池本体位于下弧形定位槽13长度方向的居中位置处,实现定位对中作用。
其中,端头切割机构包括端盖剪切油缸17和设在端盖剪切油缸17输出轴上的切割刀18。切割刀18包括并排间隔布设的两个刀板,刀板下边沿开设刀刃;固定块9上设有适配刀板的导向刀孔19,导向刀孔19纵向贯通固定块9,刀板下行时作用于下弧形定位槽13,同时对应电池本体的两端;切割产生的端头经导向刀孔19向下排出,导向刀孔19可以兼做排料孔。
其中,无端头电池卸料输送机构包括位于贯通孔12一端的顶出机构、设在贯通孔12另一端的第一皮带输送机20或振动送料机;振动送料机可以是圆盘振动送料机,也可是直线振动送料机;顶出机构包括固定在端头切割固定架6上的顶出气缸21和设在顶出气缸21输出轴上的顶杆22;顶杆22作用在贯通孔12处,顶杆22延伸动作过程中可将无端头电池推送至第一皮带输送机20的一端;第一皮带输送机20安装在端头切割固定架6和脱壳固定架7之间,第一皮带输送机20采用窄皮带,皮带两侧设置侧挡板,确保无端头电池首尾对接直线输送。
其中,端头收集装置包括设在端头切割固定架6上并位于固定块9下方的导槽23和设在机架1上并横向布设的第三皮带输送机24;端头经导槽23滑落至第三皮带输送机24上并被集中输送至外置的收集筒内。
其中,送料机构包括设在底座5上的振动盘25或第二皮带输送机及提升排序机,以及对应在振动盘25或第二皮带输送机及提升排序机排料端的第一导料槽26、位于第一导料槽26一端的第一顶料气缸27;第一导料槽26设在端头切割固定架6上并对接固定块9上的进料口;第一顶料气缸27的输出轴上设有第一顶块28,第一顶块28沿第一导料槽26直线动作并将电池本体推送至下弧形定位槽13内。
参看图1、4、5、6、7、8、9和12,脱壳装置3包括设在脱壳固定架7上的架体29,用于实现无端头电池承接、调位和壳筒外排的无端头电池输送机构、设在架体上用于将无端头电池举升夹固的举升对中机构、位于架体一侧并与举升对中机构配合将无端头电池电芯侧向顶出的顶芯机构、位于无端头电池输送机构上方用于将无端头电池脱芯后的壳筒带入无端头电池输送机构上的推壳机构,以及设在无端头电池输送机构输送方向前后侧的来料输送机构和壳体收集装置。
其中,无端头电池输送机构包括转动槽轮30和驱动机构56;架体29整体呈方块状中部形成有横向贯通的容纳通孔31;转动槽轮30位于容纳通孔31内。转动槽轮30两端面设有铰接轴32并铰接在架体29上,转动槽轮30外圆周面上均多个定位槽33,定位槽33的长度小于无端头电池的长度,定位槽33用于支撑无端头电池;驱动机构56设在架体29上并与铰接轴32传动连接,驱动机构56可采用伺服电机或采用连接有减速箱的步进电机,用以驱动转动槽轮30转动;当采用步进电机时另一铰接轴32上可设置触发盘体并与电磁接近开关配合,实现转动槽轮30按固定角度旋转。
其中,举升对中机构包括举升气缸34、设在举升气缸34输出轴上的举升叉35和设在架体上并与举升叉35配合的定位卡槽36;举升气缸34设在架体29下端,举升叉35位于容纳通孔31内,举升叉35的两侧臂夹持转动槽轮30两端面,举升叉35上设有适配铰接轴32的滑孔,举升叉35的两侧臂顶端设有弧形支撑槽37,弧形支撑槽37位于处在转动槽轮30顶端的定位槽33的正下方;架体29上举升叉35对应的上侧内壁处设置定位卡槽36,定位卡槽36与弧形支撑槽37上下对应并用于无端头电池的夹固;举升叉35上行时与定位卡槽36配合实现无端头电池的夹持固定。
其中,推壳机构包括推壳油缸38和设在推壳油缸38输出轴上的推壳座39;推壳油缸38设在脱壳固定架7,推壳座39上并排设有圆形推杆40和横向截面呈T型的推板41;推板41下端边沿设有弧形剪切槽,架体29上设有适配推杆40和推板41的导轨孔,推杆40和推板41下行后位于定位卡槽36两端,推板41与架体29上顶芯通孔44端部处的架体壁面贴合,当壳筒与电芯仍有连接而未能有效分离时可利用推板41与顶芯通孔44配合进行剪切,确保壳筒和电芯有效分离。
其中,顶芯机构包括顶芯油缸42、设在顶芯油缸42输出轴上的顶芯杆43和设在架体29上并与顶芯杆43配合的顶芯通孔44;顶芯油缸42设在脱壳固定架7上并横向布设;顶芯通孔44与定位卡槽36两端对应,顶芯杆43可贯穿顶芯通孔44并作用于定位卡槽36与弧形支撑槽37所形成的夹持空间内。
其中,壳体收集装置和端头收集装置结构相近,同样包括导槽23和与导槽23配合的第三皮带输送机24,导槽23固定在脱壳固定架7上并对应在转动槽轮30侧方向,第三皮带输送机24设在机架1上。
其中,来料输送机构包括第二导料槽45、位于第二导料槽45一端的第二顶料气缸46;第二导料槽45设在脱壳固定架7上,第二顶料气缸46设在脱壳固定架7上,第二顶料气缸46的输出轴上设有第二顶块47,第二顶块47在第二导料槽45上直线动作,实现无端头电池向转动槽轮30送料。
参看图1、10、11和12,电芯切分装置4包括与脱壳装置配合的切分座、位于切分座上方的电芯切割机构和设在切分座一端的松散电芯收集装置;切分座用于承接电芯并配合电芯切割机构实现电芯切割;松散电芯收集装置用于松散后电芯的集中收集。
其中,切分座包括设在电芯切分固定架8上的固定座48和设在固定座48一端的导料管49;固定座48上设有横向贯通的加工孔50;导料管49一端对接在加工孔50、另一端对接架体29上的顶芯通孔44。
其中,电芯切割机构包括纵向布设的切芯油缸51和设在切芯油缸51输出轴上的切割刀板52;切芯油缸51设在电芯切分固定架8上;固定座48上设有与切割刀板52配合的刀槽,刀槽纵向贯通固定座48并与加工孔50相交。
其中,松散电芯收集装置包括第三皮带输送机24,第三皮带输送机24一端置于固定座48下方。
该设备还包括设在机架1上或外置于机架1的控制柜53,以及液压站54和气控阀55。利用控制柜53对执行部件进行综合控制、利用液压站54给液压构件提供动力,利用气控阀55给气动构件提供动力。具体的,控制柜53内置有PLC控制器,控制柜53可独立布设,也可置于该设备的机架1上;PLC控制器53分别与液压站54、气控阀55、振动盘25连接、第一皮带输送机20、第三皮带输送机24和驱动机构56连接;液压站54上设有液压换向阀组并分别与端盖剪切油缸17、推壳油缸38、顶芯油缸42和切芯油缸51连接;气控阀55包括通往各个气动元件(气缸)的电磁换向阀组,气控阀55分别与夹紧气缸10、轴向定位气缸11、第一顶料气缸27、第二顶料气缸46、顶出气缸21和举升气缸34连接;气控阀55与加工车间设置的气站连接或与加工车间设有的空压机连接;PLC控制器还与液压换向阀组连接,用以控制相应的油缸动作。该设备中的油缸和气缸进行动作控制时,均利用电磁接近开关、光电开关等传感器与油缸和气缸上对应的测位点的配合进行检测采集信号,输入给PLC控制器,PLC控制器按设定的程序输出控制指令,实现对油缸和气缸的精准控制。
本发明的工作过程及原理是:
以振动盘25作为送料机构的构件为例进行说明;圆柱电池置于振动盘25上,振动盘25在控制柜53的控制下运转,将圆柱形电池排入第一导料槽26内。第一导料槽26处设有来料检测用的电磁接近开关并接入控制柜53内,当圆柱形电池进入第一导料槽26后触发来料检测电磁接近开关,控制柜53接收到来料检测电磁接近开关的触发信号后控制端头切割装置2进行端头切割操作。具体的端头切割操作是:控制柜53通过气控阀55控制第一顶料气缸27动作,第一顶块28将圆柱形电池顶入下弧形定位槽13内,第一顶块28复位;控制柜53控制轴向定位气缸11动作,定位叉16横移过程中利用自身V型开口的特点使圆柱形电池的电池本体在下弧形定位槽13中沿槽长度方向移动,进而使电池本体定位到下弧形定位槽13中部位置,该位置利于刀板精准切割到电池本体两端;定位叉16对电池本体定位后复位;控制柜53控制夹紧气缸10动作,压覆块14下行并利用自身的上弧形定位槽15与下弧形定位槽13进行配合,实现电池本体的夹固;控制柜53通过液压站54上设置的液压换向阀组控制端盖剪切油缸17动作,刀板沿导向刀孔19下行,下行过程中与压覆块14两端侧壁配合在下弧形定位槽13和上弧形定位槽15位置处产生剪切作用,将电池本体的两个端头切掉,端头沿导向刀孔19下落,经导槽23导向后通过第三皮带输送机24被汇集收集至端部的收集筒内;刀板完成剪切动作后上行复位,然后压覆块14上行复位;此时完成一次端头切割操作;通过控制柜53的定时控制,一定时间后再次进行端头切割操作。端头切割操作完成后,控制柜53控制顶出气缸21动作,顶杆22横移通过贯通孔12将无端头电池顶出至第一皮带输送机20,然后顶杆22复位;控制柜53控制第一皮带输送机20将无端头电池直线运输至来料输送机构的第二导料槽45处,第二导料槽45上设有另一来料检测用的电磁接近开关,无端头电池进入第二导料槽45后另一来料检测电磁接近开关触发,进入脱壳操作工艺。进行脱壳操作时,另一来料检测电磁接近开关触发,控制柜53控制第二顶料气缸46动作,第二顶块47将无端头电池顶至转动槽轮30处;控制柜53通过驱动机构56控制转动槽轮30旋转一定角度并利用定位槽33拾取无端头电池,待定位槽33将无端头电池举升至转动槽轮30高位后停止;控制柜53控制举升气缸34动作,举升叉35上行并利用弧形支撑槽37将无端头电池进一步举升,并与定位卡槽36上下配合,实现无端头电池夹固,此时无端头电池对应在顶芯通孔44轴心线处;控制柜53控制顶芯油缸42动作,顶芯杆43沿顶芯通孔44轴心线移动,电芯被推送至顶芯通孔44外侧,并进入导料管49内,顶芯杆43复位;控制柜53控制推壳油缸38动作,圆形推杆40和推板41沿导轨孔下行,将卡在定位卡槽36内的壳筒下推,使壳筒落入定位槽33内;推板41横截面呈T型,且下端设有适配壳筒的弧形剪切槽,推板41下移过程中与顶芯通孔44端部对应的壁面贴合并形成剪切作用,对壳筒和电芯未完全分离情况实现剪切分离,确保壳筒和电芯分离彻底;推板41和推杆40动作后复位,控制柜53控制转动槽轮30继续旋转一定角度,当载有壳筒的定位槽33转动邻近90度或大于90度后壳筒在重力作用下掉落,并落至相应的第三皮带输送机24上,并在第三皮带输送机24作用下被汇集收集至位于端部的收集筒内;当推板41和推杆40复位后或一定时间后,如另一来料检测电磁接近开关处于触发转态则重复上述动作,再次进行脱壳操作。脱壳操作完成后进行电芯松散操作,具体过程是:脱壳操作进行过程中后续的电芯挤压前侧的电芯在导料管49内移动,并移动至加工孔50内;控制柜53控制切芯油缸51动作,切割刀板52往复升降移动,对电芯沿轴向实施切割,切割后的电芯在后续电芯作用下被顶出并落入相应的第三皮带输送机24上,第三皮带输送机24将松散的电芯汇集收集至位于端部的收集筒内。本发明将圆柱形电池进行物理拆解,使圆柱形电池被拆解为端头材料、壳筒材料和松散状态的电芯材料,利于对电芯材料进一步实施回收操作;整个加工过程无粉尘、加工连续、自动化程度高。