可自锁的双重量平衡吊电池夹具设计 苏开华 程国飞 吴磊摘要：动力电池是汽车的核心部件，生产加工及搬运过程的不慎跌落都会影响到电池的质量，而长期的人工徒手搬运难免会出现类似状况，因此采用双重量平衡吊搬运电池是非常必要的文章以某款动力电池为例，设计双重量平衡吊用电池夹具根据电池结构分析了定位夹紧的注意点同时设计了相应的夹具结构、气路控制，并阐述了工作原理，对关键的结构进行了强度校核笔者为类似的电池夹具设计提供了参考关键词：夹具;自锁;动力电池：TG75：A：1001-5922（2020）06-0145-030 引言动力电池是汽车的核心部件[1-3]，生产加工及搬运过程的不慎跌落都会影响到电池的质量而如果靠人工手动搬运电池，由于电池重量重，流水线生产节奏陕，长期的弯腰搬运一方面会损害工人的身体健康[4-6]，另一方面，难免会因为工作疲劳造成工作失误，降低了产品质量及工作效率因此设计一款搬运工具帮助工人搬运动力电池是非常有必要的平衡吊作为目前应用最广泛的搬运工具之一[7-9]，可以很好的解决动力电池的搬运问题由于电池具有固定的重量，每次搬運的重量基本相同，因此采用双重量平衡吊搬运是非常合适的[10]。
而如何设计一款与平衡吊相互配合，适用于动力电池搬运的夹具则是本文需要解决的1 电池的整体结构分析电池的整体结构如图1所示，长宽高约为320mmx 200mmxlOOmm，外壳材料为PA66电池的前后两侧面各有一个矩形凹槽，长宽深为45mmx10mmx8mm，左右两侧各有一个柱孔，孔的直径为8mm，整体重量约为lOkg分析电池的整体结构基本可以确定前后的矩形凹槽用于夹具的夹紧，孔1和孔2用于夹具的导向定位夹具夹进凹槽时，应该具有自锁功能，防止夹紧突然松脱造成电池跌落同时，为了防止夹紧力过大破坏电池，夹爪不能对电池有长度方向的夹紧力2 电池夹具的结构设计2.1 夹具整体结构夹具的整体结构如图2所示，主要结构包括：夹具握手架、控制盒、机械阀、定位柱、气缸、导向柱、夹爪、基板、夹爪拉杆它是为满足夹紧图1所示的电池并能够自锁夹爪设计的2.2 自锁原理如图3所示为去除夹具握手架、控制盒后的夹具俯视图夹爪拉杆的一端连接夹爪，另一端固定有滚轮，滚轮嵌入平面凸轮的凹槽内，平面凸轮与气缸的杆端相连当气缸伸长时，平面凸轮向上运动，滚轮沿着平面凸轮的凹槽由中心运动至两端，距离增大，夹爪松开当气缸缩短时，平面凸轮向下运动，滚轮沿着平面凸轮的凹槽由两端运动至中心，距离减小，夹爪夹紧。
而不管是松开还是夹紧，夹爪拉杆的轴向始终都是垂直于平面凸轮的凹槽壁面，因而夹爪上无论多大的力也无法推动平面凸轮动作，从而保证了夹爪的自锁同时，设计夹爪尺寸时，夹爪夹紧，两夹爪可以伸进电池的矩形凹槽，但又离电池壁面有Imm的间隙，从而保证了电池不受夹持力3 气路控制及工作原理3.1 气路控制图为了保证夹具能够正常工作，夹具需要实现先定位后夹紧功能设计了如图4所示的夹具内部气路控制图 其中，实线部分为主气道，虚线部分为信号气道0、1两路为进气路，0路为气源，1路为平衡吊返馈信息给夹具的气路，2、3两路为出气路，均由夹具反馈信号给平衡吊3.2 工作原理夹具向下夹电池，夹具两端的导向柱套人电池两端的导向定位孔，当夹具压至合适位置时，定位柱底端触碰电池平面，顶端触碰机械阀，即气路控制图标识的两个机械阀，此时夹具与电池的定位完成，夹具可以开始操作夹紧，双手同时按压按钮阀或按钮阀，两位五通气控阀动作，气缸前端进气，气缸缩短，夹具夹紧同时，气源经两位五通气控阀、两位三通气控阀、路气道反馈“已夹紧电池”的信号给平衡吊，可以切换至负载模式当搬运至合适位置时，按压按钮，气源经路气道反馈“准备松开夹具”的信号给平衡吊，平衡吊葫芦内部气压下降，绳索缓慢下降，当电池安放至有水平面支撑时，平衡吊内部葫芦气压降至某一定值，路气道收到平衡吊反馈回的信号，两位通气控阀动作至另一端，气缸伸长，夹具松开。
4 关键结构的强度校核夹爪和基板为结构的受力薄弱零件，需要进行强度的校核如图5所示为夹爪一端受力，两孔固定时的应力图夹爪采用304不锈钢材质钣金而成，屈服应力为185MPa，此时的最大应力为34.6 MPa，满足强度要求如图6所示为受力时的应力图基板同样采用304不锈钢材质钣金而成，屈服应力为185MPa，此时的最大应力为40.3 MPa，满足强度要求5 实践与结论本夹具已经实际应用于某动力电池生产线，从现场操作者的反馈看，可以满足需求，大大的降低他们的劳动强度，保证了动力电池的生产品质文章围绕某一动力电池的夹具设计进行展开，具体总结如下：1）分析电池的整体结构，确定了夹具对应的导向定位孔、夹紧位置;2）设计了夹具的整体结构及分析了夹具结构自锁的原理;3）设计了夹具的气路控制图并对夹具工作原理进行了分析;4）对夹具关键零部件进行了强度校核，满足结构要求参考文献[1]连湛伟.石欣，克潇，等，电动汽车充换电站动力电池全寿命周期检测管理系统[J].电力系统保护与控制，2014，42（12）： 137-142.[2]刘真通.基于模型的纯电动车辆动力系统故障诊断研究[D].北京：北京理工大学，2016.[3]王喜明，插电式混合动力城市客车动力系统匹配与控制优化研究[D].北京：北京理工大学，2015.[4]王泳朝，汽车装配工人肌肉骨骼疾患危害程度评价研究[D].长沙：湖南大学，2014.[5]吴家兵，某汽车制造厂工人肌肉骨骼疾患调查及危险因素分析[D].武汉：华中科技大学，2013.[6]张鹏.汽车装配线人机工程与职业性疾病相关性研究[D].广州：华南理工大学，2012.[7]机电设备编辑部，气动平衡吊[J].机电设备，2001（03）.[8]甄久军，宋海潮，杨战民，等.一种新型智能气动平衡吊的设计[J].机床与液压，2016，44（22）：110-114+126.[9]支道光，省时省力定位准确的平衡吊[J].机械工艺师，1995（02）：43-44.[10]尹嵘，基于Fuzzy-PID控制的全程悬浮气动起吊系统技术研究[D].广州：华南理工大学，2017. -全文完-。