新能源汽车生产线电池包移载设备研制与应用

刘 振 贾昕宇 侯 强 张岩军

（1.山西晋中理工学院 智能制造与车辆学院，晋中 030600；2.东杰智能科技集团股份有限公司，太原 030032；3.中电建建筑集团有限公司，北京 100120）

随着新能源汽车产业规模不断壮大和市场需求日益增加，其主要核心产品电池包生产及装配工艺越来受到汽车生产企业的重视[1-2]。在总装生产车间，电池包与车身合装工艺及装配受到众多学者的广泛研究，但是对电池包移载设备的研究较少。以某总装车间电池包输送为研究对象，研发设计了电池包在输送线与装配线的自动移载设备，通过分析设备工艺要求、整体布局及生产节拍等，得知该移载设备结构合理、运行可靠，经过试验运行及试生产可以满足用户使用要求，可为新能源汽车电池包输送移载的使用提供参考。

1 电池包移载设备工艺研究及整体方案设计

电池包移载设备位于汽车总装车间电池包输送线，主要工艺流程如下。使用KBK 电动葫芦系统将电池包吊装到辊床输送线托盘上，通过电池包自动移载装置将带有托盘的电池包转载至车身随行自动导向车（Automated Guided Vehicle，AGV）平台上，通过AGV 举升机构完成电池包与车身的合装。工艺要求电池包质量小于1 000 kg，生产节拍为70 J·h-1，转接工位不超过48 s。

1.1 电池包托盘设计

根据电动汽车生产需求，电池包共有多款生产型号。为满足不同电池包尺寸及限位要求，设计一种可以自动调节限位的托盘，如图1 所示，主要由框架、支撑及限位组成[3-4]。由于电池包种类较多，将Y向两侧限位杆通过连杆转臂连接，可以实现单侧操作同时控制两侧限位的目的，减少人员操作工序。通过标记不同电池包对应X、Y向限位位置，实现单托盘多型号电池包通用。

图1 电池包托盘

1.2 电池包移载设备工艺分析

电池包托盘合装工艺路线如图2 所示，通过电池包移载设备将电池包从辊床输送线转送至电池包合装输送线。

图2 电池包托盘合装工艺路线

电池包移载工艺过程：托盘（带电池）进入转接点→吊具下降到位→托盘抱臂合拢→吊具带托盘（带电池）上升到位→移载解锁→移载装置行至AGV 转接工位→移载定位→吊具下降到位→移载抱臂打开→吊具上升到位→移载解锁→移载装置行至辊床线转接点→移载定位（进入下个循环）。

空托盘返回工艺过程：AGV 带空托盘进入转接位→吊具下降到位→托盘抱臂合拢→吊具带空托盘上升到位→移载解锁→移载装置行至辊床线转接工位→移载定位→吊具下降到位（空托盘放至橇体）→托盘抱臂打开→吊具上升到位→移载解锁→移载装置行至AGV 转接点→移载定位（进入下个循环）。

1.3 电池包移载设备节拍计算

根据48 s 的转接节拍要求，结合电池包移载设备的工艺路线设定移载装置的节拍，如表1 所示。从计算结果可以得出，移载装置转接时间为44.5 s，满足转接节拍要求。

表1 电池包移载设备节拍计算表

1.4 电池包移载装置设计

根据电池包移载工艺及节拍计算，设计电池包移载装置的三维结构，如图3 所示，主要由轨道钢结构部分、移载系统、升降系统以及托盘抱臂打开机构等组成。

图3 电池包移载装置

移载装置行程4 m，立柱跨距8 m，根据简支梁受载简化分析，移载质量合计为3 t。移载装置轨道支撑梁采用H 型钢，上面铺设焊接扁钢作为轨道面。移载驱动组件采用齿轮齿条结构，其中齿条固定在移载钢结构上，齿轮驱动组件固定在框架上，通过齿轮齿条啮合传动带动移载装往复运行[5-6]。升降系统通过圆柱齿条及齿轮上下运动实现托盘的升降动作，具体由K 系列空心轴电机通过驱动换向器带动圆柱齿条上下运动，实现电机的旋转运动转化为齿条的上下运动。抱臂打开机构通过电机驱动T 型丝杆转动带动丝杆螺母直线运动，抱臂组件与丝杆螺母连接，从而实现托盘抱臂的打开关闭。

2 电池包移载装置试验应用

按照电池包移载装置的设计及各部件选型计算，生产制造出一套设备，并应用于某总装车间电池包合装输送线。经过安装、调试、试生产，该设备可以满足电池包自动移载工艺及节拍需求。设备现场安装如图4 所示。

图4 设备现场安装

3 结语

通过对电池包合装线路进行工艺分析，设计研制了一套电池包移载装置，可以实现电池包从输送线自动转移至AGV 合装线的功能，并对工艺节拍进行核算，满足生产需求。通过现场实际运行试生产，证明设备运行可靠，可以为新能源汽车电池包合装输送设备提供设计参考。