伺服驱动注液机的设计与开发

　　电解液注入(注液)工序是碱性锌锰(碱锰)电池生产的关键环节。目前，我国碱锰电池生产多采用气动柱塞泵注液。气动驱动具有自动化、维护简单、承载过载能力好等特点，但存在气压波动影响动作执行、频率较低、速度控制精度差等问题，会影响电池的放电性能，难以适用于高速碱锰电池生产线。

　　伺服驱动的最大特点是可控，可以通过输入控制信号电压来执行相应的动作，且执行动作即时反馈；一旦除去控制信号电压，设备就立即停止相应的动作。可编程序控制器(PLC)作为中央处理单元，运算速度高、指令丰富、可靠性高，在工业控制领域应用广泛。触摸屏具有人机交换功能，伺服电机的多种工艺参数可通过触摸屏与PLC的组合，直接对设备进行操作，并可实时监控设备的生产速度、产量和合格率；且系统具有报警能力，可显示故障发生的时间、次数及解决办法。

　本文作者结合触摸屏监视器、PLC和伺服驱动系统的特点，提出了伺服驱动注液系统的概念，并进行了可行性分析，研究了伺服驱动在注液过程中的关键问题，自行开发设计了新型电解液注入系统。

1 系统的开发与设计

　　1.1 系统的基本结构

　　注液系统是注液机的核心，直接决定电池生产的质量。设计的注液系统采用伺服驱动的精密计量泵为执行部分，触摸屏与PLC组合为控制部分。

　　整个注液系统由注液执行元件——精密计量泵、伺服驱动元件和触摸屏与PLC组合的控制元件等3个部分组成，如图1所示。

　　1.2 注液系统的注液执行部分

　　精密计量泵结构简单可靠。在本系统中，柱塞为陶瓷，具有高精度、高硬度及高耐磨等特点，在高速注液工况下可长期(1 a以上)使用。系统所用泵的基本结构和功能见图2。

　　在回程时(吸入行程)，液体被抽进泵头膛内，入口单向阀在吸人行程时打开，出口单向阀一直处于关闭位置；在向前行程时(吐出行程)，出口单向阀打开，入口单向阀关闭，液体被泵出泵头膛。液体的吐出量等于吐量活塞的行程容量。吐量活塞吸入行程或吐出行程不足，都会导致注液量不足；注液速度过快，会导致电解液溅出。高速注液系统要求驱动元件能够快速响应、闭环控制，确保每次注液量的精确，注液速度的平稳。