自动装钵机及其装钵方法与流程

本发明涉及粉体装钵设备技术领域，具体涉及一种自动装钵机及其装钵方法。

背景技术：

在锂离子电池正极材料等粉体材料的生产中，需将待烧结的物料先装入匣钵，再在窑炉内进行高温烧结。为保证物料烧结后的一致性及烧结品质，对物料的装钵量、物料装钵的松装密度以及匣钵内物料表面的平整度都需要进行精确管控。

现有装钵设备都是采用振动器或者压平机构来使匣钵内物料表面保持平整。然而，对于有松装密度要求的物料，采用振动器或者压平机构进行整平会挤出粉料间的空气，提高物料的密度，不能满足产品质量管控要求，并且对于流动性差的物料，振动摇匀也难以实现物料表面的平整度要求。同时，现有装钵机对物料进行装钵和表面整平是分两个工序分别进行，存在效率低、设备结构复杂、占用空间大、调试难度大、成本高的问题。此外，为控制装钵量，现有装钵设备都是采用下料装置将物料以掉落形式直接加入到匣钵中，通过承载匣钵的称重组件进行称重以控制装钵量，为保证称重的精准性，需要控制物料的下料速度，且需要将匣钵固定到位后才能进行下料和称重，影响装钵效率。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种结构简单紧凑、装钵效率高、运行成本低、装钵质量好的自动装钵机及其装钵方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种自动装钵机，包括机架和用于承载输送匣钵的装料输送线，所述装料输送线上设有能松开或固定匣钵的固定装置，所述装料输送线通过一三维空间位移驱动装置安装在机架上并能由三维空间位移驱动装置驱动水平和竖直平移运动，所述装料输送线的上方安装有依靠物料自重作用进行下料的下料装置，所述下料装置具有能伸入匣钵中的下料头，所述下料头的下端面与水平面平行，所述下料头的下端面上设有一个以上用于下料装置输出物料的出料口，所述机架上安装有用于与装料输送线输入端对接的进钵输送线和用于与装料输送线输出端对接的出钵输送线。

上述的自动装钵机，优选的，所述三维空间位移驱动装置包括沿水平方向滑动安装在机架上的第一水平滑台、沿与第一水平滑台滑动方向垂直的水平方向滑动安装在第一水平滑台上的第二水平滑台以及沿竖直方向滑动安装在第二水平滑台上的升降平台，所述第一水平滑台连接有第一滑移驱动机构，所述第二水平滑台连接有第二滑移驱动机构，所述升降平台连接有升降驱动机构，所述装料输送线安装在升降平台上。

上述的自动装钵机，优选的，所述机架上安装有在下料头伸入匣钵时遮盖匣钵上端开口的盖板。

上述的自动装钵机，优选的，所述装料输送线、三维空间位移驱动装置和盖板安装在一密封箱壳内，所述密封箱壳设有用于供装料输送线分别与进钵输送线和出钵输送线对接的两个进出口，所述自动装钵机还设有与所述密封箱壳相连的吸尘组件。

上述的自动装钵机，优选的，所述下料装置包括通过称重机构固定安装在机架上的中间称重斗以及用于将物料加入中间称重斗的物料输送装置，所述下料头连接于中间称重斗上，且下料头的各出料口与中间称重斗的底部出口连通，所述中间称重斗的底部出口设有通断控制阀。

上述的自动装钵机，优选的，所述下料头以可拆卸方式与中间称重斗相连。

上述的自动装钵机，优选的，所述下料头的下部为一竖直向下延伸的第一管状部，所述第一管状部的下端开口为出料口，所述第一管状部的壁厚小于0.2cm，所述出料口的开口面积为10～15cm²。

上述的自动装钵机，优选的，所述下料头的下部设有多个竖直向下延伸的第二管状部，各第二管状部的下端开口为出料口，各第二管状部的壁厚小于0.2cm，所有出料口的开口面积之和为10～15cm²。

一种上述的自动装钵机的装钵方法，包括以下步骤：

（a）三维空间位移驱动装置驱使装料输送线与进钵输送线对接，进钵输送线将空的匣钵输送到装料输送线上，由装料输送线上的固定装置将匣钵固定；

（b）三维空间位移驱动装置驱使装料输送线上升运动至使下料头伸入匣钵中，并且下料头的出料口与匣钵的底面之间的竖向间距达到预设值；

（c）使下料装置中设定量的物料在自重作用下装入匣钵，且从物料开始装入到物料装料完成依次分为一个以上装料过程，第一个装料过程为在出料口与匣钵底面之间的竖向间距为所述预设值情况下，三维空间位移驱动装置驱动装料输送线带着匣钵相对于下料头水平移动，使所有出料口相对于匣钵的运动轨迹之和至少覆盖一次最大下料可覆盖面，所述最大下料可覆盖面为下料头在匣钵内水平移动时所有出料口能够覆盖的最大面积；后续每一个装料过程是在前一个装料过程完成后，三维空间位移驱动装置先驱使装料输送线下降，使出料口与匣钵底面之间的竖向间距大于前一个装料过程中出料口与匣钵底面之间的竖向间距，然后三维空间位移驱动装置驱使装料输送线在水平面内平移运动，使所有出料口相对于匣钵的运动轨迹之和至少覆盖一次所述最大下料可覆盖面，直至所有装料过程结束后刚好将物料全部装入匣钵；

（d）物料装钵完成后，固定装置松开匣钵，三维空间位移驱动装置驱使装料输送线与出钵输送线对接，装料输送线将装入物料的匣钵输送到出钵输送线上。

上述的装钵方法，优选的，所述匣钵的开口呈矩形，所述下料头仅具有一个出料口，所述下料头沿匣钵四周内壁以“口”字型轨迹平移运动一次时，所述出料口的运动轨迹正好覆盖一次所述最大下料可覆盖面。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的自动装钵机在工作时，可由进钵输送线将空的匣钵输送至装料输送线，通过固定装置将匣钵固定后，由三维空间位移驱动装置驱使装料输送线及其上的匣钵上升至预设高度，再使下料装置中物料在自重作用下落入匣钵，在下料过程中配合驱使匣钵相对于下料头在水平面内平移运动，可实现同步进行物料的装料和整平。由于所有出料口位于下料头的水平下端面上，且物料是在自重作用下掉落下料，装入匣钵中的物料高度会与出料口的高度平齐，可保证转入匣钵内的物料上表面位于同一水平面内，并且由于物料装料和整平是同步进行的，下料头不会对物料形成压实作用，不会影响物料的松装密度，进而保证后续烧结质量。该自动装钵机能够实现在同一工位自动完成物料的装钵和整平，其具有结构简单紧凑、装钵效率高、运行成本低、装钵质量好的优点。

附图说明

图1为自动装钵机的主视结构示意图。

图2为具有一个出料口的下料头的剖视结构示意图。

图3为具有一个出料口的下料头装料时的局部剖视结构示意图。

图4为具有多个出料口的下料头的主视结构示意图。

图5为具有多个出料口的下料头的俯视结构示意图。

图6为自动装钵机装钵时下料头处于第一角部位置时的结构示意图。

图7为自动装钵机装钵时下料头处于第二角部位置时的结构示意图。

图8为自动装钵机装钵时下料头处于第三角部位置时的结构示意图。

图9为自动装钵机装钵时下料头处于第四角部位置时的结构示意图。

图例说明：

1、机架；2、装料输送线；21、固定装置；3、三维空间位移驱动装置；31、第一水平滑台；32、第二水平滑台；33、升降平台；34、第一滑移驱动机构；35、第二滑移驱动机构；36、升降驱动机构；4、下料装置；40、下料头；400、下料头本体；401、出料口；402、导料腔；403、进料口；41、中间称重斗；42、物料输送装置；43、通断控制阀；5、进钵输送线；6、出钵输送线；7、盖板；8、密封箱壳；81、进出口；9、吸尘组件；100、匣钵；101、装料腔。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1至图3所示，本实施例的自动装钵机，包括机架1和用于承载输送匣钵100的装料输送线2，装料输送线2上设有能松开或固定匣钵100的固定装置21，装料输送线2通过一三维空间位移驱动装置3安装在机架1上，三维空间位移驱动装置3能驱动装料输送线2水平和竖直平移运动，装料输送线2的上方机架1上安装有依靠物料自重作用进行下料的下料装置4，下料装置4具有能伸入匣钵100中的下料头40，下料头40的下端面与水平面平行，下料头40的下端面上设有一个以上用于下料装置4输出物料的出料口401，机架1上安装有用于与装料输送线2输入端对接的进钵输送线5和用于与装料输送线2输出端对接的出钵输送线6。

该自动装钵机工作时，可由进钵输送线5将空的匣钵100输送至装料输送线2，通过固定装置21将匣钵100固定后，由三维空间位移驱动装置3驱使装料输送线2及其上的匣钵100上升至预设高度，再使下料装置4中物料在自重作用下落入匣钵100，在下料过程中配合驱使匣钵100相对于下料头40在水平面内平移运动，可实现同步进行物料的装料和整平。由于所有出料口401位于下料头40的水平下端面上，且物料是在自重作用下掉落下料，装入匣钵100中的物料高度会与出料口401的高度平齐，可保证转入匣钵100内的物料上表面位于同一水平面内，并且由于物料装料和整平是同步进行的，下料头40不会对物料形成压实作用，不会影响物料的松装密度，进而保证后续烧结质量。该自动装钵机能够实现在同一工位自动完成物料的装钵和整平，其具有结构简单紧凑、装钵效率高、运行成本低、装钵质量好的优点。此外，该自动装钵机将作为运动机构的三维空间位移驱动装置3安装在下料装置4的下方，可避免运动部件因磨损等原因而导致杂物落到匣钵100中。

本实施例中，三维空间位移驱动装置3包括沿水平方向滑动安装在机架1上的第一水平滑台31、沿与第一水平滑台31滑动方向垂直的水平方向滑动安装在第一水平滑台31上的第二水平滑台32以及沿竖直方向滑动安装在第二水平滑台32上的升降平台33，第一水平滑台31连接有第一滑移驱动机构34，第二水平滑台32连接有第二滑移驱动机构35，升降平台33连接有升降驱动机构36，装料输送线2安装在升降平台33上；驱使第一水平滑台31、第二水平滑台32和升降平台33相应运动，可实现装料输送线2水平和竖直平移运动，进而可带着匣钵100运动至不同高度并在不同高度的水平面内平移运动。该三维空间位移驱动装置3的结构简单、制作维护方便、易于控制。优选的，上述第一滑移驱动机构34、第二滑移驱动机构35和升降驱动机构36均采用旋转驱动件与丝杆机构的组合，其精度和稳定性好，能够保证下料精度，提高装钵质量。

本实施例中，机架1上安装有盖板7，盖板7在下料头40伸入匣钵100时遮盖匣钵100上端开口，能够减少粉尘逸散，从而降低对环境的污染以及减少物料的浪费。优选的，盖板7与出料口401的竖向间距小于等于匣钵100的装料腔101的深度，使下料头40的出料口401能够在匣钵100内的不同高度下料，并能最大化的防止粉尘逸散。

本实施例中，装料输送线2、三维空间位移驱动装置3和盖板7安装在一密封箱壳8内，密封箱壳8设有用于供装料输送线2分别与进钵输送线5和出钵输送线6对接的两个进出口81，同时自动装钵机还设有与密封箱壳8相连的吸尘组件9，通过吸尘组件9将密封箱壳8内粉尘吸出，这样能够更好的防止粉尘逸散到外部环境中，避免污染环境。上述吸尘组件9可采用现有的吸尘设备。

本实施例中，下料装置4包括通过称重机构固定安装在机架1上的中间称重斗41以及用于将物料加入中间称重斗41的物料输送装置42，下料头40连接于中间称重斗41上，且下料头40的各出料口401与中间称重斗41的底部出口连通，中间称重斗41的底部出口设有通断控制阀43，通断控制阀43用于控制是否下料。具体的，下料头40包括下料头本体400，下料头本体400具有导料腔402和与导料腔402相通的进料口403，下料头本体400的下端面为与水平面平行的平面，各出料口401设于下料头本体400的下端面上并与导料腔402相通，进料口403与中间称重斗41的底部出口连通。该下料装置4能够在匣钵100送出和送入装料输送线2的时间段内预先称量好物料，再在下料时将称量好的物料一次装入匣钵100，利于提高物料称量精度、提高工序的紧凑性，从而提高装钵质量和装钵效率。

本实施例中，下料头40以可拆卸方式与中间称重斗41相连，便于根据不同物料和不同情况更换不同形式的下料头40。例如，下料头40可通过紧固件与中间称重斗41相连，也可以直接与中间称重斗41螺纹连接。

本实施例中，下料头40的下部为一竖直向下延伸的第一管状部，第一管状部的下端开口为出料口401，也即下料头40仅设有一个出料口401。第一管状部的壁厚小于0.2cm，出料口401的开口面积为10~15cm²。该种下料头40能够满足下料速度（装钵速度）的要求，同时，第一管状部的壁厚小于0.2cm，第一管状部贴合匣钵100的内壁时，出料口401边缘与匣钵100内壁之间的距离为第一管状部的壁厚（小于0.2cm），在该间距范围下，从出料口401流出的物料能够较好的填满出料口401边缘与匣钵100内壁之间的区域，使该区域内的物料高度基本与出料口401的高度一致，避免在该区域出现过深的凹陷，这样可提高装钵后匣钵100内物料表面的整体平整度。

在其他实施例中，如图4和图5所示，下料头40的下部也设有多个竖直向下延伸的第二管状部，各第二管状部的下端开口为出料口401，各第二管状部的壁厚小于0.2cm，所有出料口401的开口面积之和为10~15cm²。该种下料头40同样能够满足下料速度要求和提高装钵后匣钵100内物料表面的整体平整度；并且，在物料下料结束时堆积在各出料口401内的物料堆积量少，物料堆积高度小，由于在物料结束时出料口401内可能存在一定量的物料堆积，而下料头40设置多个出料口401，每个出料口401的开口面积都相应减小，各出料口401内的物料堆积量和物料堆积高度相应减少，利于提高装钵后物料的平整度。

本实施例中，进钵输送线5、装料输送线2和出钵输送线6采用辊式输送机构，均包括沿输送方向依次间隔安装的多个输送辊以及驱动输送辊转动的驱动机构。固定装置21包括安装在装料输送线2上的两个能相对运动夹持匣钵100或者相背运动松开匣钵100的夹爪以及驱动两个夹爪升降运动的升降机构，夹爪可采用现有气动夹爪。升降机构驱动两个夹爪上升，然后两个夹爪相对运动即可夹持固定匣钵100；两个夹爪相背运动脱离匣钵100，然后升降机构驱动两个夹爪下降，即可将匣钵100松开。在其他实施例中，进钵输送线5、装料输送线2和出钵输送线6也可采用带式输送机构等其他形式的输送机构。固定装置21也可采用现有其他形式的可松开或固定匣钵100的装置。

一种上述自动装钵机的装钵方法，包括以下步骤：

（a）三维空间位移驱动装置3驱使装料输送线2与进钵输送线5对接，进钵输送线5将空的匣钵100输送到装料输送线2上，由装料输送线2上的固定装置21将匣钵100固定；

（b）三维空间位移驱动装置3驱使装料输送线2上升运动至使下料头40伸入匣钵100中，并且下料头40的出料口401与匣钵100的底面之间的竖向间距达到预设值；

（c）使下料装置4中设定量的物料在自重作用下装入匣钵100，且从物料开始装入到物料装料完成依次分为两个以上装料过程，第一个装料过程为在出料口401与匣钵100底面之间的竖向间距为预设值情况下，三维空间位移驱动装置3驱动装料输送线2带着匣钵100相对于下料头40水平移动，使所有出料口401相对于匣钵100的运动轨迹之和至少覆盖一次最大下料可覆盖面，该最大下料可覆盖面为下料头40在匣钵100内水平移动时所有出料口401的运动轨迹能覆盖的最大水平面；后续每一个装料过程是在前一个装料过程完成后，三维空间位移驱动装置3先驱使装料输送线2下降，使各出料口401与匣钵100底面之间的竖向间距大于前一个装料过程中出料口401与匣钵100底面之间的竖向间距，然后三维空间位移驱动装置3驱使装料输送线2在水平面内平移运动，使所有出料口401相对于匣钵100的运动轨迹之和至少覆盖一次最大下料可覆盖面，也即后一个装料过程是在前一个装料过程装入的物料上方再装一层物料，直至所有装料过程结束后刚好物料装料完成；

（d）物料装钵完成后，固定装置21松开匣钵100，三维空间位移驱动装置3驱使装料输送线2与出钵输送线6对接，装料输送线2将装入物料的匣钵100输送到出钵输送线6上，由出钵输送线6输出或输送至下一工位。

上述装钵方法可实现同步进行物料的装料和整平，可保证转入匣钵100内的物料上表面位于同一水平面内，不会对物料形成压实作用，不会影响物料的松装密度，进而保证后续烧结质量。同时，从物料开始装入到物料装料完成依次分为两个以上装料过程，也即物料是分多层逐层装入匣钵100的，这样后一次装料过程装入物料时，能够对前一次装料过程中产生的出料口401边缘与匣钵100内壁之间的凹陷区域进行补充物料，从而在最终完成装料后大大减少靠近匣钵100内壁的凹陷区域的深度，进一步提高装钵后匣钵100内物料表面的整体平整度。该装钵方法的步骤简单、易于控制、装钵效率高。在其他实施例中，从物料开始装入到物料装料完成也可仅为一个装料过程。

本实施例中，匣钵100的开口呈矩形，下料头40沿匣钵100四周内壁以“口”字型轨迹运动一次所有出料口401的运动轨迹正好覆盖一次最大下料可覆盖面。这样能够节省时间，提高装钵效率和降低生产成本。例如，如图6至图9所示，沿顺时针方向，匣钵100装料腔101的四个角部位置依次为第一角部位置、第二角部位置、第三角部位置和第四角部位置，下料头40沿匣钵100四周内壁以“口”字型轨迹运动具体可以是，首先下料头40位于匣钵100装料腔101的第一角部位置处，并与第一角部位置处装料腔101的两侧壁相贴（参见图6），然后沿着装料腔101侧壁运动至第二角部位置处（参见图7），下料头40与第二角部位置处装料腔101的两侧壁相贴后，再沿着装料腔101侧壁运动至第三角部位置处（参见图8），下料头40与第三角部位置处装料腔101的两侧壁相贴后，再沿着装料腔101侧壁运动至第四角部位置处（参见图9），下料头40与第四角部位置处装料腔101的两侧壁相贴后，再沿着装料腔101侧壁运动至第一个角部位置处，这样即完成“口”字型轨迹运动。

在其他实施例中，下料头40也可以其他轨迹运动覆盖一次以上最大下料可覆盖面，这样能够提高装钵后物料的平整度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。