管式固体氧化物燃料电池浸渍工装 【技术领域】
本发明涉及固体氧化物燃烧电池(SOFC)的制造领域，具体是一种管式固体氧化物燃料电池制作过程中，对支撑体进行旋转浸渍的专用工装。
背景技术
固体氧化物燃料电池(SOFC)属于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。
目前，管式固体氧化物燃料电池的管子的制作方法有两种：旋转浸渍法和挤管法。挤管法是以阴极为支撑体，采用挤出法成型，电解质和阳极采用EVD或等离子喷涂的方法制得。这种方法使用设备复杂、工艺要求高、制作成本高，不适合在我国大范围的推广和使用。旋转浸渍法一般采用金属陶瓷等材料作支撑体，在不同的电解质液中浸渍、搅拌，使得其阳极、阴极和电解质层共烧结。这种方法成本较低，但是一般是采用人工搅拌浸渍的方法，这种方法有很多弊病：首先，人工搅拌浸渍的效率相比机器而言十分低下，大大浪费了人力资源，使得产品的时间成本和人力成本增加；其次，由于工人只能靠经验来控制搅拌的手法和力度，且不易再现，其制得的管子的质量无法保证，造成不必要的浪费和损失；再次，因为需要长时间、不间断地对支撑体施力，使之在浸渍液中浸渍和搅拌，工人的劳动强度很大，长期从事此项工作还易使得肌肉劳损，滋生职业病。
因此，急需一种能够提供旋转浸渍功能的机械工装代替人工搅拌浸渍。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种管式固体氧化物燃料电池制作过程中，对支撑体进行自动旋转浸渍的专用工装，提高生产效率、降低产品成本。
本发明所采用的技术方案是：
一种管式固体氧化物燃料电池浸渍工装，包括浸渍机构及其控制器，所述浸渍机构包括立式支架和与立式支架活动配合的悬臂、使悬臂在立式支架上发生升降运动的驱动器和传动机构、使悬臂在立式支架上发生翻转运动的驱动器和传动机构；所述悬臂上设有工件夹持机构，该工件夹持机构与悬臂活动配合，可在悬臂上沿水平方向移动；该工件夹持机构配有使其夹头发生旋转运动驱动器；所述控制器具有上述各种运动的控制模块，分别对上述运动进行自动控制。
所述悬臂升降运动的驱动器是步进电机，布置在立式支架的顶端，其传动机构包括顺序连接的联轴器、减速机、滚珠丝杠及丝杠螺母、拖板，拖板固接悬臂翻转运动的驱动器，所述立式支架上设有直线导轨，悬臂沿直线导轨升降运动。
所述立式支架上设有上、下限位开关，用于限制悬臂升降的上、下极限位置。
所述悬臂翻转运动的驱动器是电动机，其传动机构包括主动齿轮、从动齿轮，主动齿轮安装在电动机的输出轴上，从动齿轮固接悬臂，悬臂在立式支架拖板的表面翻转运动。
所述工件夹持机构在悬臂上水平方向移动的驱动器是手轮，布置在悬臂的顶端，其传动机构包括顺序连接的滚珠丝杠及丝杠螺母、拖板，拖板固接工件夹持机构，所述悬臂上设有直线导轨，工件夹持机构沿直线导轨左右运动。
所述工件夹持机构的夹头旋转运动的驱动器是电动机，布置在工件夹持机构的头部，电动机的输出轴通过联轴器与夹头连接，夹头沿竖直中心线旋转运动。
所述控制器是PLC控制器、文本显示器和开关按钮。
本发明所产生的有益效果是：
使用该管式固体氧化物燃料电池浸渍工装，工人只需手动控制机器的开关和控制按钮，监视机器的运行，就可完成管式固体氧化物燃料电池的旋转浸渍工序。而且，相同时间内可控制多台工装的工作，解放劳动力，大大降低人力成本，同时显著提高了生产效率。由于此工装只需事先设定好程序，就可以在启动后自动运行，自动完成工序，适用于大批量生产管式燃烧电池，同时大大提高成品的合格率。本发明是管式燃烧电池制造领域的一大突破，是具有重大意义的技术创新。
【附图说明】
图1是本发明浸渍机构的左视图；
图2是本发明浸渍机构的主视图；
图3是是本发明浸渍机构的俯视图；
图4是本发明浸渍机构的Z轴运动模组的主视图；
图5是本发明浸渍机构的Z轴运动模组的右视图；
图6是本发明浸渍机构的旋转运动模组的示意图；
图7是本发明的控制系统框图；
图8是本发明运动模组的工作过程示意图。
图中代号含义：
1-Z轴电机，2-减速机，3-联轴器，4-立式支架(Z轴底座)，5-悬臂(X轴底座)，6-手轮，7-从动齿轮，8-主动齿轮，9-翻转电机，10-滚珠丝杠，11-Z轴拖板，12-滑块，13-丝杠螺母，14-Z轴直线导轨，15-上限位开关，16-下限位开关，17-底座，18-旋转电机，19-工件夹持机构外壳，20-轴承，21-旋转夹，22-连接件，23-工件夹持机构，24-连接盘，25-旋转轴，26-支架底座。
【具体实施方式】
如图1～图5所示：本实施例是一种管式固体氧化物燃料电池浸渍工装，包括浸渍机构及其控制器。浸渍机构包括：立式支架和与立式支架活动配合的悬臂、使悬臂在立式支架上发生升降运动的驱动器和传动机构、使悬臂在立式支架上发生翻转运动的驱动器和传动机构。悬臂上设有工件夹持机构23，该工件夹持机构与悬臂活动配合，可在悬臂上沿水平方向移动；该工件夹持机构23配有使其夹头发生旋转运动驱动器。控制器具有上述各种运动的控制模块，分别对上述运动进行自动控制。
对应空间坐标，依各组件的运动方式，该浸渍机构具有三个运动模组，分别是：使得悬臂上下运动的Z轴线性运动模组和使得悬臂翻转的运动模组和使得工件夹持机构23水平运动的X轴线性运动模组。因此，可将立式支架为Z轴底座4，悬臂命名为X轴底座5。
由于，X轴线性运动模组与Z轴线性运动模组的结构组成和运动方式基本相同，仅是运动方向不同。所以，现以Z轴线性运动模组为例附图主要说明，介绍线性模组地具体结构：
Z轴线性运动模组包括Z轴底座4、Z轴直线导轨14、滚珠丝杠10、Z轴拖板11、丝杠螺母13、滑块12、Z轴电机1和减速机2。Z轴底座4固定安装在支架底座26上。Z轴电机1是一个步进电机，Z轴电机1和减速机2安装在Z轴底座4的顶端，减速机2的输入端与Z轴电机1的输出端相连，减速机2的输出端通过联轴器3与Z轴滚珠丝杠10相连。滚珠丝杠10布置在Z轴底座4的竖直中心线上，滚珠丝杠10上安装有一个丝杠螺母13，滚珠丝杠10的左、右两侧布置有两条Z轴直线导轨14，Z轴底座14的上端安装上限位开关15，下端安装下限位开关16，以提供限位信号。Z轴拖板11位于Z轴直线导轨14上，通过螺钉与丝杠螺母13相连，同时，与对称安装在Z轴直线导轨14上的四个滑块12相连。因此，Z轴拖板11受Z轴电机1驱动时，可以沿Z轴直线导轨14上下运动。
由于，Z轴拖板11上固定安装连接盘24，连接盘24上开有翻转电机9的安装孔以及旋转轴25的轴承孔。因此，X轴线性运动模组可以在在Z轴电机1的驱动下，沿Z轴直线导轨14上下运动，即X轴线性运动模组可以在在Z轴电机1的驱动下，沿Z轴直线导轨14上下运动。
X轴线性运动模组的基本结构与Z轴线性运动模组相同，包括X轴底座5、X轴直线导轨、滚珠丝杠、丝杠螺母、滑块、X轴拖板和手轮6。X轴底座5是一个悬臂结构，滚珠丝杠布置在X轴底座5的水平中心线上，X轴底座5的底面与连接件22固定连接；滚珠丝杠上安装有一个丝杠螺母，滚珠丝杠的上、下两侧布置有两条直线导轨，X轴拖板位于X轴直线导轨和滚珠丝杠的上面。X轴拖板与对称安装在X轴直线导轨上四个滑块、丝杠螺母连接，X轴拖板与工件夹持机构外壳19相连。手轮6安装在X轴底座5的另一端，与X轴滚珠丝杠相连。通过旋转手轮6，可以使得X轴滚珠丝杠转动，使得与X轴滚珠丝杠连接的X轴拖板运动，从而，调节工件夹持机构23在水平方向的位置。
翻转运动模组包括：翻转电机9、连接盘24、主动齿轮8、从动齿轮7、连接件22、旋转轴25和轴承。翻转电机9通过螺钉固定在连接盘24上，翻转电机9的输出轴上固定安装一个主动齿轮8，它的从动齿轮7固定在连接件22上，连接件22又与X轴底座5固定连接。当翻转电机9旋转，主动齿轮8带动从动齿轮7转动，由于从动齿轮7与X轴底座5固定，使得X轴底座5翻转，即使得X轴线性模组翻转，由水平位置到竖直位置或竖直位置到水平位置。
如图6所示：工件夹持机构23由旋转夹21、旋转电机18、轴承20、联轴器3和工件夹持机构外壳19组成。工件夹持机构23能提供使旋转夹21旋转的功能：旋转电机18是一个电动机，旋转电机18位于工件夹持机构的头部，旋转电机18的输出轴通过联轴器3和轴承20与旋转夹21相连。旋转夹21在旋转电机18的驱动下，旋转运动。
如图7、图8所示：浸渍机构的控制器包括：PLC控制器、电机驱动器、文本显示器、电源开关、电源指示灯、升/降旋钮、翻转旋钮、启动按钮和停止按钮。本实施例采用台达PLC-DVP-40EH作PLC控制器，PLC控制器接收电源开关、升/降旋钮、翻转旋钮、启动按钮和停止按钮的信号，发送信号至电文本显示器，同时，经过逻辑运算发出三路脉冲信号给旋转电机18、Z轴电机1和翻转电机9，控制传动机构的动作。
PLC控制器操作分为手动和自动方式。
文本显示器采用TP04G：文本显示器用来设定升降速度、升降距离、翻转速度、翻转角度、旋转夹旋转速度、旋转夹启停。
文本显示器分为两个画面，PLC主机通电时，文本显示器进入第一个画面，如果要进入第二个画面，按PgDn；返回第一个画面，按PgUp。
在第一个画面中，显示搅拌速度、Z轴下降距离、Z轴下降速度、停留时间。
F0：搅拌速度，(5-999)rpm，
F1：Z轴下降距离，(0-500)mm
F2：Z轴下降速度，(5-450)mm/min
F3：停留时间，(0-999)100ms
在第二个画面中，Z轴上升距离1、Z轴上升速度1、Z轴上升距离2、Z轴上升速度2。
F0：Z轴上升距离1，(0-500)mm
F1：Z轴上升速度1，(0-450)mm/min
F2：Z轴上升距离2，(0-500)mm
F3：Z轴上升速度2，(0-450)mm/min
在文本显示器上：
Left：手动搅拌启动
Right：手动搅拌停止
PLC主机各按钮的功能：
电源开关：接通或断开电源。
电源指示灯：当控制器通电时，指示灯亮。
升/降旋钮：此旋钮用于手动控制X轴线性运动模组，当逆时针旋转，X轴线性运动模组上升；当顺时针旋转，X轴线性运动模组下降。
翻转旋钮：此旋钮用于手动控制旋X轴线性运动模组翻转，当逆时针旋转，X轴线性运动模组正翻；当顺时针旋转，X轴线性运动模组反翻。
启动按钮：当X轴线性运动模组在原点位置时，按下启动按钮，X轴线性运动模组翻转至垂直位置，接着X轴线性运动模组下降至给定位置。
停止(回原点)：按下此按钮，旋转浸渍机就地停止。
本发明的旋转浸渍工装有两种工作方式，分别为自动方式和手动方式。
1、自动方式：
当使用自动方式，按“启动”按钮，X轴线性运动模组从水平位置翻转到垂直位置，与此同时，X轴线性运动模组沿Z轴依照事先设定的Z轴下降距离和Z轴下降速度设定值向下运动。当X轴线性运动模组运动到设定值时，停止运动10s。然后，X轴线性运动模组依照事先设定的Z轴上升距离1和Z轴上升速度1向上运动。到设定值时，X轴线性运动模组停留事先设定的时间，接着又向上运动，运动距离为Z轴上升距离2，运动速度为Z轴上升速度2。到设定值时，X轴线性运动模组停留90S，X轴线性运动模组从垂直位置翻转到水平位置，整个循环过程结束。
如果浸渍机构在运行过程中，出现意外，可以按“停止”按钮或切断控制箱电源，停止其工作。
注意：Z轴上升距离1和Z轴上升距离2之和不能超过500mm。
2、手动方式：
逆时针旋动升/降旋钮，X轴底座5上升；顺时针旋转，X轴线性运动模组下降。
逆时针旋转翻转旋钮，X轴线性运动模组正翻转；顺时针旋转翻转旋钮，X轴线性运动模组反向翻转。
工件夹持机构23的旋转夹21的启停由人机界面left和Right键控制。按下Left键，旋转夹21转动。按下Right键，旋转夹21停止转动。旋转夹21的运转，采用手动控制方式，不受主程序控制。
在X轴线性运动模组左端设置有手轮6，旋转手轮6，可左右调整工件夹持机构23的位置。
在人机界面输入数字时，输入的数字大于等于5时，需按下Shift键，数字输入框左下角显示有s，此时按F5，即可输入5，按F6，即可输入6，以此类推。