1. Введение
Свинцово-кислотные аккумуляторы в настоящее время и в обозримом будущем занимают, и будут занимать ведущее место (около 70%) в общем объеме выпуска вторичных химических источников тока.
В таких областях, как автомобилестроение, электростанции и подстанции, телефонные станции, свинцовые аккумуляторы и по сей день остаются единственными автономными источниками питания. Резкое развитие атомной энергетики также повысило спрос на эти аккумуляторы.
Сохранение столь высокого удельного веса производства свинцовых аккумуляторов обусловлено не столько принципиальной невозможностью их замены другими типами аккумуляторов, сколько существенными достижениями в области технологии производства свинцово-кислотных аккумуляторных батарей за последние годы, которые позволили существенно улучшить их характеристики.
В результате работ, проводимых в мире по совершенствованию технологии производства свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, стало возможным заметное увеличение удельной (весовой и объемной) энергии и мощности, срока службы, снижение саморазряда и скорости газовыделения, расширение температурного диапазона работоспособности аккумуляторов.
К наибольшим достижениям в области конструирования свинцовых аккумуляторов следует отнести замену межэлементных соединении на крышках аккумуляторов на соединения через стенки моноблоков в батарее. Это конструктивное изменение привело к экономии свинца (2% на батарею), уменьшению омических потерь на стартерных режимах, т. е. увеличению удельных мощности и энергии аккумуляторов.
Исследования в области коррозионных процессов дали возможность применить безсурьмянистые и низкосурьмянистые свинцовые сплавы для токоотводов, что позволило повысить срок службы свинцово-кислотных, уменьшить саморазряд и газовыделение, открыло принципиальные возможности создания безуходных или малообслуживаемых батарей.
Результаты исследований, посвященных влиянию поверхностно-активных веществ на работу свинцового электрода, привели к выбору весьма эффективных депассиваторов и ингибиторов саморазряда.
Повышению удельных электрических характеристик свинцово-кислотных аккумуляторов способствовало также применение тонкостенных и более прочных моноблоков из новых термопластических материалов (полиэтилен, полипропилен, полистирол) и синтетических высокопористых сепараторов.
Были определены оптимальные соотношения компонентов в рецептурах электродных паст, из которых при дальнейшей обработке формировались активные массы с заданными свойствами. Использование в рецептурах паст упрочняющих, в том числе электропроводных, добавок позволило повысить устойчивость аккумуляторных батарей к воздействию вибрации и ударных нагрузок.
Создание нового поколения интенсивных смесителей для приготовления паст, работающих под вакуумом, дало возможность вести процессы приготовления паст для намазки пластин свинцово-кислотных батарей с наименьшими потерями и при оптимальных температурных условиях ведения процесса.
Переход на технологию батарейного формирования, как на воздухе, так и с применением водяного охлаждения в процессе формирования, дал возможность интенсифицировать процессы формирования и создать средства механизации основных технологических процессов производства аккумуляторных батарей.
Создание новых поколений преобразователей тока, дало возможность вести процессы формирования, изменяя силу формировочного тока в зависимости от состояния аккумуляторных батарей и температуры окружающей среды.
Постоянно возрастающая потребность Украины в химических источниках тока как уже выпускающихся, так и новых поколений, создала предпосылки для развития промышленного комплекса по производству стартерных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей.
Проведенные работы по определению тенденций в развитии мировой аккумуляторной промышленности, а также изучение рынка аккумуляторных батарей в нашей стране и за рубежом, дали возможность определить перспективные пути развития аккумуляторной промышленности в нашей стране. Для выполнения этих задач были проведены исследования в области разработки новых конструкций аккумуляторных батарей, а так же технологии их производства. На основании исследовательских работ была создана конструкция стартерных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей нового поколения, которые по своим эксплуатационным характеристикам превосходят ранее выпускавшиеся аккумуляторные батареи. Также проведены работы по разработке технологии производства, подбору основного и разработке конструкции вспомогательного технологического оборудования для вновь строящегося завода по производству стартерных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей нового поколения. Новый завод представляет собой современное высокоавтоматизированное малоотходное производство, воплотившее в себе последние достижения научно-технического прогресса и не имеющее аналогов, как в нашей стране, так и в ближнем зарубежье. Введение в строй этого завода даст возможность расширить номенклатуру выпускаемых стартерных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей и гибко реагировать на изменение ситуации на рынке этих батарей. Благодаря использованию в конструкции аккумуляторных батарей новых сплавов для токоотводов: будут снижены саморазряд и газовыделение в батареях, что в свою очередь снижает затраты на обслуживание батарей в процессе эксплуатации. Применение оригинальной конструкции крышки обеспечивает взрывобезопасность аккумуляторных батарей при воздействии на них внешних факторов.
Благодаря применению на заводе современного технологического оборудования достигнут высокий уровень автоматизации основных и вспомогательных технологических процессов.
На заводе внедрена прогрессивная система управления качеством выпускаемой продукции, основой которой являются системы управления основным технологическим оборудованием, обеспечивающие контроль и оперативное управление параметрами технологического процесса производства стартерных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей на всех его этапах, от производства пластин до формирования аккумуляторных батарей. Большое внимание уделено качеству сборки и формирования аккумуляторных батарей. Начиная с операции помещения блоков пластин в моноблок аккумуляторной батареи, батареи проходят 100 % контроль качества операций проводимых при сборке и формировании При проведении контроля качества проводится не только отбраковка аккумуляторных батарей, не удовлетворяющих предъявляемым к ним требованиям, но и фиксируются параметры при испытаниях каждой аккумуляторной батареи, прошедшей контрольную операцию. Эти данные в последующем служат базой для проведения анализа влияния качества исходных материалов и параметров ведения технологического процесса изготовления аккумуляторных батарей на качество батарей и их срок службы.
Благодаря принципиальному изменению в технологии изготовления пластин, то есть совмещению технологических операций изготовления токоотвода, пастонамазки и разделения пластин, использованию оригинальной конструкции камер созревания, а также применению прогрессивной технологии формирования длительность технологического цикла изготовления аккумуляторных батарей будет сокращена в два раза по сравнению с существующим в настоящее время.
Применение прогрессивных технологий и современного оборудования позволило создать экологически безопасный цикл производства за счёт снижения объёма отходов и увеличения доли материалов, повторно использующихся в технологическом процессе.
Ниже описаны основные принципы производства свинцово-кислотных стартерных аккумуляторных батарей, оборудование, используемое для их производства, а так же обоснован выбор основного технологического оборудования для нового производства и описаны преимущества его применения.
2. Технологический процесс изготовления стартерных батарей
Завод стартерных аккумуляторных батарей предназначен для организации крупносерийного производства свинцово - кислотных батарей.
Предприятие получает по договорам с поставщиком комплектующие по сборке батарей: полипропиленовый ворс, сепараторную ленту, а так же основное сырьё: свинец для получения порошка оксида свинца и отлива решеток, кислоту серную концентрированную и т.д.
Рабочим проектом предусматривается структура производства, состоящая из отдельных участков, которые обеспечивают выполнение законченных операций в условиях крупносерийного производства.
В основу разработки технологической части рабочего проекта положен технологический процесс с использованием самого современного оборудования различных фирм, таких как: “LG”, “Jovis Alta Meccanica”, “Eirich“, в качестве источников тока используются преобразователи тока фирмы “Digatron”.
Аккумуляторная батарея предназначена для зажигания, запуска двигателя, а так же освещения автомобиля.
Изготовление стартерных батарей осуществляется в следующей последовательности:
1–– литейный участок – для отлива сдвоенных электродных пластин;
2–– производство порошка оксида свинца;
3–– приготовление паст;
4–– намазка пасты на токоотводы (производство электродных пластин);
5–– сушка и дозревание электродных пластин;
6–– разделение сдвоенных электродных пластин;
7–– набор блоков электродных пластин, их пайка и установка в моноблок;
8–– сборка батарей;
9–– заливка батарей электролитом и формировка;
10–– контроль и упаковка готовых батарей.
3. Литейный участок
В литейном участке осуществляется изготовление свинцовых токоотводов, которые служат в качестве несущего каркаса для активной массы элемента и одновременно проводника электрического тока. От их конструкции и долговечности в процессе работы во многом зависит качество аккумуляторных батарей.