太陽能串焊設備中氣動緩沖回路的設計

荊萌，郝志彬

(中國電子科技集團公司第二研究所，山西太原030024)

近年來，氣動技術(shù)在各種自動化生產(chǎn)裝備和生產(chǎn)線中得到了廣泛的應用，極大地提高了制造業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。氣缸是氣動系統(tǒng)中最為廣泛使用的一種執(zhí)行機構(gòu)，它能夠驅(qū)動機構(gòu)進行快速運動，但是同時也帶來了機構(gòu)運動到位時的沖擊。在太陽能串焊設備中，焊頭作為太陽能電池片焊接中的重要部分，其運動的可靠性和平穩(wěn)性直接影響焊接質(zhì)量。為了避免焊頭升降機構(gòu)零部件的沖擊變形以及系統(tǒng)的安全可靠，應對高速運動中的焊頭升降機構(gòu)進行緩沖控制，將焊頭到位時的沖擊速度控制在一定范圍內(nèi)，所以，需要通過對高速運動后的緩沖過程進行研究，確定適當?shù)木彌_控制參數(shù)，才能使焊頭升降機構(gòu)既能實現(xiàn)高速運動，滿足時間要求，又能實現(xiàn)到位時沖擊速度的控制。

1 焊頭部件結(jié)構(gòu)及特點

串焊是太陽能電池組件生產(chǎn)過程中極其關鍵的一道工序，其作用是在檢測完好的電池片上焊上互聯(lián)條，并焊接成串（如圖1所示），同時把電池串進行分類收集。

圖1 串焊原理圖

焊帶與太陽能電池片之間的焊接質(zhì)量是太陽能串焊設備的主要技術(shù)要求，因此焊頭部件作為串焊設備的核心部件，其運動速度和運動平穩(wěn)性決定著設備的性能優(yōu)劣。

焊頭結(jié)構(gòu)如圖2所示，此種焊接方式采用軟接觸熱壓式焊接，通過加熱管將焊頭內(nèi)的滾珠加熱，焊頭氣缸向下運動，使加熱后的滾珠壓在焊帶上，電動執(zhí)行器帶動焊頭沿著焊帶方向滾動，將焊帶與電池片焊為一體。

焊頭氣缸運動到行程末端時依靠液壓緩沖器來吸收沖擊能量，由于焊頭質(zhì)量較大，且氣缸運動速度較高，氣缸運動到末端時產(chǎn)生很大的沖擊力，液壓緩沖器的緩沖能力不足以吸收全部的沖擊能量，因此焊頭出現(xiàn)嚴重的抖動現(xiàn)象，容易造成太陽能電池片的隱裂和碎裂，影響電池串的焊接質(zhì)量，而且大大降低了液壓緩沖器的使用壽命。

圖2 焊頭部件結(jié)構(gòu)

2 氣動緩沖回路工作原理及其應用

氣動緩沖回路的工作原理是當氣缸伸出或縮回接近行程末端時，利用電磁閥使氣缸的排氣通道從流量較大的排氣回路轉(zhuǎn)換到另一個流量較小的排氣回路，通過更大的排氣阻力來降低氣缸接近末端時的速度。

在焊頭的常規(guī)氣動控制回路（見圖3）中，采用兩位五通電磁閥控制氣缸運動，在氣缸桿端應用了先導式單向閥，防止焊頭在斷氣情況下出現(xiàn)下落現(xiàn)象，保證人身和設備的安全。焊頭下降到末端時僅僅依靠液壓緩沖器來減緩焊頭運動速度，無法完全消除行程末端產(chǎn)生的沖擊力，造成了廢品率的增加。

圖3 焊頭的常規(guī)氣動控制回路

為解決行程末端的沖擊問題，考慮在氣缸桿端增加氣緩沖回路（如圖4所示），來彌補液壓緩沖器的不足。

氣缸活塞桿伸出時，氣缸帶動焊頭部件在磁開關1-2之間運動時，閥B處于初始位置，此時，氣缸桿端腔體中的壓縮空氣經(jīng)過閥B到達閥A進行集中快速排氣，此階段氣缸運動速度通過先導式單向閥控制，保證了氣缸運動的速度和時間要求。

氣缸活塞桿運動到接近行程末端時，磁開關2檢測到氣缸運動到位，閥B通電并切換位置，氣缸桿端腔體中的剩余壓縮空氣經(jīng)閥B和調(diào)速閥排向大氣，通過調(diào)節(jié)調(diào)速閥排氣速度來增大焊頭下降時的排氣阻力，從而達到焊頭運動到氣缸末端時緩慢柔和的目的。

圖4 焊頭氣緩沖氣動控制回路

3 使用效果

這種氣動緩沖回路和液壓緩沖器結(jié)合的緩沖機構(gòu)，既保證了氣缸的運動時間，又滿足了末端緩沖的要求。經(jīng)過太陽能串焊機實際生產(chǎn)條件下連續(xù)使用運行，設備運行穩(wěn)定可靠，證明了此回路有較好的緩沖效果。此種緩沖回路制造成本低廉，不僅在太陽能串焊設備中有重要的應用價值，而且對其他高速運動機構(gòu)的設計同樣具有參考價值。

[1]SMC（中國）有限公司編.現(xiàn)代實用氣動技術(shù)[M].第3版.北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[2]日本SMC公司.SMC氣動產(chǎn)品樣本[Z].2017.