寧夏銀星能源光伏設(shè)備制造有限公司 張翔衛(wèi)

一 引言

太陽電池自動串焊機(jī)是太陽電池組件廠的重要生產(chǎn)設(shè)備。電池搬運(yùn)機(jī)械手的轉(zhuǎn)動通常采用同步帶，由于其連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的溫升，致使搬運(yùn)路程隨溫度的升高而增加，使初始調(diào)好的焊帶鋪設(shè)位置與電池柵線的相對位置隨機(jī)構(gòu)溫升而發(fā)生變化。如果機(jī)構(gòu)用于縱向搬運(yùn)(圖1a)，將造成電池串中的電池間隔改變，最終使電池串的長度發(fā)生變化；如果用于橫向搬運(yùn)(圖1b)，將造成電池片與預(yù)先調(diào)好的焊帶位置發(fā)生變化，使焊接的電池片柵線產(chǎn)生露白。

圖1 電池片搬運(yùn)機(jī)構(gòu)

二 搬運(yùn)機(jī)構(gòu)的搬運(yùn)路程隨機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)溫升而增加

機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)溫度升高來自兩個環(huán)節(jié):一是同步帶輪的直徑增大，傳動的同步帶路程增長，特別是主動輪；二是機(jī)構(gòu)溫升致使同步帶長度變長。根據(jù)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，溫升源來自電機(jī)和機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)(軸承及其潤滑、兩軸承安裝的同軸度、同步帶與同步帶輪的接觸摩擦以及兩帶輪的平行度等)。如圖1所示，將電機(jī)與機(jī)械手傳動機(jī)構(gòu)隔離，機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)溫升有所降低，但軸承仍產(chǎn)生溫度。適度潤滑、提高軸承精度只能在一定程度上降低溫升，而不能杜絕溫升的產(chǎn)生。

1 同步帶輪溫升的后果

(1)因制造工藝的不同，串焊機(jī)所用同步帶輪采用的材料各不相同，不同材料的熱線脹系數(shù)也不相同，搬運(yùn)機(jī)械手路程受帶輪溫升的影響可表示為:

其中:αL為材料熱線脹系數(shù)[1]；d為帶輪節(jié)圓直徑，mm；t為溫升，℃；N為常溫下定額行程長度上帶輪轉(zhuǎn)動周數(shù)；L為移動增長，mm。

試驗(yàn)采用寧夏小牛自動化設(shè)備公司的CH23112串焊機(jī)，d=31.83(5M，Z=20)，焊前電池搬運(yùn)機(jī)械手搬運(yùn)行程的長度為324mm，則324mm長度上帶輪轉(zhuǎn)動周數(shù)為:

帶輪選用不同的材料會有不同的結(jié)果。采用鋁合金、1Cr18Ni9Ti不銹鋼、45號碳鋼和灰鑄鐵四種材料，機(jī)構(gòu)溫升后的搬運(yùn)機(jī)械手路程增長曲線如圖2所示。

(2)使用鋁合金帶輪進(jìn)行連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)時，證實(shí)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)0.5h溫度升高12℃(沒有達(dá)到穩(wěn)定溫度的程度)，與計(jì)算結(jié)果吻合。

2 同步帶溫升的后果

同步帶為硬橡膠，其線膨脹系數(shù)αL為64×10?6～77×10?6/℃，取其中間值58×10?6/℃。同步帶LZC為870mm。機(jī)構(gòu)溫升后同步帶增長可表示為:

其中:LZC為同步帶周長，mm；LZ為同步帶周長，mm。

圖2 不同材料在不同溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)行程增長曲線圖

則機(jī)構(gòu)溫升后同步帶增長LZ為:

機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)不同溫升對同步帶增長LZ的影響見表1。

表1 不同溫升下同步帶增長LZ值

3 分析

機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時，機(jī)械運(yùn)動零件表面摩擦產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致同步帶輪溫度升高、直徑增大，在轉(zhuǎn)動圓周數(shù)不變的情況下周長增加，造成搬運(yùn)電池片的位置發(fā)生變化。在縱向搬運(yùn)場合下(圖1a)，不同溫度條件下，致使焊接的電池串長度不同；在橫向搬運(yùn)場合下(圖1b)，產(chǎn)生焊接露白。

同步帶隨溫度的升高而增長，但不會導(dǎo)致搬運(yùn)電池片路程的增長，卻可使同步帶的張緊力變松，其行程仍受圓弧齒同步帶輪控制。如果松到一定程度，可能會造成電池片搬運(yùn)定位的非系統(tǒng)誤差，降低電池位置精度。

三 問題的解決

搬運(yùn)機(jī)構(gòu)的搬運(yùn)路程隨機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)溫升而增加，在尊重原結(jié)構(gòu)的條件下，解決方案為:

(1)運(yùn)用溫度傳感器，隨機(jī)測得溫升，用軟件補(bǔ)償傳動機(jī)構(gòu)，消除影響

這一方案的不足之處為:可解決機(jī)械手搬運(yùn)長度的補(bǔ)償，但不能解決同步帶的增長問題。這樣，同步帶張緊力變松所產(chǎn)生的電池片定位誤差無法消除；對于運(yùn)轉(zhuǎn)的同步帶輪，需使用不接觸的溫度傳感器，受各種條件和環(huán)境的限制，缺乏可操作性。

(2)采用物理降溫與減短測量搬運(yùn)路程長度的方法(圖3)

經(jīng)過試驗(yàn)，選用合適的軸流風(fēng)機(jī)，安裝合適的角度和距離，將同步帶輪運(yùn)轉(zhuǎn)溫升控制在10℃以內(nèi)是完全可實(shí)現(xiàn)的；另外在允許的最短距離處安裝一位置傳感器15，電池從A處搬運(yùn)到B處，經(jīng)過C處傳感器15測得電池前沿，發(fā)令計(jì)算至B點(diǎn)位置距離定位。由于L2＜L1，因此，10℃溫升引起的偏差可計(jì)算出來。

圖3 改進(jìn)后的示意圖

從圖2中得知，將同步帶輪的材質(zhì)由鋁合金改成鑄鐵后，溫升10℃時L1(324mm)搬運(yùn)路程增長0.1mm，L2按170mm來計(jì)算，則L2搬運(yùn)路程增長為:

此偏差在允許露白0.3mm的1/6的范圍內(nèi)，滿足了機(jī)構(gòu)誤差分配的原則。

如果有必要，也可采取與其相關(guān)的技術(shù)措施，如:提高軸承本身的精度等級；提高兩支軸承安裝的同軸精度；改善軸承潤滑技術(shù)；精確核算同步帶載荷及壽命，盡量使用滿足需要更窄的同步帶，減少接觸面積；正確調(diào)整同步帶的張緊力；裝配過程精心調(diào)整同步帶兩帶輪的平行度和同一平面度，減少運(yùn)轉(zhuǎn)時的微觀摩擦。

四 結(jié)論

上述技術(shù)措施的實(shí)施，有效地控制了機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的熱量，降低了機(jī)構(gòu)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的溫升程度，消除了由此產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差所造成的后果。

(1)由此因素引起的電池片焊接露白現(xiàn)象已消除。改進(jìn)后的機(jī)構(gòu)，用于電池串焊接電池的搬運(yùn)時，同樣提高了電池的間隔精度和電池串全長的精度。

(2)同步帶輪的主動輪選用熱線張系數(shù)小的材料制造，是非常有效的重要措施，但是，被動的同步帶輪則相反，需要選用線脹系數(shù)大的材料，用來補(bǔ)償部分同步帶溫升增長后的張緊力。

[1]成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(第五版)[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008.