寧夏銀星能源光伏發(fā)電設(shè)備制造有限公司 ■ 張翔衛(wèi)
營口金辰機(jī)械股份有限公司 ■ 李敦信
光伏組件的邊框是支撐、固定組件的“骨架”,也是組件的重要組成部分。組框組角技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是合框鉚角,通過組框組角機(jī)將電池組件鑲嵌在鋁合金邊框的密封槽里,以實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格下的標(biāo)準(zhǔn)模組。迄今為止,組件封裝有硅膠密封、膠條密封、熱熔膠(或發(fā)泡膠)密封三種工藝。而無論采取哪種密封工藝,均要求裝框后組件四個(gè)角的角分線嚴(yán)絲合縫,外形尺寸規(guī)方規(guī)角,型材上、下端面平整、光滑,鉚點(diǎn)分布均勻而深陷,與角件聯(lián)接處紋絲不動(dòng)。當(dāng)組件玻璃在型材密封槽固化后,達(dá)到良好的機(jī)械性能并滿足組件此后長達(dá)25個(gè)春夏秋冬、風(fēng)雨侵襲等自然環(huán)境的考驗(yàn)。欲想滿足組件封裝工藝的要求,就必須有其相應(yīng)的配套設(shè)備。自動(dòng)組框組角機(jī)是集機(jī)械、電子、液壓和氣動(dòng)等關(guān)鍵技術(shù)為一體的專用設(shè)備,本文以SWZ系列自動(dòng)組框組角機(jī)部分典型機(jī)構(gòu)為剖析對(duì)象,介紹其傳動(dòng)機(jī)理及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
最大組框規(guī)格:2000mm×1200mm;
最小組框規(guī)格:800mm×800mm;
適應(yīng)鋁邊框高度:35~50mm;
最大裝框時(shí)對(duì)角線對(duì)角線誤差:L=±1.0mm;
裝框完成后組件長度和寬度誤差:≤1.0mm;
裝框完成后四角角度偏差:±0.5?;
邊框高度誤差:≤0.2mm;
45?角縫間隙:≤1.0mm;
生產(chǎn)效率(節(jié)拍):≤35s/min。
SWZ系列組框組角機(jī)外觀結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。當(dāng)太陽能電池組件從前一道工序通過傳輸帶輸送至前定位斜面輪時(shí),組件停止前進(jìn),此時(shí)規(guī)正機(jī)構(gòu)對(duì)組件進(jìn)行規(guī)正處理,使組件中心與設(shè)備中心相互重合,同時(shí),中心升降機(jī)構(gòu)帶動(dòng)防隱裂頂升裝置將組件徐徐升起并迫使邊框脫離傳輸帶,于是,閃框機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)兩側(cè)的輸送帶1、2分別向圖1所示的右下方和左上方位移,致使組件外形尺寸恰好對(duì)應(yīng)其組框組角底板。當(dāng)防隱裂頂升裝置下落后,組件完全落座于組角底板上。長邊活動(dòng)橫梁向圖示箭頭方向合框到位。兩組短邊橫梁分別向圖示箭頭方向運(yùn)動(dòng),短邊合框到位。在長、短邊框靜止?fàn)顟B(tài)下,邊框型材四角的組角油缸帶動(dòng)組角刀同步向型材內(nèi)角施加壓力。將型材腔內(nèi)角件與型材鉚接成一體。組框組角完成后,長、短邊橫梁向箭頭相反方向位移10~20mm,組件再次頂起,輸送帶1、2位移使組件落入傳輸帶上并傳至下一工位。同時(shí),下一塊組件進(jìn)入裝框機(jī)重復(fù)上述動(dòng)作過程。
組框組角機(jī)的機(jī)體屬焊合結(jié)構(gòu)件。實(shí)踐證明,機(jī)體在不同工況下的受力分析是設(shè)計(jì)中不可忽視的重要環(huán)節(jié)。具有高可靠性的組框組角機(jī),無論是在使用過程中還是在運(yùn)輸過程中,都不應(yīng)產(chǎn)生變形。在設(shè)計(jì)中,我們運(yùn)用有限元分析技術(shù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),通過不同機(jī)體結(jié)構(gòu)的類比、分析優(yōu)化設(shè)計(jì),以試驗(yàn)結(jié)果評(píng)審設(shè)計(jì)方案,大大提高了產(chǎn)品的性能和質(zhì)量,縮短了開發(fā)周期,提升了產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的成功率。為了消除內(nèi)應(yīng)力的周期性釋放,我們對(duì)機(jī)體焊接后采取整體熱處理,徹底消除殘余應(yīng)力。為滿足整機(jī)運(yùn)動(dòng)靈活和運(yùn)動(dòng)精度,機(jī)體做到設(shè)計(jì)、工藝、裝配基準(zhǔn)三統(tǒng)一,使產(chǎn)品的裝框精度、鉚角受力后對(duì)角線精度等關(guān)鍵參數(shù),均達(dá)到最佳。
光伏組件的工藝要求決定組框組角機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ),當(dāng)采用組框的同時(shí)實(shí)現(xiàn)組角工藝時(shí)(俗稱鉚角工藝),其角件與型材腔為間隙配合,其預(yù)留間隙在0.2~0.5mm的控制范圍,長、短邊的組框機(jī)構(gòu)軸向負(fù)載幾乎為零,此時(shí)機(jī)構(gòu)僅克服其運(yùn)動(dòng)摩擦阻力。而采用非間隙角件與型材腔過盈配合裝框時(shí)(無需鉚角),角件與型腔的過盈量一般控制在0.5~0.7mm(柱狀四鉚點(diǎn))范圍。設(shè)計(jì)時(shí),其負(fù)載動(dòng)力的選擇范圍一般為9800~14000N。
SWZ系列組框機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)兼顧了過盈與非過盈型材兩種組框工藝,由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)長、短邊組框,組框負(fù)載力隨工藝條件的變化而自動(dòng)控制。
值得一提的是,該機(jī)組框時(shí)型材的受力面與施力點(diǎn)呈水平布局,如圖2所示。這種設(shè)計(jì)完全避免了裝框時(shí)其反作用力而產(chǎn)生的組角板外傾變形的可能,大大提高合縫精度的可靠性。
此外,該機(jī)構(gòu)中的長、短邊橫梁與機(jī)體加工平面呈平行狀態(tài),其上端鋪設(shè)直線導(dǎo)軌,與組角板構(gòu)成同一基準(zhǔn)下的傳輸平面,使四組組角底板沿縱、橫方向同步運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)組件共面性要求,確保邊框四個(gè)90?角的控制精度,達(dá)到邊長及對(duì)角線精度標(biāo)準(zhǔn)。
SWZ系列組角機(jī)構(gòu)是采用整體底板為單元支撐平面,組角油缸安裝在底板滑道上,組角時(shí)油缸體沿滑道帶動(dòng)組角刀運(yùn)行,完成鉚角的往復(fù)運(yùn)動(dòng)(見圖3)。該機(jī)構(gòu)最大特點(diǎn)是,創(chuàng)新設(shè)計(jì)了鉚角作用力作用于組角體自身的受力特點(diǎn),鉚角時(shí)長、短邊橫梁及其相對(duì)應(yīng)裝置不遭受鉚角力頻繁沖擊。
這種設(shè)計(jì)要點(diǎn)擺脫相關(guān)制件約束,為確保合框運(yùn)動(dòng)長期反復(fù)位移狀態(tài)下,不降低組框鉚角精度等創(chuàng)造了必要條件。與此同時(shí),組件不受組角機(jī)構(gòu)工作時(shí)所產(chǎn)生作用力變形影響,有效控制成品件廢品的產(chǎn)生。
當(dāng)采用非鉚角工藝時(shí),可將組角刀拆下,切換工作狀態(tài),便可進(jìn)入過盈角件的組框。
所謂前定位機(jī)構(gòu),實(shí)際上是組件從上一工位傳輸至組框組角機(jī)終點(diǎn)時(shí)的限位機(jī)構(gòu)。傳統(tǒng)的限位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),大多采取“死定位”結(jié)構(gòu),在組件換型時(shí)需反復(fù)調(diào)整,操作不便。該機(jī)的前定位機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一種以斜面輪做定位,組件換型時(shí)無需調(diào)整,提高了定位精度和效率。
如圖4所示,當(dāng)組件傳輸至斜面輪時(shí)斜面輪在氣缸推動(dòng)下上移(圖示剖線位置),此時(shí),邊框與斜面輪為平行接觸。由設(shè)計(jì)決定斜面輪傾斜角θ2與斜支座傾斜角θ1相同,連接斜面輪的氣缸中心線垂直于斜支座。當(dāng)組件運(yùn)行至盡頭時(shí),組件與組角板已預(yù)留足夠間隙,使組件可準(zhǔn)確無誤地落入組角底板實(shí)現(xiàn)組框組角。當(dāng)組框組角完成后,斜面輪回退。組件升起并從斜面輪的上方傳輸至下道工序。
國外一些專用型組框組角機(jī)一般只限定一種組件規(guī)格的生產(chǎn),往往不能兼容各種組件規(guī)格,生產(chǎn)受限。而這類機(jī)型設(shè)計(jì)較簡便并精度較高。其缺陷是不能兼容其他組件的生產(chǎn),故利用率低。而近年來,國產(chǎn)在線型組框組角機(jī)可生產(chǎn)(1300~2000mm)×(800~1200mm)范圍內(nèi)的組件規(guī)格。大大拓寬了設(shè)備的兼容性。然而,擺在設(shè)計(jì)者面前的課題是,在換型狀態(tài)下,其鎖緊機(jī)構(gòu)如何滿足高效切換、精準(zhǔn)定位的要求。
SWZ系列組框組角機(jī)創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一種快速機(jī)械切換組件規(guī)格的鎖緊機(jī)構(gòu),如圖5所示。
鎖緊機(jī)構(gòu)安裝在長、短邊橫梁支座的下方,與其連接成整體,鎖緊塊的上方設(shè)有氣缸,其活塞桿與活動(dòng)齒條相聯(lián)接(圖中未視出),兩側(cè)的活動(dòng)導(dǎo)柱也與活動(dòng)齒條連成一體。鎖緊塊兩側(cè)分別設(shè)有兩組平行導(dǎo)柱,鎖緊塊兩端的微調(diào)定位螺柄安裝在橫梁支座上,只要旋動(dòng)微調(diào)手柄,鎖緊塊即可移動(dòng)。固定齒條安裝在機(jī)體上,與直線導(dǎo)軌共面并與活動(dòng)齒條平行。當(dāng)組件規(guī)格確認(rèn)后(長、短邊工進(jìn)到位),觀察上、下齒條是否為正常嚙合位置,如果有一定差異,可旋轉(zhuǎn)微調(diào)定位螺柄,使其進(jìn)入正常嚙合狀態(tài),然后讓氣缸壓下活動(dòng)齒條實(shí)現(xiàn)自鎖。該機(jī)構(gòu)在調(diào)整好組件尺寸的狀態(tài)下,確保四組活動(dòng)支座在承受合框外力時(shí),保持靜止不動(dòng)。當(dāng)需改變組件規(guī)格時(shí),活動(dòng)齒條可自動(dòng)釋放脫離嚙合,然后切換組件規(guī)格,將微調(diào)活動(dòng)齒條至正確嚙合狀態(tài)。
該機(jī)構(gòu)切換組件方便、快捷,勞動(dòng)強(qiáng)度低,只要一次鎖緊完成,便可確保批次組件尺寸、精度的正確性。
組框組角機(jī)是光伏組件封裝生產(chǎn)線中的關(guān)鍵設(shè)備,其設(shè)計(jì)質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到組件封裝質(zhì)量和設(shè)備的可靠性。本文通過對(duì)其重要機(jī)構(gòu)的剖析,以具體設(shè)計(jì)實(shí)例介紹的典型機(jī)構(gòu),均已得到實(shí)踐認(rèn)證,并廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外組件封裝生產(chǎn)中。