荊萌，郝志彬

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西太原030024)

近年來(lái)，氣動(dòng)技術(shù)在各種自動(dòng)化生產(chǎn)裝備和生產(chǎn)線中得到了廣泛的應(yīng)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(dòng)系統(tǒng)中最為廣泛使用的一種執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它能夠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行快速運(yùn)動(dòng)，但是同時(shí)也帶來(lái)了機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)到位時(shí)的沖擊。在太陽(yáng)能串焊設(shè)備中，焊頭作為太陽(yáng)能電池片焊接中的重要部分，其運(yùn)動(dòng)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(jī)構(gòu)零部件的沖擊變形以及系統(tǒng)的安全可靠，應(yīng)對(duì)高速運(yùn)動(dòng)中的焊頭升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行緩沖控制，將焊頭到位時(shí)的沖擊速度控制在一定范圍內(nèi)，所以，需要通過(guò)對(duì)高速運(yùn)動(dòng)后的緩沖過(guò)程進(jìn)行研究，確定適當(dāng)?shù)木彌_控制參數(shù)，才能使焊頭升降機(jī)構(gòu)既能實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)，滿足時(shí)間要求，又能實(shí)現(xiàn)到位時(shí)沖擊速度的控制。

1 焊頭部件結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

串焊是太陽(yáng)能電池組件生產(chǎn)過(guò)程中極其關(guān)鍵的一道工序，其作用是在檢測(cè)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(shí)把電池串進(jìn)行分類收集。

圖1 串焊原理圖

焊帶與太陽(yáng)能電池片之間的焊接質(zhì)量是太陽(yáng)能串焊設(shè)備的主要技術(shù)要求，因此焊頭部件作為串焊設(shè)備的核心部件，其運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性決定著設(shè)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(guò)加熱管將焊頭內(nèi)的滾珠加熱，焊頭氣缸向下運(yùn)動(dòng)，使加熱后的滾珠壓在焊帶上，電動(dòng)執(zhí)行器帶動(dòng)焊頭沿著焊帶方向滾動(dòng)，將焊帶與電池片焊為一體。

焊頭氣缸運(yùn)動(dòng)到行程末端時(shí)依靠液壓緩沖器來(lái)吸收沖擊能量，由于焊頭質(zhì)量較大，且氣缸運(yùn)動(dòng)速度較高，氣缸運(yùn)動(dòng)到末端時(shí)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(yán)重的抖動(dòng)現(xiàn)象，容易造成太陽(yáng)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(dòng)緩沖回路工作原理及其應(yīng)用

氣動(dòng)緩沖回路的工作原理是當(dāng)氣缸伸出或縮回接近行程末端時(shí)，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(gè)流量較小的排氣回路，通過(guò)更大的排氣阻力來(lái)降低氣缸接近末端時(shí)的速度。

在焊頭的常規(guī)氣動(dòng)控制回路（見(jiàn)圖3）中，采用兩位五通電磁閥控制氣缸運(yùn)動(dòng)，在氣缸桿端應(yīng)用了先導(dǎo)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(shè)備的安全。焊頭下降到末端時(shí)僅僅依靠液壓緩沖器來(lái)減緩焊頭運(yùn)動(dòng)速度，無(wú)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(dòng)控制回路

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

氣缸活塞桿伸出時(shí)，氣缸帶動(dòng)焊頭部件在磁開(kāi)關(guān)1-2之間運(yùn)動(dòng)時(shí)，閥B處于初始位置，此時(shí)，氣缸桿端腔體中的壓縮空氣經(jīng)過(guò)閥B到達(dá)閥A進(jìn)行集中快速排氣，此階段氣缸運(yùn)動(dòng)速度通過(guò)先導(dǎo)式單向閥控制，保證了氣缸運(yùn)動(dòng)的速度和時(shí)間要求。

氣缸活塞桿運(yùn)動(dòng)到接近行程末端時(shí)，磁開(kāi)關(guān)2檢測(cè)到氣缸運(yùn)動(dòng)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(guò)調(diào)節(jié)調(diào)速閥排氣速度來(lái)增大焊頭下降時(shí)的排氣阻力，從而達(dá)到焊頭運(yùn)動(dòng)到氣缸末端時(shí)緩慢柔和的目的。

圖4 焊頭氣緩沖氣動(dòng)控制回路

3 使用效果

這種氣動(dòng)緩沖回路和液壓緩沖器結(jié)合的緩沖機(jī)構(gòu)，既保證了氣缸的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，又滿足了末端緩沖的要求。經(jīng)過(guò)太陽(yáng)能串焊機(jī)實(shí)際生產(chǎn)條件下連續(xù)使用運(yùn)行，設(shè)備運(yùn)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(yáng)能串焊設(shè)備中有重要的應(yīng)用價(jià)值，而且對(duì)其他高速運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)同樣具有參考價(jià)值。

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

[2]日本SMC公司.SMC氣動(dòng)產(chǎn)品樣本[Z].2017.