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，氣動技術在各種自動化生產裝備和生產線中得到了廣泛的應用，極大地提高了制造業的生產效率和產品質量。氣缸是氣動系統中最為廣泛使用的一種執行機構，它能夠驅動機構進行快速運動，但是同時也帶來了機構運動到位時的沖擊。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性直接影響焊接質量。為了避免焊頭升降機構零部件的沖擊變形以及系統的安全可靠，應對高速運動中的焊頭升降機構進行緩沖控制，將焊頭到位時的沖擊速度控制在一定范圍內，所以，需要通過對高速運動后的緩沖過程進行研究，確定適當的緩沖控制參數，才能使焊頭升降機構既能實現高速運動，滿足時間要求，又能實現到位時沖擊速度的控制。

1 焊頭部件結構及特點

串焊是太陽能電池組件生產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量是太陽能串焊設備的主要技術要求，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性決定著設備的性能優劣。

焊頭結構如圖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，由于焊頭質量較大，且氣缸運動速度較高，氣缸運動到末端時產生很大的沖擊力，液壓緩沖器的緩沖能力不足以吸收全部的沖擊能量，因此焊頭出現嚴重的抖動現象，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 焊頭部件結構

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下落現象，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生的沖擊力，造成了廢品率的增加。

圖3 焊頭的常規氣動控制回路

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閥B和調速閥排向大氣，通過調節調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合的緩沖機構，既保證了氣缸的運動時間，又滿足了末端緩沖的要求。經過太陽能串焊機實際生產條件下連續使用運行，設備運行穩定可靠，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的設計同樣具有參考價值。

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

[2]日本SMC公司.SMC氣動產品樣本[Z].2017.