有關風電葉片制造機械化及自動化的探討

馮濤 金浩

摘 ?要：隨著風電葉片行業(yè)的不斷發(fā)展，機械化和自動化代替人工作業(yè)將是大勢所趨，全生產(chǎn)線的自動化升級將極大降低風電葉片的成本，大幅提升葉片制造加工的精度和質量。

關鍵詞：風電葉片;自動化;軌道;工業(yè)機器人

1、風電葉片制造現(xiàn)狀

風電葉片的制造從大的工序上可分為模鑄成型和修型涂裝，其制造過程配套的設備諸如模具、行車叉車、加熱器、真空泵、翻轉鎖模、樹脂混膠機和噴涂機等多為輔助生產(chǎn)，而直接用于葉片生產(chǎn)作業(yè)的自動化機械裝備基本沒有。其中葉片涂裝在汽車制造行業(yè)已實現(xiàn)自動化可以借鑒，自動層鋪、自動灌注、自動倒運流轉等在飛行器制造行業(yè)也有應用，這些成熟的技術結合葉片生產(chǎn)的工藝技術特點，進行二次開發(fā)后可用于葉片的自動化生產(chǎn)。

2、葉片生產(chǎn)自動流轉倒運

風電葉片的生產(chǎn)屬于T型生產(chǎn)線布局，大梁和腹板提前生產(chǎn)作為部件在殼體生產(chǎn)時使用，殼體成型至型修涂裝可按照流水線形式布局。葉片在加工過程中的流轉是線性的，原材料、部件、半成品及成品的流轉倒運貫穿于葉片制造全過程，是葉片自動化生產(chǎn)線不可缺少的部分。鑒于風電葉片尺寸巨大，可通過自動化流轉倒運工裝載動葉片和部件在布置好的車間軌道上受控輸送，實現(xiàn)生產(chǎn)過程中產(chǎn)品的自動倒運流轉。同時該系統(tǒng)內置整個工廠的物理模型數(shù)據(jù)，輸送和運行軌道上布置位移、速度和定位傳感器，通過流轉倒運工裝本身的控制程序和與軌道傳感器進行通訊，實現(xiàn)流轉倒運的啟停和精確定位，其軌道可以是具有傳感器的物理軌道也可以是磁感應的AGV軌道或者差分衛(wèi)星定位系統(tǒng)路徑。

2.1工位和模具端裝備作業(yè)運行軌道系統(tǒng)

在成型車間，每套模具兩側均布置有該模具葉片生產(chǎn)所需自動化裝備運行的軌道，自動膠衣涂刷自動鋪布、自動灌注合模等裝備安裝在該軌道上圍繞模具進行作業(yè)，實現(xiàn)膠衣自動噴涂、自動鋪層、自動灌注、自動涂膠合模;在葉片型修階段，每個型修工位兩側布置供葉片型修噴漆機器人運行的軌道，圍繞半成品葉片進行葉片切邊、打磨、噴漆的設備在、此軌道上來回運行實現(xiàn)葉片型修。

2.2產(chǎn)品和部件流轉的自動倒運系統(tǒng)

在大梁至殼體、腹板至殼體、殼體至型修不同工位間，布置用于大梁腹板和葉片周轉倒運的自動倒運系統(tǒng)，該系統(tǒng)根據(jù)大梁、腹板與殼體以及殼體與型修作業(yè)的作業(yè)順序，自動將對應部件和成品輸送至下一個工序或工位，實現(xiàn)各生產(chǎn)線間部件產(chǎn)品的自動流轉。

3、殼體成型自動化生產(chǎn)線

該自動化生產(chǎn)線主要是以模具和工位為中心，在模具或工位周邊布置自動化設備作業(yè)軌道，膠衣自動噴涂設備、自動鋪布設備、自動鋪設芯材設備、在線自動灌注設備、在線自動涂膠設備、自動切邊打磨噴漆設備等在該軌道上運行，完成相應模具生產(chǎn)工序生產(chǎn)作業(yè)，實現(xiàn)葉片生產(chǎn)加工的機械自動化。

3.1膠衣噴涂和鋪布自動化

在葉片和大梁腹板層鋪灌注階段，膠衣噴涂、玻纖布鋪設、芯材鋪放和輔材鋪放集成在一個設備上，該設備通過內置的葉片模具型面數(shù)據(jù)和布置在模具上的定位傳感器實現(xiàn)膠衣自動化混合、噴涂。玻纖布的自動鋪設實現(xiàn)方式有兩種：第一種為所使用玻纖布為標準布帶，自動鋪布機通過系統(tǒng)內置的葉型、模具型面數(shù)據(jù)、鋪布工藝數(shù)據(jù)，結合布置在模具上的定位傳感器將玻纖布帶精準的鋪設在模具，往復作業(yè)完成整個葉片的鋪設;第二種為所使用的玻纖布為提前按葉片的結構和鋪設工藝裁切好的裁片，自動鋪布機通過自動識別將每塊裁片鋪放到對應的位置，最終完成整個鋪布過程。

3.2在線灌注與在線涂膠

在葉片成型的真空導注階段，通過集成了樹脂自動上料、自動脫泡、降溫和混配等功能的在線灌注機與預埋在模具上的樹脂輸送管路連接，實現(xiàn)葉片成型的自動化導注。導注開始時在線灌注機流轉倒運系統(tǒng)開至待灌注的模具，在線灌注機的混合樹脂出口有帶快速接口的連接軟管，與模具上的樹脂輸送主管路實現(xiàn)快速連接，樹脂輸送主管路在葉片每個導注口位置的支管上布有帶傳感器的電磁閥門，電磁閥門的傳感器可以通過樹脂流速、壓力等感應真空灌注進行程度，傳感器將這些信號傳輸給在線灌注機，在線灌注機通過內置的灌注程序，檢測到模具上對應區(qū)域樹脂澆注完成后給出指令自動關閉對應澆注口的電磁閥門，最終完成整個葉片的真空灌注。

3.3葉片表面型修和涂裝自動化

從成型車間生產(chǎn)線下來的半成品葉片，通過自動流轉倒運系統(tǒng)輸送至型修涂裝工位，使用多軸工業(yè)機器人手臂實現(xiàn)型修涂裝的自動化作業(yè)。在此工序葉片的處理方式有兩種，一種為葉片固定，在工位兩側鋪設工業(yè)機器人作業(yè)的導軌，機器人在導軌上按照程序設定從葉根向葉尖移動完成葉片的切邊、打磨和涂裝作業(yè);另一種為通過式，葉片在自動流轉倒運系統(tǒng)上逐步通過固定點機器人的方式，完成葉片的切邊、打磨和涂裝作業(yè)。切邊、打磨和涂裝使用同一個工業(yè)機器人，該機器人內置切邊、打磨和噴涂三種作業(yè)模式，不同的模式下自動切換不同的末端作業(yè)頭和程序。

4、網(wǎng)絡化和信息化

以上自動化生產(chǎn)線和控制系統(tǒng)離不開網(wǎng)絡化和信息化，網(wǎng)絡是信息的載體和高速公路，二者相輔相成是整個葉片自動化生產(chǎn)線的軟體部分發(fā)揮著重要的作用。分布式就地控制柜對每個模具自動化設備的監(jiān)控、中央監(jiān)控系統(tǒng)對分布在各生產(chǎn)線就地控制柜和相應設備的監(jiān)控、各種數(shù)據(jù)采集傳輸，都需要數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡，因此需要在整個工廠內搭建以模具工位為三級、以車間為二級和以中央控制系統(tǒng)級為一級的工廠網(wǎng)絡系統(tǒng)，實現(xiàn)對整個工廠各終端系統(tǒng)的網(wǎng)絡化布局。

5、結語

通過以上機械化、自動化、網(wǎng)絡化、數(shù)字化和信息化深度融合而打造的風電葉片自動化生產(chǎn)線，取代了風電葉片生產(chǎn)制造過程中人員直接作業(yè)的工序。自動化生產(chǎn)線建成以后工廠只需要保留少數(shù)人員用于設備管理、工廠管理和中央監(jiān)控系統(tǒng)的運維，直接生產(chǎn)工序實現(xiàn)了機械化和自動化，大大降低了葉片制造成本，發(fā)揮出了機器作業(yè)對產(chǎn)品質量進一步提升的優(yōu)勢，而且人工的減少規(guī)避了企業(yè)面臨的大部分勞資風險，是風電葉片制造優(yōu)質安全高效的必由之路。

參考文獻

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