有關(guān)風(fēng)電葉片制造機(jī)械化及自動(dòng)化的探討

馮濤 金浩

摘 ?要：隨著風(fēng)電葉片行業(yè)的不斷發(fā)展，機(jī)械化和自動(dòng)化代替人工作業(yè)將是大勢(shì)所趨，全生產(chǎn)線(xiàn)的自動(dòng)化升級(jí)將極大降低風(fēng)電葉片的成本，大幅提升葉片制造加工的精度和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電葉片;自動(dòng)化;軌道;工業(yè)機(jī)器人

1、風(fēng)電葉片制造現(xiàn)狀

風(fēng)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(guò)程配套的設(shè)備諸如模具、行車(chē)叉車(chē)、加熱器、真空泵、翻轉(zhuǎn)鎖模、樹(shù)脂混膠機(jī)和噴涂機(jī)等多為輔助生產(chǎn)，而直接用于葉片生產(chǎn)作業(yè)的自動(dòng)化機(jī)械裝備基本沒(méi)有。其中葉片涂裝在汽車(chē)制造行業(yè)已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化可以借鑒，自動(dòng)層鋪、自動(dòng)灌注、自動(dòng)倒運(yùn)流轉(zhuǎn)等在飛行器制造行業(yè)也有應(yīng)用，這些成熟的技術(shù)結(jié)合葉片生產(chǎn)的工藝技術(shù)特點(diǎn)，進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)后可用于葉片的自動(dòng)化生產(chǎn)。

2、葉片生產(chǎn)自動(dòng)流轉(zhuǎn)倒運(yùn)

風(fēng)電葉片的生產(chǎn)屬于T型生產(chǎn)線(xiàn)布局，大梁和腹板提前生產(chǎn)作為部件在殼體生產(chǎn)時(shí)使用，殼體成型至型修涂裝可按照流水線(xiàn)形式布局。葉片在加工過(guò)程中的流轉(zhuǎn)是線(xiàn)性的，原材料、部件、半成品及成品的流轉(zhuǎn)倒運(yùn)貫穿于葉片制造全過(guò)程，是葉片自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)不可缺少的部分。鑒于風(fēng)電葉片尺寸巨大，可通過(guò)自動(dòng)化流轉(zhuǎn)倒運(yùn)工裝載動(dòng)葉片和部件在布置好的車(chē)間軌道上受控輸送，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)品的自動(dòng)倒運(yùn)流轉(zhuǎn)。同時(shí)該系統(tǒng)內(nèi)置整個(gè)工廠(chǎng)的物理模型數(shù)據(jù)，輸送和運(yùn)行軌道上布置位移、速度和定位傳感器，通過(guò)流轉(zhuǎn)倒運(yùn)工裝本身的控制程序和與軌道傳感器進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)流轉(zhuǎn)倒運(yùn)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(yīng)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(yùn)行軌道系統(tǒng)

在成型車(chē)間，每套模具兩側(cè)均布置有該模具葉片生產(chǎn)所需自動(dòng)化裝備運(yùn)行的軌道，自動(dòng)膠衣涂刷自動(dòng)鋪布、自動(dòng)灌注合模等裝備安裝在該軌道上圍繞模具進(jìn)行作業(yè)，實(shí)現(xiàn)膠衣自動(dòng)噴涂、自動(dòng)鋪層、自動(dòng)灌注、自動(dòng)涂膠合模;在葉片型修階段，每個(gè)型修工位兩側(cè)布置供葉片型修噴漆機(jī)器人運(yùn)行的軌道，圍繞半成品葉片進(jìn)行葉片切邊、打磨、噴漆的設(shè)備在、此軌道上來(lái)回運(yùn)行實(shí)現(xiàn)葉片型修。

2.2產(chǎn)品和部件流轉(zhuǎn)的自動(dòng)倒運(yùn)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(zhuǎn)倒運(yùn)的自動(dòng)倒運(yùn)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(dòng)將對(duì)應(yīng)部件和成品輸送至下一個(gè)工序或工位，實(shí)現(xiàn)各生產(chǎn)線(xiàn)間部件產(chǎn)品的自動(dòng)流轉(zhuǎn)。

3、殼體成型自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)

該自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)主要是以模具和工位為中心，在模具或工位周邊布置自動(dòng)化設(shè)備作業(yè)軌道，膠衣自動(dòng)噴涂設(shè)備、自動(dòng)鋪布設(shè)備、自動(dòng)鋪設(shè)芯材設(shè)備、在線(xiàn)自動(dòng)灌注設(shè)備、在線(xiàn)自動(dòng)涂膠設(shè)備、自動(dòng)切邊打磨噴漆設(shè)備等在該軌道上運(yùn)行，完成相應(yīng)模具生產(chǎn)工序生產(chǎn)作業(yè)，實(shí)現(xiàn)葉片生產(chǎn)加工的機(jī)械自動(dòng)化。

3.1膠衣噴涂和鋪布自動(dòng)化

在葉片和大梁腹板層鋪灌注階段，膠衣噴涂、玻纖布鋪設(shè)、芯材鋪放和輔材鋪放集成在一個(gè)設(shè)備上，該設(shè)備通過(guò)內(nèi)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(shí)現(xiàn)膠衣自動(dòng)化混合、噴涂。玻纖布的自動(dòng)鋪設(shè)實(shí)現(xiàn)方式有兩種：第一種為所使用玻纖布為標(biāo)準(zhǔn)布帶，自動(dòng)鋪布機(jī)通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)置的葉型、模具型面數(shù)據(jù)、鋪布工藝數(shù)據(jù)，結(jié)合布置在模具上的定位傳感器將玻纖布帶精準(zhǔn)的鋪設(shè)在模具，往復(fù)作業(yè)完成整個(gè)葉片的鋪設(shè);第二種為所使用的玻纖布為提前按葉片的結(jié)構(gòu)和鋪設(shè)工藝裁切好的裁片，自動(dòng)鋪布機(jī)通過(guò)自動(dòng)識(shí)別將每塊裁片鋪放到對(duì)應(yīng)的位置，最終完成整個(gè)鋪布過(guò)程。

3.2在線(xiàn)灌注與在線(xiàn)涂膠

在葉片成型的真空導(dǎo)注階段，通過(guò)集成了樹(shù)脂自動(dòng)上料、自動(dòng)脫泡、降溫和混配等功能的在線(xiàn)灌注機(jī)與預(yù)埋在模具上的樹(shù)脂輸送管路連接，實(shí)現(xiàn)葉片成型的自動(dòng)化導(dǎo)注。導(dǎo)注開(kāi)始時(shí)在線(xiàn)灌注機(jī)流轉(zhuǎn)倒運(yùn)系統(tǒng)開(kāi)至待灌注的模具，在線(xiàn)灌注機(jī)的混合樹(shù)脂出口有帶快速接口的連接軟管，與模具上的樹(shù)脂輸送主管路實(shí)現(xiàn)快速連接，樹(shù)脂輸送主管路在葉片每個(gè)導(dǎo)注口位置的支管上布有帶傳感器的電磁閥門(mén)，電磁閥門(mén)的傳感器可以通過(guò)樹(shù)脂流速、壓力等感應(yīng)真空灌注進(jìn)行程度，傳感器將這些信號(hào)傳輸給在線(xiàn)灌注機(jī)，在線(xiàn)灌注機(jī)通過(guò)內(nèi)置的灌注程序，檢測(cè)到模具上對(duì)應(yīng)區(qū)域樹(shù)脂澆注完成后給出指令自動(dòng)關(guān)閉對(duì)應(yīng)澆注口的電磁閥門(mén)，最終完成整個(gè)葉片的真空灌注。

3.3葉片表面型修和涂裝自動(dòng)化

從成型車(chē)間生產(chǎn)線(xiàn)下來(lái)的半成品葉片，通過(guò)自動(dòng)流轉(zhuǎn)倒運(yùn)系統(tǒng)輸送至型修涂裝工位，使用多軸工業(yè)機(jī)器人手臂實(shí)現(xiàn)型修涂裝的自動(dòng)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(cè)鋪設(shè)工業(yè)機(jī)器人作業(yè)的導(dǎo)軌，機(jī)器人在導(dǎo)軌上按照程序設(shè)定從葉根向葉尖移動(dòng)完成葉片的切邊、打磨和涂裝作業(yè);另一種為通過(guò)式，葉片在自動(dòng)流轉(zhuǎn)倒運(yùn)系統(tǒng)上逐步通過(guò)固定點(diǎn)機(jī)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(gè)工業(yè)機(jī)器人，該機(jī)器人內(nèi)置切邊、打磨和噴涂三種作業(yè)模式，不同的模式下自動(dòng)切換不同的末端作業(yè)頭和程序。

4、網(wǎng)絡(luò)化和信息化

以上自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)和控制系統(tǒng)離不開(kāi)網(wǎng)絡(luò)化和信息化，網(wǎng)絡(luò)是信息的載體和高速公路，二者相輔相成是整個(gè)葉片自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的軟體部分發(fā)揮著重要的作用。分布式就地控制柜對(duì)每個(gè)模具自動(dòng)化設(shè)備的監(jiān)控、中央監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)分布在各生產(chǎn)線(xiàn)就地控制柜和相應(yīng)設(shè)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(luò)，因此需要在整個(gè)工廠(chǎng)內(nèi)搭建以模具工位為三級(jí)、以車(chē)間為二級(jí)和以中央控制系統(tǒng)級(jí)為一級(jí)的工廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)工廠(chǎng)各終端系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化布局。

5、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上機(jī)械化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化和信息化深度融合而打造的風(fēng)電葉片自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)，取代了風(fēng)電葉片生產(chǎn)制造過(guò)程中人員直接作業(yè)的工序。自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)建成以后工廠(chǎng)只需要保留少數(shù)人員用于設(shè)備管理、工廠(chǎng)管理和中央監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)維，直接生產(chǎn)工序?qū)崿F(xiàn)了機(jī)械化和自動(dòng)化，大大降低了葉片制造成本，發(fā)揮出了機(jī)器作業(yè)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)一步提升的優(yōu)勢(shì)，而且人工的減少規(guī)避了企業(yè)面臨的大部分勞資風(fēng)險(xiǎn)，是風(fēng)電葉片制造優(yōu)質(zhì)安全高效的必由之路。

參考文獻(xiàn)

[1]郝建偉.復(fù)合材料制造自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展[J].航空制造技術(shù)，2010（17）：26-29.

[2]譚明生.GPS定位技術(shù)———差分GPS技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J].河北企業(yè)，2016（3）：117-118.

[3]謝惠，杜瑞，王晶晶，等.工業(yè)機(jī)器人在風(fēng)電葉片裝配中的前景展望[J].山東化工，2015（24）：95-97.