全自动在线组框机的设计
全自动在线组框机的设计
L021
Design of automatic on-line framing machine
ChangXiao qin (Changzhou Technician College，changzhou) Caijinjie
摘要：本文针对太阳能电池板（即光伏组件）在线组框的生产特点和要求，对全自动在线组框机的总体方案、传送系统和组框系统进行结构设计，综合采用电机、气动和液压系统实现组件在线输入、规正定位、冲角压接和在线输出的功能，完成对光伏组件的封装。
关键词：光伏组件，在线组框机，结构设计
Abstract： Contraposing the production features and requirements of the solar modules’on-line framing , this paper has structurally designed the machine’s overall project , carrying system and framing system . Solar modules can be successfully carried in , adjusted , located , fixed , and carried out on line by taking advantage of the motor , the pneumatic system and the hydraulic system. Then the solar modules have been framed.
Keywords：solar module , on-line framing machine , structural design
1．引言
我国是能源消耗大国，在国家大力倡导开发新能源的背景下，太阳能光伏产业取得了迅猛发展，从而带动了对光伏组件生产流水线的旺盛需求。组框机在整个光伏组件生产线中主要完成对光伏组件自动装框和冲角压接。国内现有的国产组框机大多采用人工定位，自动化程度和定位精度低，多数情况下各单元只能独立运行，不适合流水线化生产中的在线运行，其组框效率显然不如在线组框机那么高。本设计就全自动在线组框机的方案和关键结构进行了研究和设计。
2．组框机的工作原理
如图1，针对一批组件的尺寸规格，首先对组框机的挤框冲压工作台的位置进行调节，确保对中性。接着，组件在前面装框单元进行人工装框（安装铝合金框和角件），经传送带进入组框机单元，组件传送至中间组框位置时，输入定位气缸活塞杆伸出，使组件停止前进，并实现对宽度方向的定位。此时，传送带停止工作，输入定位气缸活塞杆收回。接着，规正气缸活塞杆伸出，对组件进行长度方向的位置调整，待规正后活塞杆收回。接着，升降气缸活塞杆顶出，将组件顶离传送带一定距离，传送带在进让气缸的作用下向两边满行程退让，以便于组件降落。组件落至冲压平台后，四边液压挤框台在液压缸的作用下进行挤框，冲压平台上的冲头在液压的作用下，进行冲角压接。组件完成组框后，升降气缸活塞杆顶出，将组件再次顶出并高于传送带，传送带在进让气缸作用下复位后，组件降落至传送带，并经传送系统，将组件输出。
图1.全自动在线组框机的设计方案图
3．全自动在线组框机的设计
3.1传送系统的设计
图2.传送系统的设计方案
图2.传送系统的设计方案
传动系统是由调速电机驱动，配有两排宽板链传送带，具有自动规正组件和自动调整传送带间距的功能，主要实现组件的输入、规正和输出。如图2，考虑到组件安装铝合金框后的尺寸和重量，在铝型材上安装衬条和单铰直输链（下称宽板链）作为传送带的主体，安装主、从动塑料链轮，主、从动轴和调速电机作为驱动。整个传送系统结构简单而紧凑，组件传送平稳。两排传送带上对称安装的规正气缸，是用来规正组件冲角压接前的位置。传送带进让气缸是控制调整两排传送带的间距。
（1）调速电机的选择
组框机需通过传送系统将组件从前一个单元输入，组框完毕后，传送到下一个传送单元，所以其传送速度及性能参数要求和层压后所有传送单元保持一致。速度≥11m/min，可调范围0-30m/min，每次位置重复误差≤3mm。所以选择带减速器的调速电机即可满足要求。
计算电机的工作功率：
式中：工作功率，：有效拉力，：传送速度，：传动效率，：安全系数
组件在加速阶段时，电机的工作功率达到最大值，包括宽板链和衬条之间的滑动摩擦力产生的功率损耗与带框组件和宽板链之间静摩擦力产生的功率损耗。传送匀速阶段取可调范围0-30m/min的最大值，加速阶段速度取平均值15m/min；传动效率取0.9。经查询得，动摩擦系数为0.35，静摩擦系数为0.5，宽板链质量0.69Kg/m。
滑动摩擦力 F1=
最大负载惯性力F2=
式中—动摩擦系数，—静摩擦系数，—宽板链质量，—带框组件质量
工作功率：
根据以上计算，选择合适的电机，以精研电机为例，选择带直角中空减速器的100YT200DV22型调速电机。输出功率200W，调速范围90—1400r/min。
（2）主动轴的传动设计
图3.主动轴传动方案
如图3，传送系统中，主动轴带动链轮在调速电机的驱动下旋转，使两排宽板链传送带传送。同时，在组件下降或上升时，为了使组件和传送带之间不产生干涉，两排传送带要在进让气缸的作用下实现间距调整。
图4.轴和轴筒的滑移设计
如图4，为了能够调整两排传送带的间距，将主动轴设计成两段，即轴1和轴2。在调整间距时，轴1和轴2在轴筒内滑移。为了提高轴在轴筒内的滑移稳定性和导向的精度，需要用导向键。但是键块与键槽的贴合面表面精度要求较高，如在轴筒内加工键槽，由于轴筒的长度较长，加工难度较大。故设计两个短的轴套，在轴套内开键槽，将轴套装在轴筒的两端，用紧配合安装。同时为了安装导向键块，需在轴筒和轴套上加工两个通孔，在键块的对应位置加工两个M3的螺纹孔，用螺钉从轴筒外侧，穿过轴套，固定键块。这样，主动轴在轴筒内滑移时，键块在主动轴上的键槽内滑移。
3.2床身与调节装置的设计
为了适应不同尺寸组件的组框需要，机器挤框工作台的间距在宽度和长度方向必须能够调整。调节机构如图5所示，由手轮、梯形丝杠及螺母座、导轨滑块和挤框工作台组成。
如图5，在底座上安装导轨，将挤框工作台通过连接板和滑块相联。调节间距时，旋转手轮，带动梯形丝杠旋转，使螺母座在梯形丝杠上作直线运动，螺母座与挤框工作台连接，即实现挤框工作台的间距调节，满足对不同规格组件进行组框的设计要求。
如图6，调节一个方向的两个挤框工作台时，要有一定精度的对中性，为此两根旋向相反的梯形丝杠用一根光轴连接，以一端固定，一端支撑的方式安装。考虑到两丝杠轴的同
图5. 挤框工作台的间距调节机构
轴误差，在丝杠轴1和光轴之间用弹性联轴器连接，补偿同轴误差，丝杠轴2和光轴之间用普通刚性联轴器即可。此方案在调节工作台间距时，只要旋转一端手轮，就可以控制两侧工作台同时相向靠近或分离，对中精度高。
床身设计时，考虑到加工方便，结构稳定，高强度等特点，如图1，直接采用钢板进行焊接，为了提高整体的刚度，可以在底座背面焊接两块钢板作为加强筋。在底座上安装工业底脚，起到工作时的支撑作用。
图6.丝杠轴连接方案
4．结束语
针对全自动在线组框机的工作要求，对其中的传送和调节机构进行了分析和设计。整个设计结构紧凑、操作简单、便于维护，能够对不同尺寸规格的组件进行组框，满足光伏组件流水线化的生产方式。
参考文献
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