荆萌，郝志彬

(中国电子科技集团公司第二研究所，山西太原030024)

近年来，气动技术在各种自动化生产装备和生产线中得到了广泛的应用，极大地提高了制造业的生产效率和产品质量。气缸是气动系统中最为广泛使用的一种执行机构，它能够驱动机构进行快速运动，但是同时也带来了机构运动到位时的冲击。在太阳能串焊设备中，焊头作为太阳能电池片焊接中的重要部分，其运动的可靠性和平稳性直接影响焊接质量。为了避免焊头升降机构零部件的冲击变形以及系统的安全可靠，应对高速运动中的焊头升降机构进行缓冲控制，将焊头到位时的冲击速度控制在一定范围内，所以，需要通过对高速运动后的缓冲过程进行研究，确定适当的缓冲控制参数，才能使焊头升降机构既能实现高速运动，满足时间要求，又能实现到位时冲击速度的控制。

1 焊头部件结构及特点

串焊是太阳能电池组件生产过程中极其关键的一道工序，其作用是在检测完好的电池片上焊上互联条，并焊接成串（如图1所示），同时把电池串进行分类收集。

图1 串焊原理图

焊带与太阳能电池片之间的焊接质量是太阳能串焊设备的主要技术要求，因此焊头部件作为串焊设备的核心部件，其运动速度和运动平稳性决定着设备的性能优劣。

焊头结构如图2所示，此种焊接方式采用软接触热压式焊接，通过加热管将焊头内的滚珠加热，焊头气缸向下运动，使加热后的滚珠压在焊带上，电动执行器带动焊头沿着焊带方向滚动，将焊带与电池片焊为一体。

焊头气缸运动到行程末端时依靠液压缓冲器来吸收冲击能量，由于焊头质量较大，且气缸运动速度较高，气缸运动到末端时产生很大的冲击力，液压缓冲器的缓冲能力不足以吸收全部的冲击能量，因此焊头出现严重的抖动现象，容易造成太阳能电池片的隐裂和碎裂，影响电池串的焊接质量，而且大大降低了液压缓冲器的使用寿命。

图2 焊头部件结构

2 气动缓冲回路工作原理及其应用

气动缓冲回路的工作原理是当气缸伸出或缩回接近行程末端时，利用电磁阀使气缸的排气通道从流量较大的排气回路转换到另一个流量较小的排气回路，通过更大的排气阻力来降低气缸接近末端时的速度。

在焊头的常规气动控制回路（见图3）中，采用两位五通电磁阀控制气缸运动，在气缸杆端应用了先导式单向阀，防止焊头在断气情况下出现下落现象，保证人身和设备的安全。焊头下降到末端时仅仅依靠液压缓冲器来减缓焊头运动速度，无法完全消除行程末端产生的冲击力，造成了废品率的增加。

图3 焊头的常规气动控制回路

为解决行程末端的冲击问题，考虑在气缸杆端增加气缓冲回路（如图4所示），来弥补液压缓冲器的不足。

气缸活塞杆伸出时，气缸带动焊头部件在磁开关1-2之间运动时，阀B处于初始位置，此时，气缸杆端腔体中的压缩空气经过阀B到达阀A进行集中快速排气，此阶段气缸运动速度通过先导式单向阀控制，保证了气缸运动的速度和时间要求。

气缸活塞杆运动到接近行程末端时，磁开关2检测到气缸运动到位，阀B通电并切换位置，气缸杆端腔体中的剩余压缩空气经阀B和调速阀排向大气，通过调节调速阀排气速度来增大焊头下降时的排气阻力，从而达到焊头运动到气缸末端时缓慢柔和的目的。

图4 焊头气缓冲气动控制回路

3 使用效果

这种气动缓冲回路和液压缓冲器结合的缓冲机构，既保证了气缸的运动时间，又满足了末端缓冲的要求。经过太阳能串焊机实际生产条件下连续使用运行，设备运行稳定可靠，证明了此回路有较好的缓冲效果。此种缓冲回路制造成本低廉，不仅在太阳能串焊设备中有重要的应用价值，而且对其他高速运动机构的设计同样具有参考价值。

[1]SMC（中国）有限公司编.现代实用气动技术[M].第3版.北京：机械工业出版社，2008.

[2]日本SMC公司.SMC气动产品样本[Z].2017.