有关风电叶片制造机械化及自动化的探讨

冯涛 金浩

摘  要：随着风电叶片行业的不断发展，机械化和自动化代替人工作业将是大势所趋，全生产线的自动化升级将极大降低风电叶片的成本，大幅提升叶片制造加工的精度和质量。

关键词：风电叶片;自动化;轨道;工业机器人

1、风电叶片制造现状

风电叶片的制造从大的工序上可分为模铸成型和修型涂装，其制造过程配套的设备诸如模具、行车叉车、加热器、真空泵、翻转锁模、树脂混胶机和喷涂机等多为辅助生产，而直接用于叶片生产作业的自动化机械装备基本没有。其中叶片涂装在汽车制造行业已实现自动化可以借鉴，自动层铺、自动灌注、自动倒运流转等在飞行器制造行业也有应用，这些成熟的技术结合叶片生产的工艺技术特点，进行二次开发后可用于叶片的自动化生产。

2、叶片生产自动流转倒运

风电叶片的生产属于T型生产线布局，大梁和腹板提前生产作为部件在壳体生产时使用，壳体成型至型修涂装可按照流水线形式布局。叶片在加工过程中的流转是线性的，原材料、部件、半成品及成品的流转倒运贯穿于叶片制造全过程，是叶片自动化生产线不可缺少的部分。鉴于风电叶片尺寸巨大，可通过自动化流转倒运工装载动叶片和部件在布置好的车间轨道上受控输送，实现生产过程中产品的自动倒运流转。同时该系统内置整个工厂的物理模型数据，输送和运行轨道上布置位移、速度和定位传感器，通过流转倒运工装本身的控制程序和与轨道传感器进行通讯，实现流转倒运的启停和精确定位，其轨道可以是具有传感器的物理轨道也可以是磁感应的AGV轨道或者差分卫星定位系统路径。

2.1工位和模具端装备作业运行轨道系统

在成型车间，每套模具两侧均布置有该模具叶片生产所需自动化装备运行的轨道，自动胶衣涂刷自动铺布、自动灌注合模等装备安装在该轨道上围绕模具进行作业，实现胶衣自动喷涂、自动铺层、自动灌注、自动涂胶合模;在叶片型修阶段，每个型修工位两侧布置供叶片型修喷漆机器人运行的轨道，围绕半成品叶片进行叶片切边、打磨、喷漆的设备在、此轨道上来回运行实现叶片型修。

2.2产品和部件流转的自动倒运系统

在大梁至壳体、腹板至壳体、壳体至型修不同工位间，布置用于大梁腹板和叶片周转倒运的自动倒运系统，该系统根据大梁、腹板與壳体以及壳体与型修作业的作业顺序，自动将对应部件和成品输送至下一个工序或工位，实现各生产线间部件产品的自动流转。

3、壳体成型自动化生产线

该自动化生产线主要是以模具和工位为中心，在模具或工位周边布置自动化设备作业轨道，胶衣自动喷涂设备、自动铺布设备、自动铺设芯材设备、在线自动灌注设备、在线自动涂胶设备、自动切边打磨喷漆设备等在该轨道上运行，完成相应模具生产工序生产作业，实现叶片生产加工的机械自动化。

3.1胶衣喷涂和铺布自动化

在叶片和大梁腹板层铺灌注阶段，胶衣喷涂、玻纤布铺设、芯材铺放和辅材铺放集成在一个设备上，该设备通过内置的叶片模具型面数据和布置在模具上的定位传感器实现胶衣自动化混合、喷涂。玻纤布的自动铺设实现方式有两种：第一种为所使用玻纤布为标准布带，自动铺布机通过系统内置的叶型、模具型面数据、铺布工艺数据，结合布置在模具上的定位传感器将玻纤布带精准的铺设在模具，往复作业完成整个叶片的铺设;第二种为所使用的玻纤布为提前按叶片的结构和铺设工艺裁切好的裁片，自动铺布机通过自动识别将每块裁片铺放到对应的位置，最终完成整个铺布过程。

3.2在线灌注与在线涂胶

在叶片成型的真空导注阶段，通过集成了树脂自动上料、自动脱泡、降温和混配等功能的在线灌注机与预埋在模具上的树脂输送管路连接，实现叶片成型的自动化导注。导注开始时在线灌注机流转倒运系统开至待灌注的模具，在线灌注机的混合树脂出口有带快速接口的连接软管，与模具上的树脂输送主管路实现快速连接，树脂输送主管路在叶片每个导注口位置的支管上布有带传感器的电磁阀门，电磁阀门的传感器可以通过树脂流速、压力等感应真空灌注进行程度，传感器将这些信号传输给在线灌注机，在线灌注机通过内置的灌注程序，检测到模具上对应区域树脂浇注完成后给出指令自动关闭对应浇注口的电磁阀门，最终完成整个叶片的真空灌注。

3.3叶片表面型修和涂装自动化

从成型车间生产线下来的半成品叶片，通过自动流转倒运系统输送至型修涂装工位，使用多轴工业机器人手臂实现型修涂装的自动化作业。在此工序叶片的处理方式有两种，一种为叶片固定，在工位两侧铺设工业机器人作业的导轨，机器人在导轨上按照程序设定从叶根向叶尖移动完成叶片的切边、打磨和涂装作业;另一种为通过式，叶片在自动流转倒运系统上逐步通过固定点机器人的方式，完成叶片的切边、打磨和涂装作业。切边、打磨和涂装使用同一个工业机器人，该机器人内置切边、打磨和喷涂三种作业模式，不同的模式下自动切换不同的末端作业头和程序。

4、网络化和信息化

以上自动化生产线和控制系统离不开网络化和信息化，网络是信息的载体和高速公路，二者相辅相成是整个叶片自动化生产线的软体部分发挥着重要的作用。分布式就地控制柜对每个模具自动化设备的监控、中央监控系统对分布在各生产线就地控制柜和相应设备的监控、各种数据采集传输，都需要数据传输网络，因此需要在整个工厂内搭建以模具工位为三级、以车间为二级和以中央控制系统级为一级的工厂网络系统，实现对整个工厂各终端系统的网络化布局。

5、结语

通过以上机械化、自动化、网络化、数字化和信息化深度融合而打造的风电叶片自动化生产线，取代了风电叶片生产制造过程中人员直接作业的工序。自动化生产线建成以后工厂只需要保留少数人员用于设备管理、工厂管理和中央监控系统的运维，直接生产工序实现了机械化和自动化，大大降低了叶片制造成本，发挥出了机器作业对产品质量进一步提升的优势，而且人工的减少规避了企业面临的大部分劳资风险，是风电叶片制造优质安全高效的必由之路。

参考文献

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