葉片是風(fēng)機(jī)非常重要的一部分，對(duì)于風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行來說具有重要作用。風(fēng)機(jī)葉片如此重要，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)來說自然有意義來研究葉片的自動(dòng)化。那么這個(gè)產(chǎn)業(yè)狀況如何呢?下面多羅星將為大家介紹。
1 葉片市場(chǎng)需求與環(huán)境變化
1.1 兩海市場(chǎng)發(fā)展
近年來海上風(fēng)電蓬勃發(fā)展。究其原因，一是因?yàn)樵谥袊?guó)的漫長(zhǎng)海岸線上，蘊(yùn)藏著豐富的風(fēng)能資源;二是因?yàn)楹Ｉ巷L(fēng)電占地資源少，且靠近電力負(fù)荷中心，免去了長(zhǎng)距離輸送的麻煩。海上風(fēng)電代表了風(fēng)電技術(shù)的最高水平，其顯著特點(diǎn)是高可靠性，因?yàn)楹Ｉ巷L(fēng)電機(jī)組一旦出故障，維修成本會(huì)非常高。
另外，國(guó)際化是風(fēng)電產(chǎn)業(yè)升級(jí)發(fā)展的必由之路，而國(guó)際市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量水平和可靠性要求非常嚴(yán)苛。
1.2 風(fēng)火同價(jià)壓力
《國(guó)家發(fā)展改革委關(guān)于全面深化價(jià)格機(jī)制改革的意見》指出：根據(jù)技術(shù)進(jìn)步和市場(chǎng)供求，實(shí)施風(fēng)電、光伏等新能源標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)退坡機(jī)制，2020年實(shí)現(xiàn)風(fēng)電與燃煤發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)相當(dāng)。
1.3 勞動(dòng)力人口下降與老齡化
據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，2018年末，全國(guó)勞動(dòng)年齡人口總數(shù)與2017年末相比減少470萬人。到2030年以后將會(huì)出現(xiàn)大幅下降的過程，平均以每年760萬人的速度減少。按照2013-2017年間全國(guó)就業(yè)產(chǎn)業(yè)分布情況來看，第三產(chǎn)業(yè)就業(yè)人數(shù)不斷攀升，第一二產(chǎn)業(yè)就業(yè)人數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。
今年7月5日，相關(guān)人力資源服務(wù)機(jī)構(gòu)發(fā)布一份研究報(bào)告，結(jié)果顯示，調(diào)查企業(yè)超半數(shù)存在勞動(dòng)力老齡化趨勢(shì)，相比較其他類型企業(yè)，勞動(dòng)密集型企業(yè)員工老齡化趨勢(shì)最為突出。
1.4 中國(guó)制造2025計(jì)劃
國(guó)內(nèi)制造業(yè)總體上仍然是勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略的提出，制造業(yè)自動(dòng)化、智能化發(fā)展已是大勢(shì)所趨，在該背景下，企業(yè)的自動(dòng)化改造“忽如一夜春風(fēng)來，千樹萬樹梨花開”;對(duì)于絕大多數(shù)企業(yè)而言，這是一場(chǎng)制造業(yè)革命。
上述種種市場(chǎng)環(huán)境的變化都對(duì)風(fēng)電葉片制造企業(yè)及制造方式提出了新的要求，只有能夠適應(yīng)環(huán)境變化的企業(yè)才能在未來的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中贏得機(jī)會(huì)。為了應(yīng)對(duì)這些嚴(yán)苛的質(zhì)量、成本、環(huán)保要求，以及勞動(dòng)力人數(shù)及制造業(yè)從業(yè)意愿下降的趨勢(shì)，葉片制造企業(yè)必須采取適宜的措施。
2 葉片廠自動(dòng)化生產(chǎn)研究
在自動(dòng)化制造方面，近幾年葉片廠也進(jìn)行了大量的研究，不少文獻(xiàn)都有所闡述。
徐宇等人在2016年《大型風(fēng)電葉片設(shè)計(jì)制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)》中提出：“在制造工藝方面，具有高成型質(zhì)量、高生產(chǎn)效率、低生產(chǎn)成本和低環(huán)境污染的成型工藝是未來的發(fā)展方向。一體化和自動(dòng)化制造工藝以其在成型質(zhì)量和效率上的巨大優(yōu)勢(shì)，將會(huì)成為大型葉片的制造趨勢(shì)。”
國(guó)電聯(lián)合動(dòng)力技術(shù)有限公司的李奎等在《風(fēng)電葉片制造機(jī)械化及自動(dòng)化》中認(rèn)為：“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”。
洛陽(yáng)雙瑞風(fēng)電葉片有限公司的謝惠等人在《工業(yè)機(jī)器人在風(fēng)電葉片裝配中的前景展望》中分析了現(xiàn)有風(fēng)電葉片裝配中存在的問題，并結(jié)合工業(yè)機(jī)器人在汽車裝配和飛機(jī)裝配中的應(yīng)用，指明了工業(yè)機(jī)器人在風(fēng)電葉片裝配作業(yè)中的必要性及啟示。
除此以外，上海玻璃鋼研究院、天津瑞風(fēng)之翼科技有限公司等企業(yè)都對(duì)葉片自動(dòng)化制造有所研究和闡述。
3 葉片廠自動(dòng)化設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用
目前，在部分葉片廠開始應(yīng)用的進(jìn)口的自動(dòng)化設(shè)備包括自動(dòng)打磨、自動(dòng)灌注、自動(dòng)脫模等，覆蓋到了大部分的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。
3.1 自動(dòng)噴膠衣與殼體自動(dòng)鋪布設(shè)備
玻璃纖維布料以料輥形式存儲(chǔ)在料輥庫(kù)里，鋪頭按程序要求自動(dòng)從庫(kù)中抓取相應(yīng)的料輥進(jìn)行鋪層，可對(duì)模具上任何部位進(jìn)行鋪層;葉片曲線部位的鋪層通過實(shí)時(shí)隨形剪裁實(shí)現(xiàn)。鋪層可通過自動(dòng)施加增粘劑來固定。各層之間的定位-間隙/搭接-通過光學(xué)照相系統(tǒng)自動(dòng)控制和調(diào)整。
圖1 殼體自動(dòng)鋪層設(shè)備
圖2 大梁鋪布設(shè)備
由于殼體鋪布設(shè)備成本過高，該設(shè)備目前僅在LM公司有一套運(yùn)行。大梁鋪布設(shè)備也逐步開始在某些廠家應(yīng)用。
3.2 自動(dòng)灌注設(shè)備
在風(fēng)電葉片生產(chǎn)過程中，葉片成型階段需要進(jìn)行真空灌注，在線灌注機(jī)融合了樹脂自動(dòng)上料、自動(dòng)脫泡等多種功能，能夠連接預(yù)埋在模具上的樹脂輸送管路，在風(fēng)電葉片成型的過程中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化灌注。在線灌注機(jī)能夠根據(jù)相應(yīng)的灌注程序，有順序的完成整個(gè)風(fēng)電葉片的真空灌注工作。
應(yīng)用該設(shè)備能夠大量減少由于樹脂氣泡存在的一些生產(chǎn)過程問題，如制品發(fā)白、浸潤(rùn)不良等，同時(shí)由于其對(duì)樹脂溫度有控制，可以穩(wěn)定控制樹脂含量。
圖3 在線灌注設(shè)備
圖4 國(guó)產(chǎn)在線灌注設(shè)備
目前該設(shè)備在多家葉片廠均得到應(yīng)用，并開始了國(guó)產(chǎn)化。除此之外，樹脂自動(dòng)脫泡設(shè)備、自動(dòng)混膠設(shè)備也得到較多應(yīng)用。
3.3 根部自動(dòng)切割設(shè)備
葉片根部切割裝置，包括：外框、控制系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、切割系統(tǒng)和定位系統(tǒng)。其中，控制系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)和切割系統(tǒng)安裝在外框上。控制系統(tǒng)與傳動(dòng)系統(tǒng)和切割系統(tǒng)相連接。切割系統(tǒng)固定于移動(dòng)板上，其包括電機(jī)以及與電機(jī)主軸相連接的切割片刀架，切割片刀架上安裝有切割片。
該設(shè)備簡(jiǎn)化人工操作，同時(shí)提高切割精度，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，減少粉塵污染，節(jié)省時(shí)間，提高工作效率。
圖5 根部自動(dòng)銑平設(shè)備
目前該設(shè)備普遍得到應(yīng)用。
3.4 自動(dòng)涂膠設(shè)備
在葉片合模階段，通過合模專用的在線涂膠合模機(jī)完成葉片合模涂膠的半自動(dòng)化，該設(shè)備可以在AGV牽引下，沿規(guī)定的路線和速度行進(jìn)，完成粘接劑的自動(dòng)上料、自動(dòng)配混，還可以根據(jù)布置在模具上的定位傳感器，對(duì)不同的涂膠區(qū)域進(jìn)行識(shí)別，根據(jù)每個(gè)區(qū)域粘接劑涂抹尺寸數(shù)據(jù)自動(dòng)切換不同的刮膠頭，最終完成整個(gè)葉片的合模涂膠。涂膠完成后，可以自動(dòng)啟動(dòng)模具翻轉(zhuǎn)和鎖緊，最終實(shí)現(xiàn)葉片合模的自動(dòng)化。
在線灌注設(shè)備避免了傳統(tǒng)的用桶接結(jié)構(gòu)膠容易導(dǎo)致膠溫上升過快的問題，而且工人操作更方便清潔。
圖6 自動(dòng)涂膠機(jī)A
圖7 自動(dòng)涂膠機(jī)B
其中B款的在線自動(dòng)滾涂設(shè)備目前在葉片廠應(yīng)用較廣。
3.5 自動(dòng)脫模設(shè)備
殼體自動(dòng)脫模設(shè)備采用真空吸盤來實(shí)現(xiàn)葉片脫模。該設(shè)備可以提高脫模效率，同時(shí)避免切割葉片前后緣導(dǎo)致的粉塵問題及切割損傷風(fēng)險(xiǎn)。
圖8 真空脫模設(shè)備
圖9 大梁自動(dòng)脫模搬運(yùn)設(shè)備
目前該設(shè)備國(guó)內(nèi)剛開始有廠家使用。
3.6 全自動(dòng)和半自動(dòng)打磨設(shè)備
風(fēng)電葉片打磨采用人工打磨時(shí)，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、粉塵對(duì)人體危害大且污染環(huán)境。目前已經(jīng)有多款設(shè)備可以全自動(dòng)或半自動(dòng)進(jìn)行打磨。具體分為有軌道的自動(dòng)打磨，和無軌道的半自動(dòng)打磨方式。
圖10 半自動(dòng)打磨設(shè)備
圖11 軌道式全自動(dòng)打磨
目前有幾家葉片廠開始使用該類設(shè)備，設(shè)備的型號(hào)和廠家各有千秋。
3.7 打孔葉片自動(dòng)端部切割與鉆孔、預(yù)埋螺套葉片端部自動(dòng)磨削設(shè)備
打孔葉片的自動(dòng)切割與軸向、周向鉆孔功能在國(guó)內(nèi)最初生產(chǎn)葉片時(shí)即得到全面應(yīng)用。
預(yù)埋螺套的端部磨削設(shè)備，可以保證葉片端面的平面度及垂直度。
圖12 葉根自動(dòng)磨削設(shè)備
3.8 自動(dòng)噴漆設(shè)備和半自動(dòng)滾涂設(shè)備
噴漆工序的作業(yè)環(huán)境較差，而且人工噴涂的質(zhì)量穩(wěn)定性不高，采用自動(dòng)化噴涂可以改善噴涂質(zhì)量和作業(yè)環(huán)境，同時(shí)確保油漆原材料的混合比例均勻。
圖13 葉片自動(dòng)噴漆設(shè)備
圖14 半自動(dòng)滾涂設(shè)備
目前，由于環(huán)保要求的提高以及噴涂的材料浪費(fèi)較大，葉片廠偏向于使用油漆滾涂工藝，而且材料是水性漆。
3.9 葉片在線稱重設(shè)備
傳統(tǒng)的葉片稱重采用行車的方式吊起葉片，并通過連接在葉片上的電子秤稱量，精度較差，速度慢，而且占用行車設(shè)備，而在線稱重設(shè)備則可改善這些問題，并且可以自動(dòng)計(jì)算，最優(yōu)配重方案，自動(dòng)記錄存檔等功能。
圖14 葉片在線稱重設(shè)備原理圖
由于在線稱重的諸多優(yōu)點(diǎn)，目前該類設(shè)備在葉片廠得到普遍應(yīng)用。
4 總結(jié)
隨著市場(chǎng)的變化及技術(shù)的進(jìn)步，新的自動(dòng)化和半自動(dòng)化設(shè)備在生產(chǎn)中不斷得到應(yīng)用，對(duì)于提高葉片生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性、降低生產(chǎn)成本、降低用工數(shù)量需求和工人技能體能要求、保證生產(chǎn)的環(huán)境友好性，都有較大的作用和價(jià)值，可以預(yù)見隨著市場(chǎng)形勢(shì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，未來國(guó)內(nèi)葉片廠的自動(dòng)化水平還將逐步提升。
綜上所述，通過多羅星的介紹，我們對(duì)于風(fēng)機(jī)葉片的自動(dòng)化現(xiàn)狀和日后的發(fā)展有了更多的看法。風(fēng)機(jī)葉片的自動(dòng)化是符合很多人的期望的，所以可以看出風(fēng)機(jī)葉片的自動(dòng)化發(fā)展形勢(shì)可以說是一片大好，值得期待。
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