HJX(D222)-600...列穿针理料横剪生产线的设计_肖伟.pdf

增刊（）变压器铁心全序列穿针理料横剪生产线的设计肖 伟 崔有成 刘利军 董 涛 牛景轩（中节能西安启源机电装备有限公司）摘 要：（）变压器铁心全序列穿针理料横剪生产线的设计，在于可完成中大型 型和非 型全斜接缝、半斜接缝铁心片的五柱全序列剪切加工，以及铁心柱在线自动高精度无损穿针理料堆叠。关键词：变压器；横剪线；型和非 型铁心；五柱全序列 引言变压器是一种交流电能的变换装置，能将某一数值的交流电压、电流转变为同频率的另一数值交流电压、电流，起到电能传输、分配和使用的目的。是电路传输过程中重要的组成部分。近年来，随着国家电网质量要求的进一步提升，变压器在电网中的作用日益突出。变压器铁心横剪生产线是用于完成变压器铁心片的剪切、冲孔及冲缺，生产全斜接缝、半斜接缝、直接缝的变压器铁心片。硅钢片卷料经该生产线冲剪成设定规格形状和尺寸的片型，并在生产线末端完成简单分类和整理工作，以供后续铁心叠片使用。硅钢片横剪生产线是生产变压器铁心的关键设备，其加工铁心质量的优劣直接关系到变压器的质量与性能。变压器铁心生产设备现状长期以来，大型变压器铁心片料采用常规横剪生产线剪切，一般有两种方式：方式一是用打料式横剪生产线，每次只剪切同一种宽度的片料，经过大量的剪切完成全部所需片形，后经过人工数片、分片码料成为半成品柱料，再进行人工叠装完成成品铁心；方式二是用普通理料式横剪生产线，其每次只能剪切两个半柱的半成品柱料，经过大量的剪切完成全部所需柱料，再进行人工叠装完成成品铁心。两种方式均需要较多的人工参与，人工劳动强度大、产品质量不稳定、生产效率低。随着变压器技术的发展，大容量、高电压、低噪音、高效率、低能耗的要求日益提高，高标准变压器对铁心柱的剪切、叠装设备提出了新的要求。国内变压器生产厂商的龙头企业已生产出小型油变自动叠装生产线，大量降低人工劳动强度，并且其效率及叠装质量均高于人工叠装，得到市场的认可。鉴于巨大的市场前景，据悉，离线式大型变压器铁心叠装线处于被研制中，预计不久将推向市场。大型变压器铁心叠装线，是一种全自动铁心叠装生产线，其原材料为码垛好的半成品的整柱铁心。为了更好匹配大型变压器铁心叠装线，大型变压器铁心全序列穿针理料横剪生产线的设计被推向了技术的前沿。通常，大型变压器铁心如图 示意图所示，由两组轭柱、两组边柱、一组中柱拼接而成。研制和开发五柱穿针横剪生产设备成为技术核心。图 大型变压器铁心示意图电气技术与经济 研究与开发增刊 总体设计结构和技术参数.总体结构（）变压器铁心全序列穿针理料横剪生产线主要由上料小车、四头开卷机、导料装置、送料机、冲床段、剪床段、出料台、理料段、接料车组、气动系统、电控系统、安全护栏等组成。.主要技术参数变压器铁心硅钢片的长度精度、角度精度、剪切毛刺和堆垛的摔落及拍打是影响变压器质量的重要因素，直接影响变压器的空载损耗。因此，全序列穿针理料横剪生产线的设计不但要满足高速剪切片料长度精度、角度精度、剪切毛刺的要求，并且还要实现平稳而无拍打的堆垛。在全序列穿针理料横剪生产线的设计中采用了先进的技术很好的解决了这些难题。（）变压器铁心全序列穿针理料横剪生产线的总耗气量为.，总安装容量约。其加工范围、加工精度和理料参数分别如表、表 和表 所示。表 加工范围片厚（）片宽（）理料片宽（）片长总长（）冲孔直径（）冲孔偏移量（）冲过冲量（中心线）（）.表 加工精度长度公差角度公差剪刀毛刺冲剪毛刺.（万次 每刃磨一次）.（万次 每刃磨一次）表 双孔理料精度（理料宽度）片长（总长）（）片长（总长）（）片长（总长）（）定位孔间距（）定位针直径（）理料高度（含料板）（）.技术难点及解决方案.五柱理料单元的设计实现五柱全序列理料常规的变压器铁心一般都是由两组边柱、两组轭柱、一组中柱组成。为了实现铁心的高效率生产，（）变压器铁心全序列穿针理料横剪生产线创新地引入了最新设计的全序列五柱理料单元，依次为边柱理料单元、轭柱理料单元，边柱理料单元、轭柱理料单元、中柱理料单元。全序列五柱理料，不仅解决了因原材料片厚不同而引起的料柱片数差异的问题，更使铁心的整体生产效率提高了 倍。.高精度皮带传输装置和光纤检测技术实现片料的精确定位出料台机五组理料装置总长达到了 米，而要实现片料在 米长的分段皮带上达到 的高精度传送，则首先需保证片料在长距离输送中不打滑、不跑偏；其次片料以 高速输送过程中还需采用最佳的检测手段和精确控制算法确保片料“孔”特征的准确检测和定位。为了保证传送的高精度，（）变压器铁心全序列穿针理料横剪生产线在设计中选用了德国进口西格林平皮带、并采用高精度鼓型辊确保了皮带不跑偏，在皮带下方均匀布置了永磁铁确保片料可靠吸附在皮带上。通过精密调试，单组皮带机最终保证片料的输送精度达到.。为了保证片料“孔”特征的准确检测和定位，理料皮带机采用双排皮带输送结构，理料皮带机前设计了高速光纤检测开关配合高速采集模块实现了对片料孔和边特征的非接触式快速检测。同时选用的西门子 高精度伺服电机带有 位编码器，很好地确保了片料的定位精度。其定位原理如图 所示，高速光纤检测开关，可检测孔边沿（开关检测上升沿和下降沿）对应电机编码器位置值。通过公式（）可准确计算出片料在输送方向孔中心位置对应的电机位置值。这种算法与采用检测孔单边位置，利用孔直径计算孔中心位置的方式相比，消除了因片料在垂直输送方向上的输送偏差造成计算不准的因素，并省去了直径参数，算法更加准确。利用公式（）计算出电机对应的位置值，通过运动指令控制电机执行绝对定位到该位置，即实现了片料的精准定位。电气技术与经济 研究与开发 增刊图 片料输送定位原理分析 （）（）式中：孔左边缘对应皮带电机位置值；孔右边缘对应皮带电机位置值；光纤检测开关与孔对应的落料针距离值；孔中心对应的皮带电机位置值；皮带定位位置值。.辅助接料装置的设计实现较大片形的无损穿针 型穿针理料横剪线最大只能料理片长小于 的片形，对于较大规格的片形在穿针时会出现定位针伤孔，造成片料报废。国内外也一直无有解决此问题的方案。为了解决此难题，（）变压器铁心全序列穿针理料横剪生产线在设计中开发了辅助接料装置（见图），该装置由固定梁（）、水平移动支架（）、水平伺服驱动装置（）、垂直运动框架（）、垂直伺服驱动装置（）、接料组件（）、检测装置（）、水平直线导轨副（）、水平齿轮齿条组件（）、垂直齿轮齿条组件（）以及垂直直线导轨副（）等组成。图 辅助接料装置该装置的核心为固定梁、水平移动机构（轴）和垂直运动机构（轴）。固定梁由矩形钢管型材、底板组成；水平移动机构（轴）由水平移动支架、直线导轨滑块组件、水平伺服驱动装置、高精度斜齿轮齿条传动组成；垂直运动机构（轴）由垂直运动框架、直线导轨滑块组件、垂直伺服驱动装置、高精度斜齿轮齿条传动组成。多机构协调工作，完成从 点 点 点 点 点的往复运动，完成辅助接料理料功能如图 所示。该装置与穿针理料机配合使用，可一次接多张物料、避免大中型片料在落料过程中不平稳导致冲孔毛刺过大等缺陷。.光纤移动装置的设计实现 型铁轭的穿针理料随着变压器铁心的不断优化，要求成品的硅钢片上冲孔存在一定位置的偏心，并有 型铁轭的出现，现有的数控横剪生产线配置的中心固定型光纤检测装置无法检测到偏心的冲孔，进而无法实现以孔定位的片料的堆垛。该生产线的设计中设计了光纤移动装置（见图电气技术与经济 研究与开发增刊 图 辅助接料理料动作流程），包括支架（）、直线移动滑台（）、光纤安装组件（）、光纤（）、弹性联轴器（）、电机支座（）、伺服电机组成（）。该装置由伺服电机提供移动动力、由移动滑台提供导向，完成光纤的移动，实现硅钢片料上偏心冲孔的检测，其装置具有定位精度高、结构简单、运行可靠等优点。图 光纤移动装置 结束语（）型全序列穿针理料横剪生产线，既实现了大、中型变压器铁心的五柱全序列自动剪切，又实现了 型、非 型铁心柱的穿针理料。设备整体技术处于国内领先，达到国际先进水平。参考文献 宋悠全.大型变压器铁心智能叠片工艺及应用 创新与实践，（）：.彭勇.电力变压器铁心叠片新工艺 合肥：制造工艺，（）：.朱秋萍.型变压器铁心横剪线的设计 北京：工程建设与设计，（）：.赵涛，虎恩典，丁晓军.基于模糊控制的铁芯横剪线控制系统改造 宁夏：制造技术与机床，（）：.刘利军，肖伟，刘序昆，董涛.（）型下穿针式叠柱横剪线设计 西安：变压器，（）：.（收稿日期：）电气技术与经济 研究与开发