【正文】 變壓器繞線機(jī)主要是用于繞制變壓 器線圈的 專用設(shè)備，在變壓器的線圈生產(chǎn)過程中，按照變壓器的線圈的電壓容量 對繞線機(jī)設(shè)備進(jìn)行分類，有 繞制大型電力變壓器線圈的立式繞線機(jī)和臥式繞線機(jī) ；也有 繞制配電變壓器高、低壓線圈的箔式線圈繞線 機(jī)和 自動(dòng)排線繞線機(jī) 。 目前繞線機(jī)已經(jīng)發(fā)展成為 多種類的適應(yīng)多種線圈的繞線機(jī) ，其中比較典型的有 自動(dòng)排線繞線機(jī)、箔式線圈繞制機(jī)、立式繞線機(jī)、臥式繞線機(jī) 。 自動(dòng)繞線機(jī) 自動(dòng)排線繞線機(jī)是繞制配電變壓器高壓線圈的專用設(shè)備。采用這種設(shè)備繞制出的線圈，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、強(qiáng)度高。為進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，新型的繞線機(jī)主機(jī)轉(zhuǎn)速由 300 rad/min 提高到 500 rad/min。同時(shí)配有端絕緣開卷機(jī)構(gòu)、導(dǎo)線張緊機(jī)構(gòu)，計(jì)算機(jī)可予置多種參數(shù)，可使線圈繞制一次完成，自動(dòng)化程度大大提高，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，但是成本相應(yīng) 地 提高了 。 立式繞線機(jī) 變壓器 的線圈 要求 在 線圈繞制過程 中 軸向要壓緊，徑向要卷緊，采用立式繞線機(jī)正好 可以利用線圈 的自重，軸向 可以實(shí)現(xiàn) 自然壓緊，徑向使用張緊裝置 進(jìn)行 控制張力大小。所以現(xiàn)在大型變壓器中高壓線圈的繞制普遍采用了立式繞線機(jī)，即使是低壓螺旋式線圈也采用了立式繞線機(jī)生產(chǎn)?，F(xiàn)在的立式繞線機(jī) 也開始 進(jìn)一步向大型化發(fā)展。原有 的立式繞線機(jī)載重只有 20 t，現(xiàn)在已提高到 40 t，線圈直徑最大使用到 3500 mm，最大高度達(dá)到到 4000 mm。使用了氣囊板式張緊裝置，而且 可以 數(shù)字顯示張力大小，張力控制更加準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠。為了提高所繞線圈 的 尺寸精度，控制立式繞線機(jī)徑向跳動(dòng)，增加了繞線模軸頭固定裝置 ； 為了控制軸向跳動(dòng)，使用了 高精度雙排輥式大型軸承。因此，使變壓器進(jìn)一步降低損耗、 減輕重量、降低成本有了可能。 臥式繞線機(jī) 從變壓器 的 線圈繞組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來看，并不是所有 線圈都能使用立式繞線機(jī)生產(chǎn)。如層式結(jié)構(gòu)、多螺旋結(jié)構(gòu)式線圈。如果這 種線圈使用普通臥式繞線機(jī)繞 制 好后，軸向不加任何壓力繞制，線段間隙 就會(huì) 很大，像一個(gè)壓簧。線圈經(jīng)壓緊后直徑變大，線圈和紙筒間 將會(huì) 產(chǎn)生間隙，會(huì)造成線圈軸向失穩(wěn)，遇有軸向電動(dòng)力，線圈可能造成損壞。因此，帶有軸向、徑向壓緊式臥式繞線機(jī)，在大型變壓器線圈生產(chǎn)中，得到了廣泛使用。隨著變壓器性能要求越來越高，一般中小型 變壓器的生產(chǎn)，也逐漸開始使用壓緊濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 式臥式繞線機(jī)。原來的壓緊機(jī)構(gòu)使用 力矩電機(jī)或氣缸產(chǎn)生壓力，現(xiàn)已通過伺服電機(jī)取代。為了控制繞制線圈尺寸公差， 繞線機(jī) 增加 了 光柵尺，實(shí)時(shí) 地檢 測線圈尺寸。多軸式放線車上的各線盤放線張力 可 以實(shí)現(xiàn) 獨(dú)立控制，根據(jù)繞制線圈的長度，放線車隨動(dòng)跟蹤，避免導(dǎo)線的扭曲變形產(chǎn)生新的應(yīng)力， 從而 降低繞組的蝸流損耗 。 國內(nèi)繞線機(jī)的現(xiàn)狀 國產(chǎn)的繞線機(jī)總體來說較國際技術(shù)來講，無論是技術(shù)還是質(zhì)量或是性能上還與發(fā)達(dá)國家有一定的差距的 。 國產(chǎn)的繞線機(jī)自動(dòng)化水平低、控制手段落后是普遍存在的問題。只能應(yīng)用于繞線要求相對不 太 高的場合， 繞線機(jī)的 高端設(shè)備都有日本、瑞士、德國等進(jìn)口設(shè)備 占領(lǐng)市場，而國產(chǎn)設(shè)備只能在很小的市場份額里以低價(jià)來爭得客戶， 我國繞線機(jī)市場目前處于高速發(fā)展的時(shí)期。目前國內(nèi)的繞線機(jī)也向多種類的適應(yīng)多種線圈的繞線機(jī) 方向發(fā)展，其中包括自動(dòng)排線繞線機(jī)、箔式線圈繞制機(jī)、立式繞線機(jī)、臥式繞線機(jī) 。 近年來，國外開發(fā)研制了全自動(dòng)繞線機(jī)，可以實(shí)現(xiàn) 自動(dòng)排線、自動(dòng)張緊，提高了繞線 線圈 的質(zhì)量。箔 式 繞 線機(jī)以前主要用于繞制干式變壓器高壓線圈，今后會(huì)更多應(yīng)用于繞制油浸式變壓器線圈。它具有效率高、繞制線圈的 質(zhì)量好，特別是 它具有降低整臺(tái)變壓器的線圈 消耗，提高線圈承受短路 的 應(yīng)力特點(diǎn) 。 臥式繞線機(jī)的設(shè)計(jì)內(nèi)容 臥式 繞線機(jī)主要用于大容量干式變壓器線圈的生產(chǎn)制造，繞線模由主軸 花盤 與尾座 花盤 水平支撐，繞線模由主軸驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，線圈在一定張力作用下有規(guī)律地 在繞線模上繞線。繞線機(jī)采用三相 交流 異步電 動(dòng) 機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng) 帶傳動(dòng)傳遞動(dòng)力、無自鎖的蝸輪 蝸桿減速器減速（因電機(jī)需要正反 轉(zhuǎn)）后，采用鏈傳動(dòng)的方式將動(dòng)力傳遞給主軸，由主軸帶動(dòng)繞線機(jī)構(gòu)繞制線圈 。由于在繞制過程中，隨著線圈半徑越來越大，主軸的轉(zhuǎn)速也應(yīng)隨之變化，所以三相電機(jī)應(yīng)配有變頻器，實(shí)現(xiàn) 電動(dòng)機(jī)的 無級變速。在從動(dòng)帶輪軸之后安裝 有磁粉制動(dòng)器，其原理是采用導(dǎo)磁的磁粉為媒介，制動(dòng)部件與運(yùn)動(dòng)部件間隙中充填磁粉，借助于磁粉間的電磁吸引力形成的磁粉鏈同工作面間的摩擦力產(chǎn)生制動(dòng) 的 功能。 臥式繞線機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 臥式 繞線機(jī)的組 成包括主機(jī)、變頻調(diào)速系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)、操作面板等 。主機(jī)包括床頭箱、排線架、放線架、尾座和底座等四部分組成。床頭箱里包含三相電動(dòng)機(jī)、蝸桿 蝸輪 傳動(dòng)裝置 、帶輪傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、磁粉制動(dòng)裝置、變頻器 、箱體等 ；外面 包含 花盤、轉(zhuǎn)速表、變速裝置、開關(guān)等。 尾座有 花盤、 頂尖、頂尖調(diào)整裝置 、 交流伺服電動(dòng)機(jī)、 尾座調(diào)節(jié)手柄 、蝸桿 蝸輪機(jī)構(gòu)、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、箱體 等 。排線架包含滾筒、滾珠絲杠機(jī)構(gòu)、線圈張緊裝置等。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 臥式繞線機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖如圖 11： 圖 11 臥式繞線機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖 1轉(zhuǎn)速表 2花盤 3托輪 4頂尖 5鎖 桿 6頂尖調(diào)節(jié)手柄 7尾座 8底座 9腳開關(guān) 10開關(guān) 11床頭箱 12變速手柄 臥式繞線機(jī)的 設(shè)計(jì)方案 在做設(shè)計(jì)準(zhǔn)備的過程中， 查閱 了 相關(guān)書籍、期刊、中外文獻(xiàn)等材料，主要通過在圖書館查閱相關(guān)書籍、期刊、中外文獻(xiàn)等，結(jié)合已有的關(guān)于繞線機(jī)的材料，對繞線機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。結(jié)合國內(nèi)外關(guān)于臥式繞線機(jī)的材料，對臥式繞線機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。設(shè)計(jì)初步采用三相交流電機(jī)帶動(dòng)鏈輪傳動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)繞線功能；由交流伺服電機(jī)、滾珠絲杠帶動(dòng)繞線機(jī)構(gòu)，對繞線過程實(shí)現(xiàn)控制 。 繞線機(jī)的組 成包括主機(jī)、變頻調(diào)速系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)、操作面板等。主機(jī)包括床頭箱、尾座和底座三部分組成。床頭箱里包含電動(dòng)機(jī)、齒輪傳動(dòng)裝置；外面花盤、轉(zhuǎn)速表、變速裝置、開關(guān)等。尾座由頂尖、頂尖調(diào)整裝置等 。 床頭除與床尾共同支撐線圈外，主要用來提供扭矩及不同的轉(zhuǎn)速。 臥式繞線機(jī)的結(jié)構(gòu)應(yīng)該能滿足的功能及要求為：①平穩(wěn)啟動(dòng)和勻速轉(zhuǎn)動(dòng)；②在不同的轉(zhuǎn)速下（必要的間歇轉(zhuǎn)動(dòng)）能夠提供足夠的轉(zhuǎn)矩；③準(zhǔn)確地計(jì)數(shù)；④可適應(yīng)不同線槽的夾具安裝；⑤有效即使制動(dòng)；⑥能夠排線、張緊；⑦裝卸方便，便于操作 。 在考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候還應(yīng)該注意到可靠性、人機(jī)關(guān) 系、安全、檢修、美觀、經(jīng)濟(jì)價(jià)值等問題 。 設(shè)計(jì)過程中主要參數(shù)的確定包括主電機(jī)功率、制動(dòng)器的選擇、 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)、鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)、 主電動(dòng)機(jī)上蝸桿 蝸輪減速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、尾座用的蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)、 電動(dòng)機(jī)軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)、主軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)、 排線用的交流伺服電動(dòng)機(jī)、尾座套筒的移動(dòng)副、變頻器、鏈條的設(shè)計(jì)、齒輪齒條的選擇、滾動(dòng)直線導(dǎo)軌、 滾珠絲桿的設(shè)計(jì)、 主軸上的濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 軸承、主軸上的光電編碼器、 PLC 編程等 。 （ 1） 繞線系統(tǒng)采用三相異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)無自鎖的 蝸桿 蝸輪 減速器減速（因電機(jī)需要正反轉(zhuǎn)）后，采用鏈傳動(dòng)的方式等速傳遞給主軸，由主軸帶動(dòng)繞線 機(jī)構(gòu)繞線。由于在繞制過程中，隨著線圈半徑越來越大，主軸的轉(zhuǎn)速也應(yīng)隨之變化，所以三相電機(jī)應(yīng)配有變頻器，實(shí)現(xiàn) 電動(dòng)機(jī)的無級變速。在從動(dòng)帶輪 之后安有磁粉制動(dòng)器，其原理是采用導(dǎo)磁的磁粉為媒介，制動(dòng)部件與運(yùn)動(dòng)部件間隙中充填磁粉，借助于磁 粉間的電磁吸引力形成的磁粉鏈同工作面間的摩擦力產(chǎn)生制動(dòng)功能。用磁粉制動(dòng)器可 對電機(jī)進(jìn)行有效的制動(dòng) 。 （ 2） 尾箱由蝸輪、蝸桿減速機(jī)構(gòu)帶動(dòng)齒輪齒條沿軸向移動(dòng)，手動(dòng)實(shí)現(xiàn)其控制。后軸的軸向進(jìn)給也是通過手動(dòng)控制，通過螺紋傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)軸套的伸縮，對繞線架的距離進(jìn)行微調(diào)，最大的微調(diào)距離可達(dá) 150 mm。 （ 3） 對主軸、軸承，蝸輪、蝸桿等進(jìn)行必要的 機(jī)構(gòu)尺寸確定以及 強(qiáng)度校合，使其滿足工作要求 。 （ 4） 控制系統(tǒng)由 PLC 實(shí)現(xiàn)。 PLC 主要用來控制主軸的正反轉(zhuǎn)、 主軸的轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)，還有 交流 伺服電機(jī)帶動(dòng)的排線機(jī)構(gòu)的進(jìn)給速度。主軸的轉(zhuǎn)速由其末端的光電編碼器檢測，信號(hào)傳給 PLC，由 PLC 控制變頻器 的電流大小 ，根據(jù)實(shí)際的繞線速度 以及線圈的直徑來 調(diào)節(jié)主軸的轉(zhuǎn)速，使他們的速度相匹配。因 PLC 含有計(jì)數(shù)功能，所以可由 PLC 控制主軸旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)； PLC 控制的伺服電機(jī)及排線架要與交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速相適應(yīng)，以達(dá)到穩(wěn)速緊密繞線的目的。交流電機(jī)由磁 粉制動(dòng)器制動(dòng)，也由 PLC在繞線完成后控制運(yùn)行 來制動(dòng)電動(dòng)機(jī)。 主機(jī)速度控制的 PLC 設(shè)計(jì)，應(yīng)用 PLC 控制繞線機(jī)實(shí)現(xiàn)主軸的各種運(yùn)動(dòng)，可以簡化控制線路，節(jié)省成本，提高工作效率。具體的 PLC 設(shè)計(jì)過程：①確定 PLC 所需 I/O點(diǎn)個(gè)數(shù)；②用互程序存儲(chǔ)器容量的選擇；③ PLC 型號(hào)的選擇；④ PLC 的程序設(shè)計(jì) 。 臥式繞線機(jī)的技術(shù)參數(shù) 中心高： 1600 mm； 花 盤直徑： φ 1200 mm, 開四等分 T 形槽 ； 床頭總盤與尾座頂尖距離： m； 最大轉(zhuǎn)速： 10 噸； 主軸轉(zhuǎn)速： 0～ 24 rpm . 滿圈時(shí) 10～ 12 rpm； 電機(jī)功率 11 kw ( 由張力機(jī)的張緊力確定出 )； 起動(dòng)、制動(dòng)時(shí)間：三分之一圈 ； 張緊力 ： 1000 N。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 2 前箱體設(shè)計(jì)計(jì)算 確定主電機(jī)功率 空線圈啟動(dòng)狀態(tài)下 電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的過程中，主軸所受的力矩 LM 為， L a FM M M?? （ 21） a dwMJdt? （ 22） 式中， aM —— 加速度產(chǎn)生的力矩 ； FM —— 張緊力產(chǎn)生的力矩 ； J —— 繞線模轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 在 maxn =24(rpm)時(shí)，啟動(dòng)時(shí)間按照三分之一圈計(jì)算， 角加速度 ? 為， m a x 112 2 4 00 60 311246 0 3dw ra d sd t t??? ?? ? ??? ? ? ????????? （ 23） 繞線模的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 LJ 為， 2 3 211 2 1 0 0 . 4 1 6 022LJ m r? ? ? ? ? ? ?2()kg m? （ 24） 角加速度力矩 aM 為， aMJ??? =1603=480? ?Nm? （ 25） 張緊力矩 FM 為， 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 38001 0 0 0 1 0 4 0 022FL DMF ?? ? ? ? ? ?? ?Nm? （ 26） 式中， LF —— 線圈的張緊力，為恒定力 1000N； D—— 空繞線模的直徑，為 800mm。 ?主軸負(fù)載力矩 LM 為， 48 0 4 00 88 0L a FM M M? ? ? ? ?? ?Nm? 負(fù)載功率為， 12 8 8 0 2 2 4 2 . 1 660tLP M n??? ? ? ? ? ?? ?kW （ 27） 式中， tP —— 負(fù)載功率，單位為 Kw； n—— 繞線模轉(zhuǎn)速，單位為 r/min。 由于由電機(jī)到主軸之間蝸輪蝸桿減速器（非自鎖），則 1? =；鏈傳動(dòng) 2? =；帶傳動(dòng)及其他機(jī)構(gòu) 3? =。 ?電動(dòng)機(jī)軸負(fù)載 功率為 , 0 1 2 3 2 . 1 6 3 . 1 60 . 7 5 0 . 9 5 0 . 9 8tPP ? ? ?? ? ???? ?kW? ? ?11kW （ 28） 線圈在滿圈狀態(tài)下 在繞線模滿圈時(shí)，若由于某種原因，繞線機(jī)停機(jī)，現(xiàn)在需要重新啟動(dòng)，在此過程中重新啟動(dòng)繞線 。 主軸所受的力矩為 39。 39。 39。L a FM M M?? （ 29） 39。39。39。a dwMJdt? （ 210） 式中， 39。aM —— 加速度產(chǎn)生的力矩 ； 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 39。FM —— 張緊力產(chǎn)生的力矩 。 由于繞線過程中，隨著繞線模的線圈的繞制，轉(zhuǎn)速需要隨之降低，此時(shí) n取 11rpm，啟動(dòng)時(shí)間按照三分之一圈計(jì)算 ，角加速度為， 39。39。39。 m a x139。12 1 2 00 60 0 .6 911126 0 3dwd t t??? ?? ? ??? ? ? ?????????( / )rad s （ 211） 線圈及繞線模轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 ， ? ? ? ?39。 39。 2 2 3 2 211 1 0 1 0 0 . 6 0 . 4 2 6 0 022LJ m R