【正文】 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(lái)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，得濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 到了廣泛使用。隨著變壓器性能要求越來(lái)越高，一般中小型變壓器的生產(chǎn)，也逐漸開(kāi)始使用壓緊式臥式繞線機(jī)。原來(lái)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(guò)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(cè)線圈尺寸。多軸式放線車(chē)上的各線盤(pán)放線張力可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制，根據(jù)繞制線圈的長(zhǎng)度，放線車(chē)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(guó)內(nèi)繞線機(jī)的現(xiàn)狀國(guó)產(chǎn)的繞線機(jī)總體來(lái)說(shuō)較國(guó)際技術(shù)來(lái)講，無(wú)論是技術(shù)還是質(zhì)量或是性能上還與發(fā)達(dá)國(guó)家有一定的差距的。國(guó)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(wèn)題。只能應(yīng)用于繞線要求相對(duì)不太高的場(chǎng)合，繞線機(jī)的高端設(shè)備都有日本、瑞士、德國(guó)等進(jìn)口設(shè)備占領(lǐng)市場(chǎng)，而國(guó)產(chǎn)設(shè)備只能在很小的市場(chǎng)份額里以低價(jià)來(lái)爭(zhēng)得客戶，我國(guó)繞線機(jī)市場(chǎng)目前處于高速發(fā)展的時(shí)期。目前國(guó)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(lái)，國(guó)外開(kāi)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(pán)與尾座花盤(pán)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(wú)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(guò)程中，隨著線圈半徑越來(lái)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(wú)級(jí)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(pán)、轉(zhuǎn)速表、變速裝置、開(kāi)關(guān)等。尾座有花盤(pán)、頂尖、頂尖調(diào)整裝置、濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 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。臥式繞線機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 11：圖 11 臥式繞線機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1轉(zhuǎn)速表 2花盤(pán) 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(kāi)關(guān) 10開(kāi)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(guò)程中，查閱了相關(guān)書(shū)籍、期刊、中外文獻(xiàn)等材料，主要通過(guò)在圖書(shū)館查閱相關(guān)書(shū)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(duì)繞線機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。結(jié)合國(guó)內(nèi)外關(guān)于臥式繞線機(jī)的材料，對(duì)臥式繞線機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)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(duì)繞線過(guò)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(pán)、轉(zhuǎn)速表、變速裝置、開(kāi)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(lái)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(wèn)題。設(shè)計(jì)過(guò)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)、濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 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(wú)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(guò)程中，隨著線圈半徑越來(lái)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(wú)級(jí)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(duì)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(guò)手動(dòng)控制，通過(guò)螺紋傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)軸套的伸縮，對(duì)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(duì)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(lái)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(cè)，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(lái)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(lái)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(jiǎn)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(guò)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；③PLC 型號(hào)的選擇；④PLC 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(pán)直徑：φ1200 mm, 開(kāi)四等分 T 形槽；床頭總盤(pán)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；濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 張緊力：1000 N。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(guò)程中，主軸所受的力矩 為，LM （2LaFM??1） （22adwJt）式中， ——加速度產(chǎn)生的力矩；aM——張緊力產(chǎn)生的力矩；F ——繞線模轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。J在 =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，maxn ? （2max1240063dwradstt????????????????:3）繞線模的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 為，LJ （????2()kgm?）濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 角加速度力矩 為，aM =1603=480 （2aJ?????Nm?5）張緊力矩 為，F(xiàn)M （26）3801402FLD???????Nm?式中， ——線圈的張緊力，為恒定力 1000N；LF D——空繞線模的直徑，為 800mm。主軸負(fù)載力矩 為，?LM 480aF?????Nm?負(fù)載功率為， （??:??kW）式中， ——負(fù)載功率，單位為 Kw；tP 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 =；鏈傳動(dòng)1?=；帶傳動(dòng)及其他機(jī)構(gòu) =。2?3?電動(dòng)機(jī)軸負(fù)載功率為,? （????:??kW?18）濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 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(guò)程中重新啟動(dòng)繞線。主軸所受的力矩為 （2939。39。39。LaFM??） （21039。39。39。adwJt）式中， ——加速度產(chǎn)生的力矩；39。aM——張緊力產(chǎn)生的力矩。39。F由于繞線過(guò)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， （211）39。39。39。 max139。????????????????:(/)rads線圈及繞線模轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為， （212????39。39。????????2kgm:） （213）39。39。 .917aMJ?N?線圈對(duì)繞線模的張緊力矩為， （214）39。39。 312060FLD????:??Nm:式中， ——滿載時(shí)，線圈對(duì)主軸的力矩，單位 Nm；39。FM濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 ——滿載時(shí)，線圈的直徑，為 1200mm。39。D主軸負(fù)載力矩為? 39。39。39。1794602394LaFM?????Nm:主軸負(fù)載功率 為39。tP （215）39。39。39。 ????:??kW式中， ——滿圈時(shí)，線對(duì)繞線模的力矩；39。LM ——滿圈時(shí)，繞線模的轉(zhuǎn)速。39。n考慮到由電機(jī)到主軸之間蝸輪蝸桿減速器（非自鎖） ，則 =；鏈傳動(dòng)1?=；帶傳動(dòng)及其他機(jī)構(gòu) =。2?3?電機(jī)軸負(fù)載功率為，? 11 （216）39。39。????:??kW選擇電機(jī) 11kW 可以滿足要求。查手冊(cè)選用 電機(jī)，額定功率 11(kW)，轉(zhuǎn)速 1460(rpm)。64YM?電機(jī)啟動(dòng)后，主軸轉(zhuǎn)速為 24(rpm)，穩(wěn)定運(yùn)行后主軸為 12(rpm)。由帶傳動(dòng) =1，鏈傳動(dòng) =1，取蝸桿蝸輪傳動(dòng) =41?1i3i 2i則主軸 及蝸輪軸 的轉(zhuǎn)速， tn221()tnrpm?蝸桿軸轉(zhuǎn)速為 1480?()rpm 制動(dòng)器的選擇在制動(dòng)的過(guò)程中，存在張力力矩 、減速力矩 、制動(dòng)力矩39。FM39。a39。zM （217）39。39。39。1794601zaF?????Nm?濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 式中， ——制動(dòng)過(guò)程中，減速度產(chǎn)生的力矩39。aM折算到蝸桿軸上 （218）39。39。???????Nm?式中， ——主軸的制動(dòng)力矩折合到蝸桿軸上的力矩；39。zmM ——蝸桿軸和主軸之間的總傳動(dòng)比。i選用磁粉制動(dòng)器，為自然冷卻式磁粉制動(dòng)器空心軸型 ? 蝸桿渦輪減速器 蝸桿蝸輪減速器的設(shè)計(jì)方案由于隨著線圈的不斷繞制，線圈的質(zhì)量不斷增大，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也應(yīng)該不斷減小，故選用 4 級(jí)調(diào)速。線圈滿圈時(shí)，質(zhì)量 m=10(噸) ，電機(jī)轉(zhuǎn)速為 480(rpm)，線圈為 12(rpm)。 蝸桿蝸輪兩軸交錯(cuò)角 ，采用 ZI 漸近線蝸桿。?90??考慮到傳動(dòng)功率不大，速度只是中等，蝸桿用 45 鋼；因希望效率高些，耐磨性好些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為 。蝸輪用鑄錫磷青銅45HRC:ZCuSn10P1,金屬模制造。僅齒圈用青銅制造，輪芯用灰鑄鐵 HT100 制造。 蝸桿蝸輪減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算按齒面接觸疲勞強(qiáng)度，傳動(dòng)中心距為 （219）??232EHZaKT?????????式中，a—— 蝸桿蝸輪中心距； K——載荷系數(shù)； ——接觸系數(shù)Z? ——彈性影響系數(shù)。E濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 ⑴計(jì)算蝸桿功率 1P確定齒輪齒數(shù) =1， =40， =?由 = ，鏈傳動(dòng) =，則蝸輪軸功率為t??kW （