排線可控張力可調的電抗器排線器設計

唐俊鑫，鄭偉光，姚 嘉，張 財，浦聲毅

（桂林電子科技大學，廣西 桂林 541004）

0 引言

電抗器的制造技術直接影響電抗器的使用性能，尤其是干式空心電抗器[1]。作為變電器的重要組成部分，電抗器排線器產品目前普遍存在人工排線作業(yè)，存在工作勞動強度大和安全隱患[2]，并且現(xiàn)有產品的排線徑向寬度難以調節(jié)。目前常用的模具直徑調節(jié)方式為在支撐管與支撐圓周之間墊墊片，再用螺栓將其固定，以達到改變直徑的目的，然而這種方法需要逐一加放墊片，操作量大且各個位置的圓弧度易不統(tǒng)一，圓周準確率不高，還存在校準操作繁瑣，脫模困難，初層排線難以把控張力，導致線圈容易松散的問題[3]。本文從功能需求出發(fā)，致力于解決實際問題，對排線機構和張力機構改進，提高排線器整體的效率。

1 結構設計方案

1.1 排線系統(tǒng)設計方案

該設計的總體結構如圖1所示，包括光孔套裝的局部放大部分?？刂茥U4連接光孔套裝9目的是保證排線器的水平移動，控制光孔套裝9的移動；光孔套裝9底部由銷釘8和壓桿11的配合下控制頂進銷與螺桿2的接觸實現(xiàn)移動，螺桿2轉動帶動光孔套裝9的水平移動，而螺桿2的轉動依靠帶輪3通過傳送帶與纏繞主軸轉動實現(xiàn)同步；光孔套裝9水平移動的速度，在不改變螺桿2速度的前提下，只需改變帶輪3的直徑；光孔套裝9上有一至四個排線孔，排線從控制桿4向螺桿2的方向進入，可根據產品的不同需求進行選擇繞制；光孔套裝9頂端有四個螺釘彈簧6，實現(xiàn)根據排線的尺寸控制排線孔7的大小，便于各類尺寸的排線；在螺桿2的兩端尾部加工成光軸，實現(xiàn)光孔套裝9在排線完成時能夠及時停止移動，保證安全。

圖1 排線系統(tǒng)結構

1.2 張力可調節(jié)控制系統(tǒng)

張力可調節(jié)系統(tǒng)如圖2所示。其中雙位置圓周調控總成及其組成電抗器纏繞模具，主要通過連桿和鉸鏈支座配合螺母，實現(xiàn)各支撐模塊的同步頂升或下拉，同步調節(jié)磨具直徑，很好地解決了人工通過增加或減少墊片的方法來改變直徑，減小了工人的工作量的同時提高了時間的利用。并且磨具外表面的曲率也能調整實現(xiàn)功能，更是對結構的選擇提供了靈活度。雙位置圓周調控總成，裝置包括支撐軸1和圓周支撐組件2，圓周支撐組件2包括調節(jié)螺母10、大鉸鏈支座9、中心轂12和數(shù)個徑向變形件，在調節(jié)螺母10的帶動下做出沿支撐軸1徑向方向的變徑運動。調節(jié)螺母10通過外力旋擰沿支撐軸1的外螺紋段長度方向移動，調節(jié)螺母10的移動為大鉸鏈支座9的移動提供推動力，實現(xiàn)調節(jié)螺母10帶動大鉸鏈支座9軸向同步運動的效果。中心轂12套裝在支撐軸1上的位置為非螺紋加工的部位，從而起到配合大鉸鏈支座9和數(shù)個徑向變形件的穩(wěn)定支撐效果。因此，大鉸鏈支座9在支撐軸1上的移動路徑是在外螺紋段上實現(xiàn)的。每個徑向變形件包括每個徑向變形件包括弧形板11、頂升連桿4、小鉸鏈支座8、直徑調節(jié)連桿3、和兩個曲率調節(jié)連桿5。左右對稱，形成一幅。同步調節(jié)弧形板曲率。

圖2 張力可調節(jié)系統(tǒng)

如圖3所示，定義小鉸鏈支座8至中心轂12的直線距離為h1，連接支耳至中心轂12的直線距離為h2，直徑調節(jié)連桿3與頂升連桿4兩桿延長線交于一點O，O點至小鉸鏈支座8之間的直線距離為L′，O點至連接支耳之間的直線距離為L，O點至中心轂12的直線距離為x，同一弧形板11上的兩個連接耳之間的弧長為l⌒，弦長為l，其所對應的圓心角為α，弧形板11的初始半徑為R1，曲率調節(jié)連桿5的長度為m，根據上述變量進行的計算推導過程為：

圖3 排線器的半徑調節(jié)原理示意圖

當距離x發(fā)生變化（減?。r，本結構的半徑變化量，即為中心轂12上細桿的升高量：h2。

小鉸鏈支座8的升高量：

本結構擴張后的半徑：

由弦長公式：l=2Rsin（α/2），得

初始弦長：l1=2R1sin（α1/2）

擴張后弦長：

小鉸鏈支座8至弦長l的距離變化量為：

上述過程中L、L′、h1、h2、l⌒、R1、m、α1為設計定值，該公式是關于一元x的多項式有真實解，通過x的不同值即可獲得不同直徑值以及相應曲率的變化。

數(shù)值計算舉例：

按照設定20 mm＜x＜150 mm

h1=100 mm，h2=200 mm，L=400 mm，L′=250 mm，從x=150 mm處開始計算，即

設x依次推進四次，每次推進位移為30 mm，結果見表1，最后一次為x=20 mm的最小距離。

表1 半徑調節(jié)范圍計算

通過計算得出結論：半徑由150 mm至30 mm的推進過程中，依次推進30 mm，得到的半徑增加變化量為2.62 mm，2.43 mm，2.33 mm取平均值得半徑變化量為2.46 mm，即x每推進30 mm，半徑在增大的同時，增大的幅度在減小，且存在規(guī)律依次減小大約2.46 mm。x推進130 mm，半徑增加量28.7 mm。

半徑調節(jié)的操作模擬：分別在本整體結構中的兩側同時擰動調節(jié)螺母10，在大鉸鏈支座9的推動下，直徑調節(jié)連桿3將多個細桿沿中心轂12中的上下方向作出同步頂升或下拉動作，使雙位置圓周調控總成的直徑增大或減小，從而達到改變模具直徑的目的，通過模具直徑的改變，改變線圈直徑，適應生產不同規(guī)格電抗器的目的，在電抗器脫模時，也可通過減小外圓周的直徑，便于電抗器線圈快速脫模，提高生產效率。

在直徑改變的同時，當調節(jié)螺母10與大鉸鏈支座9往外或往里運動時，頂升連桿4帶動小鉸鏈支座8作出頂升或下拉動作，中心轂12上方細桿帶動弧形板11作出同步動作的同時，小鉸鏈支座8相對于中心轂12上方細桿的直線距離也對應增大或減小，從而實現(xiàn)小鉸鏈支座8通過兩個曲率調節(jié)連桿5撐張或下拉弧形板11，弧形板11的曲率會同步變化，使本結構的圓周更接近正圓，進而達到整體外圓周直徑變化的同時曲率也隨著相應變化的目的，使模具外圓周能夠及時變換到預定要求的圓形尺寸，使電抗器線圈纏繞其上時能夠獲得預定要求的徑長尺寸和圓度精度，進一步保證電抗器的制造質量。

2 結束語

通過對電抗器的結構改進，可以實現(xiàn)排線的自動化和尺寸的選擇，也可以通過帶輪改變排線速度。線圈的變徑便于實現(xiàn)，曲率也可以調節(jié)，調節(jié)的同時保證了均勻張力，從而確保線圈的纏繞均勻性。