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1、R型变压器铁芯裁剪曲线算法研究28机械设计与制造MachineryDesign&Manufacture第8期2010年8月文章编号:10013997(2010)08002802R型变压器铁芯裁剪曲线算法研究欧阳玉平郭帅戴乐寅(上海大学机自学院,上海200072)Thestudyofr-typetransformerironcorecuttingcurvedesignalgorithmOUYANGYu-ping,GUOShuai,DAILeyin(SchoolofMechanical&ElectronicEngineeringandAutomation,ShanghaiUnive
2、rsity,Shanghai200072,China);【摘要】R型变压器制造关键技术之一就是对矽钢带R型铁芯轮廓的开料加工.针对铁芯制造中i;矽钢片高速切割工艺和工装设备,详细研究了R型铁芯裁剪理论轮廓曲线的形成,并对加工过程中各种;参数变化对轮廓曲线影响做了进一步的分析.;i关键词:R型铁芯;裁剪曲线;开料机;变压器ll【Abstract】OneofthekeytechnologiesforRtypetransformermanufactureisthecuttingprocessinglforR-typesiliconsteelCore.Be忉8datthespeedcuttingtec
3、hniquesandtoolingequipmentforthe8siliconsteelcore,itmakesdetailedresearchonthecuttingcurveformationoftheoreticalprofileofRtypel;ironcore,andmakes口rtheranalysisontheeffectwhichprocess1)arioUSparameterchangesinprocess;lmadeli.1l舭ec删巴liKeywords:R-typetransformerironcore;Cuttingcurve;Cuttingmachine;Tran
4、sformerl中图分类号:TH16文献标识码:AlI商R型变压器是在20世纪80年代日本北村机电株式会社设计并研制出来的新型变压器,其外形,如图1所示.与传统的变压器相比,R型变压器具有漏磁小,磁导率高,激磁电流小,损耗低,温升低,结构紧凑,无噪音,绝缘性能优良等优点,冈此R型变压器在电子技术中得到了广泛的应用.图1R型变压器外形图2R型铁芯展开带轮廓及套裁加工R型铁芯是从一条等宽的矽钢带上裁剪出由窄变宽再有宽变窄连续变化能绕出正圆截面的钢带.理想的铁芯展开带轮廓形状,如图2所示.图2R型铁芯展开带轮廓曲线为了加工出图2所示的上下对称的两条曲线,需要用两把刀同时加工,且材料利用率较低:r/%
5、=2rr2/(2r)ax100%=78.5%在实际的曲线设计中是采用中轴线的方法,如图3所示.首先找到料带的中心轴,其次以中心轴为基准边,把其中的一条曲边的宽度叠加到另一边上,就形成了图3所示的一边为直边,一来稿日期:2009一l0一l1边为曲边的轮廓图形.在铁芯卷绕时,利用卷绕机的自动对中机构会使铁芯的卷绕中心与材料的宽度中心始终保持一致.图3利用中轴法构造曲线但是,这种从原始料带中只裁剪一根曲料没有提高材料的利用率,材料的利用率仍然为:%=2盯r2/(2r)2)(10o%=78.5%为了提高材料的利用率,采用了套裁的方式,即在原始材料中按一定规律排列同一型号的铁芯曲料,使组合成上下两条能同
6、时加工的曲料,如图4所示.只要知道曲料的宽度随长度变化的函数,求出相应曲料1的宽度与曲料2的宽度和的最大值的位置(既图中的接触点A点),就可以得出裁剪这两条曲料所需原始料带的宽度w,如图4所示.LJ曲料2曲料1图4R型铁芯套裁设计首先找到曲料的接触点位置.曲料是由一个个对应于圈数的梯形组成的,宽度对应于圈数,设圈数为n,目前处于第i圈,铁芯的直径为D,材料厚度为t.第8期欧阳玉平等:R型变压器铁芯裁剪曲线算法研究29曲料1第i圈的宽度为:W.()=,/f曲料2第i圈的宽度为:()=总宽度:W=W1+2一(D2(it一,2(1)(2)通过求解(1)(2)两式可得:当ixt=D/2时,总宽度W-,
7、/D,取得最小值.此时的利用率为:畅=r2/(2rx,/r)xlO0%-90.7%采用套裁的办法使材料的利用率得到了很大的提高.3R型铁芯展开带曲线公式推导用数控机床加工的R型铁芯开料曲线是一条由窄变宽,再由宽变窄,在一定的芯块模具上能绕出近似圆形截面形状的三次样条曲线.要完成三次样条曲线插补,先要计算出可以由数控系统转换成插补的数据.决定R型铁芯曲线形状的参数主要是:材料厚度t,叠片系数a,铁芯直径,铁芯芯块窗长和窗宽.叠片系数:a=t./t式中:tl一材料的实际厚度,在加工过程中通过测厚传感器对一个周期的料带厚度的测量并取平均值而成.R型铁芯是由剪裁后的料带绕在具有一定形状的芯块上,并具有
8、一定圈数而成的.所以决定R型铁芯外形形状的参数有芯块的长,宽和R型铁芯的圈数An.A=int(R/t1)每圈的料带长度的计算方法如下:首先芯块的周长C:C=2()把芯块的周长等效成是一个圆的周长,并求出其直径,即得到输入内径R=C/r.这样就可以把铁芯看成在这个等效圆上卷绕而成,每增加一圈,半径增加一个材料厚度.第一圈的长度为1(1)=2(,J+)+2t1:=R(1T+21)可以推出铁芯第i圈的长度公式:Z()=2(,J+)1w+2ixt1=R(7r+2it1)在第i圈时用料长度ll(i)为:ll(i)=l(1)+2(2)+A+2()铁芯的总用料长度Al为:Al=l(1)+2(2)+A+2(A
9、n)截面形状的尺寸参数主要有截面直径,重叠厚度,和最小宽度5.截面宽度的计算公式如下:T=Anxt,Sh=,/_j1I2,W(i)=Sh从而可以求出第i圈的宽度:形()=,/二i从而得到了R型铁曲线的数学模型:c:f(u,W,i)R型铁芯在卷绕时的起始端是收料的末尾端,在通过高级计算机语言对R型铁芯的参数进行上述公式的进行计算时需要把材料每圈的长度和宽度首尾对调,得到一组离散的长度和宽度的数组.这些数组在数控加工系统中转换成刀具的进给的三次样条的插补曲线.不同的型号铁芯加工过程中使用不同宽度的矽钢片料带,矽钢片料带宽度及材料宽度的选择应该根据型号的输入内径来选择.理论上说,材料宽度Wm=,/实
10、际加工过程中应考虑废边宽度,矽钢片料带选择宽度大于珀勺型号,即Win>,厂此外,通过七述方法还可以计算出R型铁芯其他重要的参数,废边宽度Wh,外形长.,外形宽.,截面面积S和铁芯重量G:Wh=Win=x/3T,L0:,J+2AnXt1,W0W+2An1S=W(1)1+(2)f1+A+(A凡)1=(W(1)+W(2)+A+(An)G=(W(1)lxl(1)+(2)lxl(2)+A+W(An)1z(AFt)Xm=(1)(1)+(2)(2)+A+)z)Xm其中m为材料的比重(g/ram)以材料厚度为0.27ram,型号为R一260的铁芯为例,生成的截面形状图和料带曲线图,如图5所示.50403
11、O20l00O2040608010012O铁芯型号:M=260,t=027及个料带套装设计曲线U.U5.0J0.0l5.02U.025030.U35.U图5R一260型铁芯截面形状图和料带曲线4R型铁芯轮廓曲线的修正R型铁芯最重要的参数是磁通量,为保证磁通量?t5t-的范围内,需保证铁芯重量在设计范围内.在加工的过程中,如果加工出来的铁芯重量不在标准的范围之内时,需要对铁芯形状进行修正.修正的办法如下:修正值(%)=(G./G)xl00100式中:G一开料的实际重量;G标准重量.把修正值参数与每一圈的长度相乘,通过改变每圈的长度使得重量达到标准值.下图以材料为0.27,铁芯型号为R一35的材料
12、为例,在通过调整修正值后对铁芯截面积的影响.5R型铁芯曲线算法编程实现5.1铁芯参数设计在这个模块上根据铁芯的型号来对各个参数进行设定,并对设定的参数进行计算,生成并显示加工所需要的数据.5.2设计结果评估对各种型号的输入数据的计算结果进行图形模拟仿真,形象的表示出参数的变化对料带曲线形状及截面形状产生的影响,以检验是参数设计的合理.6结论R型铁芯曲线的设计,是加工出合格的铁芯的前提和提高材料利用率,节省资源的保证.介绍了提高材料利用率的方法,详细的推导了铁芯开料曲线的设计过程,分析了设计参数对铁芯结构和性能的影响,并介绍了曲线加工设计的软件.论文所研究的R型铁卷的曲线裁剪设计已在上海埃斯凯变压器股份有限公司曲线开料机控制系统上投入应用,大大提高R型铁芯钢带的利用率,达到了预期设计目的.参考文献1郄胜强,王先逵.R型铁芯数控多刀曲线开料机床的设计J_电子变压器技术,1997,3(1):25282万宗顺.新型节能配电变压器卷铁芯制造关键技术研究.中国优秀博硕士学位论文全文数据库,2006(1):431033刘国安.三相R型铁芯的设计和制造J.电子变压器技术,2002,6(2):154上海上科实验研究所.圆裁面(R型)铁心多根曲线钢带开料机Jj.R型变压器文献汇编,20025李祥远.浅谈卷铁变压器优化殳计J1.变压器,2004(4):58
