专利名称：变压器单导线饼式线圈自动折弯方法
技术领域：
本发明属于电エ电气机械领域，涉及电力变压器线圈绕制技木。
背景技术：
目前现有的变压器单导线饼式线圈绕制，没有与其配套的换位自动折弯装置；现有技术是:按照绕线エ艺要求，线圈是在图1所示系统进行绕制的，系统エ艺路线是:由储线辊I和线辊托盘2出发，经导线第一导向器3、导线第二导向器6、到达绕线模7和立式绕线机8 ;绕制线圈过程见图2，图2(A)中显示已绕制的4个饼:初始反饼18、正饼19、反饼20、正饼21 ;为方便阐述，现将上述4个饼间距沿垂直方向拉开(见图2(B))，以便显示饼绕制结构、换位折弯位置；将图2(B)中绕线模抽出，仅留线圈，观察更明显，如图2(C)所示；在图2(B)、图2(C)中清晰可见，初始反饼18、反饼20是由外向内绕线；正饼19、正饼21是由内向外绕线；在正饼由内向外绕线时，绕线模作为绕线支撑，易绕线定型，而初始反饼18、反饼20是由外向内绕制，没有绕线模支撑，无法直接绕线，因此按以下方法绕制:如图3 (A)、(B)所示，图3(A)中放上一个外模板25当支撑，外模板25内径等于エ艺要求的成品线圈外径，然后在外模板25上绕制线圈26，线圈26称之为反段，将绕完的反段26翻到空位40内，这ー过程称之为翻饼，翻饼后就形成了初始反饼18，同样，反饼20也如此绕制；每一个正饼、反饼形成后，折弯エ艺方法是:绕线エ逐个测量导线所需的折弯位置并画标示线，然后在标示
线位置用机械或液压折弯器对导线进行换位折弯加工，折弯后再在上层面绕制......依
此类推。综上所述，现有エ艺方法在导线线径大、批量饼生产作业中，费时、费力。发明内容本发明目的是提供ー种实现变压器单导线饼式线圈自动折弯方法，实施后操作简单、实用，提高线圈质量、作业效率。本发明技术方案是:改变现有系统的エ艺路线和加工エ艺方法，将线圈待绕导线行走路径调整为(如图4所示):从线辊托盘2上的储线辊I出发，依次经过导线第一导向器3、测长编码器11、导线第三导向器4、电动折弯器5、导线第二导向器6、绕线模7和立式绕线机8 ;增加激光线发生器13，激光线发生器产生射向绕线模的垂直光线41 ;增加測量绕线模转动角度的测角度旋转编码器10 ;增加数控系统17，在数控系统应用软件支持下，操作人机界面触摸屏15，输入线圈相关參数并启动数控系统，由PLC控制器14控制花盘变频器16，使花盘电动机9在折弯位降速、停车，由电动折弯器5完成自动折弯；使用激光线发生器发射出的铅直扇形面激光光束投射到绕线机线圈上，调整激光线发生器的安放位置以及角度，使射在线圈上的垂直光线的延长线穿过线圈中心线，依靠此光线认定初始饼绕制起点位置、照射导线绕制实时位置、直观显现换位折弯点；必须由垂直光线(41)认定初始饼绕制起点位置后，方能启动数控折弯系统；由垂直光线认定初始饼绕制起点、启动数控折弯系统后，正饼绕制时，有绕线模做支撑，绕制的实时位置直接采用测量花盘旋转角度的方法，用测角度旋转编码器测量转动角度，在数控系统应用软件支持下，依此测控正饼换位折弯位置和正饼转入反饼的换位点并实时进行转换；而反饼则不然，由于开始是反段绕线，无绕线模支撑，只是在翻饼后才实质进入反饼绕制真实阶段，因此绕制的实时位置分两个阶段使用两个监测元件測量:一个是用压在行走导线上的测长编码器的测长轮测量导线实时长度，在数控系统应用软件支持下，依此在反段阶段测控反饼换位折弯位置，实施自动折弯；另ー个是用测量花盘旋转角度的角度旋转编码器测量翻饼后的反饼阶段的反饼实时位置角度，在数控系统应用软件支持下，测控反饼转入正饼时的换位点并实时进行转换；将正饼、反饼需要绕制的匝数、导线宽度、绕线模直径值、成品线圈外圆直径值、电动折弯器至花盘中心距离值等数据，在启动自动折弯程序前，通过触摸屏预先输入PLC ;由于PLC程序中已建立了正饼、反饼相关的数学模型，当绕线エ将上述数据输入、在激光光线照射的绕线模上确定好初始饼绕制起点后，通过触摸屏启动运行程序，在数控系统应用软件支持下，线圈按照PLC内的数学模型绕到需要折弯位置，PLC控制花盘变频器使花盘电机降速、停止转动，然后电动折弯器进行自动折弯。由于在PLC内设计的数学模型与线圈实际绕线的运行轨迹有误差，其原因主要是:例如，绕线エ对ー种新线圈绕制过程中线圈煞紧程度(一致性)还没有把握好、油隙放置物数量及其放置位置的规律掌握的还不太清楚、保证成品线圈外径一致性把握的不太好等，因此当操作エ在自动折弯程序运行后的最初几个饼折弯时，通常使用划标示线的方法来替代自动折弯，当饼绕制结尾时，将标示线位置与实际需要的折弯位校对，将误差值输入触摸屏，完成PLC程序中运行參数的修正，然后启动电动自动折弯器替代划标示线的方法，完成试绕阶段。电动折弯器由折弯头、变速器、折弯电机、折弯角度測量器(旋转编码器)、压线头、压线气缸、气缸活塞杆伸縮限位等组成，接到折弯命令后，电动折弯器可自动完成导线折弯全过程，折弯头对导线折弯角度的测控通过触摸屏输入角度设定。本发明实施后可提高绕制线圈质量和作业效率，尤其适用于线径大、饼数多的批量线圈生产作业。
结合附图进ー步说明本发明技术方案的具体实施方式
。图1、现有的变压器单导线饼式线圈绕制系统示意图。图2、单导线饼式线圈结构示意图。图3、反饼线圈绕制过程示意图。图4、单导线饼式线圈绕制(含自动折弯)系统示意图。图5、电动折弯装置示意图。图6、单导线折弯示意图。图7、测控方法要点解析示意图。图面说明:图1中，I储线辊、2线辊托盘、3导线第一导向器、6导线第二导向器、7绕线模、8立式绕线机。图2中，18初始反饼、19正饼、20反饼、21正饼、22反饼结尾换位折弯、23正饼结尾换位折弯、24第二个反饼结尾换位折弯。图3中，18初始反饼，25外模板、26反段、40空位。图4中，I储线辊、2线辊托盘、3导线第一导向器、4导线第三导向器、5电动折弯器、6导线第二导向器、7绕线摸、8立式绕线机、9花盘电动机、10测角度旋转编码器、11测长编码器、12导线测长轮、13激光线发生器、14PLC控制器、15触摸屏、16变频器、17数控系统、41垂直光线。
图5中，27折弯电机、28变速器、29旋转编码器、30折弯头、31压线气缸、32压线头、33返回限位、34伸出限位、35压线气缸气动系统、36导线，Fl电磁比例阀、F2三位四通滑阀。图6中的图6(A)，30折弯头、32压线头、36导线、42固定杆、43插入套孔、44第一折弯棒、45第二折弯棒；图6 (B)中，32压线头；图6(C)中，30折弯头、36导线；图6 (D)中，36导线。图7中，图7(A)显示反饼绕线长度移动轨迹；图7(B)显示正饼绕线角度移动轨迹；图7(C)显示各饼绕制换位、折弯移动轨迹，37初始反饼至正饼换位处，38正饼至反饼换位处，39反饼至正饼换位处。
具体实施方式
本发明技术方案的实现方法是:如图4所示，激光线发生器13作为ー个独立装置固定安装在静止物体上或地面上，它发出的激光束是ー个扇形铅直的光平面，调节激光线发生器位置和角度，使激光线投射到绕线模圆柱面上形成的一条垂直光线41，其延长线与绕线模中心线重合；垂直光线41的功能是:1.指示自动折弯エ况下绕线饼的起始位置，该位置由绕制エ艺限定；2.指示各饼折弯位置；3.指示饼结尾时的换位点；
4.折弯修正时方便误差测量。如图4所示，测长编码器11安装位置是位于导线第一导向器3与导线第三导向器4之间，测长编码器11參数为2500脉冲/每转，测长编码器11与导向器距离不大于300mm ；调整3、4导向器对导线的压紧力，使导向器之间的导线尽量平直，确保测长编码器11轴上的导线测长轮12外圆与其压紧的导线处于滚动链接状态，不能出现打滑现象；导线测长轮12外圆周长500mm,外圆表面材料为耐磨塑料。如图4所示，电动折弯器5安装于导线第二导向器6与导线第三导向器4之间，电动折弯器5与导向器距离不大于700mm。电动折弯器5是ー个独立装置，它与绕线机花盘中心距离5米；电动折弯器5由折弯电机27、变速器28、旋转编码器29、折弯头30、压线气缸31、压线头32、返回限位33、伸出限位34、压线气缸气动系统35等组成，參见图5。折弯头30对导线折弯角度的控制通过触摸屏15(见图4)输入角度设定，折弯电机27采用6极异步电动机，变速器28与折弯头30变比5: I，变速器28与旋转编码器29变比1: 1，旋转编码器29參数:50脉冲/每转；固定杆42横断面是正六方形，插入套孔43是ー个与固定杆42相配合的内六方套(见图6);压线头32端部通过调节电磁比例阀Fl设定的工作压力可实现适度压紧导线36 ;旋转编码器29測量折弯的角度值，当折弯的角度值等于触摸屏设定值时折弯停止；电动折弯器自动折弯全过程阐述如下:绕制线圈到达折弯位置吋，图4中数控系统17的PLC控制器14发出折弯指令，该指令一路控制变频器16，由变频器16控制花盘电动机9停止转动，另一路控制图4中电动折弯器5，使其进入电动折弯器自动折弯程序控制；按照图5中Fl电磁比例阀设定的工作压カ由三位四通滑阀F2左位接通压线气缸31，推动压线头32右移，适度压紧导线36，到达伸出限位34，压线头32停止右移；折弯头30转动，折弯开始，旋转编码器29实时测量折弯的角度值，折弯到位后，折弯头30停止转动，停转5秒钟后(折弯定型)反转，反转到位后，压线头32左移直至到达返回限位33，压线头32停止左移，电动折弯器自动折弯程序结束并发出指令输入PLC控制器14，由PLC控制变频器16，变频器16控制花盘电动机9允许花盘转动。如图6 (A)所示，压线头32的A-A视图见图6 (B)，压紧头端部是ー个光滑平面，它通过Fl电磁比例阀设定的工作压カ适度压紧导线36，适度压紧导线36的理想效果是:
1.不伤害导线；2.导线折弯过程中不能影响导线的滑动及形变。图6 (A)折弯头30的B-B视图见图6 (C)，图6 (C)中显现导线36、第一折弯棒44、第二折弯棒45等实施折弯前的位置状态，固定杆42横断面是正六方形，插入套孔43是与固定杆42相配合的内六方套，此结构方便各种折弯头30的快速更换，以适应不同折弯尺寸需要。图6 (D)中显现折弯77度后的导线36与折弯棒的位置状态。下面结合图7对系统测控硬件和应用软件之间的的配合要点进行解析(以PLC采用德国西门子S7-200为例):图7 (A)X轴线表示初始反饼绕线线长轨迹；图4中測量导线绕制长度的测长编码器11通过其轴上安装的导线测长轮12測量，将测长计数脉冲输入PLC高速计数器，通过应用软件实时把反饼各点长度值(単位_)转换为PLC控制器运算使用的实数；图7(A)中Dl点表示初始反饼绕线起始点，该点位置确认很重要，它涉及垂直光线41与待绕线圈初始起点重合时(Dl点由绕线エ艺限定并在绕线模上找出)，方可启动PLC自动折弯应用程序；启动并绕线过程中，X轴Dl-Al各点记录了初始反饼各位置值，当到达BI点位置值时，导线测长轮12记录的位置值就与PLC应用程序中设计的数学模型计算的折弯点位置值相等，PLC控制器14发出停车、折弯指令，该指令一路控制花盘电动机9停止转动，另一路控制图4中电动折弯器5，使其进入电动折弯器自动折弯程序；B1点位置值虽然由PLC应用程序中建立的数学模型来计算，但下列数据在系统进入自动折弯程序前，事先从触摸屏输入:W1/X1/Y(反饼整匝值/反饼分数匝值/总分档数)、W2/X2(正饼整匝值/正饼分数匝值)、导线宽度(単位:mm)、花盘中心与电动折弯器之间距离(単位:mm);电动折弯器5的自动折弯程序结束后，电动折弯器发出指令给PLC，PLC接到指令后立即再发令允许花盘转动，初始反饼绕线轨迹随即进入X轴的Bl-Al阶段；B1-A1阶段的长度值(见图7(A)中(LI+A I))含义:L1是花盘中心与电动折弯器之间距离(单位:mm)值，A I是反饼误差修正值(単位:mm);由反饼结尾转入正饼的方法是使用测角度旋转编码器10(见图4)測量初始反饼绕制总匝数，当初始反饼绕制匝数完成(反饼绕制结尾)，即到达Al点时激发中断，由中断服务程序使其自动由反饼转入正饼绕制程序。图7 (B) X轴线表示正饼绕线角度轨迹；它由测角度旋转编码器10測量，测角度旋转编码器10參数为2500脉冲/每转，测角度旋转编码器10与花盘旋转角度一致，将测量花盘角度的测角度旋转编码器10计数脉冲输入PLC控制器14高速计数端，PLC控制器14应用软件中高速计数器采用计数四倍速正交模式9，通过应用软件把正饼各点的角度值转换为PLC控制器14运算使用的实数值；图7(B)中D2表示正饼绕线起始点，也就是图7(A)X轴线上的Al点，D2点由中断服务程序自动认定；X轴D2-A2记录了正饼各位置值，当到达B2位置值时，测角度旋转编码器10记录的位置值与PLC应用软件中数学模型计算的折弯点位置值相等，PLC控制器14发出折弯指令，该指令一路控制花盘电机停止转动，另一路控制
图4中电动折弯器5，使其进入电动折弯器的自动折弯程序控制......类同反饼，阐述从略。图7 (C)显示各饼绕制换位折弯移动轨迹，图中示意:D1-A1初始反饼移动轨迹,BI初始反饼自动折弯点，Al初始反饼总长；D2-A2正饼移动轨迹，B2正饼自动折弯点，A2正饼总角度；D3-A3反饼移动轨迹，B3反饼自动折弯点，A3反饼总长；D4_A4正饼移动轨迹，B4正饼自动折弯点，A4正饼总角度；初始反饼至正饼换位处37 (A1-D2)，该位置使用折弯导线完成换位，其中自动折弯是在BI点进行的；正饼至反饼换位处38 (A2-D3)，该位置使用折弯导线完成换位，其中自动折弯是在B2点进行的；反饼至正饼换位处39 (A3-D4)，该位
置使用折弯导线完成换位，其中自动折弯是在B3点进行的......依此类推；图7(C)中的
37(A1-D2)、38(A2-D3)、39(A3_D4)分别对应图2(C)中的22反饼结尾换位折弯、23正饼结尾换位折弯、24第二个反饼结尾换位折弯。图7 (C)中，从Al (反饼结尾)转换至D2(正饼起始)是用测角度旋转编码器10测量此位置，通过PLC应用程序中执行中断子程序完成；从ム2(正饼结尾)转换至D3(反饼起始)、从A3 (反饼结尾)转换至D4(正饼起始)同样是用测角度旋转编码器10测量此位置，通过PLC程序中执行中断子程序完成......依此类推。与现有技术相比，本发明实施后提高绕制线圈质量和作业效率，尤其适用于线径大、饼数多的单导线饼式线圈批量绕制。
权利要求
1.变压器单导线饼式线圈自动折弯方法提供ー种实现自动折弯的方法，改变现有系统エ艺路线和エ艺方法，其特征是:待绕导线从线辊托盘(2)上的储线辊(I)出发，依次经导线第一导向器(3)、测长编码器(11)、导线第三导向器(4)、电动折弯器(5)、导线第二导向器(6)到达绕线模(7)和立式绕线机(8);增设激光线发生器(13)射向绕线模垂直光线(41)、测角度旋转编码器(10)、数控系统(17)，操作触摸屏(15)输入线圈相关參数并启动数控系统，在应用软件支持下，PLC控制器(14)控制花盘变频器(16)使花盘电动机(9)在折弯位停车，电动折弯器自动折弯。
2.按权利要求1所述的变压器单导线饼式线圈自动折弯方法设置的激光线发生器(13)，其特征是:激光线发生器(13)发射出的铅直扇形面激光光束投射到绕线机待绕线圈上所形成的垂直光线(41)必须使其延长线穿过线圈中心线，依靠此光线认定初始饼绕制起点位置、照射导线绕制实时位置、直观显现换位折弯点；必须由垂直光线(41)认定初始饼绕制起点位置后，方能启动数控折弯系统。
3.按权利要求1所述的变压器单导线饼式线圈自动折弯方法设置的测角度旋转编码器(10)和测长编码器(11)，其特征是:由垂直光线(41)认定初始饼绕制起点、启动数控折弯系统后，正饼是用測量花盘旋转角度的方法，用测角度旋转编码器测量转动角度，在数控系统应用软件支持下，依此测控正饼换位折弯位置和正饼转入反饼的换位点并实时进行转换；而反饼则不然，绕制的实时位置分两个阶段使用两个监测元件測量:ー个是用压在绕制导线上的测长编码器(11)的导线测长轮(12)測量行走导线实时长度，在应用软件支持下，在绕制反段时测控反饼折弯位置，实施自动折弯；另ー个是用测量花盘旋转角度的方法，用花盘测角度旋转编码器(10)測量翻饼后的反饼阶段的反饼实时位置角度，在应用软件支持下，测控反饼转入正饼的换位点并实时进行转换。
4.按权利要求1所述的变压器单导线饼式线圈自动折弯方法制造的电动折弯器(5)，其特征是:电动折弯器(5)是ー个独立装置，它与绕线机花盘中心距离5米；电动折弯器由折弯电机(27)、变速器(28)、旋转编码器(29)、折弯头(30)、压线气缸(31)、压线头(32)、返回限位(33)、伸出限位(34)、压线气缸气动系统(35)等组成；折弯头(30)对导线折弯角度的控制通过触摸屏(15)输入角度设定，折弯电机(27)采用6极异步电动机，变速器(28)与折弯头(30)变比5: 1，变速器(28)接旋转编码器(29)变比1:1，旋转编码器(29)參数:50脉冲/每转；固定杆(42)横断面是正六方形，插入套孔(43)是与固定杆(42)相配合的内六方套孔；压线头(32)端部通过调节Fl电磁比例阀设定的工作压カ可实现适度压紧导线(36)。
全文摘要
本发明变压器单导线饼式线圈自动折弯方法属于电力电工机械领域，涉及线圈绕制技术；现有系统无自动折弯功能，在导线线径大、批量生产作业中，费时、费力；本发明提供实现自动折弯方法，改变现有系统工艺路线，将待绕导线路径调整从线辊托盘2的储线辊1出发，依次经导线第一导向器3、测长编码器11和导线测长轮12、导线第三导向器4、电动折弯器5、导线第二导向器6、绕线模7、立式绕线机8；增加激光线发生器13射向绕线模垂直光线41、测角度旋转编码器10、数控系统17；在应用软件支持下，操作触摸屏15，PLC控制器14控制花盘变频器16，使花盘电机9在折弯位停车，电动折弯器自动折弯。
文档编号B21F1/00GK103137318SQ20111037446
公开日2013年6月5日 申请日期2011年11月23日 优先权日2011年11月23日
发明者高原, 沈伟, 刘晓龙, 王春风, 高立斌 申请人:山东巨力电工设备有限公司