一种基于带材绕包式高温超导导体绕制装置的制作方法

本实用新型涉及一种超导导体加工制作装置。尤其涉及一种基于带材绕包式高温超导导体绕制装置。

背景技术：

近年来，随着我国基础科学的前沿发展、国家能源的战略布局、高端医疗装备制造的不断推进，对超导高场技术的发展提出了迫切的需求。如下一代高能量粒子加速器、超导可控核聚变装置以及高场磁共振成像系统等，这些对国际民生有着影响深远的大科学工程均必须依赖于高性能的高场超导磁体技术。

高温超导材料，具有高临界温度、高临界磁场及高载流能力等独特优势，在高场磁体应用中具有不可替代的作用。rebco高温超导带材由于机械强度较高、不需要热处理，具有广阔的应用前景。但是，由于高温超导带材各向异性及带状的形状，很难直接应用于大型高场超导磁体。例如，目前国内外设计的下一代聚变堆均要求中心螺管磁体及纵场磁体的最高场高于12t（中国聚变实验反应堆cfetr中心螺管线圈要求最高场约17t，载流要求约60ka）。同样，对于下一代粒子加速器，其要求磁场高于16t，甚至会达到18-20t。由于高磁场、大电流的运行环境，还要求磁体具有优异的机械性能，以克服运行过程中的电磁负载。单根超导带材无法做成满足要求的磁体。因此，各国科学家实用新型了一种将超导带材绕在中心金属线（一般用铜或铝）的导体结构。

然而，截至目前为止，由于专业装备的缺乏，国际上只有两家企业具备这种结构导体的研制能力，因此，迫切需要研制新的装置开展基于带材绕包式超导导体研制，解决高温高场磁体关键技术瓶颈，推动国家应用超导的产业化进程，满足国家战略需求。而现有的带材绕包式高温超导导体的缠绕包裹制作装置，由于其结构和相应的缠绕结构及其缠绕方式的不尽合理，其不仅运行工作效率低、可靠性也比较低，而且缠绕包裹制作生产的高温超导体的质量也有待进一步提高。特别是对直径小于5mm的导体的带材绕包，更是难以实现间隙均匀、紧密的绕包。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对上述现有技术存在的问题，提供一种基于带材绕包式高温超导导体绕制装置。该基于带材绕包式高温超导导体绕制装置组结构简单、合理，运行稳定，操作简单，自动化程度高，带材绕包制作质量好，效率高。

本实用新型基于带材绕包式高温超导导体绕制装置包括收放线装置，缠带装置，所述缠带装置包括若干多态多带缠绕装置，所述收放线装置分别设置于该多态多带缠绕装置的输入和输出端，所述多态多带缠绕装置包括于轴向和/或径向上互呈一夹角连接于旋转套轴上的若干导向变态调整绕包器，所述旋转套轴套设于相应的空心固定芯轴。

所述若干多态多带缠绕装置于轴向互呈一位置差和/或角度。

所述若干导向变态调整绕包器分别设有连接于旋转套轴的位置、形态和/或角度调整器。

所述多态多带缠绕装置包括与所述空心固定芯轴对应设置的定位进给器，以及设置于该定位进给器与相应的带卷盘之间的若干导向轮。

所述多态多带缠绕装置还包括进给检测器和/或进给力自适应调节器。

进给力自适应调节器包括一自定位滑块，连接于该自定位滑块的相应的导向轮，以及连接该自定位滑块与相应支架的自力拉簧。

所述收放线装置包括设于调节架上的卷线盘，通过相应的螺纹导轨设于所述调节架的排线滑架，以及连接于所述调节架的丝杆升降机。

所述自适应方向引导器包括相互交叉对应设置的两对滚筒。

所述缠带装置的输入端和输出端分别设有调直装置和牵引装置。

所述调直装置包括校直轮组，对应于所述校直轮组的若干输导轮，以及配重式牵引力调节器。

本实用新型基于带材绕包式高温超导导体绕制装置，其在整个装置系统的组成结构简单的基础上，通过其多态多带缠绕装置，以不同的角度和/或位置绕导体分布设置，以接力接续依次对接的缠绕方式对相应导体实施单层快速包绕，或以相互层叠式的方式同时包绕多层、再或者同方向和反方向分别包绕单层或多层，且可通过设置多个多态多带缠绕装置，实施导线的多层包裹，在导体送进速度相同的情况下，能够几倍提高生产效率，同时，不仅其缠带装置、且其导体的拉直、收放、和牵引等各个工序环节的相应装置的结构构成和运行方式也极其简单、合理，运行可靠，其整个绕制系统装置运行非常稳定、可靠，缠绕均匀、无遗漏、高质量。

尤其是，由于其结构构成和相应的绕包方式的合理性，其能够实现直径5mm以下的导体（或芯线）的带材绕包，有效、较好解决了带材绕包难以实现间隙均匀、紧密的绕包的技术问题。

附图说明

图1为本实用新型基于带材绕包式高温超导导体绕制装置一实施例结构示意图；图2为本实用新型的收放线装置一实施例结构示意图；图3为本实用新型调直装置一实施例结构示意图；图4为图3后视图；图5为本实用新型的缠带装置一实施例结构示意图；图6图为5后视图。

具体实施方式

为了便于更好地理解本实用新型，下面通过实施例结合附图对本实用新型作进一步地说明。

如图1-6所示。本实用新型基于带材绕包式高温超导导体绕制装置包括调直装置50，牵引装置40，设置于校直装置与牵引装置之间的缠带装置，以及分别设置于调直装置输入端和牵引装置输出端的两收放线装置20等。本例中，其缠带装置包括依次设置于校直装置50与牵引装置40之间的两个多态多带缠绕装置10。其整个包带系统各工序工步装置由其控制器实施同步控制，其整个包带运行各工序各装置相互同步、协调。

其收放线装置20包括通过一摆轴31及其相应的轴承装置设置于相应机架上的上下摆动式的调节架，其调节架为一悬臂式活动架21，卷线盘22通过连接于相应驱动器的卷线轮轴设置于其悬臂式活动架21的一端。在悬臂式活动架另一端固定连接有一螺纹导轨26，螺纹导轨26上设有一与其螺纹配合连接的排线滑架23，排线滑架23的靠卷线盘一端设有其高度位置沿卷线盘方向逐个降低的、与卷线盘对应的渐变位导线轮24，排线滑架23的另一端设有相应导线（超导导线）188的进或出线自适应方向引导器，自适应方向引导器由相互交叉（或相互垂直）、前后对应固定于排线滑架上的两对滚筒25。其构成一对的两滚筒相互间隔大于相应的导线的相应宽度或直径。

螺纹导轨26的相应一端通过减速机构连接于液动、气动或电动驱动马达28，在悬臂式活动架上设有分别对应于排线滑架相对两侧的排线收放行程限位开关27。悬臂式活动架21的另一端与其机架之间连接有丝杆升降机29。

在卷线盘的相应一端与悬臂式活动架之间设有卸盘活塞缸，卸盘活塞缸的一端通过相应的平面轴承装置连接有与卷线盘相应一端端面可压触式连接的、可旋转式套于卷线盘中心轴上的环形卸盘压板，卷线盘的驱动轴通过动力传动杆（传动臂）固定连接有多根受力销杆（销轴），多根受力销杆活动连接于卷线盘上的绕其中心轴设置的多个耦合盲孔通孔。工作时，卷线盘套入中心轴、同时其耦合盲孔或通孔套于受力销杆，活塞缸动作通过平面轴承使环形卸盘压板压紧卷线盘一端，动力轴旋转及其动力传动杆旋转，再由受力销杆通过耦合盲孔或通孔带动卷线盘旋转，进行导体的卷收；当卷线盘卷收满载时，卸盘活塞缸动作将环形卸盘压板退出中心轴，即可将卷线盘自其中心轴及多根受力销杆上取出。

其收放线装置20通过渐变位导线轮组可以使导体与卷线盘形成阻力小、防扭曲变形的收/放线缓冲弧度，其通过两对滚筒自适应方向引导器，导体穿越同时受横向和竖向的各两滚筒限位、定位，能够较大范围的适应收/放线时导体的径向方向偏差度，卷线盘的收放排线阻力小而顺畅。随着卷线盘上导线量的增加或减少，相应的控制器可控制其丝杆升降机作相应的升或降动作，使卷线盘做相应的下降或上升配合运行。

由相应的控制器控制，收放线装置的丝杆升降机与排线滑架的行程、速度、和卷线盘的转速相对应，以保持排线效果、以及确保一定的超导导体的卷收半径。

其调直装置50包括依次分别呈水平和垂直设置的两组校直轮组57，相应的校直通道调节器58，对应于校直轮组的多个导线输导轮52，以及配重式牵引力调节器。

每组校直轮组分别包括一组固定于相应机架51上的定滚轮组57b，以及一组通过排布开设于机架相应部位上的腰形滚轮轴孔58c、设置于安装调节架（安装调节板）59上的相应的调节滚轮组57a。

校直通道调节器58包括偏心轮机构，其偏心轮机构的偏心轮轴通过轴承装置固定于机架相应部位，偏心轮经销轴与安装调节板59连接，偏心轮轴上连接有调节手柄58a，偏心轮可通过连接于机架的调节锁定螺钉58b顶紧锁定于机架。

拧松调节锁定螺钉可以通过扳动调节手柄上下或前后（导线运行方向）、沿腰形滚轮轴孔长度方向移动安装调节板，即可调节定滚轮组与调节滚轮组之间的通道宽度。进而实现校直通道的调节，以适应不同粗细导线的校直、并获得相应更好的高超效果。

配重式牵引力调节器包括配重块54，通过导向滑轨装置53a可上下滑动式连接于机架上的滑架53，位于中部的一输导轮52a设置连接于滑架上，滑架的上方设有连接于机架上的滑轮组55，拉索56的两端经滑轮组分别连接于滑架和配重块。导线与机架之间设有一牵引力检测的压力传感器60。其滑架与配重块两者通过其自重量实现相对平衡，调整配重块的重量，改变滑架的高度位置，以达到新平衡，即可调整导线的校直拉力大小。

其多态多带缠绕装置10包括旋转套轴14，空心固定芯轴9，位置、形态和/或角度调整器，以及三个在导体轴向平面（或轴向方向）上互呈120度角度、绕导体（旋转套轴）分布设置的导向变态调整绕包器17。

空心固定芯轴9固定于相应机架1上，旋转套轴14通过推力球轴承套设于固定芯轴9上。各导向变态调整绕包器的安装板1a的相向端，通过铰接装置铰接在旋转套轴14的一端（导体进入一端）。

本例的位置、形态和/或角度调整器包括关节臂8，关节臂8由若干节通过销轴或铰链相互连接的连接杆8a构成，关节臂一端通过固定套环11经胀紧套12固定于旋转套轴14，关节臂另一端铰接于安装板1a。可由关节臂调节导向变态调整绕包器在径向方向（或径向平面）上的倾斜角度。

其通过位置、形态和/或角度调整器还可以调整多态多带缠绕装置10的各个导向变态调整绕包器相互之间在轴向方向上的设置位置和倾斜角度等。

多态多带缠绕装置10的各个导向变态调整绕包器的倾斜角度、以及在旋转套轴的轴向方向的设置位置，分别是否相同和/或不同，可由需要实施的超导带材的包绕方式和绕包式超导导体的组成结构等确定。

在本例中，多态多带缠绕装置的各个导向变态调整绕包器，在轴向线上的设置位置（间距）相互依次间隔一个带材的宽度。各导向变态调整绕包器的倾斜角度相同，导向变态调整绕包器的定位进给器4设置于靠近空心固定芯轴9的导体入口端。

多个导向轮3依次设置于安装板1a，定位进给器4设置于安装板的靠近空心固定芯轴9处，带卷盘2设置于安装板的自由端。定位进给器由近似钳形夹构成，其钳形夹的超导带材的通道内空间的形状和大小与相应的导体的形状和大小相适应，保持导体既能够轻松顺畅导出进给，同时又确保超导带材18的包绕精度。

进给检测器7对应于超导带材带面固定于各安装板上。进给力自适应调节器包括通过导向滑杆19设置于安装板（支架）上的一自定位滑块，以及设置于该自定位滑块上的相应一导向轮3a，在安装板与自定位滑块之间连接有一自力拉簧6。其利用自力拉簧的与带材的张紧力相反的拉力，与超导带材张力同时作用于自定位滑块，使自定位滑块平衡稳定于导向滑杆一相应位置，调节自力拉簧力大小即可调整超导带材的张紧进给缠绕力。通过感应开关7检监测超导带材的输送状态（如断裂、松驰、有无等），进给检测器7可为光电或红外传感器，其通过设置于旋转套轴上的集电环装置电信号连接于本绕制装置的相应控制器；也可以通过蓝牙、无线收发模块与控制器连接。

在空心固定芯轴的两端分别设有导体的导出接头15。旋转套轴由同步电机同步带驱动，同步带的相应一面带面设有调节压轮20，调节压轮通过设有腰形孔的安装块13、由相应的锁定螺钉设置于机架相应部位。调整安装块的角度和/或位置即可调节同步带的松紧。

多态多带缠绕装置的导向变态调整绕包器形态、倾斜角度、相互设置位置等，可通过导向轮径向和轴向形态，以及位置、形态和/或角度调整器等根据需要实施的缠绕方式、结构而进行调整，并使超导带材带面与导体外周壁面保持平行或面-面吻合。

本例一个多态多带缠绕装置的三个导向变态调整绕包器同时包绕一层超导带材，两个多态多带缠绕装置实现导体在一个方向上的两层带材包绕制作。多态多带缠绕装置的多个导向变态调整绕包器于轴向方向的平面上相互均匀分布。

其牵引装置40包括通过其固定安装架固定安装于相应机架上的固定牵引传送带，与该固定牵引传送带相向对应设置于调节安装架上的调节牵引传送带，以及升降调节机构等。调节牵引传送带相应一端带轮轴通过万向联轴器与其从动驱动轮驱动连接，从动驱动轮通过其轴承装置设置于机架上，固定牵引传送带的相应一端带轮轴与主动驱动轮传动连接，主动驱动轮与从动驱动轮相互传动连接、同步运动，且设置于同一机架上。在固定安装架的固定牵引传送带的输入和输出端，分别设有对应于牵引通道的导体导入导出接头。

固定安装架和调节安装架上分别设有与固定和调节牵引传送带的相互相向侧带体的内侧带面贴面接触的、与带轮轴同向且呈一排的若干助推滚轮。其可以在避免对导体产生变形影响的同时，还可以有效改善传送牵引性能、提高传送牵引效果、效率和可靠性。

其调节安装架固定连接于一螺纹套管，螺纹套管通过相应的轴承装置设置于相应机架上，螺纹套管上端设有手轮，螺纹套管螺纹式套设于一立向丝杆上，其立向丝杆固定于机架上。通过手轮转动螺纹套管，进而控制调节安装架的上下高度位置，即可调整调节牵引传送带和固定牵引传送带之间的间距（牵引通道），以实现对不同粗细或大小导体的可靠牵引、及其牵引力大小的调节等。

其带材绕包式超导导体的缠绕制作：

在导体一个方向上由两个多态多带缠绕装置进行两道两层缠绕，再将经两层包绕的超导导体进行反方向进行两道两层缠绕。缠绕制作时：

（1）、控制缠绕整个过程中的张力和正反向弯曲半径。通常根据超导带材的类型张力小于50n；正向弯曲半径不能小于带宽，一般情况下常用的是2mm、3.3mm，4mm宽等，反向弯曲半径不能小于200mm。

（2）、绕制工艺参数：张力不均匀度小于1n，能同时绕制2－6根带子，绕制间隙率20%－80%，速度可控、可调，不出现打皱，空包现象。

（3）、绕包带材的超导导体收绕半径不小于250mm。

运行操作时，导体自高温超导导体包带装置输入端的收放线装置的卷线盘，经其导线轮、自适应方向引导器等导出，经调直装置校直后，依次穿越缠带装置的两空心固定芯轴，再穿过牵引装置的牵引通道，由固定牵引传送带和调节牵引传送带的对滚式牵引传送，最后由设置于本实用新型包带装置输出端的收放线装置的卷线盘卷收。导体在传输经过缠带装置时，依次由两多态多带缠绕装置的旋转套轴及其导向变态调整绕包器的不断旋转，各带卷盘上的超导带材经相应的导向轮及其定位进给器的定位进给，依次同时缠绕包裹于导体。实现导体的超导带材双层包裹。

另一实施例中，其一个多态多带缠绕装置，其一个多态多带缠绕装置均匀分布设置有四个导向变态调整绕包器。

本实用新型其多态多带缠绕装置的各个导向变态调整绕包器可以设置于轴向同一位置（即零位置差）也可以设置于轴向方向上的不同位置，即错位设置。其多态多带缠绕装置、以及多态多带缠绕装置的导向变态调整绕包器的分别设置个数不受上述实施例限制，具体设置可根据缠绕层数等缠绕速度等确定。