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精選文檔精選文檔外文資料翻譯題目:矩形繞線機的張力控制附件:1?外文資料翻譯譯文;2?外文原文。附件1:外文資料翻譯譯文矩形繞線機的張力控制彭問及卡里斯特普爾頓
工學部和測量
南昆士蘭大學圖文巴4350,QLD,澳大利亞
電子郵箱:pengwen@.au
閆離部與計算數(shù)學
南昆士蘭大學圖文巴4350,QLD,澳大利亞
電子郵件:liyan@.au摘要本文介紹的是設計張力控制系統(tǒng)的測試,盡量減小張力的變化,其中包括流體動力占用肌肉手臂,流體蓄電池肌肉。首先,確定該模型和現(xiàn)有張緊系統(tǒng)。之后,在模擬上進行理論的分析。仿真結(jié)果表明,電線由于速度的變化產(chǎn)生的長度變化的導致循環(huán)緊張波動。該模型的張力傳感器驗證了預測。成功設計的關鍵是消除張力的變化。我們建議增加一項線平機,其中包括一個蓄電池和拉緊裝置,取代傳統(tǒng)的氣缸與流體供電肌肉累加器。仿真結(jié)果表明,新的原型系統(tǒng)幾乎增加了一倍的繞線速度和承受的張力波動的能力。關鍵詞:張力控制,繞線機,矩形線圈一?引言每年在澳大利亞要制造數(shù)以千計的變壓器,連同電廠、變電站和電力線路,配電變壓器為全國的商業(yè)及住宅提供電能。變壓器制造涉及繞組線圈生產(chǎn)。這些線圈通常由一對銅線在匝數(shù)之間夾上的絕緣紙層制成。它們通常是圓形或長方形。在線圈繞組上必須保持一致的張力。線圈的形狀對所采用的由拉緊產(chǎn)生的張力產(chǎn)生重大影響。對于一個圓形線圈的張力不會變化顯著,但矩形線圈則不同。作為一個矩形線圈,在送絲線圈上加快速度,減速的線圈會纏繞在機軸上。如圖1所示,這個速度的變化是由不斷變化的線的長度導致。在圓線圈的情況下這不會有問題,因為在線圈上導線的接觸點是固定的。旋轉(zhuǎn)簡管圖1:速度的變化導致繞組上線長度變化在機器上的導線和不同的主軸負荷緊張的結(jié)果各不相同,導致過度的力的變化和機械振動。這反過來可能會導致變化中的線圈電線交叉。當這些問題出現(xiàn),糾正起來時很費時間的。此外,工廠的產(chǎn)能線圈,在工廠的生產(chǎn)能力線圈是在工廠的總體能力的制約因素,因此任何對線圈的輸出中斷都會影響到全廠。當今市場上普通線材的張緊設置,是運行在約5米/秒到30米/秒之間。我們通常的繞線速度超過10米/秒,公司的目標是0.45毫米至4毫米的線達到至少20米/秒的速度。本文進一步考察了張力的波動問題,并且在高速的繞線矩形線圈取得一致的張力關系。在下面的部分問題的作了說明,為現(xiàn)有的可用技術(shù)做了綜述。二背景如圖2所示,現(xiàn)有的卷繞系統(tǒng)使用感受到張緊墊,閥芯的電線被安裝到其住房垂直并且該線是通過導絲、導輪,然后到繞線機。張力的控制室通過的固定或松開鉗子來實現(xiàn)。圖2:現(xiàn)有電線的安裝和張力的設置毛氈墊是最簡單,最常用的線張力控制的方法之一。圖2照片顯示主要組成部分和工作原理。上面的配置使用克鉗套用擠壓力量的感覺墊。該線是穿過感覺墊,因此應用的感覺墊一些力也適用于電線。在操作中,運動線路遲緩或張力的創(chuàng)建,對牙釉質(zhì)的感覺墊絲摩擦表面的摩擦。機器操作線程的電線通過指導和滑輪和調(diào)整鎖模力手動和直觀地表現(xiàn)出來。其優(yōu)點是:簡單,隨時可用,便宜,適應任何運行速度。缺點也是顯而易見的。墊磨損很快,導致緊張局勢的損失,該作用力僅和一般的速度無關,必須加強和更換頻繁,直觀的張力設置不允許良好的控制和沒有線軸形狀補償。三?模型識別導線從線軸穿過的張力裝置,通過機器,并上矩形線圈。該系統(tǒng)簡化,如圖1所示的只是一個固定的饋送點,那里的張力被應用,旋轉(zhuǎn)矩形代表筒子或線圈。理想的運行速度為1000轉(zhuǎn)。給出了一個線速10-30米/秒取決于在一特定時刻線圈的大小。圖3顯示了由筒子長方形生產(chǎn)線速度的變化。
G討G討1^1岀:533533SC占竝9-圖3:線速度的變化圖4顯示了線加速度的變化,這也可以通過該行或圖形的速度衍生斜坡看到。統(tǒng)加速度變化1Ir-ECC統(tǒng)加速度變化1Ir-ECC-l:CCt“in凸】22l^C?cc0*圖4:線加速度變化線路路徑長度的變化,從固定的饋點到纏線點,如圖5所示。踐長度的變化TOC\o"1-5"\h\z7;屮?飛350"“^1”I^”i0J宀.E%0?I匚3Mh///'/:||/'//.I:/t.f'|承f1丄□ad1QQ1Wme7Si3K>1?IQD圖5:線長度的變化四?原型系統(tǒng)設計圖6中的系統(tǒng)集成了一個相對較新的氣動裝置稱為流體肌肉。流體肌肉由無紡布和柔性材料制造而成,在空氣壓力下運作,在膨脹的壓力下向橫向和縱向擴展。預置壓力決定的最高和最低的力量也將適用于特定的收縮。肌肉非常類似于傳統(tǒng)的氣缸,除了它有一個非常快速的反應,并沒有什么不同高度動態(tài)彈簧。它還行為緊張和不壓縮,可以適用于除傳統(tǒng)的氣缸相同直徑的10倍以上的力量。肌肉控制舞蹈手臂的動作,并采取了釋放導線的力道。這種壓力設置適應所需的電線一系列張力變化。旋轉(zhuǎn)筒管旋轉(zhuǎn)筒管圖6:流體動力舞蹈手臂肌肉旋轉(zhuǎn)簡管累加器固定鍛迭點旋轉(zhuǎn)簡管累加器固定鍛迭點圖7:流體動力蓄電池肌肉肌肉的流體動力蓄電池原型系統(tǒng)如圖7所示的氣缸使用的蓄電池,是與肌肉所取代,操作大致是相同的。信號以mV顯示,張力范圍大概在75N到85N之間,用于測試的線直徑為1.5mm,在信號嘈雜的情況下,張力的變化可以清楚地觀察到。五?實驗結(jié)果及分析實驗使用上述反應構(gòu)建原型系統(tǒng)進行了觀察。
流體技術(shù)舞蹈手臂肌肉:低速的手臂最初有反應,但在時間過長便急劇抽搐,如預期的一樣不均勻地運動。導線似乎比沒有手臂肌肉震動更劇烈。第一層的繞組已經(jīng)從最初的地方向內(nèi)約300毫米。在高速時手臂沒有回應,只是均勻的立場振動。流體肌肉蓄電池技術(shù):動力蓄電池的肌肉試驗得出了以下結(jié)果:在低速累加器根本沒有回應。變壓力沒有顯著差異;在高速時累加器沒有回應。由于沒有從蓄電池整個系統(tǒng)的振動響應,使電線和增加穿越振動。在用張力傳感器搜集數(shù)據(jù)之前,蓄電池如圖8所示。最大和最小張力分別約為62N和46N。沒有累加器的1?詣電嫌線張力變化圖8:沒有累加器的張力傳感器的輸出有累加器的1■胡躍米線張力變牝0T13樣71-圖8:沒有累加器的張力傳感器的輸出有累加器的1■胡躍米線張力變牝0T13樣71-275232t29圖9有累加器的張力傳感器的輸出張力傳感器在使用時收集的累加器數(shù)據(jù)如圖9所示。最高和最低張力分別約為43N和37N。六?結(jié)論矩形線圈是配電變壓器的重要組成部分。由于線圈形狀,線圈的繞組線張力產(chǎn)生波動。這些波動導致電線破損,線圈尺寸不一致,多余的機器磨損,限制對卷繞速度和變壓器故障。從我們現(xiàn)有張力系統(tǒng)的研究,雖然發(fā)現(xiàn)流體肌肉累加器是最合適的選擇,但是不是非常滿足我們的要求。由于目前的張力系統(tǒng),不是一個合適的補償接口,決定向扁平絲機的基礎上進行實驗和仿真。因此,平線中使用的氣瓶發(fā)生肌肉的機器成為可行性建議。新的繞線機將增加幾乎一倍當前卷繞速度,估計每臺機器每年可節(jié)省約59100美元。新的張力系統(tǒng),可以達到到500N的恒張力,而不會產(chǎn)生大量的熱量,從而克服了當前摩擦的相關問題。參考文獻CaryStapleton,“WindingMachineTensionControl”,Dissertation,FacultyofEngineeringandSurveying,UniversityofsouthernQueensland,QLD,Australia,Dec.,2005K.Feldmann&D.Dobroschke,‘Innovativeapproachesforoptimisingtensioncontrol',InternationalCoilWindingJournal2004.K.Feldmann&U.Wenger,"Optimizationforwiretensioners',Proceedings:ElectricalManufacturing&CoilWindingAssociationConference.2001.T.Manning,"Tensioncontrolduringthecoilwindingprocess',Proceedings:ElectricalInsulationConferenceandElectricalManufacturing&CoilWindingAssociationConference,Apr.2005.J.Stangroom,"Tensioncontrol-newapproaches',WireIndustry59(697),33—3,1992.AnneAngermann,MaikAicher&DierkSchroder,“Time-optimaltensioncontrolforprocessingplantswithcontinuousmovingwebs”,2000IEEEIndustryApplicationsConferenceProceedings,pp.3505-3511,Wl5,Oct.8-12,2000,Rome,Italy.B.H.Freyer,I.K.Craig&P.C.Pistorius,“Gaugeandtensioncontrolduringtheaccelerationphaseofasteckelhotrollingmill,”ISIJInternational,Vol.43,No.10,pp.1562-1571,Oct.2003.BrainThomasBoulter,Y.Hou,Z.Gao&F.Jiang,“Activedisturbancerejectioncontrolforwebtensionregulationandcontrol,”2001IEEEConferenceonDecisionandControlProceedings,Vol.5,pp.4974-4979,Dec.4-7,2001,Orlando,FL,USA附件2:外文原文TensionControlofaWindingMachineforRectangularCoilsPengWenandCaryStapletonFacultyofEngineeringandSurveyingUniversityofSouthernQueensland
Toowoomba4350,QLD,Australia
Email:pengwen@.auYanLiDepartmentofMathandComputingUniversityofSouthernQueensland
Toowoomba4350,QLD,Australia
Email:liyan@.auAbstract--Thispaperintroducesthedesignandtestingoftensioncontrolprototypesystemstominimisethesetensionvariations,whichincludesafluidicmusclepoweredtakeuparm,afluidicmusclewireaccumulatorandfeltpad.Firstthemodelandtheirlimitationsforexistingtensioningsystemsareidentified.Then,theyaretheoreticallyanalysedinsimulations.Thesimulationresultsshowthattheaccelerationanddecelerationofthewireduetothechangingwirepathlengthcausesacyclictensionfluctuation.Anonlinetensionsensorverifiedthepredictionsofthemodel.Thekeyforasuccessfuldesignistoremovetensionvariations.Weproposetoaddawireflatteningmachinewhichincludesanaccumulatorandtensioningdevice,andreplacetheconventionalpneumaticcylinderpoweringtheaccumulatorwithafluidicmuscle.Thesimulationshowsthatthenewprototypesystemalmostdoublesthewindingspeedwithatolerabletensionfluctuation.Keywords一Tensioncontrol,WindingMachine,RectangularCoilI.INTRODUCTIONThousandsoftransformersaremanufacturedeachyearinAustralia.Inconjunctionwithpowerstations,substations,andpowerlines,thedistributiontransformersprovidepowertobothcommercialandresidentialapplicationsrightacrossthecountry.Themanufactureoftransformersinvolvestheproductionofwindingsorcoils.Thesecoilsaregenerallymadeupofanumberofturnsofcopperwireinbetweenlayersofinsulationpaper.Theyareusuallyeitherroundorrectangular.Duringcoilwindingaconsistenttensionisrequiredonthewire.Theshapeofthecoilbeingwoundhasasignificantimpactonthequalityofthetensionappliedbythetensioner.Foraroundcoilthetensiondoesnotvarysignificantlyduringonerevolution,butarectangularcoilcausesthewiretensiontofluctuate.Asarectangularcoilisbeingwound,thespeedofthewirefeedingontothecoilacceleratesanddeceleratesasthecoilturnsonthewindingmachineshaft.Thisisshowninfigure1below.Thisspeedvariationisduetotheconstantlychangingwirepathlength.Inthecaseofaroundcoilthisisnotaproblembecausethepointofcontactofthewireonthecoilisfixed.Rot/inpBobbinFigure1:AccelerationduetochangingwirepathlengthduringwindingThevaryingtensionresultsintheloadingonthemachinetraverseandmainshafttovary,leadingtoexcessiveforcesandmachinevibrations.Thisinturncancausewirecrossoversandvariationsinthecoil.Whentheseproblemsoccur,itisatimeconsumingtasktoremedy.Inaddition,thecoilproductioncapacityoftheplantisthelimitingfactorintheplant'soverallcapacity,soanyinterruptionstotheoutputofcoilslimitsthewholefactory.Commonwiretensioningdevicesonthemarkettoday,onlyoperateataround5m/sforheavywiregaugesandupto30m/sforveryfinewire.Ourregularlywindsinexcessof10m/sandisaimingtoachieveatleast20m/sfortheentirewirerangeof0.45mmto4mm..Thispaperfurtherinvestigatesthetensionfluctuationproblemandtoachieveaconsistentwiretensionwhilewindingarectangularcoilathighspeed.Inthefollowingsectionissuesofthewindingprocessesaredescribed,andtheavailabletechniquesfortensingarereviewed.II.BACKGROUNDTheexistingwindingsystemshowninfigure2usesfeltpadsfortensioning.Thespoolofwiretobewoundismountedintoitshousingverticallyandthewireisfedupthroughthewireguideandfeltpads,overtheguidepulleyandthentothewindingmachine.Thetensionisvariedbytighteningorlooseningthelargeg-clamp.
Figure2:ExistingwiremountingandtensionsetupFeltpadsareoneofthesimplestandmostcommonlyusedwiretensioningmethods.Thephotoinfigure2showsthemaincomponentsandprincipleofoperation.Theconfigurationshownaboveusesag-clamptoapplyasqueezingforcetothefeltpads.Thewireispassedthroughthefeltpadsandhencesomeoftheforceappliedtothefeltpadsisalsoappliedtothewire.Inoperation,thewiretravelsthroughthesefeltpadsandtheretardationortensionforceiscreatedbythefrictionofthesurfaceoftheenamelcoatedwirerubbingonthefeltpads.Themachineoperatorthreadsthewirethroughtheguidesandpulleysandadjuststheclampingforcemanuallyandintuitively.Theadvantagesare:simpleandreadilyavailable;inexpensive;adaptivetoanyoperatingspeed.Thedisadvantagesarealsoobvious.ThePadswearoutquicklyleadingtolossoftension,theappliedforceisonlygenerallyindependentofspeed,needtobetightenedandreplacedfrequently,intuitivetensionsettingdoesnotallowgoodqualitycontrolandnocompensationforbobbinshape.III.MODELIDENTIFICATIONThewiretravelsfromthespoolthroughthetensioningdevice,overthemachinetraverse,andontotherectangularcoil.Thesystemwassimplifiedasshowninfigure1tojustbeafixedfeedpoint,wherethetensionisapplied,andarotatingrectanglerepresentingthebobbinorcoil.Thedesiredoperatingspeedis1000RPM.Thisgivesawirespeedof10-30m/sdependingonthecoilsizeataparticularinstantintime.Figuer3showsthevariationofthewirevelocityproducedbytherectangularshapeofthebobbin.
丄—r;!Figure3:ThewirevelocityvariationFigure4showsthevariationofthewireacceleration,whichcanalsobeseenbytheslopeofthelineorderivativeofthevelocitygraph.2:Ct"iwHwa-■%■*.j'aban丄—r;!Figure3:ThewirevelocityvariationFigure4showsthevariationofthewireacceleration,whichcanalsobeseenbytheslopeofthelineorderivativeofthevelocitygraph.2:Ct"iwHwa-~1—111z[1IL_……一T■■■Figure4:ThewireaccelerationvariationThewirepathlengthvariation,fromthefixedfeedpointtothewindonpoint,isshowninfigure5below.
-rxO.P5-rxO.P5Figure5:ThewirelengthvariationPROTOTYPESYSTEMDESIGNThesysteminfigure6incorporatesarelativelynewpneumaticdevicecalledafluidicmuscle.Themuscleismadeofawoven,flexiblematerialandoperatesunderairpressure.Underpressureitexpandslaterallyandcontractslongitudinally.Apresetpressuredeterminesthemaximumandminimumforcesitwillapplyforaspecificcontraction.Themuscleisverysimilartoaconventionalpneumaticcylinder,exceptithasaveryfastresponseandishighlydynamic,notunlikeaspring.Italsoactsintensionandnotcompression,andcanapply10timesmoreforcethanaconventionalpneumaticcylinderofthesamediameter.Themusclecontrolsadancingarmwhichmovestotakeupandreleasetheslackinthewire.Thispressureissettoaccommodatetherangeofwiretensionsrequired.Figure6:FluidicmusclepowereddancingarmRobbiinFfuiffiirMusfilnAccumtilwcurRobbiinFfuiffiirMusfilnAccumtilwcurFigure7:FluidicmusclepoweredaccumulatorThefluidicmusclepoweredaccumulatorprototypesystemisshowninfigure7,wherethepneumaticcylinderusedintheaccumulatorisreplacedwithamuscle,otherwisetheoperationisthesameasoutlinedpreviously.Whilethesignalwasnoisy,thetensionvariationscanbeclearlyobserved.ThesignalshownisinmV,whichtranslatesintoatensionrangeofapproximately74Nto83Nforthe1.5mmwireusedinthetest.V.EXPERIMENTRESULTANDANALYSISThetestswerecarriedouttoobservetheresponseusingtheaboveconstructedprototypesystem.FluidicMusclePoweredDancingArm:Atlowspeedthearmrespondedinitiallybutoperatedinlongsharpjerks,notsmoothsidetosidemovementsasexpected.Thewireappearedtovibratemorewiththedancingarm,thanwithout.Attheendofwindingonelayertherestingpositionofthearmmovedfromitsinitialpositioninwardapproximately300mm.Athighspeedthearmdidnotrespond,butjustvibratedaboutameanposition.FluidicMusclePoweredAccumulator:Thetrialofalargemusclepoweredaccumulatorgavethefollowingresults:Atlowspeedtheaccumulatordidnotappeartorespondatall.Varyingthepressuremadenosignificantdifference,otherthanpullthewirethroughthefeltpads.Athighspeedtheaccumulatordidnotrespond.Withnoresponsefromtheaccumulatorthewholesystemvibrated,makingthewireandtraversevibrationsincrease.Thetensionsensordatacollectedbeforetheaccumulatorwasusedisshowninfigure8.Themaximumandminimumtensionisapproximately62Nand46Nrespectively.
TensionVariationforihTensionVariationforih1BmmWireWithoutAccumulator1?3d5G78010T11213141&1617t8192021SantpteFigure8:PlotoftensionsensoroutputwithouttheaccumulatorThetensionsensordatacollectedwhenusingtheaccumulatorisshowninfigure9.Themaximumandminimumtensionisapproximately43Nand37Nrespectively.44TensionVariationfor1^18mmWireWiththeAccumuhtor351aT11344TensionVariationfor1^18mmWireWiththeAccumuhtor351aT1131517舊2^23252729SampleFigure9:PlotoftensionsensoroutputwiththeaccumulatorVII.VIII.CONCLUSIONSRectangularcoilsareimportantpartofdistributiontransformers.Whenwindingthesecoilsthewiretensionfluctuatesduetothecoilshape.Thesefluctuationsleadtowirebreakages,inconsistentcoildimensions,excessmachinewear,limitonthemaximumwindingspeedandtransformerfailureinthefield.Fromourcomprehensiveresearchintoexistingtensioningsystems,noneofthemareideallysuitedtofulfilourrequirementsalthoughthefluidicmuscleaccumulatorwasfoundtobethemostsuitableoptiontodevelopasacompensator.Asthecurrenttensioningsystem,feltpads,arenotsuitableforinterfacingwithacompensator,thedecisiontoaddawireflatteningmachineismadebasedonoutexperimentandsimulationresults.Theintuitiveprocessofsettingthetensionusingag-clampdoesnotallowconsistency,thereforeaffectingqualitycontrol.Therefore,awireflatteningmachinerecommendedwiththefeasibilityofusingthemuscleinplaceofthecylinder.Thenewwindingo黒6433machinewillalmostdoublethe
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