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中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)外文資料翻譯系別:工程技術(shù)系專業(yè):機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化姓名:王晶軒學(xué)號(hào):052083212011年12月28日外文資料翻譯譯文矩形繞線機(jī)的張力控制摘要本文介紹的是設(shè)計(jì)張力控制系統(tǒng)的測(cè)試,盡量減小張力的變化,其中包括流體動(dòng)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(jìn)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(zhǎng)度變化的導(dǎo)致循環(huán)緊張波動(dòng)。該模型的張力傳感器驗(yàn)證了預(yù)測(cè)。成功設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是消除張力的變化。我們建議增加一項(xiàng)線平機(jī),其中包括一個(gè)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(dòng)的能力。關(guān)鍵詞:張力控制:繞線機(jī):矩形線圈。一.引言每年在澳大利亞要制造數(shù)以千計(jì)的變壓器,連同電廠、變電站和電力線路,配電變壓器為全國(guó)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(duì)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(zhǎng)方形。在線圈繞組上必須保持一致的張力。線圈的形狀對(duì)所采用的由拉緊產(chǎn)生的張力產(chǎn)生重大影響。對(duì)于一個(gè)圓形線圈的張力不會(huì)變化顯著,但矩形線圈則不同。作為一個(gè)矩形線圈,在送絲線圈上加快速度,減速的線圈會(huì)纏繞在機(jī)軸上。如圖1所示,這個(gè)速度的變化是由不斷變化的線的長(zhǎng)度導(dǎo)致。在圓線圈的情況下這不會(huì)有問(wèn)題,因?yàn)樵诰€圈上導(dǎo)線的接觸點(diǎn)是固定的。圖1:速度的變化導(dǎo)致繞組上線長(zhǎng)度變化在機(jī)器上的導(dǎo)線和不同的主軸負(fù)荷緊張的結(jié)果各不相同,導(dǎo)致過(guò)度的力的變化和機(jī)械振動(dòng)。這反過(guò)來(lái)可能會(huì)導(dǎo)致變化中的線圈電線交叉。當(dāng)這些問(wèn)題出現(xiàn),糾正起來(lái)時(shí)很費(fèi)時(shí)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(duì)線圈的輸出中斷都會(huì)影響到全廠。當(dāng)今市場(chǎng)上普通線材的張緊設(shè)置,是運(yùn)行在約5米/秒到30米/秒之間。我們通常的繞線速度超過(guò)10米/秒,公司的目標(biāo)是0.45毫米至4毫米的線達(dá)到至少20米/秒的速度。本文進(jìn)一步考察了張力的波動(dòng)問(wèn)題,并且在高速的繞線矩形線圈取得一致的張力關(guān)系。在下面的部分問(wèn)題的作了說(shuō)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(guò)導(dǎo)絲、導(dǎo)輪,然后到繞線機(jī)。張力的控制室通過(guò)的固定或松開(kāi)鉗子來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖2:現(xiàn)有電線的安裝和張力的設(shè)置毛氈墊是最簡(jiǎn)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(jué)墊。該線是穿過(guò)感覺(jué)墊,因此應(yīng)用的感覺(jué)墊一些力也適用于電線。在操作中,運(yùn)動(dòng)線路遲緩或張力的創(chuàng)建,對(duì)牙釉質(zhì)的感覺(jué)墊絲摩擦表面的摩擦。機(jī)器操作線程的電線通過(guò)指導(dǎo)和滑輪和調(diào)整鎖模力手動(dòng)和直觀地表現(xiàn)出來(lái)。其優(yōu)點(diǎn)是:簡(jiǎn)單,隨時(shí)可用,便宜,適應(yīng)任何運(yùn)行速度。缺點(diǎn)也是顯而易見(jiàn)的。墊磨損很快,導(dǎo)致緊張局勢(shì)的損失,該作用力僅和一般的速度無(wú)關(guān),必須加強(qiáng)和更換頻繁,直觀的張力設(shè)置不允許良好的控制和沒(méi)有線軸形狀補(bǔ)償。三.模型識(shí)別導(dǎo)線從線軸穿過(guò)的張力裝置,通過(guò)機(jī)器,并上矩形線圈。該系統(tǒng)簡(jiǎn)化,如圖1所示的只是一個(gè)固定的饋送點(diǎn),那里的張力被應(yīng)用,旋轉(zhuǎn)矩形代表筒子或線圈。理想的運(yùn)行速度為1000轉(zhuǎn)。給出了一個(gè)線速10-30米/秒取決于在一特定時(shí)刻線圈的大小。圖3顯示了由筒子長(zhǎng)方形生產(chǎn)線速度的變化。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(guò)該行或圖形的速度衍生斜坡看到。圖4:線加速度變化線路路徑長(zhǎng)度的變化,從固定的饋點(diǎn)到纏線點(diǎn),如圖5所示。圖5:線長(zhǎng)度的變化四.原型系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖6中的系統(tǒng)集成了一個(gè)相對(duì)較新的氣動(dòng)裝置稱為流體肌肉。流體肌肉由無(wú)紡布和柔性材料制造而成,在空氣壓力下運(yùn)作,在膨脹的壓力下向橫向和縱向擴(kuò)展。預(yù)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(gè)非常快速的反應(yīng),并沒(méi)有什么不同高度動(dòng)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(dòng)作,并采取了釋放導(dǎo)線的力道。這種壓力設(shè)置適應(yīng)所需的電線一系列張力變化。圖6:流體動(dòng)力舞蹈手臂肌肉圖7:流體動(dòng)力蓄電池肌肉肌肉的流體動(dòng)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(hào)以mV顯示,張力范圍大概在75N到85N之間,用于測(cè)試的線直徑為1.5mm,在信號(hào)嘈雜的情況下,張力的變化可以清楚地觀察到。五.實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析實(shí)驗(yàn)使用上述反應(yīng)構(gòu)建原型系統(tǒng)進(jìn)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(yīng),但在時(shí)間過(guò)長(zhǎng)便急劇抽搐,如預(yù)期的一樣不均勻地運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)線似乎比沒(méi)有手臂肌肉震動(dòng)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(shí)手臂沒(méi)有回應(yīng),只是均勻的立場(chǎng)振動(dòng)。流體肌肉蓄電池技術(shù):動(dòng)力蓄電池的肌肉試驗(yàn)得出了以下結(jié)果:在低速累加器根本沒(méi)有回應(yīng)。變壓力沒(méi)有顯著差異;在高速時(shí)累加器沒(méi)有回應(yīng)。由于沒(méi)有從蓄電池整個(gè)系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng),使電線和增加穿越振動(dòng)。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。圖8:沒(méi)有累加器的張力傳感器的輸出圖9:有累加器的張力傳感器的輸出張力傳感器在使用時(shí)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(dòng)。這些波動(dòng)導(dǎo)致電線破損,線圈尺寸不一致,多余的機(jī)器磨損,限制對(duì)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(gè)合適的補(bǔ)償接口,決定向扁平絲機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和仿真。因此,平線中使用的氣瓶發(fā)生肌肉的機(jī)器成為可行性建議。新的繞線機(jī)將增加幾乎一倍當(dāng)前卷繞速度,估計(jì)每臺(tái)機(jī)器每年可節(jié)省約59100美元。新的張力系統(tǒng),可以達(dá)到到500N的恒張力,而不會(huì)產(chǎn)生大量的熱量,從而克服了當(dāng)前摩擦的相關(guān)問(wèn)題。外文原文TensionControlofaWindingMachineforRectangularCoilsABSTRACTAbstract--Thispaperintroducesthedesignandtestingoftensioncontrolprototypesystemstominimisethesetensionvariations,whichincludesafluidicmusclepoweredtakeuparm,afluidicmusclewireaccumulatorandfeltpad.Firstthemodelandtheirlimitationsforexistingtensioningsystemsareidentified.Then,theyaretheoreticallyanalysedinsimulations.Thesimulationresultsshowthattheaccelerationanddecelerationofthewireduetothechangingwirepathlengthcausesacyclictensionfluctuation.Anonlinetensionsensorverifiedthepredictionsofthemodel.Thekeyforasuccessfuldesignistoremovetensionvariations.Weproposetoaddawireflatteningmachinewhichincludesanaccumulatorandtensioningdevice,andreplacetheconventionalpneumaticcylinderpoweringtheaccumulatorwithafluidicmuscle.Thesimulationshowsthatthenewprototypesystemalmostdoublesthewindingspeedwithatolerabletensionfluctuation.Keywords—Tensioncontrol,:WindingMachine,:RectangularCoil。INTRODUCTIONThousandsoftransformersaremanufacturedeachyearinAustralia.Inconjunctionwithpowerstations,substations,andpowerlines,thedistributiontransformersprovidepowertobothcommercialandresidentialapplicationsrightacrossthecountry.Themanufactureoftransformersinvolvestheproductionofwindingsorcoils.Thesecoilsaregenerallymadeupofanumberofturnsofcopperwireinbetweenlayersofinsulationpaper.Theyareusuallyeitherroundorrectangular.Duringcoilwindingaconsistenttensionisrequiredonthewire.Theshapeofthecoilbeingwoundhasasignificantimpactonthequalityofthetensionappliedbythetensioner.Foraroundcoilthetensiondoesnotvarysignificantlyduringonerevolution,butarectangularcoilcausesthewiretensiontofluctuate.Asarectangularcoilisbeingwound,thespeedofthewirefeedingontothecoilacceleratesanddeceleratesasthecoilturnsonthewindingmachineshaft.Thisisshowninfigure1below.Thisspeedvariationisduetotheconstantlychangingwirepathlength.Inthecaseofaroundcoilthisisnotaproblembecausethepointofcontactofthewireonthecoilisfixed.Figure1:AccelerationduetochangingwirepathlengthduringwindingThevaryingtensionresultsintheloadingonthemachinetraverseandmainshafttovary,leadingtoexcessiveforcesandmachinevibrations.Thisinturncancausewirecrossoversandvariationsinthecoil.Whentheseproblemsoccur,itisatimeconsumingtasktoremedy.Inaddition,thecoilproductioncapacityoftheplantisthelimitingfactorintheplant’soverallcapacity,soanyinterruptionstotheoutputofcoilslimitsthewholefactory.Commonwiretensioningdevicesonthemarkettoday,onlyoperateataround5m/sforheavywiregaugesandupto30m/sforveryfinewire.Ourregularlywindsinexcessof10m/sandisaimingtoachieveatleast20m/sfortheentirewirerangeof0.45mmto4mm..Thispaperfurtherinvestigatesthetensionfluctuationproblemandtoachieveaconsistentwiretensionwhilewindingarectangularcoilathighspeed.Inthefollowingsectionissuesofthewindingprocessesaredescribed,andtheavailabletechniquesfortensingarereviewed.BACKGROUNDTheexistingwindingsystemshowninfigure2usesfeltpadsfortensioning.Thespoolofwiretobewoundismountedintoitshousingverticallyandthewireisfedupthroughthewireguideandfeltpads,overtheguidepulleyandthentothewindingmachine.Thetensionisvariedbytighteningorlooseningthelargeg-clamp.Figure2:ExistingwiremountingandtensionsetupFeltpadsareoneofthesimplestandmostcommonlyusedwiretensioningmethods.Thephotoinfigure2showsthemaincomponentsandprincipleofoperation.Theconfigurationshownaboveusesag-clamptoapplyasqueezingforcetothefeltpads.Thewireispassedthroughthefeltpadsandhencesomeoftheforceappliedtothefeltpadsisalsoappliedtothewire.Inoperation,thewiretravelsthroughthesefeltpadsandtheretardationortensionforceiscreatedbythefrictionofthesurfaceoftheenamelcoatedwirerubbingonthefeltpads.Themachineoperatorthreadsthewirethroughtheguidesandpulleysandadjuststheclampingforcemanuallyandintuitively.Theadvantagesare:simpleandreadilyavailable;inexpensive;adaptivetoanyoperatingspeed.Thedisadvantagesarealsoobvious.ThePadswearoutquicklyleadingtolossoftension,theappliedforceisonlygenerallyindependentofspeed,needtobetightenedandreplacedfrequently,intuitivetensionsettingdoesnotallowgoodqualitycontrolandnocompensationforbobbinshape.MODELIDENTIFICATIONThewiretravelsfromthespoolthroughthetensioningdevice,overthemachinetraverse,andontotherectangularcoil.Thesystemwassimplifiedasshowninfigure1tojustbeafixedfeedpoint,wherethetensionisapplied,andarotatingrectanglerepresentingthebobbinorcoil.Thedesiredoperatingspeedis1000RPM.Thisgivesawirespeedof10-30m/sdependingonthecoilsizeataparticularinstantintime.Figuer3showsthevariationofthewirevelocityproducedbytherectangularshapeofthebobbin.Figure3:ThewirevelocityvariationFigure4showsthevariationofthewireacceleration,whichcanalsobeseenbytheslopeofthelineorderivativeofthevelocitygraph.Figure4:ThewireaccelerationvariationThewirepathlengthvariation,fromthefixedfeedpointtothewindonpoint,isshowninfigure5below.Figure5:ThewirelengthvariationPROTOTYPESYSTEMDESIGNThesysteminfigure6incorporatesarelativelynewpneumaticdevicecalledafluidicmuscle.Themuscleismadeofawoven,flexiblematerialandoperatesunderairpressure.Underpressureitexpandslaterallyandcontractslongitudinally.Apresetpressuredeterminesthemaximumandminimumforcesitwillapplyforaspecificcontraction.Themuscleisverysimilartoaconventionalpneumaticcylinder,exceptithasaveryfastresponseandishighlydynamic,notunlikeaspring.Italsoactsintensionandnotcompression,andcanapply10timesmoreforcethanaconventionalpneumaticcylinderofthesamediameter.Themusclecontrolsadancingarmwhichmovestotakeupandreleasetheslackinthewire.Thispressureissettoaccommodatetherangeofwiretensionsrequired.Figure6:FluidicmusclepowereddancingarmFigure7:FluidicmusclepoweredaccumulatorThefluidicmusclepoweredaccumulatorprototypesystemisshowninfigure7,wherethepneumaticcylinderusedintheaccumulatorisreplacedwithamuscle,otherwisetheoperationisthesameasoutlinedpreviously.Whilethesignalwasnoisy,thetensionvariationscanbeclearlyobserved.ThesignalshownisinmV,whichtranslatesintoatensionrangeofapproximately74Nto83Nforthe1.5mmwireusedinthetest.EXPERIMENTRESULTANDANALYSISThetestswerecarriedouttoobservetheresponseusingtheaboveconstructedprototypesystem.FluidicMusclePoweredDancingArm:Atlowspeedthearmrespondedinitiallybutoperatedinlongsharpjerks,notsmoothsidetosidemovementsasexpected.Thewireappearedtovibratemorewiththedancingarm,thanwithout.Attheendofwindingonelayertherestingpositionofthearmmovedfromitsinitialpositioninwardapproximately300mm.Athighspeedthearmdidnotrespond,butjustvibratedaboutameanposition.FluidicMusclePoweredAccumulator:Thetrialofalargemusclepoweredaccumulatorgavethefollowingresults:Atlowspeedtheaccumulatordidnotappeartorespondatall.Varyingthepressuremadenosignificantdifference,otherthanpullthewirethroughthefeltpads.Athighspeedtheaccumulatordidnotrespond.Withnoresponsefromtheaccumulatorthewholesystemvibrated,makingthewireandtraversevibrationsincrease.Thetensionsensordatacollectedbeforetheaccumulatorwasusedisshowninfigure8.Themaximumandminimumtensionisapproximately62Nand46Nrespectively.Figure8:PlotoftensionsensoroutputwithouttheaccumulatorThetensionsensordatacollectedwhenusingtheaccumulatorisshowninfigure9.Themaximumandminimumtensionisapproximately43Nand37Nrespectively.Figure9:PlotoftensionsensoroutputwiththeaccumulatorCONCLUSIONSRectangularcoilsareimportantpartofdistributiontransformers.Whenwindingthe
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