CN108461277B - 一种用于大型超导线圈绕制的层间过渡成形机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于大型超导线圈绕制的层间过渡成形机，竖直移动成形机构和水平移动成形机构安装在固定板上。在大型超导线圈绕制到层间过渡时，铠装超导导体被竖直移动成形机构和水平移动成形机构上的正反螺纹楔形机构夹紧，并确保导体上参考线和成形模具上参考线对齐。竖直移动成形机构在双动液压缸驱动下沿着竖直方向压下并成形层间过渡，水平移动成形机构根据竖直移动成形机构的压下量在水平方向移动。本发明的特点是集成机械结构、液压驱动和控制于一体，满足大型超导线圈绕制过程层间过渡顺利成形的特殊要求。

Description

一种用于大型超导线圈绕制的层间过渡成形机

技术领域

本发明涉及超导线圈成形装置领域，具体是一种用于大型超导线圈绕制的层间过渡成形机。

背景技术

热核聚变将为人类提供取之不尽的清洁能源，国际热核聚变试验堆(ITER)计划将在未来十年内建成。超导磁体为托克马克装置提供所需磁场，以达到控制和约束高温等离子体的目的。

极向场线圈是托克马克装置超导磁体的主磁体之一，用于控制等离子体形状和稳定等离子体形态。受导体制造生产限制，单根超导导体的长度往往不大于1km，为了实现大安匝数的超导线圈制造，大型核聚变极向场超导线圈设计通常为双饼结构，并通过双饼内的接头连接两根导体以弥补单根导体制造长度的不足。其中，双饼内的层间过渡成形是导体弯曲成形的重要组成部分，是顺利实现饼式线圈从下一层向上一层过渡的关键。目前能达到该技术目标，实现结构紧凑，便于操作的高精度成形设备在国内还没有先例，因此一种集结构紧凑、操作简便，成形可靠等特点于一体的用于大型超导线圈绕制的层间过渡成形机设计为填补该项空白提供的可行的解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于大型超导线圈绕制的层间过渡成形机，以实现线圈层间过渡的准确可靠成形。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种用于大型超导线圈绕制的层间过渡成形机，其特征在于：包括呈左低右高折线型的固定板，固定板上左侧设有竖直移动成形机构，固定板上右侧设有水平移动成形机构，其中：

竖直移动成形机构包括设置在固定板上的Y向即上下竖直向的直线导轨，直线导轨上滑动安装有竖直移动固定板，竖直移动固定板上Y向下端位置固定有限位板，竖直移动固定板上位于限位板的Y向上方位置固定有第一导体夹紧板，第一导体夹紧板、限位板之间的竖直移动固定板上沿Y向滑动装配有第一成形模具，第一成形模具与第一导体夹紧板之间空隙中转动安装有中心轴沿X向的第一正反螺纹螺杆，第一正反螺纹螺杆两端分别从第一成形模具、第一导体夹紧板之间空隙对应端穿出，且第一正反螺纹螺杆两端分别螺纹装配有第一正反螺纹楔形螺母，第一成形模具、第一导体夹紧板相同方向的一端分别设有槽，且第一成形模具、第一导体夹紧板相同方向的槽构成可供对应方向第一正反螺纹楔形螺母嵌入的楔形槽，由第一成形模具、第一导体夹紧板、第一正反螺纹螺杆、第一正反螺纹楔形螺母构成竖直移动成形机构中的正反螺纹楔形夹紧机构；竖直移动固定板上位于第一导体夹紧板的Y向上方位置固定有液压缸连接板，固定板上位于直线导轨Y向上方位置安装有双动液压缸，双动液压缸的活塞杆沿Y向固定在液压缸连接板上，固定板上位于液压缸连接板左侧或右侧设有沿Y向延伸的钢板尺，液压缸连接板上连接有指向钢板尺的行程指针，固定板上左侧位于第一成形模具、限位板之间空隙左方还设有层间过渡位置参考线；

水平移动成形机构包括设置在固定板上的X向即左右水平向的直线导轨，直线导轨上滑动安装有水平移动固定板，水平移动固定板上Y向上端位置固定有限位板，水平移动固定板上位于限位板的Y向下方位置固定有第二导体夹紧板，水平移动固定板上位于限位板、第二导体夹紧板之间沿Y向滑动安装有第二成形模具，第二成形模具与第二导体夹紧板之间空隙中转动安装有中心轴沿X向的第二正反螺纹螺杆，第二正反螺纹螺杆两端分别从第二成形模具、第二导体夹紧板之间空隙对应端穿出，且第二正反螺纹螺杆两端分别螺纹装配有第二正反螺纹楔形螺母，第二成形模具、第二导体夹紧板相同方向的一端分别设有槽，且第二成形模具、第二导体夹紧板相同方向的槽构成可供对应方向第二正反螺纹楔形螺母嵌入的楔形槽，由第二成形模具、第二导体夹紧板、第二正反螺纹螺杆、第二正反螺纹楔形螺母构成水平移动成形机构中的正反螺纹楔形夹紧机构；固定板上右侧位于第二成形模具、限位板之间空隙右方还设有层间过渡位置参考线；

在大型超导线圈绕制到层间过渡时，铠装超导导体被竖直移动成形机构和水平移动成形机构上的正反螺纹楔形夹紧机构分别夹紧在对应的限位板上，并确保导体上参考线和成形模具上参考线对齐，竖直移动成形机构在双动液压缸驱动下沿着竖直方向压下并成形层间过渡，水平移动成形机构根据竖直移动成形机构的压下量在水平方向移动。

所述的一种用于大型超导线圈绕制的层间过渡成形机，其特征在于：固定板上左侧位于竖直移动成形机构中直线导轨Y向下端中间位置设有竖直移动成形机构限位块。

所述的一种用于大型超导线圈绕制的层间过渡成形机，其特征在于：固定板上右侧位于水平移动成形机构中直线导轨X向左端中间位置设有水平移动成形机构限位块。

所述的一种用于大型超导线圈绕制的层间过渡成形机，其特征在于：固定板用折线形状代替线圈弧线形状，以降低固定板加工难度和提高结构刚度；固定板上根据层间过渡外形加工有层间过渡位置参考线，用于在线检测层间过渡成形是否满足公差要求。

所述的一种用于大型超导线圈绕制的层间过渡成形机，其特征在于：竖直移动成形机构中，在层间过渡成形时，采用正反螺纹楔形夹紧机构夹紧导体并确保导体上参考线和模具上参考线对齐，液压缸连接板上安装了行程指针，竖直移动固定板在双动液压缸作用下，沿着直线导轨做竖直运动，当行程指针达到预定位置时，竖直移动固定板停止运动。

所述的一种用于大型超导线圈绕制的层间过渡成形机，其特征在于：水平移动成形机构中，在层间过渡成形时，采用正反螺纹楔形夹紧机构夹紧导体并确保导体上参考线和模具上参考线对齐，在竖直移动成形机构沿竖直方向移动时，水平移动成形机构根据竖直移动成形机构的压下量做水平运动。

所述的一种用于大型超导线圈绕制的层间过渡成形机，其特征在于：当层间过渡按照预定的压下量成形后，驱动双动液压缸向上移动并松开竖直移动成形机构的夹紧机构使导体处于自由状态，采用角尺和游标卡尺测量导体上表面和固定板上层间过渡位置参考线之间的距离，当测量距离满足公差要求时，视为层间过渡成形合格；如果测量距离过大，则需要驱动双动液压缸向上移动并校正导体，直至导体自由状态时的测量距离满足要求；当测量距离过小，则需重新按照层间过渡成形过程，多次微量增加成形压下量，直至测量距离满足要求。

本发明工作在常温，适合大型超导线圈生产线，实现超导线圈绕制过程层间过渡成形。本发明在聚变堆领域以及超导领域具有较好的应用价值。

事实上，只要期望在超导线圈绕制过程中实现层间过渡成形，都可以参考本发明的技术方案，但凡是未脱离本发明的技术方案的内容，仅是依据本发明的技术实质对所述结构进行的简单修改，或是同等变化与修饰，均应属于本发明技术方案的范围之内。

本发明的优点是：

本发明的结构和原理简单，但功能复杂，保证了超导线圈绕制过程中层间过渡的顺利和可靠成形；各功能由不同的单元承担；固定板是其它机构安装的载体，折线结构实现圆弧形状简化；双动液压缸实现竖直移动成形机构沿竖直方向的移动；竖直移动成形机构和水平移动成形机构实现导体可靠、准确夹紧和层间过渡顺利成形。

附图说明

图1为本发明结构侧视图。

图2为本发明结构俯视图。

具体实施方式

如图、图2所示，一种用于大型超导线圈绕制的层间过渡成形机，包括呈左低右高折线型的固定板1，固定板1上左侧设有竖直移动成形机构，固定板1上右侧设有水平移动成形机构，其中：

竖直移动成形机构包括设置在固定板1上的Y向即上下竖直向的直线导轨3，直线导轨3上滑动安装有竖直移动固定板12，竖直移动固定板12上Y向下端位置固定有限位板11，竖直移动固定板12上位于限位板11的Y向上方位置固定有第一导体夹紧板5，第一导体夹紧板5、限位板11之间的竖直移动固定板12上沿Y向滑动装配有第一成形模具8，第一成形模具8与第一导体夹紧板5之间空隙中转动安装有中心轴沿X向的第一正反螺纹螺杆7，第一正反螺纹螺杆7两端分别从第一成形模具8、第一导体夹紧板5之间空隙对应端穿出，且第一正反螺纹螺杆7两端分别螺纹装配有第一正反螺纹楔形螺母6，第一成形模具8、第一导体夹紧板5相同方向的一端分别设有槽，且第一成形模具8、第一导体夹紧板5相同方向的槽构成可供对应方向第一正反螺纹楔形螺母6嵌入的楔形槽，由第一成形模具8、第一导体夹紧板5、第一正反螺纹螺杆7、第一正反螺纹楔形螺母6构成竖直移动成形机构中的正反螺纹楔形夹紧机构；竖直移动固定板12上位于第一导体夹紧板5的Y向上方位置固定有液压缸连接板4，固定板1上位于直线导轨Y向上方位置安装有双动液压缸2，双动液压缸2的活塞杆沿Y向固定在液压缸连接板4上，固定板1上位于液压缸连接板4左侧或右侧设有沿Y向延伸的钢板尺15，液压缸连接板4上连接有指向钢板尺15的行程指针14，固定板1上左侧位于第一成形模具8、限位板11之间空隙左方还设有层间过渡位置参考线9；

水平移动成形机构包括设置在固定板1上的X向即左右水平向的直线导轨，直线导轨上滑动安装有水平移动固定板23，水平移动固定板23上Y向上端位置固定有限位板22，水平移动固定板23上位于限位板22的Y向下方位置固定有第二导体夹紧板17，水平移动固定板23上位于限位板22、第二导体夹紧板17之间沿Y向滑动安装有第二成形模具20，第二成形模具20与第二导体夹紧板17之间空隙中转动安装有中心轴沿X向的第二正反螺纹螺杆，第二正反螺纹螺杆两端分别从第二成形模具、第二导体夹紧板之间空隙对应端穿出，且第二正反螺纹螺杆两端分别螺纹装配有第二正反螺纹楔形螺母，第二成形模具20、第二导体夹紧板17相同方向的一端分别设有槽，且第二成形模具20、第二导体夹紧板17相同方向的槽构成可供对应方向第二正反螺纹楔形螺母嵌入的楔形槽，由第二成形模具20、第二导体夹紧板17、第二正反螺纹螺杆、第二正反螺纹楔形螺母构成水平移动成形机构中的正反螺纹楔形夹紧机构18；固定板1上右侧位于第二成形模具20、限位板22之间空隙右方还设有层间过渡位置参考线21；

在大型超导线圈绕制到层间过渡时，铠装超导导体被竖直移动成形机构和水平移动成形机构上的正反螺纹楔形夹紧机构分别夹紧在对应的限位板上，并确保导体上参考线和成形模具上参考线对齐，竖直移动成形机构在双动液压缸驱动下沿着竖直方向压下并成形层间过渡，水平移动成形机构根据竖直移动成形机构的压下量在水平方向移动。

固定板1上左侧位于竖直移动成形机构中直线导轨3Y向下端中间位置设有竖直移动成形机构限位块13。

固定板1上右侧位于水平移动成形机构中直线导轨X向左端中间位置设有水平移动成形机构限位块16。

固定板1用折线形状代替线圈弧线形状，以降低固定板加工难度和提高结构刚度；固定板1上根据层间过渡外形加工有层间过渡位置参考线9、21，用于在线检测层间过渡成形是否满足公差要求。

竖直移动成形机构中，在层间过渡成形时，采用正反螺纹楔形夹紧机构夹紧导体10并确保导体10上参考线和模具上参考线对齐，液压缸连接板4上安装了行程指针14，竖直移动固定板12在双动液压缸2作用下，沿着直线导轨3做竖直运动，当行程指针14达到预定位置时，竖直移动固定板12停止运动。

水平移动成形机构中，在层间过渡成形时，采用正反螺纹楔形夹紧机构18夹紧导体并确保导体10上参考线和模具上参考线对齐，在竖直移动成形机构沿竖直方向移动时，水平移动成形机构根据竖直移动成形机构的压下量做水平运动。

当层间过渡按照预定的压下量成形后，驱动双动液压缸2向上移动并松开竖直移动成形机构的夹紧机构使导体10处于自由状态，采用角尺和游标卡尺测量导体10上表面和固定板1上层间过渡位置参考线之间的距离，当测量距离满足公差要求时，视为层间过渡成形合格；如果测量距离过大，则需要驱动双动液压缸2向上移动并校正导体10，直至导体10自由状态时的测量距离满足要求；当测量距离过小，则需重新按照层间过渡成形过程，多次微量增加成形压下量，直至测量距离满足要求。

本发明包括有折线固定板1，固定板1上安装有双动液压缸2、直线导轨3、竖直移动成形机构限位块13、钢板尺15、水平移动成形机构限位块16和19。双动液压缸2和竖直移动成形机构的液压缸连接块4通过螺栓连接。固定板上还加工有层间过渡位置参考线9和21。

竖直移动成形机构由液压缸连接板4、第一导体夹紧板5、第一正反螺纹楔形螺母6、第一正反螺纹螺杆7、第一成形模具8、限位板11和竖直移动固定板12等组成。液压缸连接板上安装有行程指针14。

水平移动成形机构由水平移动固定板23、第二导体夹紧板17、正反螺纹楔形夹紧机构18、第二成形模具20和限位板22等组成。

竖直移动成形机构和水平移动成形机构通过直线导轨3连接在固定板上。

层间过程成形过程如下：

1)启动双动液压缸2并使竖直移动成形机构的行程指针14归零；

2)锁紧竖直移动成形机构中的正反螺纹楔形夹紧机构夹紧导体10，确保导体上参考线和第一成形模具8参考线对齐；

3)锁紧水平移动成形机构中的正反螺纹楔形夹紧机构夹紧导体10，确保导体上参考线和第二成形模具20参考线对齐；

4)启动双动液压缸向下移动竖直移动成形机构直至行程指针14达到预定位置后停止；

5)启动双向液压缸向上移动竖直移动成形机构直至导体处理自由状态；

6)松开竖直移动成形机构中的正反螺纹楔形夹紧机构并松开导体10；

7)采用角尺和游标卡尺测量导体10左端上表面和固定板1上层间过渡位置参考线9之间的距离。

当步骤7)测得的距离满足公差要求时，视为层间过渡成形合格。

当步骤7)测得的距离过小时，逐渐增大压下量并重复步骤2)～7)，直至测得的距离满足要求。

当步骤7)测得的距离过大时，启动双动液压缸向上逐渐微量移动并在自由状态下测量导体10左端上表面和固定板1上层间过渡位置参考线9之间的距离，直至测量的距离满足要求。

Claims (7)

1.一种用于大型超导线圈绕制的层间过渡成形机，其特征在于：包括呈左低右高折线型的固定板，固定板上左侧设有竖直移动成形机构，固定板上右侧设有水平移动成形机构，其中：

竖直移动成形机构包括设置在固定板上的Y向即上下竖直向的直线导轨，直线导轨上滑动安装有竖直移动固定板，竖直移动固定板上Y向下端位置固定有限位板，竖直移动固定板上位于限位板的Y向上方位置固定有第一导体夹紧板，第一导体夹紧板、限位板之间的竖直移动固定板上沿Y向滑动装配有第一成形模具，第一成形模具与第一导体夹紧板之间空隙中转动安装有中心轴沿X向的第一正反螺纹螺杆，第一正反螺纹螺杆两端分别从第一成形模具、第一导体夹紧板之间空隙对应端穿出，且第一正反螺纹螺杆两端分别螺纹装配有第一正反螺纹楔形螺母，第一成形模具、第一导体夹紧板相同方向的一端分别设有槽，且第一成形模具、第一导体夹紧板相同方向的槽构成可供对应方向第一正反螺纹楔形螺母嵌入的楔形槽，由第一成形模具、第一导体夹紧板、第一正反螺纹螺杆、第一正反螺纹楔形螺母构成竖直移动成形机构中的正反螺纹楔形夹紧机构；竖直移动固定板上位于第一导体夹紧板的Y向上方位置固定有液压缸连接板，固定板上位于直线导轨Y向上方位置安装有双动液压缸，双动液压缸的活塞杆沿Y向固定在液压缸连接板上，固定板上位于液压缸连接板左侧或右侧设有沿Y向延伸的钢板尺，液压缸连接板上连接有指向钢板尺的行程指针，固定板上左侧位于第一成形模具、限位板之间空隙左方还设有层间过渡位置参考线；

水平移动成形机构包括设置在固定板上的X向即左右水平向的直线导轨，直线导轨上滑动安装有水平移动固定板，水平移动固定板上Y向上端位置固定有限位板，水平移动固定板上位于限位板的Y向下方位置固定有第二导体夹紧板，水平移动固定板上位于限位板、第二导体夹紧板之间沿Y向滑动安装有第二成形模具，第二成形模具与第二导体夹紧板之间空隙中转动安装有中心轴沿X向的第二正反螺纹螺杆，第二正反螺纹螺杆两端分别从第二成形模具、第二导体夹紧板之间空隙对应端穿出，且第二正反螺纹螺杆两端分别螺纹装配有第二正反螺纹楔形螺母，第二成形模具、第二导体夹紧板相同方向的一端分别设有槽，且第二成形模具、第二导体夹紧板相同方向的槽构成可供对应方向第二正反螺纹楔形螺母嵌入的楔形槽，由第二成形模具、第二导体夹紧板、第二正反螺纹螺杆、第二正反螺纹楔形螺母构成水平移动成形机构中的正反螺纹楔形夹紧机构；固定板上右侧位于第二成形模具、限位板之间空隙右方还设有层间过渡位置参考线；

在大型超导线圈绕制到层间过渡时，铠装超导导体被竖直移动成形机构和水平移动成形机构上的正反螺纹楔形夹紧机构分别夹紧在对应的限位板上，并确保导体上参考线和成形模具上参考线对齐，竖直移动成形机构在双动液压缸驱动下沿着竖直方向压下并成形层间过渡，水平移动成形机构根据竖直移动成形机构的压下量在水平方向移动。

2.根据权利要求1所述的一种用于大型超导线圈绕制的层间过渡成形机，其特征在于：固定板上左侧位于竖直移动成形机构中直线导轨Y向下端中间位置设有竖直移动成形机构限位块。

3.根据权利要求1所述的一种用于大型超导线圈绕制的层间过渡成形机，其特征在于：固定板上右侧位于水平移动成形机构中直线导轨X向左端中间位置设有水平移动成形机构限位块。

4.根据权利要求1所述的一种用于大型超导线圈绕制的层间过渡成形机，其特征在于：固定板用折线形状代替线圈弧线形状，以降低固定板加工难度和提高结构刚度；固定板上根据层间过渡外形加工有层间过渡位置参考线，用于在线检测层间过渡成形是否满足公差要求。

5.根据权利要求1所述的一种用于大型超导线圈绕制的层间过渡成形机，其特征在于：竖直移动成形机构中，在层间过渡成形时，采用正反螺纹楔形夹紧机构夹紧导体并确保导体上参考线和模具上参考线对齐，液压缸连接板上安装了行程指针，竖直移动固定板在双动液压缸作用下，沿着直线导轨做竖直运动，当行程指针达到预定位置时，竖直移动固定板停止运动。

6.根据权利要求1所述的一种用于大型超导线圈绕制的层间过渡成形机，其特征在于：水平移动成形机构中，在层间过渡成形时，采用正反螺纹楔形夹紧机构夹紧导体并确保导体上参考线和模具上参考线对齐，在竖直移动成形机构沿竖直方向移动时，水平移动成形机构根据竖直移动成形机构的压下量做水平运动。

7.根据权利要求1所述的一种用于大型超导线圈绕制的层间过渡成形机，其特征在于：当层间过渡按照预定的压下量成形后，驱动双动液压缸向上移动并松开竖直移动成形机构的夹紧机构使导体处于自由状态，采用角尺和游标卡尺测量导体上表面和固定板上层间过渡位置参考线之间的距离，当测量距离满足公差要求时，视为层间过渡成形合格；如果测量距离过大，则需要驱动双动液压缸向上移动并校正导体，直至导体自由状态时的测量距离满足要求；当测量距离过小，则需重新按照层间过渡成形过程，多次微量增加成形压下量，直至测量距离满足要求。