CN1911577A - 一种卷铁芯的开口切割工具及其切割方法 - Google Patents

一种卷铁芯的开口切割工具及其切割方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及变压器卷铁芯的开口切割工具及其切割方法，其中：卷铁芯的开口切割工具包括上横梁、插入片、滑块、圆形滚刀、条形刀和卡钩机构，上横梁一端与插入片的一端联结成具有一端开口的叉形结构；插入片上部固定条形刀；滑块安装于上横梁上，滑块可以在上横梁外部或内部沿上横梁滑动；滑块上装有可以自由转动的圆形滚刀，滑块移动时，圆形滚刀刀刃与插入片上的条形刀刀刃相接触，形成滚剪。采用本发明技术方案，可以制造各种截面形状的平面开口式卷铁芯和立体开口式卷铁芯，且使切割缝质量好、铁芯性能好，从而提高生产效率，降低制造成本，并且方便操作。

Description

一种卷铁芯的开口切割工具及其切割方法
技术领域
本发明涉及一种变压器卷铁芯制造技术，尤其指一种卷铁芯的开口切割工具及其切割方法。
背景技术
目前变压器采用的卷铁芯均为闭口式卷铁芯，闭口式卷铁芯与叠铁芯相比有较明显的优点：性能好，空载损耗小，空载电流小，噪声低等。但也存在着明显缺点，如绕线时必须带铁芯绕线，因此绕线困难。特别是大，中型变压器，由于绕线时线规尺寸大、数量多，线包结构较复杂，因此不可能采用带铁芯绕线。尤其对于线包需要单独绝缘处理的干式变压器更是不可能使用卷绕式铁芯。因此性能优良的闭口式卷铁芯到目前为止，仅限小型油浸式变压器上使用。
开口式卷铁芯是一种新型、高性能铁芯，其不但具有闭口式卷铁芯的绝大部分优点，而且可以使线包单独绕制，也可以使线包单独绝缘处理，绕制好的线包或单独绝缘处理的线包可以从铁芯开口处套入铁芯，然后，开口处分层交错搭接后成为磁路闭合的铁芯，从而可使该种铁芯用于大、中型变压器和线包要求单独绝缘处理的干式变压器。
目前，有业内人士提出了一种矩形截面的开口式卷铁芯。该开口式卷铁芯是通过在专用卷绕机上边卷绕、边切割硅钢带的工艺方法来形成一种开口的卷铁芯，由于是在卷绕过程中切割成形，这就大大增加了成型的难度，对于截面形状较复杂的圆形和多边形、芯柱呈立体排列的立体卷铁芯均无法用该方法。因此对于开口式卷铁芯技术目前仅限于矩形截面或级数很少的阶梯形截面的平面卷铁芯，这种铁芯与圆截面或多边形截面的立体卷铁芯相比，性能上空载损耗大，制造成本高，且还存在三相不平衡的缺点。
为了使准圆截面(包括R型截面、多边形截面及界于二者之间的复合形截面)的平面卷铁芯和立体卷铁芯能形成开口式卷铁芯，本申请人已于申请号为200410099148.1，200420114920.8的专利申请中公开了该开口式卷铁芯的技术，即：采用硅钢带先卷绕成单框，再在单框上轭部将片与片之间只有很小间隙的硅钢带分层交错切割形成U形单框，再拼成整个开口式卷铁芯。而这种硅钢带分层切割采用的是激光、等离子等设备，但切割质量不够理想，效率较低，操作复杂，设备成本高，不适合广泛推广使用。
发明内容
本发明旨在提供一种使切割缝质量好、铁芯性能好的卷铁芯开口切割工具及其方法，从而提高生产效率，降低制造成本，并且方便操作。
本发明之一，卷铁芯的开口切割工具。
其包括上横梁、插入片、滑块、圆形滚刀、条形刀和卡钩机构，上横梁一端与插入片的一端联结成具有一端开口的叉形结构；插入片上部固定条形刀；滑块安装于上横梁上，滑块可以在上横梁外部或内部沿上横梁滑动；滑块上装有可以自由转动的圆形滚刀，滑块移动时，圆形滚刀刀刃与插入片上的条形刀刀刃相接触，形成滚剪。
上述的卷铁芯的开口切割工具，还包括一在叉形结构入口处增设的卡钩结构，该卡钩机构包括手柄和位于该手柄下方的卡钩，该卡钩机构安装在叉形结构的入口处的上横梁端头，并在插入片的入口处设有一配合其卡钩的长方形孔；手柄向上扳时，卡钩上翘脱开，插入片呈悬臂梁状态，叉形结构入口处呈开口状态；手柄向下扳时，卡钩向下钩住插入片的长方孔，叉形结构入口处于闭合状态，使插入片呈简支梁状态。
在上述的卷铁芯的开口切割工具中，圆形滚刀可以有动力滚动，也可以无动力转动。
在上述的卷铁芯的开口切割工具中，滑块移动的动力为人工手推动力。
在上述的卷铁芯的开口切割工具中，滑块移动的动力为电动、气动或液压的机械力。
本发明之二，卷铁芯的开口切割方法。
方法之一，包括下列步骤：首先，对于铁芯单框卷绕时，在其需要切割的轭部，部分层与层之间放入“加片”，卷绕完毕后，用压板将芯柱部分压紧后，逐片拔去层间“加片”，使需要切割的轭部层间产生一定的间隙；其次，将所述开口切割工具上的插入片插入层间间隙内，移动所述切割工具上的圆形滚刀，使圆形滚刀与插入片上的条形相互剪切，将上层硅钢带割开；然后，进行由上向下分层交错切割，直到全部切割完毕，将铁芯的闭口单框切割成U形的开口单框；再由若干个开口单框拼合成铁芯。
方法之二，包括下列步骤：首先，对于铁芯单框卷绕时，在其需要切割的轭部，部分层与层之间放入“加片”，卷绕完毕后，用压板将芯柱部分压紧后，逐片拔去层间“加片”，使需要切割的轭部层间产生一定的间隙；其次，将若干单框先组合成闭口式卷铁芯；然后，逐一对铁芯单框进行开口切割，即：将所述开口切割工具上的插入片插入一层间间隙内，移动所述切割工具上的圆形滚刀，使圆形滚刀与插入片上的条形相互剪切，将上层硅钢带割开；切割由上向下分层交错进行，直到每一单框全部切割完毕，将卷铁芯的闭口单框切割成U形的开口单框。
在上述的卷铁芯的开口切割方法中，铁芯单框卷绕时采用由基本部分和可拆部分所组成的可拆式芯模。
在上述的卷铁芯的开口切割方法中，“加片”是由薄型材料制成。
由于采用了上述的技术解决方案，本发明具有如下优点：
1、用本发明可以制造出性能优良的准圆截面开口式立体卷铁芯，这种铁芯比其它铁芯具有：性能优良，节省材料，降低制造成本，三相平衡等明显优点。
2、用本发明切割方法和切割工具进行切割，切割缝整齐且间隙小。由于本发明的切割采用滚剪原理，进行无切屑切割，切割缝无材料缺损和无熔渣。这有利于硅钢带拼合时，对接缝处接触紧密，不产生缝隙，减少了因切割缝带来的损耗。
3、生产效率高。由于本发明采用圆滚刀与条形刀组合的滚剪方法切割硅钢片，切割速度达1米/秒以上，因此生产效率高。
4、制造成本低。由于本发明的切割工具结构比激光切割机等简单得多，因而可大大降低成本，有利于推广。
5、操作简单，使用方便。
附图说明
图1是本发明开口切割方法中的单框轭部“加片”的结构示意图；
图2是本发明开口切割方法中的去掉单框轭部“加片”后形成轭部层间间隙的结构示意图；
图3是本发明开口切割工具的结构示意图；
图4本发明切割硅钢带的方法示意图；
图5是开口后的U形单框示意图；
图6是组合后的开口立体卷铁芯的示意图；
图7是线包套装后铁芯开口部分闭合后的示意图；
图8(a)～(b)是卷绕单框用可拆式芯模的主视图和侧视图。
具体实施方式
以三相三柱多边形截面开口式立体卷铁芯为例来阐明本发明的具体内容。
本发明之一，卷铁芯的开口切割工具
本发明开口切割工具适合于铁芯单框13已经绕制成闭口单框，被切割的轭部硅钢片131的片与片之间只有很小的间隙的情况下分层交错切割硅钢带。
如图3所示，开口切割工具包括包括上横梁1、插入片2、滑块4、圆形滚刀5、条形刀3。
上横梁1与插入片2进行一端联接固定，构成一端开口的叉形结构，插入片2的横截面呈扁平形状，以利插入硅钢带层间间隙的窄缝内，插入片2上方用胶接固定薄片状条形刀3。条形刀3刃口与上横梁1平行，上横梁1上套入一个可以滑动的滑块4，滑块4外侧装有一把可以自由转动的圆形滚刀5，滚刀5的刃口最低点与条形刀3的刃口贴合，当滑块4在外力推动下沿横梁1滑动时，滑块4上的圆形滚刀5沿条形刀3作滚剪运动，推动滑块4的外力可以是人工推力，也可以是电动、气动、液压等机械力。
在插入片2刚度不够影响切割时，在叉形结构入口处可以增加一卡钩结构，该卡钩机构6安装在叉形结构的入口处的上横梁1端头，并在插入片2的入口处设有一配合其卡钩的长方形孔7。
该卡钩机构6包括手柄61和卡钩62，手柄61向上扳时，卡钩62上翘脱开，插入片呈悬臂梁状态，叉形结构入口处呈开口状态，这时插入片2可以顺利插入硅钢片层间间隙内。手柄61向下扳时，卡钩62向下钩住插入片2的长方孔，即上横梁与插入片的开口部分钩在一起，叉形结构入口处呈闭合状态，使插入片2呈简支梁状态，以此来提高插入片刚度，减少切割过程中插入片的变形，切割完毕后，再将卡钩机构6重新扳起，使叉形结构入口处恢复开口状态，为下一次切割做好准备。
本发明之二，卷铁芯的开口切割方法
本发明开口切割方法适合于铁芯单框13已经绕制成一个闭口单框后再进行切割并适合于这种被切割铁芯的横截面形状是准圆形截面，当然也适合于阶梯形截面。
在专用的硅钢带折线开料机上将硅钢带按要求开裁成若干条不同尺寸的梯形料带，在立体卷铁芯卷绕机上将开裁好的料带依次卷绕成具有多边形截面的闭口单框。如图8所示，卷绕用的可拆式芯模8包括基本部分81和可拆部分82，卷绕过程中每卷绕一定层数后，如图1所示，在需要开口的轭部放置一片“加片”9，这个过程直到单框全部卷绕成为止。参见图2，然后在闭口单框芯柱13部分用压板12夹紧固定的情况下，把可拆式芯模靠近需要开口的轭部10的可拆部分拆去，使芯模8与单框轭部10之间形成空隙，再逐片抽去“加片”9，使该轭部的部分硅钢带之间形成层间间隙11。
用本发明的切割工具(参见图3)的薄形插入片插入第一层与第二层之间的间隙内，并将插入片向下压第二层硅钢带，使层间间隙扩大，直到插入片全部插入为止。参见图4，将切割工具上的卡钩扳手61扳下，使卡钩62钩住插入片2，插入片2呈简支梁状态。推动切割工具上的滑块4(这种推动可以是人工，也可以用电动、气动、液压等)，滑块4带动圆形滚刀5与插入片2上的条形刀3形成滚剪运动，将第一层硅钢带割开，并将已割开的第一层硅钢带分开。再将切割工具用上述相同方法插入第二层与第三层之间的间隙内，但插入的位置应与上一次插入位置偏一定距离，以免上下二层切割缝位置重合，影响铁芯性能。推动滑块运动切割第二层硅钢带，依次类推，直到全部切割完毕为止，形成U形单框20(参见图5)，经热处理的三个U型单框拼合成开口的铁芯21(参见图6)。
参见图7，开口立体卷铁芯的每个芯柱上套装已经制作完成且符合技术要求的线包14后，即可进行铁芯开口部分的拼合，拼合过程是先在线包上方铁芯开口处，放置条形托件22，并在托件22上方放一片硅钢片作为下封口片17。然后将割开的最内层硅钢片进行拼合，为了保证拼合时，对接缝15的间隙尽量小，可以调整条形托件的高度。经拼合后的最内层硅钢带与其下边的下封口片采用焊接，胶接或其它固定方法将二者联在一起。然后再将次内层硅钢带进行拼合，这样逐层由内向外拼合，在拼合到卷绕单框时放置“加片”的位置，放入一片长度与“加片”长度相同的硅钢片作为联接片16，以填补去掉“加片”后形成的层间间隙，并加强联接强度，而且也可增大轭部的横截面积，提高铁芯性能。以此类推，逐层由内向外进行拼合，直到最外层为止。然后在最外层的外面再加一片硅钢带作为上封口片18。将最上层对接缝15封住，并采用焊接、胶接或其它固定办法将最外层硅钢带与上封口片18联接起来，以加强最外层的联接强度。
综上所述，本发明所达到的效果主要体现在下列的几个方面：
1、适合于制造高性能、低成本、大容量、多用途的开口式卷铁芯。特别适合制造性能非常优良的，可大幅度降低成本的多边形截面开口式立体卷铁芯。该种铁芯的芯柱横截面是占空系数达0.95以上的准圆截面(包括R型、多边形、复合形)，芯柱排列可以是立体排列。用本发明生产的大中型立体卷铁芯变压器，比目前叠片式大、中型变压器空载损耗降低30％以上，空载电流降低50％，制造成本降低15％左右，而且还使噪声明显降低，三相达到平衡。
2、用本发明生产立体卷铁芯变压器容量从目前的1000kVA以下，增大到6300kVA，用本发明可以生产各种不同类型的干式变压器。
3、本发明的切割工具制造成本低，因此不但降低了开口式卷铁芯的生产成本，而且便于推广。
4、操作简单，维修方便。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴之内，应由各权利要求限定。而纳入权利要求的范围之内。

Claims (10)

1、一种卷铁芯的开口切割工具，其特征在于：包括上横梁(1)、插入片(2)、滑块(4)、圆形滚刀(5)、条形刀(3)和卡钩机构(6)，上横梁(1)一端与插入片(2)的一端联结成具有一端开口的叉形结构；插入片(2)上部固定条形刀(3)；滑块(4)安装于上横梁(1)上，滑块(4)可以在上横梁(1)外部或内部沿上横梁(1)滑动；滑块(4)上装有可以自由转动的圆形滚刀(5)，滑块(4)移动时，圆形滚刀(5)刀刃与插入片上的条形刀(3)刀刃相接触，形成滚剪。
2、根据权利要求1所述的卷铁芯的开口切割工具，其特征在于：它还包括一在叉形结构入口处增设的卡钩结构，该卡钩机构(6)包括手柄(61)和位于该手柄(61)下方的卡钩(62)，该卡钩机构(6)安装在叉形结构的入口处的上横梁(1)端头，并在插入片(2)的入口处设有一配合其卡钩的长方形孔(7)；手柄(61)向上扳时，卡钩(62)上翘脱开，插入片呈悬臂梁状态，叉形结构入口处呈开口状态；手柄(61)向下扳时，卡钩(62)向下钩住插入片(2)的长方孔，叉形结构入口处于闭合状态，使插入片(2)呈简支梁状态。
3、根据权利要求1或2所述的卷铁芯的开口切割工具，其特征在于：所述圆形滚刀(5)为有动力滚动。
4、根据权利要求1或2所述的卷铁芯的开口切割工具，其特征在于：所述圆形滚刀(5)为无动力转动。
5、根据权利要求1或2所述的卷铁芯的开口切割工具，其特征在于：所述滑块移动的动力为人工手推动力。
6、根据权利要求1或2所述的卷铁芯的开口切割工具，其特征在于：所述滑块移动的动力为电动、气动或液压的机械力。
7、一种卷铁芯的开口切割方法，包括下列步骤：
首先，对于铁芯单框卷绕时，在其需要切割的轭部，部分层与层之间放入“加片”，卷绕完毕后，用压板将芯柱部分压紧后，逐片拔去层间“加片”，使需要切割的轭部层间产生一定的间隙；
其次，将所述开口切割工具上的插入片(2)插入层间间隙内，移动所述切割工具上的圆形滚刀(5)，使圆形滚刀(5)与插入片(2)上的条形相互剪切，将上层硅钢带割开；
然后，进行由上向下分层交错切割，直到全部切割完毕，将铁芯的闭口单框切割成U形的开口单框；
再由若干个开口单框拼合成铁芯。
8、根据权利要求7所述的卷铁芯的开口切割方法，其特征在于：所述铁芯单框卷绕时采用由基本部分(81)和可拆部分(82)所组成的可拆式芯模。
9、根据权利要求7所述的卷铁芯的开口切割方法，其特征在于：所述“加片”是由薄型材料制成。
10、一种卷铁芯的开口切割方法，包括下列步骤：
首先，对于铁芯单框卷绕时，在其需要切割的轭部，部分层与层之间放入“加片”，卷绕完毕后，用压板将芯柱部分压紧后，逐片拔去层间“加片”，使需要切割的轭部层间产生一定的间隙；
其次，将若干单框先组合成闭口式卷铁芯；
然后，逐一对铁芯单框进行开口切割，即：将所述开口切割工具上的插入片(2)插入一层间间隙内，移动所述切割工具上的圆形滚刀(5)，使圆形滚刀(5)与插入片(2)上的条形相互剪切，将上层硅钢带割开；切割由上向下分层交错进行，直到每一单框全部切割完毕，将卷铁芯的闭口单框切割成U形的开口单框。
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