變壓器油隙墊塊成型機的設計與應用

摘 要：本文闡述了變壓器用油隙墊塊的用途，沖裁墊塊的質(zhì)量缺陷和其使用在變壓器中造成的危害。重點介紹了變壓器油隙墊塊成型機的設計原理、結構和應用效果。

關鍵詞：變壓器 油隙絕緣墊塊 設計

中圖分類號：TM411 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）01（a）-0105-02

隨著我國電力工業(yè)的快速發(fā)展，電力變壓器正向高壓、超高壓、大容量、高可靠性發(fā)展，線圈繞組是變壓器的關鍵部件，對變壓器的性能具有很重要的作用；油隙墊塊分布于線圈繞組匝間，其質(zhì)量對變壓器的場強分布和絕緣性能影響很大，關系到變壓器線圈繞組的局部放電、爬電或?qū)娱g短路，是變壓器線圈組裝的關鍵零件。

目前，國內(nèi)變壓器制造企業(yè)生產(chǎn)220 kV 以下變壓器繞組匝間絕緣墊塊通常采用沖裁絕緣紙板條料的加工方式來制作；但沖裁的絕緣墊塊切口疏松、粗糙、毛刺多，打磨、清理毛刺很困難，即費工費時又難以適應工藝要求。而且沖裁工藝只能沖制2 mm以下的絕緣墊塊，對2 mm以上厚度的紙板條料則無能為力。繞組匝間油隙大多采用1.5 mm和2 mm墊塊進行厚度配制，數(shù)量眾多的墊塊因受本身公差、紙板網(wǎng)紋、紙板吸潮和總高測量方式等多方面累積誤差的影響，難以有效控制墊塊厚度，常常發(fā)生繞組恒壓干燥后總高超差現(xiàn)象。沖裁油隙墊塊因毛刺多等缺陷，易產(chǎn)生局放、爬電和縮短絕緣距離，影響變壓器絕緣性能及絕緣安全，隨著電力變壓器電壓等級越來越高，質(zhì)量要求越來越高，顯然沖制油隙墊塊已無法滿足變壓器高電壓、大容量的要求。

我們根據(jù)絕緣制品制造經(jīng)驗和工藝要求，經(jīng)過多次的摸索和試驗，針對性地提出了匝間絕緣墊塊銑削工藝和加工設備方案，并設計開發(fā)了油隙絕緣墊塊成型機。該設備采用一次銑削成型加工方式，有效解決了沖制墊塊存在的諸多缺陷，并且對墊塊厚度沒有限制，每個油隙可只用一個厚度墊塊，從而使墊塊數(shù)量和累積誤差大大減少，繞組恒壓干燥后總高度能夠被有效控制。使用墊塊成型機銑削油隙墊塊，具有生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠，尺寸精度高等優(yōu)勢。

1 功能需求分析

目前，我國電力變壓器繞組匝間油隙絕緣墊塊的的槽口型式大體有三種，矩形槽口、燕尾槽口和T型槽口，油隙絕緣墊塊又分為單槽口和雙槽口兩種，雙槽口墊塊分別由矩形槽口與燕尾槽口和T型槽口兩兩組合為雙矩形槽、燕尾矩形槽或T型矩形槽墊塊（見圖1、圖2）。

加工油隙墊塊所用的材料為絕緣紙板或?qū)訅航^緣紙板，在撐條成型機開出一定寬度和兩側邊倒圓角條料，然后根據(jù)不同的圖紙要求加工成墊塊，目前變壓器線圈中的墊塊通用規(guī)格（見表1）；其外觀質(zhì)量要求是無棱角、直角要倒圓；槽口要光滑整齊、無毛刺；尺寸公差精度要符合ISO標準（見表2）。由于絕緣紙板材料的內(nèi)在特性，沖裁機沖制的墊塊無法達到這樣的質(zhì)量要求。

絕緣紙板或?qū)訅航^緣紙板的密度在1.20～1.35 g/cm3，材質(zhì)的特性是硬度比木材大、比金屬小，柔韌性與木材相似；如采用金屬切削的方式，生產(chǎn)效率低、表面粗糙、碳化，難以滿足變壓器組裝的生產(chǎn)節(jié)奏；如采用木材切削的方式，尺寸精度、質(zhì)量無法保證，木工刀具、設備切削速度達不到加工要求。

因此在設計墊塊成型機時既要有金屬加工設備的精度，又要具有木材加工的效率、便捷；既要適應批量化生產(chǎn)，又要簡單實用、方便操作應對多品種規(guī)格、小批量的特點。既要銑削槽口、四直角倒圓，又要避免產(chǎn)生毛刺、碳化等缺陷。

2 墊塊成型機工作原理及加工流程

油隙墊塊成型機由銑削裝置、驅(qū)動裝置、夾料裝置等組成，其工作原理如下（見圖3）。

將油隙墊塊條料整齊碼放在進料工作臺上，氣動夾緊裝置夾緊工件，驅(qū)動裝置推動工作臺自動進料。首先，條料兩端同時經(jīng)過第一道兩組對稱的高速銑削單元（立式成型盤銑刀），銑削油隙墊塊的上下四個棱角成圓角和中間預銑矩形槽；繼續(xù)進給，再通過第二道兩組對稱的高速銑削單元（臥式槽型精銑刀），同時精確銑削兩端燕尾槽、T型槽或矩形槽，出料裝置自動推出加工好的油隙墊塊，完成油隙墊塊的銑削加工。根據(jù)墊塊厚度不同，該機一次循環(huán)工序可完成50～500片墊塊的加工，生產(chǎn)效率很高。

該機加工流程如圖4。

3 墊塊成型機結構設計

變壓器油隙絕緣墊塊成型機由機座、進料驅(qū)動裝置、工件夾緊裝置、刀具調(diào)節(jié)裝置和四套動力銑削裝置等主要部件組成（圖5）。

所述機座由鑄鐵基座和固定其上與之垂直的條形鑄件組裝成“十”字架形狀的機架部分。兩套滑軌立柱對稱安裝在機座的兩端，可通過其底部的絲杠調(diào)節(jié)滑軌立柱沿導軌X軸向左右位移進行初步調(diào)整；四套動力銑削裝置分別固定在兩套調(diào)節(jié)裝置的前后兩側，可實行銑削裝置的上下調(diào)節(jié)和左右微調(diào)進行刀具的精確調(diào)整。進料驅(qū)動裝置安裝在條形鑄件上，用于工件沿Y軸方向前后進給和回程。工件夾緊裝置分別安裝在移動工作臺（驅(qū)動裝置）上，用于工件的前后、上下夾緊。

所述刀具調(diào)節(jié)裝置由滑軌立柱和安裝在滑軌立柱前后兩側的十字滑臺組成；旋轉(zhuǎn)立柱絲杠可上下（Z軸向）調(diào)節(jié)十字滑臺；旋轉(zhuǎn)精密十字滑臺的的水平絲杠，可精確調(diào)整刀具（X軸向）的水平位置；動力銑削裝置固定于十字滑臺之上，調(diào)節(jié)十字滑臺位置就是調(diào)節(jié)銑刀X、Z軸向位置。

所述四套動力銑削裝置包括動力、傳動裝置、銑削刀具，分為兩種。第一銑削單元由電機、傳動皮帶、主軸、盤式銑刀組成，電機倒立安裝，立式主軸軸頭向上，盤式銑刀呈立銑狀態(tài)。第一銑削單元完成油隙墊塊的四棱角倒圓角和預銑中間矩形槽。第二銑削單元由電機和槽型銑刀組成，槽型銑刀通過夾頭直接固定于電機主軸上；槽型銑刀呈臥銑狀態(tài)，精確銑削矩形槽、燕尾槽、T型槽，切削量很小0.5～3 mm左右。

所述進料驅(qū)動裝置由電機、減速機、鏈條傳動和移動工作臺等組成，移動工作臺安裝于機座中部Y軸向直線導軌上，沿Y軸向前后運動，實現(xiàn)工件的切削進給和回程，根據(jù)切削情況由變頻器控制電機轉(zhuǎn)速，進而控制進給速度，確保槽口銑削質(zhì)量。

所述工件夾料裝置包括氣缸、支架、壓板；支架固定在工移動作臺上，支架上部、頂端固定氣缸；氣缸活動端設有壓板，壓板與工作臺平面相對且平行，油隙墊塊在氣缸的作用下沿Y、Z軸向夾緊，確保材料在傳送、銑削時穩(wěn)固不偏移。

通過上述的結構詳述，可以看出該變壓器油隙墊塊成型機設計緊湊、結構簡單、維護方便、制造成本低，墊塊成型機技術工藝參數(shù)見表3。

4 應用效果

變壓器油隙墊塊成型機在泰州新源電工得到很好的應用，在第一臺試用成功后，又追加制造了兩臺同樣的設備。采用墊塊成型機銑削油隙絕緣墊塊，加工表面光潔整齊，尺寸精度高，達到ISO標準，外觀無毛刺和碳化現(xiàn)象；既可大批量規(guī)模生產(chǎn)，又可適應單臺變壓器多品種、多規(guī)格、數(shù)量少的特點。與沖床沖制墊塊相比，解決厚墊塊的加工問題。加工方式靈活，工件形狀多樣，刀具數(shù)量較少；解決沖裁墊塊一個規(guī)格一副模具的問題，節(jié)省了模具費用。與萬能銑床銑削墊塊相比，由兩端分頭、分三道工序銑削改為兩端同時一次銑削，提高了生產(chǎn)效率，保證了工件尺寸精度。

該設備只需一名生產(chǎn)人員進行日常操作，投入使用后以其高效率、高質(zhì)量在油隙墊塊生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用。以厚1.5 mm、長90 mm的墊塊為例，一次可裝夾330片，銑削和輔助時間共計4 min，每班工作時間7 h計算，每班可加工墊塊34000片。即可滿足一臺220 kV變壓器的生產(chǎn)用量。

該墊塊成型機推入運行后，操作簡便，實用性強，維護方便，運行成本低，具有加工效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠等優(yōu)勢。在我國電力工業(yè)迅速發(fā)展時期，具有很高的經(jīng)濟推廣價值和良好的推廣前景。