大型变压器线圈恒压装置液压系统的设计.pdf

2 0 1 1年 5月 第 3 9卷 第 1 0期 机床与液压 MACHI NE T OOL HYDRAUL I CS Ma v 2 01 1 Vo 1 ． 3 9 No ． 1 0 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 1 ． 1 0 ． 0 2 1 大型变压器线圈恒压装置液压系统的设计 杨可森 ，李修洪 ，张洪胜 1 ．济南大学机械工程学院，山东济南2 5 0 0 2 2 ；2 ．济南金瑞格机器有限公司，山东济南2 5 0 0 2 2 摘要介绍大型变压器线圈恒压装置液压系统的组成、工作原理以及加压油缸的设计特点。配备该液压系统的恒压装 置已投入使用一年多时间，工作性能良好。 关键词 大型变压器 ；线圈；恒压装置；液压系统 中图分类号 T H1 3 7 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 1 O一 0 7 4 3 De s i g n o f Hy dr a ul i c Sy s t e m f o r La r g e - c a pa c i t y Tr a n s f o r me r Co i l Co n s t a nt Pr e s s ur e De v i c e YANG Ke s e n ， L I Xi u ho n g 。 ZHANG Ho ng s h e n g 1 ． S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ，U n i v e r s i t y o f J i n a n ，J i n a n S h a n d o n g 2 5 0 0 2 2，C h i n a ； 2 ． J i n a n J i n r u i g e Ma c h i n e L i mi t e d C o r p o r a t i o n ，J i n a n S h a n d o n g 2 5 0 0 2 2 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e c o n s t r u c t i o n a n d wo r k i n g p r i n c i p l e o f t h e h y d r a u l i c s y s t e m f o r l a r g e c a p a c i t y t r a n s f o r me r c o i l c o n s t a n t p r e s s u r e d e v i c e we r e i n t r o d u c e d ． T h e d e s i g n p e c u l i a r i t y o f t h e l o a d i n g c y l i n d e r wa s d e s c r i b e d ． T h e c o n s t a n t p r e s s u r e d e v i c e e q u i p p e d w i t h t h i s h y d r a u l i c s y s t e m h a s b e e n u s e d i n f a c t o r y f o r mo r e t h a n a y e ar． I t s w o r k i n g p e r f o rm a n c e i s g o o d ． Ke y wo r d s L a r g e c a p a c i t y tr an s f o rm e r ； C o i l ； C o n s t a n t p r e s s u r e d e v i c e ； Hy d r a u l i c s y s t e m 线 圈恒压装置主要用 于大 型连续 式和饼式变压器 线圈在高温干燥真空环境 、在恒定压紧力的作用下线 圈的压紧工序作业 ，其是干式变压器线圈生产制造过 程的专用设备。一般在常温环境下 ，线圈的压紧可在 压力机上方便地完成 ，而为了对线圈充分干燥脱水， 需要在高温真空罐内进行压紧作业，这时压力机因受 体积限制无法在真空罐内使用，就必须设计出一套适 合于真空罐内使用的压紧装置。作者主要介绍线圈恒 压装置液压系统设计上的有关问题 内容。 1 恒压装置的工作原理和技术要求 恒压装置 由 1套 液压 泵 站 和 4个 1 组 的压 紧油缸组成，液 压泵站安装在高温真 空罐外侧 ，高压油缸 在高温真空罐内工作。 恒压装置工作原理如 图 1所示。线圈事先 通过绕线机绕制在模 架 上 ，上下 压 盘 通 过 4根拉杆将线圈固定 ， 每个拉杆下端 吊装 1 个空心压紧油缸。当 1 、8 一螺母2 一上压盘3 _ _ 拉杆 4 一线圈5 一模架6 一下压盘 7 一油缸组件9 一支座 图 1 线圈恒压压紧结构简图 泵站的高压油通入油缸后 ，缸筒与活塞相对运动，通 过拉杆将力传递给上下压盘，从而对线圈实施压紧作 用。整个线圈组件 由底座支撑，放在真空罐内。 4个压紧油缸需在温度达 1 3 0 o C的真空罐内连续 工作 5 0 h以上，油缸内的压力要保持恒定 ，整个压 紧过程油缸的实际行程 3 0～ 5 0 m i l l ，压紧过程中4个 油缸的运动必须保持同步，以保证上下压盘的平行 度。泵站需设有恒定压力的功能 ，能够实现压力的迅 速补偿 ，完成对变压器线圈干燥全过程 的恒压加载。 更换不同大小的油缸 ，可以实现不同大小压紧力要求 的线圈压紧要求 。 恒压装置 的主要 技术要求如下 1 工作压紧力 4 4 0 01 6 0 0 k N； 2 系统最高压力3 5 M P a ； 3 单个油缸作用力 4 0 0 k N； 4 油缸为空心油缸 ，行程 8 0 m m； 5 油缸工作 最高环境温度1 3 0 o C，真空度 1 0 k P a ，每次使用连续工作 5 0 h以上 ； 6 油缸的同步精度不低于 1 ． 5 ％。 2 液压系统的方案设计 由上述所介绍的线圈恒压装置的工作原理可知， 恒压装置的工作特点是油缸的环境温度高、活塞运动 速度超低近似于爬行、油缸需恒压同步常长时间连续 收稿 日期 2 0 1 0 0 5 2 7 作者简介杨可森 1 9 6 5 一 ，男，硕士，副教授 ，一直从事试验机的开发研究与液压技术 的教学工作。电话 0 5 3 1 8 7 1 5 8 5 5 7， E ma rl y a n g k e s e n 1 2 6 ． c o m。 第 1 0期 杨可森 等 大型变压器线圈恒压装置液压系统的设计 7 5 工作，这几个因素中油缸同步是设计液压系统的关键 所在。以下几个方案是设计过程中曾考虑过的同步压 紧方案，分别分析如下。 2 ． 1 同步马达方案 图 2是 同 步 马 达 的设计 方案。同步马 达是将 4个排量相同 的液压马达转轴 刚性 连接成一体 ，从 而实 现各回路流量的均等， 同步精度在 1 ％ 一 3 ％之间。同步马达 的同步精度与偏载荷 和流量 因素有关 ，当 回路 过 流 量 与 马 达 的 图2 同步马达的设计方案 额定流量接近、载荷均匀时同步精度高；当过流量低 时，因马达不可避免地存在一定的内泄漏，这时同步 精度就很低。而线圈在恒压加载过程中，油缸在 5 0 多小时的时间工作过程中行程仅不过5 0 m m，即油缸 以极其低的速度或近似于爬行的方式工作 ，因此同步 马达的精度将大打折扣。因此 ，如果采用同步马达方 案 ，花费高 ，却不能满足设备的精度要求。 2 ． 2比例 调速 阀方案 图 3是 比例调速 阀的设计方案。就单 个 比例 调速 阀 而言， 流量受负载不均 因素 影响很小，速度稳定 性好，但 要使 1组 4 个比例调速阀的控制 流量达到一致 ，不但 调试 比较麻烦 ，即使 图3 比例调速阀的设计方案 是调试达到了同步要求 ，而当油温发生变化后，流量 特性又有变化 ，最终影响同步精度。要使比例调速阀 能发挥其控制灵活的作用，就必须采取闭环控制方 式 ，即在每个油缸上装有位移传感器。而此恒压装置 是在1 3 0℃的高温环境下工作 ，普通位移传感器上的 电子元件不能承受这么高的温度。如果花高代价装上 可耐此高温的L V D T差动变压器式位移传感器，但因 油缸每压完 1组线圈后就需要拆卸下来，这种频繁更 换拆卸的工作方式 ，很容易损坏传感器 ，实际生产中 工作可靠性不高。 2 ． 3 分流 一集流 阀方案 图4是采用分流 一集流阀的方案。分流 一 集流阀 是利用负载压力反馈的原理 ，将进油路的流量平分成 等量的两条出油支路的流量。作者采用 3个特殊定做 的自调式分流 一集流阀，实现 4个压紧油缸的同步， 每个阀的额定流量为O ． 5 L ／ m i n ，同步精度 1 ％。实 际试车运行后 ，通过测量上下压盘的平行度，能够达 到 士1 ． 5 ％同步精度的要求。下面详细介绍此液压系 统 的设计 。 l 一油箱 2 、9 一滤油器 3 一液位计 4 一空气滤清器 5 _ _ 电机 6 一联轴器 7 一 油泵 8 一单向阀 l O 一电磁溢流 阀 l l 普通压力表 l 2 、l 4 一换 向阀 l 3 一截止 阀 l s 一蓄 能器 l 6 一液控单向阀 l 7 分流． 集流 阀 l 显压力表 1 9 、2 l 一液控插装阀 2 O 压力继 电器 2 2 一油缸 图4 恒压装置液压系统原理图 3 恒压装置液压系统工作原理 恒压装置系统回路实际上是一个保压回路 同步 回路。油泵 7的出口压力 由电磁溢流阀 l 0来控制。 当电磁溢流阀 1 O中电磁铁断电时，油泵卸荷 ；通 电 时，油泵出口压力为电磁溢流阀 1 0的调定压力 ，最 高 3 5 MP a 。当其左位的电磁铁通电，电磁换 向阀 1 2 左位接人油路，油泵输 出的压力油通过分流集流 阀 1 7 ． 1 、1 7 ． 2 、1 7 ． 3进入加载油缸 。 在升压加载过程中，电磁换向阀 1 2左位电磁铁 通电，电磁换向阀 1 4上的电磁铁断电，电磁溢流阀 1 0中电磁铁断电。 当升压至油缸的工作压力时 ，此压力即为数显压 力表的上限值。数显压力表将电讯号发给电磁换向阀 1 2和电磁溢流 阀 1 0中的电磁铁 ，使 电磁换 向阀 1 2 工作在中位 左右电磁铁都断电 、电磁溢流阀 1 O 卸荷 ，电磁换 向阀 1 4仍维持断电状态。此时，系统 压力由蓄能器维持。 在经过一段时间后，由于油缸的缓慢运动，若当 系统压力又低于数显压力表 1 8所设定的下限值 时， 数显压力表又给电磁溢流阀 1 0与三位四通电磁换向 阀 1 2的左边电磁铁发出通电信号 此信号还应送给 计数器，来计一次数，即在恒压过程中，电磁溢流阀 1 0与三位四通电磁换向阀 1 2的左边电磁铁每得到由 数显压力表发来的通电信号一次，就计一个数，计数 7 6 机床与液压 第 3 9卷 是逐次累加的，如果油路有泄漏，阀 l 0与阀 1 2将会 频繁通电，从计数器的计数值上将会得到间接的反 映，油泵又给油缸与蓄能器同时供高压油，以维持 系统正常工作压力；当系统压力再次达到数显压力表 所设定的上限值时 ，电磁溢流阀 1 0与三位四通 电磁 换向阀 1 2左边电磁铁又获得由数显压力表发来 的信 号 ，使二者都断电，油泵卸荷 ，系统压力由蓄能器维 持，在5 0 h的恒压过程中，油泵一直在 “ 加压”与 “ 卸荷”这两种状态下交替工作。 当电磁溢流阀 l O卸荷、三位四通电磁换 向阀 1 2 处于中位，使电磁换向阀 1 4通 电，此时加压油缸卸 载 ，活塞缩 回。 截止阀 1 3插装在集成块内部，正常情况下是关 闭的，除非维修排除故障需要开通，任何情况下应关 闭 。 1 9 ． 1 1 9 ． 5为插装式液控单向阀，其通 断由控 制油路决定。 设置压力继电器是考虑到对油泵的第二道保护措 施 ，即一旦电磁溢流阀 1 0的溢流安全功能失效 ，系 统压力超过了数显压力表的上限而达到压力继电器的 设定值 压力继电器的设定值应高出数显压力表上 限设定值 1 2 M P a ，压力继电器的触点吸合 ，立即 使电机停止转动，以免油泵受损。 4压紧油缸的结构设计 压紧油缸 的具体 结构 如图 5 所 示。 该油缸 属单作用 单活塞杆油缸 ，活塞 缩回时靠 弹簧力作用 压 回。 油 缸 中 心 是 4 , 5 0 m m的通孔，长螺 栓拉杆从此孔穿过将 油 缸 吊 装 在 线 圈 上 。 该油缸设计 的创新之 处是在活塞 中间设置 导向套 ，从而使油缸 中心 形成 一 个 空 腔， 解决 了拉杆穿过油缸 无杆腔时 的密封 问题 。 l 缸筒2 一弹性挡圈卜 缸底4 、6 一 。形圈5 一活塞7 一弹簧座 8 一导向套 9 - - 弹簧l 0 压盖l l 一背帽 图 5 压紧油缸结构图 另外 ，由于油缸是在高温环境下工作 ，密封件 O形 圈的材料选用耐高温的氟橡胶，考虑到高温下的热变 形 ，相对运动配合件的公差比常温下公差值 略大出 0． 0 50 ． 0 8 mm。 5结束语 液压 系统 的设计 应充分考虑实 际工况特 点 ，因地 制宜解决问题 ，如果对使用对象不加具体分析 ，高成 本的元件投入未必能达到系统整体的高性能。线圈恒 压装 置 液 压 系 统 的设 计 ，正 是 考 虑 到 了这 点 ，同步马达 的成本 是分 流 一集 流 阀 的 近 l O 倍 ；比例调速阀加 上传感器 与控 制放大 器 的成本，造 价也超 出分流 一集 流阀的 1 0 倍 以外。仅 就这点而 言 ，作 者 设 计 的 恒 压 装 置 就 较 为 成 功。设 备已投入使用一年 多 时间，工作性能良好。 图 6是恒压装置在生 产现场的照片。 参考文献 图6 恒压装置在生 产现场的照片 【 1 】 雷天觉． 新编液压工程手册[ M] ． 北京 北京理工大学出 版社， 1 9 9 8 ． 【 2 】 李壮云． 液压元件与系统 [ M] ． 2 版． 北京 机械工业出 版社 ， 2 0 0 5 ． 上接 第 7 3页 可见得到的元件表和前文中给出的相同，由此可 以看出设计的液压系统的正确性和可行性。 通过以上 5个方面的论证过程 ，使得设计 出的 液压系统具有合理性 和可行性。整个系统在满足液 压设计基本原则的基础上，用 了3个换挡 阀和 3个 电磁阀实现了包括 D、R、2 、L4个换挡控制位共 7 个挡 位 。 2结 论 通过对一个简单例子的设计论证过程可以看出， 此设计方法可以满足设计、分析、补充检验和验证等 方面的要求。这种 “ 闭环式”的分析方法让油路分 析有 “自检 ” 的 功能 ，即从液 压 系统设 计 到 对此 套 设计进行逻辑检验 ；同时可以看出此设计方法在设计 变速器液压系统中的优越性，即在只需执行元件表的 条件下就能够比较系统、全面地设计出所对应的液压 系统。总之 ，此设计方法具有通用性、合理性和可行 性 ，并且便于分析和检验。为 自动变速器液压系统设 计提供了较好的思路和方法。 参考文献 【 1 】 黄宗益． 现代轿车自动变速器原理与设计[ M] ． 上海 同 济大学出版社， 2 0 0 6 ．