第6期 2017年6月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2017)06013004
DOI: 10. 13462/j. cenki. mmtamt. 2017. 06. 033
大型铁芯叠片机器人设计与优化
曹田野"2，徐志刚”，王丙成"2，郑帅超,2
No.6 Jun.2017
（1.中国科学院沈阳自动化研究所，沈阳110179;2.东北大学机械工程与自动化学院，沈阳110819）摘要：针对目前大型变压器铁芯叠片工艺效率低、自动化程度低的问题，设计了一种铁芯叠片器人，该机器人有四个机械臂、两个工位，可快速、精确地将硅钢片叠成要求的"E”字形铁芯。桥架是叠片机器人的关键部件，利用有限元仿真软ANSYS对桥架横进行了截面尺寸优化，使横梁在满足最
大变形减小=12.1%的情况下，质量减小=22.57%。关键词：变压器铁芯；叠片机器人；尺寸优化
中图分类号：TH122;TG659
文献标识码：A
Design and Optimization of the Lamination Robot for Large Iron Cores CAO Tian-yel'-2, XU Zhi-gang', WANG Bing-xu'-2,ZHENG Shuai-chao'-2
(1. Shenyang Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110179, China;2. College of Mechanical Engineering and Automation, Northeastern University , Shenyang 110819, China)
Abstract : With the problem of low efficiency, low-level automatization in lamination process of large trans former cores, the iron core lamination robot is proposed. The robot has four mechanical arms and two posi-tions. It can quickly and accurately fold silicon steel sheets into the required " E" -shaped iron cores. The briage is the critical component of the lamination root, utilizing the finite element software ANsYS to make cross section size optimization of the cross beam, and the mass is reduced by 22.57% under the condition
that the maximum total deformation is reduced by 12.1% Key words: iron core; lamination robot; size optimization
0引言
铁芯是变压器的重要部件，铁芯由硅钢片叠装而成。变压器铁芯叠片机器人能提高变压器叠片工艺效率，提高铁芯叠片质量，降低变压器的空载损耗和噪音，同时降低操作工人的劳动量，改善工人劳动强度和劳动环境，对于变压器生产厂商而言，自动叠片机的投人使用会使人工成本大幅降低
国外有三家公司研制出了用于叠片的工业机器人，分别是德国乔格、瑞士阿尔斯通、加拿大MTM，由于技术保密原因，可以查到的关于国外叠片机器人的资料十分有限。在国内，河南开封大学的朱峰，林吉靓设计了CZC-1型自动叠片机器人该机器人使用大功率静音空气压缩机作为动力源，机械结构主要有机架、工作台、主溜板、副溜板、导轨、机械手、料槽和叠片工作台组成，可以实现JSZW3、6、10等型号的铁芯硅钢片的叠放，采用PLC进行控制]。浙江大学的章昱帆、蒋振军采用TC55控制器对整个叠片过程进行控制，自动叠片机采用框架结构，有三个平移自由度，其
收稿日期：20160824
中X、Y两个平移自由度分别由步进电机驱动同步带型直线滑台和丝杠型直线滑台获得，Z向平移自由度以气缸作为动力源，抓手采用真空吸盘(。南车株洲公司的宋悠全对动车组变压器铁芯自动叠片机器人进行了研究，设计的叠片机器人由上料平台、叠片工作台、安全系统、分片取片装置、叠片输出装置组成3]。上述叠片机器人均只能对小型铁芯进行叠装。在变压器中，大型变压器的作用尤为重要，其高压输电的作用无可替代。自前国内尚未见到对大型铁芯自动叠片机器人的报道，而国外相关技术对外保密，设备价格不非，因此对大型铁芯自动叠片机器人进行研究十分必要。
叠片工艺介绍 1
叠片是将四垛堆放在一定位置的厚度只有 0.25mm的硅钢料片叠成“E"字型铁芯，铁芯由4部分组成，分别为竖直方向的左柱、中柱、右柱和水平方向的底轭。其中左柱和右柱形状相同，在铁芯中的位置对称，中柱位于左柱和右柱中间位置，轭片和以上三柱
*基金项目："高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项(2013ZX04001041；国家863计划资助项目（2014AA041603）
作者简介：曹田野(1991一），男，河北保定人，中国科学院沈阳自动化研究所硕士研究生，研究方向为激光焊接和机器人机构学，（E-mail)ca
tianye66@ 163, com.
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