一种适配焊接机器人作业的配变油箱及其设计加工方法技术

本发明专利技术提供了一种适配焊接机器人的配变油箱及其设计加工方法，层次分明的三层骨架，它包括从下往上依次连接箱底部分、主体骨架部分和箱沿部分，油箱半成品焊缝全部在外侧，便于机械手焊枪工作；箱底面板采用一体成型设计、箱底切割直角采用三角形法开槽，主体骨架采用凹槽法定位，通过该设计方法及油箱骨架的结构设计，给变压器生产厂家提供了一个标准的工艺流程，提升了变压器生产厂家的生产效率；解决了传统油箱上焊接机器人工作时焊枪难以进入的难题；方便了焊接机器人生产厂家统一规划各型号配套工装的标准化工作；降低生产成本，合理的控制产品的生产精度和美观程度。

A Distribution Tank for Welding Robot and Its Design and Processing Method

The invention provides a distribution tank adapted to welding robot and its design and processing method. The three-layer skeleton has distinct layers, which includes bottom part, main skeleton part and edge part of the tank in turn from bottom to top. The semi-finished weld seam of the tank is all outside to facilitate the work of the mechanical hand welding torch; the bottom panels of the tank are designed by one-piece forming method, and the right angles of the bottom of the box are cut by triangle method. The groove method is used to locate the main body skeleton of the tank. Through this design method and the structural design of the tank skeleton, the transformer manufacturer is provided with a standard technological process, which improves the production efficiency of the transformer manufacturer, solves the difficult problem that the welding torch is difficult to enter when the traditional welding robot works on the tank, and facilitates the unified planning of various types of matching by the welding robot manufacturer. Standardization of tooling, reduction of production costs, reasonable control of product production accuracy and aesthetic level.

【技术实现步骤摘要】
一种适配焊接机器人作业的配变油箱及其设计加工方法
本专利技术涉及配变油箱设备领域，具体为一种适配焊接机器人作业的配变油箱及其设计加工方法。
技术介绍
目前国内配变油箱生产主要依靠人力，传统手工焊接油箱通常的过程包扩以下步骤：1、车间依据图纸对主要的钢板、结构件(角钢、槽钢、钢管等)材料进行下料，钢板主要依靠仿形切割机或等离子火焰切割床工作，我们以用等离子火焰切割机加工箱盖钢板为例，常规等离子火焰切割的火焰喷头直径在8～15mm之间，这种情况下火焰切割的力度可以烧穿5～10mm的原平板(包括开平板)，但烧穿的钢板厚度越大、切割速度越快就意味着切割机的需求功率也就越大，导致喷射火焰的直径也就越大，对于6mm左右的原平板来说，从边角下料一般要预留出10～15mm左右的边料，目的是防止火焰打空，切出来的材料毛刺很多导致无法进行深加工的情况出现。这样一整张6mm的原平板就会至少造成40～60mm宽、6000mm长的材料浪费(以一张板切两组料为例)，浪费情况是不容小视的，而且对于受热敏感度相对较高的开平板来说，除了原材料浪费外，切割过后钢板的受热变形也令各个变压器制造厂家苦恼，而且对于容量越大的变压器这种情况越明显。综上所属，传统油箱初加工的缺点主要是剩余材料浪费严重、加工的办成品良品率低。2、对初加工完成的原材料再进行深加工，主要体现在对第一步初加工的材料进行折弯、剪切和开孔等工序。这一步除了存在上条所述的缺点以外，还存在人力、物力浪费严重的情况，我们以加工一个常规配电变压器的油箱箱沿为例：最开始要选定箱沿所用角钢的型号，然后用锯床进行切分断料、校正垂直度、打磨切割断面、将四根槽钢组焊成箱沿的雏形、校正组焊偏差、再进行满焊、清渣并打磨焊缝、然后上钻床打孔、打孔后再次打磨。这些工序完成后才算对箱沿完成了深加工，中间还不考虑会有其他情况发生(如机器疲劳磨损、人为误差等等)，经现场实地考察，一般按上述传统深加工手法进行工作，仅箱沿就需要约8～9项零散工序才能完成，一个熟练工人平均每项小工序都需要花费大约10～15min时间完成，中间加上物料的转移和运输等时间，总的算下来有近2h浪费在了箱沿的加工上，这也是为什么很多工厂明明工人数量不少，加班加点的工作，但效率一直上不来的问题根源，主要缺点就在工序繁琐、过程时间长、人力和物力浪费太过严重。3、对深加工完成的物料进行组合焊接和满焊，这一步加工的缺点和问题更为突出，主要存在在加工精度和误差方面，传统手工焊接无法做到人为控制精度精确到小数点后两位以内，往往在0.1～0.5mm已经接近极限，虽然不会对实际变压器油箱的使用造成很大的影响，但对于需要精密配合的台套、组合箱变这些设备而言，已经属于比较显而易见的配合方面的问题了。除此之外，常规手工焊接的油箱外观往往会有很粗很明显的焊缝甚至焊瘤出现，这对于独立使用的厂用变压器和站用变压器等的美观程度造成了极为不好的影响。综上所述，从下料、裁剪、折弯、组焊、满焊到最后的酸洗磷化喷漆，需要大量的人力和物力，生产效率底下、材料浪费严重、产成品质量参差不齐、良品率底。近年来已有厂家开始着手于使用机器人焊接方式替代人工焊接的工作，但因为油箱焊接机器人技术尚不成熟，无法针对传统的油箱结构以及焊接模式提出有效地解决方案，现在基本都沿用了传统手工焊接模式下所设计的油箱结构，这就导致了诸多机器人厂家很难提供出一套标准化的工装解决方案，并且临时更改的工装一般运行情况也频频受阻，机器人焊接的能力发挥不出来，起到的实际效果甚微，导致变压器生产厂家也无法实现初步预期的产能提升和产品升级。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有的技术问题，提供了一种适配焊接机器人作业的配变油箱设计方法及配变油箱，通过该技术方案，不仅可以方便机器人生产厂家订制标准化工装，也能减少变压器生产厂家原材料和人力的浪费、提升工厂工作效率和产品的良品率、美观性。为实现上述专利技术目的，本专利技术所采取的技术方案为：一种适配焊接机器人作业的配变油箱加工设计方法，它包括以下步骤：1.初期设计：根据变压器计算单的计算结果,进行确定主体框架外形尺寸，以及相应需要达到的散热值、框架结构应力和散热装置的膨胀系数：油箱主体框架外形尺寸：包括油箱骨架和散热装置两部分，在初期设计油箱的大小的时候根据常规变压器计算单计算即可，一般油箱高度都满足通用公式H＝H0+2He+Hd+H1，即油箱高度＝铁心窗高+铁轭最大片宽+垫脚高度+预留空间高度；油箱宽度满足公式B＝D+B1，即油箱宽度＝外线圈直径+预留空间宽度；油箱长度满足公式L＝D+2M0+B2，即油箱长度＝外线圈直径+铁心中柱中心距+长轴方向A、C相的外线圈对油箱间隙；散热值：油箱需要达到的散热值则主要取决于温升，这其中主要包括线圈对油的平均温升、油箱散热面积的选取：线圈对油的平均温升一般采用试验的方法确定线圈表面对变压器油的温升函数关系，采用Tx1＝k·qn计算，其中Tx1代表线圈对变压器油的温升，k为系数；n为指数，由试验确定；q为线圈表面的单位热负荷(W/㎡)，又有q＝1.032Pa+P0计算，根据75℃时被计算线圈的负载损耗Pa和变压器空载损耗P0即可确定q的数值，总的平均温升计算公式为T＝Tx1+TΔj+TΔy，其中TΔj＝Kjqn1，TΔy＝K1qδ，即平均温升＝温升函数数值+绝缘温升校正+层数绝缘校正，绝缘温升校正＝除油道外线圈总层数*线圈表面单位热负荷*系数，层数绝缘校正＝系数*层绝缘厚度*0.002*(n-2n2)；油箱的散热面积基本上等同于油箱的所有外表面积之和，这里所提到的油箱外表面积的总和包括油箱骨架、箱盖、箱底和散热装置(波纹壁)等所有暴露在空气中的铁的总面积之和，散热装置(波纹壁)的尺寸的选择主要是根据所设计的油箱高度和散热装置的生产厂家提供的单片散热装置的散热系数来决定：油箱高度决定着散热装置的高度选择区间，单片散热装置的散热系数决定着散热装置的规格(片数和宽度区间)，而且因为不同的散热系数决定不同的膨胀系数，会导致油箱外形出现差异，因此需要多方面对比选出最优方案来实施；框架结构应力：所制作的油箱在结构上是否能满足对应吃力点的抗拉伸、抗压缩、抗扭转等的能力，配变在多数情况下只考虑器身重量自身带给的重力，其中包括油重、器身重、附件重；油重可用公式G＝GFE/7.8+GCU/4.5来确定，其中GFE为变压器内部的硅钢片总重，GCU为变压器内部带绝缘的铜导线总重，器身重为Gqs＝kq·(GFe+GCu)，即器身重＝器身杂件系数*(硅钢片总重+带绝缘的铜导线总重)，一般纯铜变压器杂件系数区间为1.14～1.16之间；附件重则为G＝Gs+Gt+Gc+Gj，即附件重＝散热器重+套管重+储油柜重+净油重；散热装置的膨胀系数：主要影响因素取决于散热装置的制作原材料，另外制作散热装置的材料厚度和工艺、加工成型手段以及做成哪种类型都有关系，首先，现有的绝大部分厂家一般均采用Q235的冷轧钢板进行加工散热装置，这种材料在20摄氏度～100摄氏度的时候膨胀系数可用(10.6-12.2)×10-6/K计算，这里的K代表的是计算膨胀系数时所对应材料的华氏温度，由此可以看出，不同的温度对应的变压器散热装置散热系数也是不同的；厚度可以根据油箱的大小和承重能力进行适当的选取本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适配焊接机器人作业的配变油箱骨架，其特征是，它包括从下往上依次连接的三部分：箱底部分、主体骨架部分和箱沿部分，箱底部分为一体成型设计，由一体式结构连接的箱底钢板、四周挡板围成上端开口的立方结构，加工过程由一块整钢板四角开直角槽，冲压折弯四周突出的挡板，成型后焊接挡板之间的对接边沿，焊接之前，在整钢板直角槽处角端开三角槽；主体骨架部分为四根角钢支架，角钢支架中间位置开定位凹槽，角钢上下端分别与箱底和箱沿四个角端对接焊接，角钢开口朝向油箱骨架中心方向，与下端箱底和上端箱沿的四个角端直角位置相对应，围成长方形柱腔；箱沿上端沿所在平面与箱底钢板平行。

【技术特征摘要】
1.一种适配焊接机器人作业的配变油箱骨架，其特征是，它包括从下往上依次连接的三部分：箱底部分、主体骨架部分和箱沿部分，箱底部分为一体成型设计，由一体式结构连接的箱底钢板、四周挡板围成上端开口的立方结构，加工过程由一块整钢板四角开直角槽，冲压折弯四周突出的挡板，成型后焊接挡板之间的对接边沿，焊接之前，在整钢板直角槽处角端开三角槽；主体骨架部分为四根角钢支架，角钢支架中间位置开定位凹槽，角钢上下端分别与箱底和箱沿四个角端对接焊接，角钢开口朝向油箱骨架中心方向，与下端箱底和上端箱沿的四个角端直角位置相对应，围成长方形柱腔；箱沿上端沿所在平面与箱底钢板平行。2.一种适配焊接机器人作业的配变油箱设计加工方法，其特征是，它包括以下步骤：(1)初期设计：根据变压器计算单的计算结果,进行确定主体框架外形尺寸，以及相应需要达到的散热值、框架结构应力和散热装置的膨胀系数：油箱主体框架外形尺寸：包括油箱骨架和散热装置两部分，在初期设计油箱的大小的时候根据常规变压器计算单计算即可，一般油箱高度都满足通用公式H＝H0+2He+Hd+H1，即油箱高度＝铁心窗高+铁轭最大片宽+垫脚高度+预留空间高度；油箱宽度满足公式B＝D+B1，即油箱宽度＝外线圈直径+预留空间宽度；油箱长度满足公式L＝D+2M0+B2，即油箱长度＝外线圈直径+铁心中柱中心距+长轴方向A、C相的外线圈对油箱间隙；散热值：油箱需要达到的散热值则主要取决于温升，这其中主要包括线圈对油的平均温升、油箱散热面积的选取：线圈对油的平均温升一般采用试验的方法确定线圈表面对变压器油的温升函数关系，采用Tx1＝k·qn计算，其中Tx1代表线圈对变压器油的温升，k为系数；n为指数，由试验确定；q为线圈表面的单位热负荷(W/㎡)，又有q＝1.032Pa+P0计算，根据75℃时被计算线圈的负载损耗Pa和变压器空载损耗P0即可确定q的数值，总的平均温升计算公式为T＝Tx1+TΔj+TΔy，其中TΔj＝Kjqn1，TΔy＝K1qδ，即平均温升＝温升函数数值+绝缘温升校正+层数绝缘校正，绝缘温升校正＝除油道外线圈总层数*线圈表面单位热负荷*系数，层数绝缘校正＝系数*层绝缘厚度*0.002*(n-2n2)；油箱的散热面积基本上等同于油箱的所有外表面积之和，这里所提到的油箱外表面积的总和包括油箱骨架、箱盖、箱底和散热装置(波纹壁)等所有暴露在空气中的铁的总面积之和，散热装置(波纹壁)的尺寸的选择主要是根据所设计的油箱高度和散热装置的生产厂家提供的单片散热装置的散热系数来决定：油箱高度决定着散热装置的高度选择区间，单片散热装置的散热系数决定着散热装置的规格(片数和宽度区间)，而且因为不同的散热系数决定不同的膨胀系数，会导致油箱外形出现差异，因此需要多方面对比选出最优方案来实施；框架结构应力：所制作的油箱在结构上是否能满足对应吃力点的抗拉伸、抗压缩、抗扭转等的能力，配变在多...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏中信，刘建萍，朱宏，马少永，汪远文，张安军，
申请(专利权)人：山东泰开箱变有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37