[发明专利]一种适配焊接机器人作业的配变油箱及其设计加工方法

权利要求书

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，油箱高度满足通用公式H＝H₀+2H_e+H_d+H₁，H代表油箱高度，H₀代表铁心窗高，H_e代表铁轭最大片宽，H_d代表垫脚高度，H₁代表预留空间高度，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，B代表油箱宽度，D代表外线圈直径，B₁代表预留空间宽度，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，L代表油箱长度，D代表外线圈直径，M₀代表铁心中柱中心距，B₂代表长轴方向A、C相的外线圈对油箱间隙，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T_x1＝k·qⁿ计算，其中T_x1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，又有q＝1.032P_a+P₀计算，P_a代表被计算线圈的负载损耗，P₀代表变压器空载损耗，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＝T_x1+T_Δj+T_Δy，其中T_x1为线圈对变压器油的温升，T_Δj＝K_jqn₁，T_Δy＝K₁qδ，即平均温升＝线圈对变压器油的温升+绝缘温升校正+层数绝缘校正，K_j、K₁为系数，q为线圈表面单位热负荷，n₁为除油道外线圈总层数，δ为层绝缘厚度，即绝缘温升校正＝系数*线圈表面单位热负荷*除油道外线圈总层数，层数绝缘校正＝系数*线圈表面单位热负荷*层绝缘厚度；

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、箱底和散热装置即所有暴露在空气中的铁的总面积之和，散热装置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，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；

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；

油重用公式G_油重＝G_FE/7.8+G_CU/4.5来确定，其中G_FE为变压器内部的硅钢片总重，G_CU为变压器内部带绝缘的铜导线总重，器身重为G_qs＝k_q·(G_FE+G_CU)，G_qs代表器身重，k_q代表器身杂件系数，即器身重＝器身杂件系数*(硅钢片总重+带绝缘的铜导线总重)，纯铜变压器杂件系数区间为1.14～1.16之间；附件重则为G_附件重＝G_s+G_t+G_c+G_j，G_附件重代表附件重，G_s代表散热器重，G_t代表套管重，G_c代表储油柜重，G_j代表净油重，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，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，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，变压器容量在1600kVA以下选取厚度为1.2mm冷轧钢板制作的散热装置，容量在1600kVA及以上的选用厚度1.5mm冷轧钢板即可；

(2)油箱骨架设计，根据主体框架外形尺寸要求，确定油箱骨架组件的尺寸，油箱骨架按三个组成部分划分，分别为箱底部分、主体骨架部分和箱沿部分：其中箱底部分为一体成型设计，由箱底钢板、四周挡板围成上端开口的立方结构，箱底部分由一块整钢板四角开直角槽，冲压折弯四挡板，焊接挡板之间的对接边沿而成，在整钢板直角槽处角端开三角槽，开三角槽的目的是由于箱底钢板裁切好后直接进入冲压一体机上直接锻压成型，留有三角型凹槽能将冲压折叠的部分去掉，箱底部分整体形状规整，便于后续机器人焊接的运行，同时也增加了整体油箱的美观程度；

主体骨架部分为四根角钢支架，竖起角钢中间位置开定位凹槽，放弃了传统的角钢靠外壁与箱底和箱沿内壁贴合的设计方法，采用角钢上下端分别与箱底和箱沿角端对接，开凹槽的目的是为了方便机器人焊接工装加持与定位，具体的操作的方法是通过固定容量型号的加持工装将需要焊接在一起的箱沿和箱底加持在间距一定的位置，通过骨架角钢加持工装寻找角钢中心凹槽进行初始定位，利用预编程或激光定位将骨架角钢移动到箱沿和箱底的间距中心，使骨架角钢与箱沿和箱底的焊接缝隙距离保持一致或相近，避免了人工定位焊接因重力因素干扰造成油箱高度或焊缝误差过大，通过上述定位方式和机器人焊接就能让主骨架角钢和箱底、箱沿的焊接间隙保持在同一误差水平范畴内，即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，又提高了油箱骨架整体的焊接精度；

箱沿部分采用两组角钢拼焊而成，两组分为长组和短组，每一组为两根相同长度的等边或不等边热轧角钢组成，先将箱沿角钢用流水切割和动力冲头进行开孔、截断，将一长一短角钢两两垂直拼焊成L型，最后将两个L型半成品拼焊成箱沿。