一种超导线材临界电流测试用样品骨架的绕制装置及绕制方法与流程

1.本发明属于低温超导线材生产技术领域，特别涉及一种超导线材临界电流测试用样品骨架的绕制装置及绕制方法。


背景技术：

2.超导线材主要用作高场磁体制造，最终用于大型科学工程、先进装备制造领域，包括新能源(国际热核聚变实验堆iter、中国聚变反应堆cfetr)、磁共振成像仪(mri)、核磁共振谱仪(nmr)等。目前，nbti和nb3sn超导线作为一种加工工艺和应用水平相对成熟的超导产品，国内外市场对其需求量日益显现。近几年，随着对超导线材研究的深入，实现市场化和工业化的要求日益迫切，因此，与此相关的各种设备及装置的研制也随之展开。
3.临界电流ic是衡量超导线材性能的关键指标之一，在超导线材低温测试中，临界电流测试主要包括磁体冷却、样品制备和测试三个过程，而样品制备又包括样品核对、取样、绕样、焊样和样品杆装样等多个步骤，而绕样质量会对最终的测试结果产生直接影响。在绕样之前，需根据所取超导线材样品的截面积及取样长度选择要使用的样品骨架型式，分为v型槽骨架、矩形槽骨架及梯形槽骨架，准备工作完成后，正式开始绕样。
4.绕样过程中，根据超导线材样品的规格，需采用不同的张力进行绕制。在此之前，样品骨架绕样过程的实现均是通过人力手动完成，并没有专用的样品骨架绕制工装，人力手动绕制的样品骨架不仅耗时耗力，而且完全无法保证绕制过程中张力的稳定性及绕制速度的均匀性，绕样质量差主要表现为：(1)超导线材在测试过程中抖动严重；(2)超导线材与样品骨架接触松动，无法及时散热。上述现象均会使超导线材在测试过程中出现失超，导致无法获得超导线材临界电流性能。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种超导线材临界电流测试用样品骨架的绕制装置及绕制方法，解决人工绕制耗时耗力和绕制过程中张力的稳定性及绕制速度的均匀性的问题。
6.为了实现上述目的，本发明所设计的一种超导线材临界电流测试用样品骨架的绕制装置，包括绕制平台，绕制平台上方固定的导向张力调节部、控制系统和支撑座，支撑座一侧安装有样品骨架转动部，所述样品骨架转动部上安装有样品骨架，所述导向张力调节部用于对所述样品骨架转动部进行导向和张力调节，所述控制系统用于控制所述样品骨架转动部的绕制速度和方向，与所述样品骨架转动部相连接。
7.优选地，所述样品骨架转动部包括穿设在所述样品骨架内的转动轴和用于固定所述样品骨架的定位结构。
8.优选地，所述定位结构包括顶头、锁紧螺母；所述顶头上设置有顶丝孔，安装在所述样品骨架的两端；所述转动轴上远离所述支撑座的一端安装所述锁紧螺母。
9.优选地，所述样品骨架间隔设置数个，相邻两个样品骨架之间设置间隔环。
10.优选地，所述导向张力调节部包括导向轮、导向轴、轴支座；所述导向轮通过轴承与所述导向轴连接，所述导向轴通过所述轴支座固定在所述绕制平台上，所述导向轮下方放置有配重块，所述导向轮用于限制样品骨架绕制过程中超导线材的滑动幅度，所述配重块用于调节样品骨架绕制过程中超导线材的张力。
11.优选地，所述导向轮的数量与所述样品骨架的数量相同。
12.优选地，所述控制系统，包括力矩电机、电机控制器和正反转启停按钮盒；所述力矩电机安装固定于所述支撑座上，所述力矩电机驱动所述样品骨架转动部转动，通过所述电机控制器实现对绕制速度、绕制方向的调节。
13.优选地，所述样品骨架转动部和所述力矩电机键连接。
14.本发明的一种超导线材临界电流测试用样品骨架的绕制方法，包括以下步骤：
15.s1、将样品骨架穿在转动轴上，通过左右顶头将样品骨架进行固定，然后将锁紧螺母上紧；
16.s2、将待测超导线材的头部通过螺钉固定在样品骨架的螺纹孔处；
17.s3、将超导线材的尾部沿着导向轮方向延伸至绕制平台外；
18.s4、根据不同规格线材所要求的张力，将配重块挂至待测超导线材的尾部；
19.s5、按下启动按钮，当超导线材绕制完成后，按下停止按钮，将其尾部剪断并通过螺钉固定在另一侧的螺纹孔处；
20.s6、松开锁紧螺母和顶头，取下绕制后的样品骨架放入测试盒中，进行下一组样品骨架绕制。
21.优选地，所述步骤s4中，不同重量的配重块都做有标记进行区分，若同时进行多个样品骨架绕制，配重总张力不允许超过20kg。
22.本发明的一种超导线材临界电流测试用样品骨架的绕制方法，包括以下步骤：
23.s1、将样品骨架穿在转动轴上，通过左右顶头将样品骨架进行固定，然后将锁紧螺母上紧；
24.s2、将待测超导线材的头部通过螺钉固定在样品骨架的螺纹孔处；
25.s3、将超导线材的尾部沿着导向轮方向延伸至绕制平台外；
26.s4、根据不同规格线材所要求的张力，将配重块挂至待测超导线材的尾部；
27.s5、按下启动按钮，当超导线材绕制完成后，按下停止按钮，将其尾部剪断并通过螺钉固定在另一侧的螺纹孔处；
28.s6、松开锁紧螺母和顶头，取下绕制后的样品骨架放入测试盒中，进行下一组样品骨架绕制。
29.优选地，所述步骤s4中，不同重量的配重块都做有标记进行区分，若同时进行多个样品骨架绕制，配重总张力不允许超过20kg。
30.本发明的有益效果在于：
31.1、设置导向张力调节部，可控制绕样张力大小保持恒定，提高了绕样过程的稳定性和绕样质量合格率；
32.2、间隔设置数个样品骨架，可同时对多个样品骨架进行绕制，提高了超导线材的绕样效率；
33.3、设置控制系统，对绕制速度和方向均可以实时调节；
34.4、本发明高度自动化，提高了绕样效率，降低了人力手动绕样的劳动强度，推进了应用于超导线材生产的设备研发进程。
附图说明
35.图1是本发明超导线材临界电流测试用样品骨架绕制装置示意图。
36.图2是本发明的样品骨架剖视图。
37.其中：1、绕制平台；2、样品骨架转动部；3、支撑座；4、导向张力调节部；5、控制系统；6、转动轴；7、顶头；8、间隔环；9、锁紧螺母，10、导向轮；11、导向轴；12、轴支座；13、配重块；14、力矩电机；15、电机控制器；16、正反转启停按钮盒；17、样品骨架；18、螺纹孔；19、绕线导槽；20、超导线材。
具体实施方式
38.现举较佳实施例并结合图示对本发明进行详细说明。参看图1和图2，其中：
39.一种超导线材临界电流测试用样品骨架的绕制装置，包括绕制平台1，绕制平台1上方固定的导向张力调节部4、控制系统5和支撑座3，支撑座3一侧安装有样品骨架转动部2；样品骨架转动部2上安装有样品骨架17，导向张力调节部4用于对样品骨架转动部2进行导向和张力调节，控制系统5用于控制样品骨架转动部2的绕制速度和方向，与样品骨架转动部2相连接。
40.控制系统5用于调节绕制速度和方向，与样品骨架转动部2相连接，导向张力调节部4位于样品骨架转动部2下方，样品骨架转动部2上安装有样品骨架。
41.绕制平台1，为整个绕制装置提供支撑作用。绕制平台1上方固定连接支撑座3、导向张力调节部4和控制系统5，绕制平台1下方放置有数个配重块13，在绕制过程中，可根据不同张力要求选择使用不同重量的配重块13，不同重量的配重块13都做有标记进行区分，若同时进行多个样品骨架17绕制，配重总张力不允许超过20kg。
42.支撑座3，是样品骨架转动部2和力矩电机14的支撑平台，支撑座3一端通过轴承座连接样品骨架转动部2，另一端固定力矩电机14。
43.样品骨架转动部2，安装在支撑座3上，包括穿设在样品骨架内的转动轴和用于固定样品骨架的定位结构。转动轴6穿过支撑座3上的轴承座，由力矩电机14提供动力。定位结构包括顶头、锁紧螺母9；顶头7上设置有顶丝孔，用于对样品骨架17定心固定，安装在样品骨架的两端；转动轴6上远离支撑座3的一端安装锁紧螺母9，转动轴6上在锁紧螺母的相应位置处设置有螺纹，锁紧螺母9用于对样品骨架17的轴向夹紧。当同时绕制多个样品骨架17时时，样品骨架17间隔设置数个，相邻两个样品骨架1之间设置间隔环8。
44.样品骨架17，安装在样品骨架转动部2上，如图2所示，为管状，中间段的表面设置有绕线导槽19，绕线导槽19为螺旋状，在样品骨架17的两端处分别设置有螺纹孔18。在使用时，将超导线材的起始端和终止端穿设在螺纹孔18处，并使用螺钉穿设在螺纹孔18处，从而将超导线材固定到样品骨架上。
45.导向张力调节部4，固定在绕制平台1上，包括数组导向轮10、导向轴11、轴支座12、配重块13。导向轮10通过轴承与导向轴11连接，导向轴11两端均固定穿设在轴支座12上，轴支座12固定在绕制平台1上，导向轮10下方放置有配重块13，导向轮10用于限制样品骨架17
绕制过程中超导线材的滑动幅度，配重块用于调节样品骨架17绕制过程中超导线材的张力。导向轮10设置的数量与样品骨架17设置的数量相同。
46.控制系统5，包括力矩电机14、电机控制器15、正反转启停按钮盒16。在绕制过程中，对绕制速度和方向均可以实时调节，力矩电机14安装固定于支撑座3上，力矩电机14驱动样品骨架转动部2工作，通过电机控制器15实现对绕制速度、绕制方向的调节，电机控制器15、正反转启停按钮盒16均安装于绕制平台上，用于控制力矩电机14的转速、转向和启停。
47.一种超导线材临界电流测试用样品骨架的绕制方法，包括以下步骤：将样品骨架17穿在转动轴6上，通过左右顶头7将样品骨架17进行固定，将锁紧螺母9上紧。然后将待测超导线材20的头部通过螺钉固定在样品骨架17的螺纹孔18处，其尾部沿着导向轮10方向延伸至绕制平台1外。根据不同规格线材所要求的张力，将配重块13挂至待测超导线材20的尾部。按下启动按钮，当超导线材20绕制完成后，按下停止按钮，将其尾部剪断并通过螺钉固定在样品骨架17另一侧的螺纹孔18处。松开锁紧螺母9和顶头7，取下绕制后的样品骨架17放入测试盒中，接着进行下一组样品骨架17绕制。当多个样品骨架17同时绕制时，在固定夹紧之前，利用间隔环8将各个样品骨架17分开并定心，使所有待绕制的样品骨架17中心轴在一条直线上，同时，根据绕样张力要求，将不同重量的配重块13分别挂至待测超导线材20的尾部，按下启动按钮完成绕制，其余步骤与单个样品骨架的绕制方法相同。不同重量的配重块都做有标记进行区分，若同时进行多个样品骨架绕制，配重总张力不允许超过20kg。
48.本发明提高了超导线材的绕样效率和绕样质量合格率，同时，提高了绕样过程的稳定性及自动化程度，降低了人力手动绕样的劳动强度，推进了应用于超导线材生产的设备研发进程。