磁絕緣傳輸線(xiàn)陰極準(zhǔn)直建模與仿真*

何德雨，呼義翔，曾江濤，楊 實(shí)，周亞偉，孫 江，尹佳輝，叢培天

(強(qiáng)脈沖輻射環(huán)境模擬與效應(yīng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 西北核技術(shù)研究所， 陜西 西安 710024)

由于真空磁絕緣傳輸線(xiàn)(Magnetically Insulated Transmission Line, MITL)能夠?qū)崿F(xiàn)超高電壓梯度下的高功率脈沖的傳輸和匯聚，在目前已建或在建的國(guó)內(nèi)外大型脈沖功率裝置中得到了廣泛的應(yīng)用[1-7]。為獲得超高功率指標(biāo)，并受隔離驅(qū)動(dòng)源和負(fù)載的設(shè)計(jì)需求等因素影響，MITL往往具有較長(zhǎng)尺度，可達(dá)十余米，如美國(guó)圣地亞實(shí)驗(yàn)室的Hermes Ⅲ裝置的MITL陰極總長(zhǎng)達(dá)到18.7 m[8]。如果不采取矯直措施，如此長(zhǎng)的懸臂支撐結(jié)構(gòu)將會(huì)在末端產(chǎn)生數(shù)十毫米的撓度變形，造成整個(gè)MITL陰陽(yáng)極無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效對(duì)中，從而影響磁絕緣效果并會(huì)引起較高的電流損失。有文獻(xiàn)提出采用電感支撐的方法保證陰陽(yáng)極同軸度，但該方法的弊端是在原理上就會(huì)產(chǎn)生電流損失[9-10]，并且即使末端的同軸度得到保障，中間段的撓度仍可能達(dá)到數(shù)毫米量級(jí)；此外，電感支撐的安裝需要較大空間，在陰陽(yáng)極間隙較小的場(chǎng)合中不能適用。如今，長(zhǎng)距離磁絕緣傳輸?shù)闹行碾姌O支撐定位問(wèn)題已經(jīng)成為超高功率脈沖傳輸?shù)年P(guān)鍵問(wèn)題之一[11]。針對(duì)該問(wèn)題，Hermes Ⅲ裝置采用了基于傾斜墊片的陰極矯直策略，將陰極分節(jié)裝配，并在節(jié)與節(jié)之間安裝具有一定斜度的傾斜墊片，通過(guò)計(jì)算和調(diào)節(jié)傾斜墊片的相對(duì)步進(jìn)轉(zhuǎn)角，補(bǔ)償重力引起的撓度變形，從而將整個(gè)陰極的直線(xiàn)度誤差控制在陰陽(yáng)極間隙的5%以?xún)?nèi)。這種基于傾斜墊片的準(zhǔn)直策略是目前能夠用于解決長(zhǎng)懸臂結(jié)構(gòu)撓度變形的最有效手段之一，但在現(xiàn)有文獻(xiàn)中關(guān)于具體的建模和調(diào)節(jié)方法的介紹尚較粗淺。本文試圖通過(guò)設(shè)計(jì)較小尺寸的MITL陰極筒，從理論上研究上述問(wèn)題。

1 Mini-MITL陰極筒設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)目的和方法

Mini-MITL陰極筒是用于準(zhǔn)直建模和調(diào)節(jié)原理驗(yàn)證的簡(jiǎn)化裝置。在正式裝置建設(shè)之前，有必要設(shè)計(jì)較小尺寸的MITL陰極筒進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。其一，正式裝置的MITL陰極筒體量巨大，在前期論證階段對(duì)準(zhǔn)直方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和改進(jìn)優(yōu)化，可以有效降低工程風(fēng)險(xiǎn)，提高工程建設(shè)效率。其二，基于傾斜墊片的陰極準(zhǔn)直方案涉及工程測(cè)量的技術(shù)范疇，與之相關(guān)的專(zhuān)業(yè)光學(xué)測(cè)量?jī)x器操作復(fù)雜，需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)制定可行的測(cè)量方案。其三，為了確保MITL陰極與陽(yáng)極之間的準(zhǔn)確對(duì)中，需要設(shè)計(jì)陰極筒整體的角度和位置機(jī)械調(diào)節(jié)方案，該方案同樣需要前期的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。為了達(dá)到驗(yàn)證的逼真性和有效性，在零件的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，Mini-MITL陰極與正式裝置陰極幾乎相同，但尺寸和同類(lèi)件數(shù)量等存在差異。

為了使陰極末端在重力作用下的撓度達(dá)到數(shù)厘米量級(jí)，需要對(duì)陰極筒的外徑、壁厚以及長(zhǎng)度進(jìn)行估算。從宏觀上看，陰極筒由若干節(jié)外徑呈階梯式變化的薄壁圓筒組合而成?？紤]長(zhǎng)為l、在集度為q的均布載荷作用下的懸臂梁，其末端撓度的計(jì)算公式為[12]：

(1)

(2)

從上式可以看出，外徑D越大，壁厚越小(d越大)，則圓筒的懸臂末端撓度越小。外徑D越大，相應(yīng)的造價(jià)成本越高，但如果過(guò)小，又不利于裝配操作；減小壁厚雖然有利于降低撓度，但提高了加工控制難度，部件的強(qiáng)度和形位精度都難以得到保障。

1.2 設(shè)計(jì)依據(jù)和結(jié)果

文獻(xiàn)[8]中，未經(jīng)準(zhǔn)直的陰極末端撓度約為6.8 cm。為保證準(zhǔn)直原理驗(yàn)證的可參考性，將Mini-MITL的末端撓度w設(shè)計(jì)為6 cm左右。受實(shí)驗(yàn)室安裝場(chǎng)地的空間限制，陰極總長(zhǎng)l不宜超過(guò)8 m。根據(jù)裝置MITL陰極實(shí)際可能分為4～6節(jié)，將Mini-MITL均分為5節(jié)。此外，兼顧撓度大小和加工形變控制難度，陰極筒壁厚約為10 mm。根據(jù)上述基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)，綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、可加工性以及裝配調(diào)整的可操作性，經(jīng)過(guò)多次仿真估算，將圓筒的長(zhǎng)度定為每節(jié)1.6 m，每節(jié)分為長(zhǎng)度相等的階梯式兩段，后半段比前半段直徑減小2 mm，用于模擬陰極直徑根據(jù)阻抗匹配而變化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因此外觀上陰極共有10段；壁厚8 mm，外徑最大處為176 mm，最小處156 mm，上一級(jí)后半段與下一級(jí)前半段的外徑相同，如圖1(a)所示。所選用的陰極材料為6061-T6鋁合金，在SolidWorks Simulation系統(tǒng)環(huán)境設(shè)置中，其彈性模量E=69 GPa，密度ρ=2700 kg/m3。在該尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)下，末端的撓度變形仿真值(附加墊片)為59.10 mm，如圖1(b)所示，結(jié)果符合預(yù)期。

(a) Mini-MITL 陰極示意圖(a) Illustration of Mini-MITL cathode stalk

(b) 所設(shè)計(jì)陰極的變形仿真結(jié)果(b) Deflection simulation result of the designed stalk圖1 Mini-MITL陰極示意圖及變形仿真結(jié)果Fig.1 Illustration and deflection simulation result of Mini-MITL cathode stalk

為便于操作定位，墊片螺孔數(shù)量應(yīng)取4的倍數(shù)為宜。兼顧考慮螺孔間距大小和步進(jìn)調(diào)節(jié)精度，并同時(shí)參考文獻(xiàn)[8]中12～24個(gè)螺孔數(shù)量，設(shè)計(jì)中每個(gè)傾斜墊片采用16個(gè)均勻分布的螺孔，則步進(jìn)旋轉(zhuǎn)角度為22.5°。根據(jù)GB/T4096-2001，選擇棱體斜度最小的1 ∶500作為切斜墊片的加工斜度，即(xxi,yyi)。需要指出的是，所選擇的斜度必須經(jīng)過(guò)驗(yàn)算，防止斜度過(guò)小，不能將陰極筒撓度完全抵消。未進(jìn)行斜面加工的墊片厚度為10 mm，由于斜度很小，在進(jìn)行數(shù)值建模時(shí)，可近似認(rèn)為墊片為等厚度圓柱體。每組墊片的傾斜端面相切，垂直端面分別與上一節(jié)圓筒末端和下一節(jié)圓筒始端相切，如圖2(a)所示。

定義傾斜墊片最厚處的螺孔為標(biāo)志孔，標(biāo)志孔中心與墊片中心之間的連線(xiàn)為標(biāo)志線(xiàn)，標(biāo)志線(xiàn)與豎直線(xiàn)之間的角度為墊片旋轉(zhuǎn)角度，正面向左旋轉(zhuǎn)(順時(shí)針)為正，反之為負(fù)。定義每組墊片中的靠近低壓端的墊片稱(chēng)為“內(nèi)側(cè)墊片”，另一片則稱(chēng)為“外側(cè)墊片”。假設(shè)各組傾斜墊片旋轉(zhuǎn)角度分別為(xxi,yyi)(內(nèi)側(cè)墊片)、(xxi,yyi)(外側(cè)墊片)，(xxi,yyi)為各節(jié)的編號(hào)，如圖2(b)所示。

(a) 傾斜墊片連接局部示意圖(a) Local illustration of tilt spacer connection

(b)各組傾斜墊片轉(zhuǎn)角示意圖(b) Illustration of rotating angle of each set of tilt spacers圖2 各節(jié)陰極筒端面中心的數(shù)值建模Fig.2 Center coordinate numerical modelling of the ends of each stalk segment

2 坐標(biāo)數(shù)值建模

2.1 建模過(guò)程

假設(shè)圓筒長(zhǎng)度都為l，墊片厚度都為h(傾角造成的偏差很小，建模時(shí)將其忽略)，第一節(jié)始端的法蘭厚度為δ。每節(jié)始端中心點(diǎn)分別記為Ai，每節(jié)末端中心點(diǎn)分別記為Bi，如圖2(a)所示，陰極根部(首節(jié)墊片左端面)中心點(diǎn)記為B0，各點(diǎn)的仿真撓度分別為di。在每組傾斜墊片的調(diào)節(jié)作用下，水平方向與豎直方向相對(duì)偏角分別為：

(3)

其中，λ為單個(gè)傾斜墊片的傾斜角。將B0點(diǎn)作為參考點(diǎn)，并稱(chēng)之為“理想原點(diǎn)”，不考慮陰極的軸向坐標(biāo)，只考慮截面的徑向坐標(biāo)。根據(jù)上述約定，B0坐標(biāo)為(0,0)，假設(shè)Bi偏離理想原點(diǎn)的坐標(biāo)為(xi,yi)，Ai偏離理想原點(diǎn)的坐標(biāo)為(x′i,y′i)，則對(duì)于第一節(jié)存在如下的理論數(shù)值關(guān)系：

(4)

(5)

以后各節(jié)的坐標(biāo)應(yīng)為該節(jié)之前所有傾斜墊片導(dǎo)致的相對(duì)偏角之累積結(jié)果，這里需要注意每組傾斜墊片中內(nèi)側(cè)墊片的偏角會(huì)累加到外側(cè)墊片，即存在如下關(guān)系式：

(6)

(7)

其中，i=2,3,4,5。

上述數(shù)值建模過(guò)程同時(shí)適用于傾斜墊片旋轉(zhuǎn)角度為離散調(diào)節(jié)和連續(xù)調(diào)節(jié)兩種情況，如果目標(biāo)坐標(biāo)(xi,yi)或(x′i,y′i)已知，則可將公式進(jìn)行逆向求解得到θi、ηi的值。

2.2 模型驗(yàn)證

以上數(shù)值建模得到每節(jié)陰極筒始端和末端的相對(duì)坐標(biāo)，對(duì)于每節(jié)中間點(diǎn)的坐標(biāo)可進(jìn)行線(xiàn)性插值計(jì)算。將每節(jié)中間點(diǎn)和末端點(diǎn)作為準(zhǔn)直建模的參考點(diǎn)，本文稱(chēng)這些點(diǎn)為“關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)”，并設(shè)其坐標(biāo)為(xxi,yyi) (i=1,2,…,10)。為驗(yàn)證上述數(shù)值建模方法的正確性，試用一套傾斜墊片轉(zhuǎn)角組合，各組墊片的轉(zhuǎn)角如表1中第2、3列所示。在此轉(zhuǎn)角組合下進(jìn)行實(shí)體建模，得到的yyi坐標(biāo)值如表1中第5列所示；采用上述數(shù)值建模方法得到的yyi坐標(biāo)值如表1中第6列所示；二者誤差如表1中第7列所示?？梢钥闯觯瑪?shù)值建模方法得到的坐標(biāo)值誤差很小，處于微米量級(jí)，因此認(rèn)為數(shù)值建模方法正確有效。經(jīng)分析，誤差產(chǎn)生的主要原因是傾斜墊片的中心厚度應(yīng)略小于h，但建模時(shí)是按照h進(jìn)行計(jì)算的。上述建模方法在理論上給出了傾斜墊片在不同調(diào)整角度下的修正量計(jì)算方法。

表1 仿真與數(shù)值建模坐標(biāo)比較

3 準(zhǔn)直策略與結(jié)果分析

3.1 準(zhǔn)直調(diào)節(jié)策略

在前兩節(jié)內(nèi)容中，分別研究了Mini-MITL的設(shè)計(jì)過(guò)程和傾斜墊片作用下的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)值建模方法。由于重力作用，陰極筒在各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)處都會(huì)產(chǎn)生不同程度的撓度變形，造成節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的偏移，陰極筒的真實(shí)形位應(yīng)是傾斜墊片修正量和撓度變形兩個(gè)因素的疊加。由于重力引起的撓度變形只體現(xiàn)在豎直方向，水平方向不受影響。換言之，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的水平坐標(biāo)只取決于傾斜墊片的水平修正量，而豎直坐標(biāo)則為撓度變形量與墊片修正量之差。

理論上，由于重力大小不變，后一節(jié)傾斜墊片的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度并不會(huì)對(duì)前一節(jié)坐標(biāo)產(chǎn)生影響，所以可以采用從低壓端到高壓端進(jìn)行順序調(diào)節(jié)的方法，依次選取各組傾斜墊片的旋轉(zhuǎn)角度，使得每個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的水平和豎直方向直線(xiàn)度誤差都處于閾值范圍內(nèi)。在進(jìn)行轉(zhuǎn)角賦值的過(guò)程中，由于墊片的調(diào)整是有限的步進(jìn)角度，因此可以采取試湊的方法進(jìn)行。具體實(shí)現(xiàn)途徑是首先根據(jù)撓度仿真結(jié)果和數(shù)值模型，用理論計(jì)算的方法得到各組傾斜墊片的最優(yōu)轉(zhuǎn)角，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行二次賦值，選擇與最優(yōu)轉(zhuǎn)角接近的離散步進(jìn)角度。最后將初選的離散步進(jìn)角度代入數(shù)值模型計(jì)算準(zhǔn)直效果，從而選擇確定準(zhǔn)直效果最好的離散步進(jìn)角度。

3.2 Mini-MITL準(zhǔn)直理論結(jié)果

理論和實(shí)驗(yàn)研究表明，陰陽(yáng)極間隙的整體誤差閾值為陰陽(yáng)極間隙的5%。經(jīng)過(guò)誤差分配，Hermes裝置的陰極筒準(zhǔn)直調(diào)節(jié)的誤差閾值為1.3 mm[8]。國(guó)內(nèi)的典型裝置為中國(guó)工程物理研究院的50級(jí)LTD模塊，該裝置陰極筒準(zhǔn)直的最大誤差為1.48 mm[13]。在無(wú)法給出陰陽(yáng)極間隙的前提下，參考上述兩個(gè)裝置，并綜合考慮陰極長(zhǎng)度因素，針對(duì)本研究中的Mini-MITL設(shè)計(jì)，將準(zhǔn)直閾值設(shè)定為整數(shù)1 mm。在SolidWorks仿真環(huán)境中，仿真得到各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的撓度變形如表2中第4列所示。根據(jù)上一小節(jié)提出的準(zhǔn)直策略，調(diào)整各組傾斜墊片的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度，依次使下一節(jié)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)處于所規(guī)定的閾值范圍內(nèi)。經(jīng)過(guò)試湊，各組傾斜墊片的旋轉(zhuǎn)角度如表2中第2、3列所示，準(zhǔn)直后的各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的豎直方向修正量如第5列所示。在傾斜墊片的修正下，水平方向和豎直方向的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)相對(duì)于理想狀態(tài)的偏差如圖3所示，可以看出水平和豎直方向的直線(xiàn)度指標(biāo)均在閾值范圍內(nèi)，符合規(guī)定的閾值要求。需要指出的是，從圖3中可以看出，第一節(jié)圓筒中間點(diǎn)(即第一個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn))的豎直方向誤差比較大，并且該誤差比后續(xù)幾節(jié)中間點(diǎn)處誤差更難補(bǔ)償，這是因?yàn)槭坠?jié)的撓度變形曲率最大，但基于傾斜墊片的調(diào)節(jié)策略是線(xiàn)性的。

表2 Mini-MITL準(zhǔn)直結(jié)果

圖3 離散調(diào)節(jié)策略下的理論準(zhǔn)直結(jié)果Fig.3 Theoretical alignment result with discretely adjusting strategy

3.3 準(zhǔn)直策略改進(jìn)優(yōu)化

3.1節(jié)所述的準(zhǔn)直策略是基于傾斜墊片角度離散步進(jìn)的前提進(jìn)行的。這種策略的優(yōu)點(diǎn)是在陰極的整體裝配過(guò)程中，由于傾斜墊片通過(guò)穿孔定位，容易實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)角度的定位和調(diào)節(jié)。但相應(yīng)的缺點(diǎn)也較明顯，一是離散步進(jìn)角度的確定需要經(jīng)過(guò)理論計(jì)算后的二次賦值，效率較低；二是理論計(jì)算的最優(yōu)轉(zhuǎn)角與最終確定的離散轉(zhuǎn)角可能有較大偏差，不能充分發(fā)揮傾斜墊片的調(diào)節(jié)作用。

針對(duì)上述問(wèn)題，進(jìn)一步研究采用傾斜墊片的連續(xù)可調(diào)方式。具體設(shè)計(jì)中，相鄰兩節(jié)陰極筒的螺栓連接不穿過(guò)傾斜墊片，而是通過(guò)螺栓的預(yù)緊力將傾斜墊片壓緊鎖定。改進(jìn)后，傾斜墊片的旋轉(zhuǎn)角度可以不受孔位的限制，實(shí)現(xiàn)連續(xù)可調(diào)，實(shí)際旋轉(zhuǎn)角度能夠與理論計(jì)算角度保持一致，將傾斜墊片的調(diào)節(jié)效果最大化。利用2.1節(jié)中所建立的數(shù)值模型，將各節(jié)末端目標(biāo)坐標(biāo)分別設(shè)置為(0, -0.4)，(0, -0.2)，(0, 0)，(0, 0)，(0, 0)，反向求解各組傾斜墊片的旋轉(zhuǎn)角度。將第一、第二節(jié)末端垂直坐標(biāo)分別設(shè)置為-0.4和-0.2的目的是控制每節(jié)陰極筒的中點(diǎn)坐標(biāo)，若都設(shè)置為0則會(huì)導(dǎo)致中點(diǎn)坐標(biāo)偏大。在改進(jìn)后的準(zhǔn)直策略下，水平方向和豎直方向的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)相對(duì)于理想狀態(tài)的偏差如圖4所示?？梢钥闯觯捎眠B續(xù)可調(diào)方式后，調(diào)節(jié)后坐標(biāo)與目標(biāo)坐標(biāo)相吻合，水平方向和豎直方向的理論準(zhǔn)直誤差均優(yōu)于離散調(diào)節(jié)，水平方向在理論上可以實(shí)現(xiàn)零誤差，豎直方向的誤差也呈逐級(jí)降低趨勢(shì)，達(dá)到了預(yù)期的效果。但應(yīng)指出的是，該方法在裝配過(guò)程中旋轉(zhuǎn)角度難以定位，需要在傾斜墊片的圓周方向進(jìn)行較為密集的角度標(biāo)記。

圖4 連續(xù)調(diào)節(jié)策略下的理論準(zhǔn)直結(jié)果Fig.4 Theoretical alignment result with continuously strategy

3.4 工程實(shí)際中的影響因素分析

大型磁絕緣傳輸線(xiàn)的陰極桿準(zhǔn)直是裝置建設(shè)中的最具挑戰(zhàn)性的工程性難題，工件的加工誤差和裝配過(guò)程中的應(yīng)力控制等因素都會(huì)對(duì)最終的準(zhǔn)直效果產(chǎn)生重要影響。根據(jù)目前的文獻(xiàn)調(diào)研情況，尚未發(fā)現(xiàn)有針對(duì)性的研究?jī)?nèi)容報(bào)道。由于前述Mini-MITL未付諸加工，尚不具備實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證條件，本小節(jié)先對(duì)工程實(shí)際中影響準(zhǔn)直的工件加工誤差和裝配應(yīng)力控制進(jìn)行初步分析，以用于指導(dǎo)工程實(shí)施。

1)工件加工誤差。傾斜墊片的平面度、斜度，陰極筒的圓柱度、端面平面度、平行度等諸多形位公差精度指標(biāo)都會(huì)對(duì)最終的裝配結(jié)果產(chǎn)生影響，并且越靠近陰極根部的工件加工誤差對(duì)準(zhǔn)直的影響越大。因此，首先應(yīng)對(duì)工件(尤其是靠近根部的工件)加工形位公差提出嚴(yán)格要求，達(dá)到IT7甚至IT6以上的加工精度。在此基礎(chǔ)上，對(duì)加工誤差影響的處理手段有正反兩種，第一種是正向處理，即首先對(duì)工件加工精度進(jìn)行測(cè)量，將測(cè)量結(jié)果統(tǒng)籌納入數(shù)值模型中，對(duì)傾斜墊片的調(diào)整角度進(jìn)行預(yù)先修正；第二種是反向處理，即暫不考慮加工誤差，仍先按預(yù)定方案進(jìn)行調(diào)節(jié)，根據(jù)準(zhǔn)直測(cè)量結(jié)果與理論精度進(jìn)行對(duì)比，從而對(duì)傾斜墊片調(diào)整角度進(jìn)行修正。兩種手段各有優(yōu)劣，工程實(shí)際中應(yīng)經(jīng)過(guò)試驗(yàn)后進(jìn)行綜合評(píng)判選用。

2)裝配應(yīng)力控制。根據(jù)螺栓連接的理論分析，螺栓預(yù)緊力越大，工件對(duì)應(yīng)連接位置的壓縮形變?cè)酱?。?duì)于傾斜墊片的圓周螺栓陣列，某個(gè)方向的預(yù)緊力越大，陰極向該方向的翹曲越明顯，這個(gè)結(jié)果已經(jīng)過(guò)工程實(shí)踐驗(yàn)證。因此，為了充分強(qiáng)化理論建模對(duì)準(zhǔn)直過(guò)程的指導(dǎo)作用，應(yīng)對(duì)螺栓連接的預(yù)緊力進(jìn)行精確控制，具體實(shí)施方法是采用力矩扳手，事先設(shè)定預(yù)緊力矩大小。此外，在預(yù)緊的過(guò)程中應(yīng)對(duì)稱(chēng)循序進(jìn)行，以盡量保證連接后的工件在圓周方向受力均勻一致。

4 結(jié)論

基于傾斜墊片的MITL陰極準(zhǔn)直方法的難點(diǎn)之一在于如何確定墊片的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度，使得調(diào)節(jié)后的直線(xiàn)度指標(biāo)處于所規(guī)定的閾值范圍內(nèi)。關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的數(shù)值建模方法的有效性得到了三維實(shí)體仿真結(jié)果的驗(yàn)證，模型誤差可以控制在微米量級(jí)，能夠滿(mǎn)足準(zhǔn)直調(diào)節(jié)的工程實(shí)施需求。以此為基礎(chǔ)，采用逐級(jí)確定的準(zhǔn)直策略，可以將整個(gè)Mini-MITL陰極筒的直線(xiàn)度誤差控制在閾值內(nèi)，基本滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)要求。改進(jìn)后的連續(xù)調(diào)節(jié)方式比離散調(diào)節(jié)的準(zhǔn)直精度更高，有必要在工程實(shí)際中嘗試應(yīng)用。

需要指出的是，上述研究?jī)?nèi)容只從理論上給出了基于傾斜墊片的陰極直線(xiàn)度調(diào)節(jié)方法。工程實(shí)際中，除了3.4節(jié)中分析的工件加工誤差和裝配應(yīng)力控制，還有材料屬性、緊固件重力、懸臂支架自身變形等因素的存在，準(zhǔn)直調(diào)節(jié)的過(guò)程要比理論分析更加復(fù)雜。在進(jìn)一步的工作中，應(yīng)繼續(xù)研究如何將這些因素統(tǒng)籌納入理論模型中進(jìn)行綜合考慮，通過(guò)工程實(shí)踐總結(jié)出更具指導(dǎo)性的準(zhǔn)直方案。