大型電機定子硅鋼片裝配工裝裝置技術分析

王均馗+尚書鵬+曹磊

摘要大型電機定子硅鋼片裝配工裝裝置利用伸縮輻板將定子硅鋼片撐緊，配合上壓力機完成電機定子硅鋼片總成裝配，為定子進一步焊接等工作提供了基礎。其基本原理是通過馬達帶動中心絲杠的旋轉，使得裝置的上、下斜塊機構產生位移，推動6塊帶有弧板的伸縮輻板進行擴張，撐起硅鋼片，保證同心度與垂直度。

關鍵詞定子硅鋼片；底座；幅板；定位軸；絲杠；驅動總成

隨著核電技術的發展，對于大型電機定子硅鋼片的工裝要求也越來越高，定子硅鋼片疊摞的好壞直接決定著電機的性能，現有的方式主要是人工進行疊摞，這種方式雖能保證一定的精度，但是對硅鋼片同心校正功能較弱，硅鋼片裝配完畢后脫胎困難，所以傳統的疊摞工裝已經難以滿足現在的需求。

1技術難點

1）該裝置（見圖1）采用可收縮膨脹的6瓣式幅板撐緊定子硅鋼片內徑，使其達到同心，最終定子鐵心內徑的直線度達到0.2mm以內。2）因為硅鋼片疊放裝配式從底部一點一點進行，所以該裝置受交變載荷的作用，主要受力部件在材料選擇、工藝方法上都要求非常高，必須使之具有高強度，高耐磨性和高使用壽命。3）因為硅鋼片較薄弱，如果向外撐緊行程過大，將會造成硅鋼片損壞，該機需要設有防錯裝置和檢測裝置，以確保其質量要求，組裝出合格的產品。4）電機定子總成裝配機結構大，精度要求高。特別是一些特殊的工藝要求和加工方法，使得設備制造難度很高。

2機械系統中主要零部件的技術分析

2.1底座

1）基本功能：（1）設備的安裝基礎，底平面放置在裝壓平臺上；（2）帶伸縮輻板定位軸用螺栓和底座相聯接；（3）驅動總成安裝在下底面上；（4）配合上蓋，對以堆疊完成的定子疊片進行固定。

2）技術要求：（1）組焊件時效處理去應力；（2）受力件應具有足夠的強度和穩定性；（3）上下平面平行度、平面度小于0.03；（4）在XOY平面上，螺孔，內孔，外徑及槽應同軸度。垂直度和位置度要求，其中同軸度和垂直度小于0.03mm，而位置度小于0.05mm；（5）在大型精密設備上加工外徑、內徑、平面及槽。

2.2帶伸縮輻板定位軸

1）基本功能：（1）設備的核心部件，是受力件；（2）輻板縮回時裝硅鋼片，輻板伸出時將硅鋼片正確定位（內孔及XOY平面的角度）；（3）當定子總成疊摞好后，將上蓋板與其用螺栓相聯接，將定子總成固定在由底座、定位軸以及上蓋所形成的空間內；（4）由驅動軸（絲杠螺旋增力機構）帶動錐套（楔形增力機構）實現輻板伸縮，靠絲杠正反螺旋結構，驅動軸正傳時輻板伸出，反轉時輻板退回。

2）系統組成：主要由絲杠、螺母、錐套1、弧板、圓筒、定位鍵、錐套2、斜塊及伸縮輻板等組成。

3）主要技術要求：（1）外徑尺寸應滿足±0.01mm，圓柱度小于0.01mm，表面硬度大于HRC55；（2）兩端面平行度小于0.02mm，與外徑垂直度小于0.02mm；（3）輻板伸縮自如，總裝調整后，輻板受力應均勻（3處），滿足檢測機構的檢測要求；（4）構件有足夠的強度、剛度、耐磨性和穩定性；（5）從端面方向看，兩端18個M30螺孔，定位鍵，定位槽有嚴格的位置要求，位置度小于0.05mm，而伸縮輻板的位置度小于0.05mm。

2.3關鍵件的技術要求

1）圓筒：（1）材質：無縫鋼管，調質HB255～280；（2）六導輻板導向槽尺寸公差、平行度及位置度公差均在0.05mm；（3）兩端內孔尺寸公差，同軸度公差及垂直度公差均在0.05mm；（4）兩端18個螺孔與6個導向槽的位置度（角度）應小于0.02mm。

2）伸縮輻板：（1）材質：優質碳鋼，調質HN255～280，成型后表面鍍硬鉻；（2）厚度尺寸公差0.01，平行度公差、平面度公差、垂直度公差均在0.01；（3）6塊輻板尺寸應保持一致；（4）銑T型槽尺寸公差、平行度公差小于0.02mm。

3）弧板：（1）材質：模具鋼，調質HB255～280，成型后淬火HRC大于55。（2）底平面平面度公差0.01mm。（3）定位槽尺寸公差、平面度公差及垂直度公差均在0.02mm。

4）絲杠：（1）材質：合金；（2）采用矩形螺紋設計；（3）螺紋精度高于7h。

5）錐套1、錐套2及螺母：（1）材質：具有白潤滑性能的合金；（2）尺寸公差、位置公差及平行度公差均在0.01mm。

2.4上蓋

1）基本功能：（1）用螺栓將其與帶伸縮輻板的定位軸相聯接；（2）上置吊環，用以完成整體起吊運輸。（3）配合底座，對以堆疊完成的定子疊片進行固定。

2）技術要求：（1）組焊件時效處理去應力；（2）受力件應具有足夠的強度和穩定性；（3）上下平面平行度、平面度小于0.03mm；（4）在XOY平面上，螺孔、內孔、外徑及槽有同軸度、垂直度和位置度要求，其中同軸度和垂直度小于0.03mm，而位置度小于0.05mm；（5）在精密設備上加工外徑、內徑、平面及槽。

3氣動系統技術分析

3.1系統特點及選擇理由

高精度整齊疊壓大型電機定子硅鋼片是生產高質量電機的關鍵環節之一，也是生產高質量大型電機的必備技術。該系統氣動部分的主要任務是通過控制氣動馬達運動，使中心軸均勻膨脹，實現硅鋼片高精度整齊疊放。中心軸的膨脹與縮小均是通過控制一個氣動馬達完成。氣動馬達驅動絲桿旋轉從而帶動中心軸膨脹與收縮運動。

該系統的主要功能是將馬達功率通過聯軸器、減速機傳遞給驅動軸（絲杠），驅動軸帶動螺母、錐套使輻板伸縮，撐正硅鋼片。

氣動驅動系統具有如下優勢：1）體積小，輸出扭矩大；2）具有較高的起動轉矩.能帶載啟動；3）結構簡單，操縱方便，維修容易，成本低；4）工作安全，無電力火花，具有防爆性能，同時不受高溫及振動的影響；5）可長期滿載工作，而溫升較小，基本無發熱；6）可隨時啟動，停止和逆轉。endprint

系統要求最后能實現定子硅鋼片的高精度密集疊放，就要求必須有足夠大的膨脹力推動伸縮輻板；同時在工作過程中伸縮輻板需要進行多次的往復伸縮運動，逐層地撐緊定子硅鋼片，就需要驅動機構有足夠的可靠性與靈活性，能夠完成多次的換向運動。

根據系統的需求，考慮到氣動系統有上述優勢，同時參照已有工具的技術說明，選用氣動部件進行驅動是合適可行的。

3.2結構與原理

氣動組合原件包括過濾器、減壓閥、油霧器、壓力開關、殘壓釋放3通閥（手動），其中壓力開關和減壓閥用以調定工作壓力。換向閥采用24V雙電控，3位5通，中位不供氣，馬達不轉。空氣從氣動組合原件中經過后，變為經過壓縮、調壓的工作用氣，在經過換向閥與速度控制閥進入氣動馬達。氣動馬達經由壓縮空氣推動發生轉動，經過減速機減速，通過聯軸器將運動與功率傳遞給絲杠，進而完成推動伸縮輻板撐緊硅鋼片的任務。工作過程中，如遇到需要換向或工作完成后需要停止工作，可由殘壓釋放3通閥進行殘壓釋放，方便后續操作。

3.3安裝與調試

1）安裝。實際工作中，為了方便使用與調試，將氣動馬達與減速機安裝于底座內。氣動馬達與減速機安裝于底座內，底座上留有進氣孔，進氣孔外與速度控制閥相連接。于底座外，將氣動組合元件、換向器與速度控制閥整合，置入一個單獨的控制箱中，工人的操作在控制箱處完成。控制箱面板上除了壓力開關、殘壓釋放閥、換向閥和速度控制閥外，另設有不同顏色指示燈，以指示工作狀態。綠燈亮時，馬達正向轉動；黃燈亮時，馬達反向轉動；紅燈亮時，馬達停止。

2）調試。由于硅鋼片定子內側強度較低，膨脹力過小難以實現達到高精度整齊疊放，而過大的沖擊和膨脹力又會損壞定子硅鋼片內側，而氣動部件難以像伺服電機一樣實現細微的精確控制，所以在安裝完成調試的時候，需進行大量的人工調試。調試時需要根據具體工況來計算相應的推力，進而選定氣動馬達的氣壓與減速機的減速比，要實現既能保證推力足夠，能夠撐緊釘子硅鋼片，也能保證推力不過大，導致硅鋼片損壞。

4結論

本文通過對大型電機定子硅鋼片工裝裝置機械及氣動部分進行詳細分析，以及對各部件制造完畢后的安裝和調試過程注意事項的闡述，可以很明了地了解該裝置詳細結構及加工、安裝關鍵點，該裝置加工制造難度較大，造價較高，但該裝置在使用過程中可以提高硅鋼片疊壓效率，并使鐵心硅鋼片碟片后脫胎風險率降低為零，適合要求精度較高的大型定子鐵心硅鋼片疊裝。endprint