防爆電機鑄鋁轉子退軸優化設計

(中達電機股份有限公司，江蘇無錫 214145)

0 引言

經出廠試驗發現3臺防爆電機空載電流偏大超差，三相電流不平衡率大于15%，但是三相直流電阻平衡。拆檢后發現轉子鐵心一側超出定子鐵心，另一側縮在定子鐵心內部，定、轉子鐵心二者不對中。為此將有繞組定子鐵心進行再次壓裝，確保定、轉子對齊后重新裝配測試，空載電流符合要求。由此可知，定、轉子都不對中，產生軸向位移是造成電機空載電流超差的原因。

1 原因分析

電機空載電流偏大的原因主要：(1)電源電壓偏高或三相電源不平衡；(2)電機Y接法誤接為△接法；(3)繞組某相斷路、短路或者接反；(4)定轉子不對中，產生軸向位移；(5)每相串聯導體數少于規定值；(6)并聯路數接成倍數；(7)定轉子氣隙超過規定值[1-2]。

通過對故障電機進行拆檢發現，鑄鋁轉子偏離定位尺寸5mm左右，即鑄鋁轉子未與轉軸鐵心擋臺緊密配合，二者之間留有一定間隙。核查同批次庫存轉子，均存在同樣問題。經分析，該現象主要由鑄鋁轉子熱套轉軸，冷卻回縮引起。

2 傳統鑄鋁轉子熱套裝配技術

傳統的鑄鋁轉子裝配技術分為冷壓和熱套兩種，而鑄鋁轉子退軸情況僅對熱套裝配技術而言。鑄鋁轉子熱套裝配技術通常有兩種方式，分轉軸落入鑄鋁轉子和鑄鋁轉子落入轉軸。

對于轉軸落入鑄鋁轉子，流程如下：將鑄鋁轉子放入加熱爐加熱并保溫→將鑄鋁轉子吊上工作臺，翻轉90°豎立在工作臺上，工作臺與鑄鋁轉子間加裝輔助工裝→將轉軸豎立吊起，當轉軸中心線與鑄鋁轉子軸線對齊時，逐漸下落，直到轉軸鐵心檔擋臺與鑄鋁轉子上部沖片端面完全接合，如圖1所示。

圖1 轉軸落入鑄造鋁轉子

對于鑄鋁轉子落入轉軸，流程如下：將轉軸豎立在地面的地坑上，轉軸與地坑間加裝防護筒，轉軸鐵心檔的擋臺位于下部→將鑄鋁轉子放入加熱爐加熱并進行保溫→將鑄鋁轉子翻轉90°后豎立吊起→當鑄鋁轉子軸線與轉軸中心線對齊時，逐漸下落，直到鑄鋁轉子下部沖片端面與轉軸鐵心檔的擋臺完全接合，如圖2所示。

圖2 鑄鋁轉子落入轉軸

按上述兩種方式熱套技術的進行裝配，待鑄鋁轉子與轉軸完全冷卻后，二者就會緊密配合在一起，不會發生鑄鋁轉子退軸現象，但是以下問題需要充分考慮。

(1)針對方式(一)

①當有批量轉子需要裝配時，因為鑄鋁轉子完全冷卻需要一定時間，裝配效率顯得極低；

②工具工裝、工位器具等必須齊全，輔助工裝、工作臺必不可少；

③吊裝工具充分考慮設計，由于鑄鋁轉子需要翻轉90°，必須配備相應的翻轉和吊用器具；充分考慮工作臺高度、輔助工裝高度、鑄鋁轉子高度已經轉軸的長度，起吊設備是否有足夠的提升高度；

④安全性考慮，鑄鋁轉子必須采用熱套，翻轉吊運安全性必須保證。

(2)針對方式(二)

①由于需要設置地坑，裝配場地需要重新規劃設置，且必須確保現場有充足的場地；

②吊裝工具充分考慮設計，由于鑄鋁轉子需要翻轉90°，必須配備相應的翻轉和吊用器具；

③安全性考慮，鑄鋁轉子必須采用熱套且進行高空吊運，翻轉吊運安全性必須保證。

鑒于上述原因，為了便于操作、簡化流程以及減少投入，通常在鑄鋁轉子加熱后，采用水平熱套轉軸的方法進行裝配。熱套后為防止鑄鋁轉子回縮需進行敲擊，但是對于較重的鑄鋁轉子，很難將鑄鋁轉子敲回原處且效果甚微；而對于重量較小的鑄鋁轉子，需要頻繁的敲擊，勞動強度大大增加。

3 優化設計的鑄鋁轉子熱套裝配技術

鑒于生產條件及現行的裝配技術，再者結合工人的操作習慣，在轉軸上設計加工了因鑄鋁轉子冷縮后產生回退量的預留間隙。經過反復的改進、實踐和驗證，確定預留間隙長度，確保冷縮量與預留間隙二者一致，保證了定轉子的對中。

在鑄鋁轉子與轉軸鐵心檔擋臺間加工預留間隙，即鑄鋁轉子壓裝定位尺寸后移3～5mm。轉軸上軸承擋至鐵心檔是距離L2與轉軸上軸承擋至鑄鋁轉子沖片端面的是距離L1不再相等，二者間相差3～5mm，即鑄鋁轉子的回縮量，見圖3。根據鑄鋁轉子的外徑D和鑄鋁轉子的長度L，選取合適預留間隙，D、L數值大者選大值，反之。鑄鋁轉子熱套轉軸后，將鑄鋁轉子冷縮后的回退量設置在轉軸上，待鑄鋁轉子冷縮穩定后，定、轉子便會對中。

圖3 鑄鋁轉子回縮量設置在轉軸上

有兩點需注意：(1)為了確保預留間隙與回縮量一致性，除了根據鑄鋁轉子外徑D和長度L選取合適的預留間隙外，還應確保鑄鋁轉子的熱套溫度的有效控制。鑄鋁轉子的加熱溫度可以按公式：t=85000δ/d+250[3](δ—鑄鋁轉子與轉軸的最大過盈量，d—轉軸鐵心檔公稱直徑)選取；(2)隔爆面的防護：隔爆面作為最重要的部位，在加工、搬運、存放期間注意加強隔爆面的防護[4、5]。對于轉軸的軸伸檔、軸承檔、風扇檔也應加強相應防護。

4 結語

通過改進設計，防爆電機鑄鋁轉子的問題得以有效改善，具體表現為

(1)無需重新規劃設置或新增裝配場地；

(2)采用成熟技術，方便工人操作，減少工人勞動強度，可操作性強，確保安全性；

(3)節省拆檢工時、節省定子再次壓裝、接線盒拆裝工時和避免引接線斷裂、損傷，節省鑄鋁轉子回壓工時和避免回壓轉軸報廢、隔爆零部件的受損風險；

(4)確保電機裝配一次性合格率，大大縮短電機制造周期；

(5)確保電機的性能和質量，保證電機合格率。

對于普通電機，借用防爆轉軸上設置鐵心檔擋臺，結合上述改進技術采用單一方向裝配鑄鋁轉子，可以有效防止鑄鋁轉子退軸，可操作性、實用性強。