7LS06型采煤機破碎機電機繞組大修方案設計

宋 盛

(國能神東煤炭集團有限責任公司設備維修中心，內蒙古 鄂爾多斯 017000)

0 引言

7LS06型采煤機是神東公司主要引進的美國JOY公司的采煤設備，該設備產煤量大而且整機結構緊湊、強度大，適用于中厚及厚煤層長壁工作面的硬煤開采。破碎機是采煤機附屬設備之一，當采煤機工作采高較大時，片幫和采落的煤的塊度較大，在截割部加裝破碎裝置，以便煤流順利通過采煤機機身底部。7LS06型采煤機上的破碎裝置采用單獨的電動機進行驅動，電動機安裝在破碎裝置臂前端的空腔中，用螺栓固定在破碎裝置臂上[1-3]。破碎裝置支撐臂的后端上下都設計有鉸接孔，上方通過銷軸與索引部箱體鉸接，下部鉸接孔與破碎裝置調高液壓缸活塞桿鉸接，破碎裝置調高液壓缸與牽引部相鉸接，通過液壓系統來實現破碎裝置的調高。破碎機電動機通過螺栓固定在破碎器臂前端的空腔中，電動機通過扭矩軸驅動減速裝置并帶動破碎機滾筒轉動。在電動機出軸端通過銷釘與螺栓將減速器裝置殼體、聯接架及電動機外殼三者聯接在一起，扭矩軸插入減速裝置太陽輪的內花鍵孔中，太陽輪驅動4個行星輪延內齒圈轉動。行星傳動架通過螺栓主驅動方盤與破碎機滾筒聯接，帶動滾筒轉動。破碎機滾筒后端與行星架聯接，前端靠軸承支撐于破碎機電動機上。滾筒上布置有截齒，工作時將落于機器前方的大塊煤進行破碎。

電動機常因機械與電氣故障造成電機繞組損壞，而繞組損壞的電機需更換新的繞組[4-6]。這種特殊的進口電機繞組燒損后，長期以來一直是外委單位進行修復，而外委修復不僅維修費用高而且維修周期長，嚴重影響到礦井的正常生產。為了降低維修成本、縮短維修工期，對7LS06采煤機上的附屬設備破碎機電動機進行自主維修，顯得十分必要。

1 電機參數及故障分析

1.1 電機參數

電機功率110 kW，轉數990 r/min，電壓3 300 V，電流26 A；防護等級為IP55，頻率50 Hz，絕緣等級為H。定子鐵芯長度390 mm，鐵芯內徑330 mm，鐵芯外徑465 mm；定子槽數54槽，槽深38.5 mm，槽寬10 mm；齒寬12 mm，齒高2.5 mm，軛高30 mm。電機繞組線為單玻璃絲繞包漆包扁銅線，雙層疊式繞組，單元線圈采用“N”型繞線法。線圈主絕緣層的包繞采用牌號為5442-1的0.17 mm，環氧玻璃少膠粉云母帶1/2疊包2層；槽內腹紙絕緣層采用0.25 mm NHN復合箔1層，高于槽深25 mm；槽內層絕緣墊采用0.5 mm玻璃絲層壓板，槽頂、層間、槽底各墊一層；槽口絕緣用玻璃絲高分子一次成型槽楔封槽；槽楔規格為12 mm×130 mm的棱形楔3根/槽。

1.2 常見故障類型分析

電動機常見故障分為機械故障和電氣故障2大類。機械故障包括水道堵塞、振動大、軸承過熱、定子與轉子相互摩擦、不正常噪聲等；這些故障都會使電動機溫度變高，造成繞組燒毀。電氣故障包括定子和轉子繞組的短路、斷路及啟動設備故障。7LS06采煤機屬高壓設備，高壓電動機有定、轉子2大類繞組。由于結構和絕緣方式及制作工藝各不相同，每類繞組又有多種形式，對不同繞組形式需選用有針對性的修理方法。

2 維修方案制定及注意事項

2.1 電磁線圈的選用及排列

高壓電動機定子繞組分為圈式結構和條式結構。圈式線圈在高壓電動機中占95%以上。高壓電動機圈式定子繞組所用電磁線，均為帶絕緣層的扁銅導線，常用的有B、F級雙玻璃絲包扁銅線、膜包雙玻璃絲包扁銅線、高強度聚酯漆包扁銅線、硅有機漆浸漬雙玻璃絲包扁銅線、復合耐電暈薄膜繞包燒結銅扁線及三玻璃絲包扁銅線，另外還有特殊絕緣層的扁銅線[7-9]。根據該電動機的絕緣等級和繞組特點，最終選用復合耐電暈薄膜繞包燒結銅扁線。線圈導體排列方式是根據槽形尺寸、導線規格及電磁設計要求而定。常用的排列方式有6類，如圖1所示。

圖1 線圈導體排列方式示意Fig.1 Arrangement of coil conductors

通過對拆除出來的破碎機電動機繞組進行分析研究，最終確定該電動機的繞組形式為“d”類，即“N”型繞組形式。在確認為“N”型繞法后，首先需研究制作一個繞“N”型線圈的模具，并通過對鐵芯長度、槽深、內徑、節距等各參數進行綜合計算，計算出線圈的圍長為1 280 mm。為了確認計算出來的圍長長度是否合適，先繞制2個試樣線圈，并對試樣線圈進行粗包、漲型及細包。進行試樣時，發現端部伸出長度稍短，嵌線及整形困難，于是在計算值的基礎上又增加了20 mm，將線圈圍長增加到1 300 mm，并重新進行試樣。經測試，1 300 mm可以確定為線圈的最終圍長長度，圍長長度確定后方可進行全臺電機繞組的線圈的繞制，并多繞制近10%個線圈，以備線圈不合格時替換。

2.2 漲型及細包注意事項

2.2.1 漲型注意事項

電機繞組線圈繞制好后，需用滌綸帶，聚酰亞胺膠帶等絕緣材料1/2迭包3層，目的是保護線圈外絕緣、層間絕緣、匝間絕緣在漲型時免受漲型機模具夾具、鼻端銷釘等摩擦損壞絕緣，還可以防止線圈松動變形。線圈漲型采用SKZX-150型數控線圈漲型機，漲型機主要目的是把繞線機繞制的線圈拉成框形線圈，框型線圈以電機定子鐵心的內外圓為標準，組成向心式的有角度的線圈，直線邊設置為80 mm，臺高185 mm。在漲型過程中，嚴禁采用鐵器工具直接敲打線圈，以防絕緣破損受傷。漲完的第1個線圈要在槽內進行了試嵌，線圈形狀完全符合要求后繼續進行批量漲型。由于這道工序決定了后道嵌線工序難易程度，為了確保嵌線順利，要求每個線圈形狀和尺寸一致、直線長度、端部弧度和彎曲角度等各部分均應符合要求。

2.2.2 細包注意事項

高壓電動機定子繞組處在高電磁場作用下運行，必須具備足夠的電氣強度和機械強度[10-11]。直線部位包扎層數有一個上下限，下限為滿足電機運行要求的最少層數，上下限間有1～3層調節量，即保證成型線圈嵌入槽內后槽寬方向的間隙不能太大，用多包1～3層來調節，使槽寬方式間隙在規定范圍內，一般為0.4～0.7 mm之間，間隙過小難于嵌線，間隙過大，電機運行中易產生放電或產生電暈。按照采集的絕緣數據及計算結果，我們最后確定的絕緣包繞材料為0.17 mm的牌號為5442-1環氧玻璃少膠粉云母帶與滌綸帶。包繞方式為粉云母帶1/2迭包2層，滌綸帶1/2迭包1層。迭包時，從引線端一側下層圈邊的直線與端部交界處起包，按照確定的包繞層數進行連續包繞。由于該繞組是“N”型繞法，在線圈尾端有導線交叉，包繞過程中需對線圈進行整形時，整形時嚴禁用力敲打此處，以免造成導線絕緣損壞，導致匝間短路。線圈絕緣材料包繞過程中，需要特別注意因員工手法不一致或是包繞時拉扯絕緣材料用力大小不一，造成線圈直線邊薄厚不一，導致嵌線困難。

2.3 匝間試驗及注意事項

由于繞組在線圈尾端有導線交叉，細包整形時很容易傷到絕緣，造成導線絕緣損壞，導致匝間短路。因此，利用匝間絕緣測試儀測試電機繞組的完好性顯得非常重要。將具有規定峰值和波前時間的沖擊電壓波交替地(或同時)施加于被試線圈和標準線圈上，利用沖擊電壓在兩者中引起的衰減振蕩波形是否有差異，來檢測電機線圈匝間絕緣是否良好。在電機繞組的電磁參數完全相同的情況下，如果給繞組施加相同的沖擊電壓，然后使其振蕩放電，其放電波形應該完全相同。但實際上，無論是三相繞組還是單相繞組，在無故障的情況下，大多數為基本重合的放電波形，但由于材料參數的差異、加工中造成的誤差等因素，有時放電波形會存在一些小偏差。其特點是曲線不抖動，無雜波，橫向和縱向存在少許錯位或變形，這些偏差稱為“無害偏差”或者“允許偏差”。放電波形無抖動，被試繞組在無任何放電聲的情況下，2條波形的幅度相同，方向錯開距離不大于第1個半波的1/4的情況下，就可以判定繞組匝間無短路故障。

2.4 其他注意事項

2.4.1 嵌線

嵌線方法采用的是吊把嵌線法。所謂吊把嵌線法，就是從第1槽嵌套第1個線圈起，一個極距內的幾個線圈，僅將下層圈邊嵌套入槽的下層位置，而上層邊暫不嵌，用白布帶將其吊起，接著嵌其他槽內的線圈。嵌余下的線圈時，下層邊嵌入槽的下層，上層邊嵌入槽的上層，直至全部嵌完一臺所有線圈后，再將開始一個極距內線圈上層邊嵌入槽的上層，再打入槽楔，隨后接線。為了避免電動機定子線圈增加絕緣后的尺寸與槽形尺寸不符而造成對地擊穿，嵌線圈前需用自制的槽樣棒校正槽形。

2.4.2 端部綁扎

定子繞組的固定中繞組兩端端部的綁扎非常重要。繞組兩端綁扎緊固、堅實，可使繞組構成較好的整體性，再加上槽楔的緊固、浸漆和烘干固化，使得定子繞組非常緊固。當電機在運行中，定子繞組在受電磁場作用下不會產生振動，不會發生位移。反之，如電機出現較大振動，繞組在槽中產生位移，會使繞組絕緣破裂和劃傷，甚至燒毀。采用直徑為2.5 mm的多股滌玻繩連續綁扎法，此方法既有一定工藝要求，又有一定質量要求。小捆，開始綁扎第1個線圈，先打一個固定結，每嵌一個線圈后，在端部規定處順時針繞一圈滌波繩，即嵌線的線圈在放入鐵芯內還未嵌入槽內時先繞一圈，此圈滌玻繩待線圈嵌入槽內、打入槽楔后再索緊。全臺線圈嵌完后，滌玻繩綁扎完，打一固定結。此處需要注意的是，所用滌波繩的長度要大于電機定子外徑的4倍，中間嚴禁有接頭。

2.4.3 連線與焊接

全臺所有線圈按規格要求，將每極相組內線圈首、末引線彎成一定尺寸的矩形，兩引線頭搭接好后焊牢。極相組連線同樣采用搭接焊方式。用氧氣、乙炔焊接時，一定要將焊接點與繞組端部部位用浸濕的棉紗進行隔離，防止燒壞繞組絕緣，造成絕緣損壞。焊接時防止出現虛假焊接，且焊接處不應有凸出的尖角或疙瘩，焊接后清除焊渣、異物。接頭包扎應采用同電機主絕緣一致的絕緣材料，端箍最外層加包一層熱縮管。

2.4.4 真空浸漆

真空浸漆工藝流程為預烘除濕→入罐→真空排氣→真空浸漆→壓力浸漬→壓力排漆→卸壓滴漆→出罐→固化干燥。電機繞組浸漆烘干目的是把絕緣材料中所含的潮氣驅除，用絕緣漆填滿所有空間氣隙，這樣既可提高繞組的絕緣強度和防潮性能，耐熱性、散熱性，還可提高繞組絕緣的機械性能、化學穩定性、導熱性、散熱效果和延緩老化。電動機浸漆質量的好壞，直接影響到電機的溫升和使用壽命，要求浸漆與烘干嚴格按照絕緣處理工藝進行，以保證絕緣漆的滲透性好、漆膜表面光滑和機械強度高，使定子繞組粘結成為一個結實的整體，從而提高電機的使用壽命。浸漆烘干完畢后，檢查繞組固化是否良好，絕緣應呈深黃色，無焦糊現象。槽楔伸出鐵芯兩端應等長，且無松動，繞組端部綁扎帶無松散。電機定子在完成修理后要進行一系列試驗，包含繞組三相直流電阻、直流泄漏試驗，定子整體交流耐壓試驗，并將試驗數據填入試驗報告中存檔，試驗值不合格的定子不允許組裝，找出原因并解決。試驗合格的定子在組裝前，要用壓縮空氣吹凈腔內異物等；對于因缺少配件暫時無法組裝的，吊放在干凈、干燥的場所并做防塵處理。

3 結語

7LS06采煤機不僅產煤量大而且整機結構緊湊、強度大；破碎機作為主要附屬設備之一，作用是處理大塊煤，而破碎機電動機通過扭矩軸驅動減速裝置并帶動破碎機滾筒轉動，在提高自修復能力的背景下，實現電機繞組大修顯得尤為重要。主要介紹了7LS06采煤機電機運行環境及常見故障，重點研究了此電機繞組的大修方案，為大批量電機繞組維修提供了理論指導，進一步推動公司維修業務的快速發展。為了使檢修的破碎機電動機達到原廠性能，需嚴格按照大修方案實施，且需在各維修環節進行嚴格的質量管控，層層把關、人人負責，只有這樣才能維修出高質量電機，才能更好地服務于礦井生產。