鼠籠型轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡工藝研究及分析

高　亮，高云霞，王　寧

(成都南車電機(jī)有限公司，四川 成都 610051)

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鼠籠型轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡工藝研究及分析

高亮，高云霞，王寧

(成都南車電機(jī)有限公司，四川 成都 610051)

摘要：為提高轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡工藝質(zhì)量，結(jié)合JD113電動(dòng)機(jī)的鼠籠型轉(zhuǎn)子制造工藝，從鐵心疊壓、端環(huán)導(dǎo)條組裝焊接和轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡等關(guān)鍵工序方面開(kāi)展分析研究，提出了如何降低轉(zhuǎn)子初始不平衡量和提升轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡試驗(yàn)過(guò)程質(zhì)量的相應(yīng)控制措施和改進(jìn)方案，為相同類型的鼠籠型轉(zhuǎn)子制造提升提供了參考。

關(guān)鍵詞：鼠籠型轉(zhuǎn)子；工藝分析；改進(jìn)措施

牽引電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子是通過(guò)承受電磁力來(lái)輸出動(dòng)能的重要部件，當(dāng)發(fā)生轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量故障時(shí)，往往會(huì)導(dǎo)致軸承負(fù)荷的增加，磨損加劇，形成劇烈振動(dòng)和噪聲，極大縮短電動(dòng)機(jī)的使用壽命；因而，提高轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡工序質(zhì)量是提升電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子制造質(zhì)量中的一個(gè)重要關(guān)鍵過(guò)程。

提升轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡工序質(zhì)量的主要措施是降低轉(zhuǎn)子初始不平衡量，和提升轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡試驗(yàn)過(guò)程質(zhì)量。轉(zhuǎn)子初始不平衡量偏大，則轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡試驗(yàn)校正時(shí)存在如下問(wèn)題：一是所切削量過(guò)大損壞轉(zhuǎn)子或添加平衡塊過(guò)多而存在安全隱患；二是轉(zhuǎn)子校正次數(shù)多，校正效率低下。轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡試驗(yàn)過(guò)程質(zhì)量低，試驗(yàn)不精確，則導(dǎo)致轉(zhuǎn)子剩余不平衡量測(cè)量不準(zhǔn)確，造成電動(dòng)機(jī)振動(dòng)大，轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡試驗(yàn)過(guò)程失效[1]。

1工藝分析及措施改進(jìn)

JD113交流牽引電動(dòng)機(jī)鼠籠型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子主要是由轉(zhuǎn)軸、壓圈、轉(zhuǎn)子沖片鐵心、多根導(dǎo)條和端環(huán)等組成。導(dǎo)條均勻分布于靠近電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子外圓面的鐵心槽內(nèi)，導(dǎo)條兩端與端環(huán)構(gòu)成2組對(duì)稱T型焊縫(見(jiàn)圖1)。JD113電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子制造工藝流程圖如圖2所示。

圖1　交流牽引電動(dòng)機(jī)鼠籠型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子示意圖

圖2　JD113交流牽引電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子制造工藝流程

基于生產(chǎn)實(shí)際，確認(rèn)鐵心疊壓、端環(huán)導(dǎo)條組裝焊接和轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡為交流牽引電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子生產(chǎn)制造過(guò)程的關(guān)鍵工序，本文對(duì)其進(jìn)行了研究分析，同時(shí)提出了轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡工藝的優(yōu)化方案。

1.1鐵心疊壓

JD113電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心是由900多片0.5 mm厚的轉(zhuǎn)子沖片經(jīng)疊壓組成。而制造轉(zhuǎn)子沖片的過(guò)程一般為先用自動(dòng)剪板機(jī)下料，將1 m寬的硅鋼片卷料裁剪成方料，再用沖床沖壓成圓形轉(zhuǎn)子沖片。硅鋼片卷料寬度方向上普遍存在中間厚、兩邊薄的現(xiàn)象，所制造轉(zhuǎn)子沖片也厚薄不均。如果硅鋼片下料、沖壓和疊壓過(guò)程中相對(duì)位置均保持不變，轉(zhuǎn)子鐵心經(jīng)疊壓后，鐵心的總厚度累計(jì)偏差會(huì)較大，造成轉(zhuǎn)子鐵心兩端面的不平行度，兩端面不垂直于軸線，轉(zhuǎn)子疊壓緊密度不均，以及鐵心套軸時(shí)，油壓機(jī)作用于鐵心端面壓力不平行于轉(zhuǎn)軸軸線，從而使轉(zhuǎn)軸受垂直軸線方向力而彎曲；同時(shí)，由于鐵心疊壓總厚度不均導(dǎo)致質(zhì)量分布不均，增大了轉(zhuǎn)子初始不平衡量[2]。

對(duì)于上述問(wèn)題，可以采用如下方法進(jìn)行改進(jìn)：在硅鋼片下料時(shí)，將相同數(shù)量的方形硅鋼片按照順次旋轉(zhuǎn)90°疊放在一起(例如，要求下料時(shí)每5片旋轉(zhuǎn)角度依次為0°、90°、180°和270°)，使方形硅鋼片制造成轉(zhuǎn)子沖片并疊壓成鐵心后(疊壓過(guò)程中不旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子沖片)其總厚度基本一致，質(zhì)量分部均勻，保證轉(zhuǎn)子鐵心兩端面平行以及降低轉(zhuǎn)子初始不平衡量。

1.2端環(huán)導(dǎo)條組裝焊接

JD113電動(dòng)機(jī)鼠籠型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子的端環(huán)導(dǎo)條組裝過(guò)程，是在鐵心周邊槽內(nèi)插入導(dǎo)條，導(dǎo)條兩端扣上端環(huán)，再用端環(huán)焊接壓緊工裝壓緊端環(huán)固定，導(dǎo)條軸向長(zhǎng)度尺寸通過(guò)工裝來(lái)定位，之后采用銀焊料將端環(huán)與導(dǎo)條釬焊在一起(見(jiàn)圖3)。由于導(dǎo)條要插進(jìn)鐵心槽內(nèi)，鐵心槽與導(dǎo)條都存在一定間隙，槽滿率非100%，導(dǎo)致導(dǎo)條轉(zhuǎn)軸徑向方向上不固定，再安裝端環(huán)后端環(huán)不定性也很高，并且焊接時(shí)焊料添加不合理，都會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子組裝焊接后轉(zhuǎn)子端環(huán)、導(dǎo)條和焊料的質(zhì)量相對(duì)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸線分布對(duì)稱，質(zhì)量分布不均，轉(zhuǎn)子初始不平衡量大(見(jiàn)圖4)。

圖3　端環(huán)導(dǎo)條組裝焊接示意圖

圖4　轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)改進(jìn)前示意圖

基于端環(huán)導(dǎo)條徑向方向上無(wú)法定位的問(wèn)題，對(duì)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)(見(jiàn)圖5)。相比之前的結(jié)構(gòu)，此種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施為在轉(zhuǎn)子鐵心兩端壓圈上對(duì)稱位置伸出4個(gè)起徑向定位作用的支臂，使壓圈外部的支臂可以精確定位端環(huán)位置，同時(shí)利用導(dǎo)條脹緊方式使所有導(dǎo)條向內(nèi)靠攏。焊接時(shí)，焊料分布均勻添加，端環(huán)應(yīng)水平，放置焊料流向一側(cè)，使端環(huán)和導(dǎo)條、焊料位置成軸中心線對(duì)稱，質(zhì)量分布均勻。

圖5　轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)改進(jìn)后示意圖

1.3轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡試驗(yàn)

很多鼠籠型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子校驗(yàn)動(dòng)平衡時(shí)，都是通過(guò)在轉(zhuǎn)子前、后端2個(gè)校正平面添加平衡塊，消除轉(zhuǎn)子不平衡量，平衡塊固定方式主要有如下2種。

1)平衡塊用非焊接方式固定，如螺釘固定方式。螺釘固定是轉(zhuǎn)子壓圈上加工有燕尾狀梯形槽，平衡塊從上面看呈矩形，從側(cè)面看呈梯形狀，嵌入燕尾狀梯形槽內(nèi)，放置數(shù)個(gè)平衡塊后，將螺釘擰緊使平衡塊向外頂出固定，平衡塊數(shù)量根據(jù)初始不平衡量測(cè)量值確定(見(jiàn)圖6)。

圖6　螺釘固定方式

2)平衡塊用焊接方式固定。JD113電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的平衡塊用焊接方式固定，轉(zhuǎn)子平衡塊為圓環(huán)狀，在平衡槽添加一段平衡塊，平衡塊緊貼在轉(zhuǎn)子校正面內(nèi)圓弧面上，將平衡塊與轉(zhuǎn)子焊接在一起固定，根據(jù)不平衡量測(cè)量值確定平衡塊長(zhǎng)度(見(jiàn)圖7)。

圖7　平衡塊焊接固定方式

為測(cè)試2種平衡塊固定方式的區(qū)別，分別以2種平衡塊固定方式的轉(zhuǎn)子進(jìn)行如下試驗(yàn)。

1)選取3個(gè)平衡塊焊接固定方式的轉(zhuǎn)子1#、2#和3#進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)，并將不平衡量值校正至合格，之后每隔一段時(shí)間測(cè)量不平衡質(zhì)量值，記錄結(jié)果見(jiàn)表1。前、后端的不平衡質(zhì)量測(cè)量結(jié)果都≤12 g時(shí)，判定為合格。

表1　3個(gè)轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量測(cè)量結(jié)果

2)選取2個(gè)轉(zhuǎn)子：4#轉(zhuǎn)子為焊接固定方式的轉(zhuǎn)子，但試驗(yàn)時(shí)平衡塊不焊接，僅采用粘膠固定(注意此方式應(yīng)考慮到平衡塊旋轉(zhuǎn)時(shí)的安全問(wèn)題)；5#轉(zhuǎn)子為螺釘固定方式的轉(zhuǎn)子，試驗(yàn)時(shí)平衡塊用螺釘固定。2個(gè)轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)，并將不平衡量值校正至合格，再每隔一段時(shí)間測(cè)量不平衡質(zhì)量值，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表2。前、后端的不平衡質(zhì)量測(cè)量結(jié)果都≤12 g時(shí)，判定為合格。

表2　兩轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量測(cè)量結(jié)果

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，1#、2#和3#轉(zhuǎn)子校正后的不平衡量重復(fù)測(cè)量值都隨時(shí)間變化不斷上升，平衡塊焊接固定后3 h內(nèi)，不平衡量值變化較大，3 h之后趨于穩(wěn)定；無(wú)論平衡塊采用粘接固定還是螺釘固定，4#、5#轉(zhuǎn)子經(jīng)校正合格后，不平衡量重復(fù)測(cè)量值均一直保持穩(wěn)定，且數(shù)值都在合格范圍內(nèi)。

根據(jù)上述試驗(yàn)分析，平衡塊采用焊接固定時(shí)，由于平衡塊較小，受熱變形較大，加之不可控的焊接應(yīng)力等因素，導(dǎo)致焊接后短時(shí)間內(nèi)平衡塊質(zhì)量分布變化大，轉(zhuǎn)子不平衡量重復(fù)測(cè)量值就變化大，不穩(wěn)定；而采用螺栓固定或粘接固定的平衡塊均無(wú)變形，其質(zhì)量分布相對(duì)轉(zhuǎn)子無(wú)變化，因此，不平衡量測(cè)量值保持穩(wěn)定。

根據(jù)上述現(xiàn)象提出2種工藝改進(jìn)方案：一是如果平衡塊仍采用焊接固定，轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)，每次添加平衡塊焊接固定后至少冷卻3 h以上才能進(jìn)行再次測(cè)量校正；二是將轉(zhuǎn)子平衡塊的固定方式確定為非焊接固定方式，即螺釘固定或粘接固定等方式，這種方法操作方便，工作效率高，且如果發(fā)生異常，平衡塊可以取出重裝，方便返工及維修。

2結(jié)語(yǔ)

根據(jù)上述對(duì)鼠籠型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡工藝的分析和論證，可以得出如下結(jié)論：1)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心疊壓前，下料時(shí)采用旋轉(zhuǎn)疊放，疊壓后可以減小轉(zhuǎn)子沖片帶來(lái)的尺寸和質(zhì)量偏差；2)轉(zhuǎn)子鐵心兩端安裝增加支臂壓圈的結(jié)構(gòu)，可以更好地定位轉(zhuǎn)子端環(huán)位置，導(dǎo)條全部脹緊，可以使轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布相對(duì)旋轉(zhuǎn)軸線對(duì)稱，均勻分布；3)平衡塊采用非焊接固定方式的轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡試驗(yàn)后，不平衡量測(cè)量值的重現(xiàn)性較焊接固定方式更好，操作更方便，效率更高；4)對(duì)于平衡塊采用焊接固定方式的轉(zhuǎn)子，在動(dòng)平衡試驗(yàn)時(shí)，每次添加平衡塊焊接固定后，應(yīng)放置一定時(shí)間后再進(jìn)行測(cè)量，以保證測(cè)量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

參考文獻(xiàn)

[1] 萬(wàn)軍紅.電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡工藝的設(shè)計(jì)[J].電機(jī)與控制技術(shù)，2008(10): 55-59.

[2] 徐君賢.電機(jī)與電器制造工藝學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

責(zé)任編輯鄭練

The Crafts Analyzing and Improving Measures for the Squirrel Cage Rotor Manufacturing

GAO Liang, GAO Yunxia, WANG Ning

(Chengdu CSR Motor Co., Ltd., Chengdu 610051, China)

Abstract：To improve the quality of the rotor dynamic balancing process, based on the squirrel rotor manufacturing process of the JD113 motor, this article mainly analyzes some key manufacturing processes including the core laminating, the rings welding and the assembling. Then present some relevant measures with the improved scheme which could reduce the initial unbalance and improve the quality of the rotor dynamic balance experiment technology. It provides some references for the other sane types of squirrel rotor.

Key words:squirrel rotor, crafts analyzing, measures improving

收稿日期：2015-05-11

作者簡(jiǎn)介：高亮(1986-)，男，工程師，大學(xué)本科，主要從事鐵路機(jī)車配套電動(dòng)機(jī)制造工藝等方面的研究。

中圖分類號(hào)：TH 113.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A