探究提升材料成型能力的平板形直線電機(jī)的設(shè)計(jì)與研制

董慶杰

摘要：直線電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，能直接把電能轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)機(jī)械能。目前，在工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、軍事等諸多領(lǐng)域中均有廣泛應(yīng)用。而加強(qiáng)材料成型性能的設(shè)計(jì)與提升，是保證直線電機(jī)運(yùn)行效率與安全性的關(guān)鍵因素。文章在闡述平板直線電機(jī)基本結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，從多個(gè)方面對(duì)提升材料成形能力的設(shè)計(jì)方法做出探究，最后結(jié)合我國(guó)平板直線電機(jī)發(fā)展實(shí)況，并對(duì)其未來發(fā)展趨向做出較科學(xué)預(yù)見。

關(guān)鍵詞：平板形;直線電機(jī);材料成型能力;設(shè)計(jì)方法

一、平板直線電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

底座、直線導(dǎo)軌、初級(jí)、次級(jí)以及防護(hù)裝備等是平板形直線電機(jī)的重要構(gòu)成。初級(jí)又可下分為硅鋼片鐵心與線圈繞組，次級(jí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)成以純鐵板與按照某一次序羅列起的磁鋼為主。初、次級(jí)之間形成的縫隙被稱之為氣隙，是電機(jī)運(yùn)行期間實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，進(jìn)而形成電磁推力的主要位置[1]。

二、平板形直線電機(jī)的設(shè)計(jì)與研制

（一）提升磁鋼磁吸能力的設(shè)計(jì)

在對(duì)動(dòng)子與定子構(gòu)件設(shè)計(jì)與安裝過程中，應(yīng)減少或規(guī)避兩者之間強(qiáng)磁吸性對(duì)自體運(yùn)行效率、安全性等形式的影響，同行可采用如下兩種進(jìn)行設(shè)計(jì)：

方法Ⅰ：輔助導(dǎo)軌法

設(shè)計(jì)工序?yàn)椋簩蓷l輔助導(dǎo)軌安設(shè)在電機(jī)設(shè)備的一側(cè)，加強(qiáng)對(duì)其高度的控制，盡量和電機(jī)導(dǎo)軌處于相同水平線上→將動(dòng)子安裝在輔助導(dǎo)軌上部（該部位無定子的磁吸力）→將定子安穩(wěn)的裝設(shè)在底座上部→把動(dòng)子推至正式導(dǎo)軌上部[2]。

方法Ⅱ：定子分段法

在行程長(zhǎng)度為動(dòng)子長(zhǎng)2倍的電機(jī)構(gòu)件設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，該設(shè)計(jì)方法有較廣泛應(yīng)用。比如，可以把定子分割成兩個(gè)長(zhǎng)度等同的兩段（最好保證各段的長(zhǎng)度值為非奇數(shù)），具體設(shè)計(jì)的安裝工序可做出如下表述：將動(dòng)子安設(shè)在電機(jī)導(dǎo)軌上指定部位，并將其推移至右側(cè)→在左側(cè)段安設(shè)好定子→把動(dòng)子推移至左端→于右側(cè)段上安裝定子。為保證通過以上設(shè)計(jì)流程所安裝定子所處方位的統(tǒng)一性，可采用在底座上設(shè)計(jì)一個(gè)定位臺(tái)階的形式，并將其設(shè)為安裝定子的基準(zhǔn)面，也可采用在每段定子上安設(shè)定位銷方法，去實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)

對(duì)兩種設(shè)計(jì)方法進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)方法Ⅱ在應(yīng)用過程中，不僅能明顯降低直線電機(jī)輔助導(dǎo)軌安裝過程中成本，還能減縮安裝空間，進(jìn)而有效規(guī)避磁吸引對(duì)其運(yùn)行效果形成的干擾，且對(duì)動(dòng)子實(shí)施分段安裝設(shè)計(jì)方法后，各段的規(guī)格尺寸均有減縮，有益于提升動(dòng)子運(yùn)輸過程的安穩(wěn)性、安裝工序的順暢度及運(yùn)行期間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性等[3]

（二）保證氣隙尺寸合理性的加工工藝設(shè)計(jì)

結(jié)合圖1（a）橫截面結(jié)構(gòu)示意圖，為保證氣隙尺寸的適宜性，建議在縱向建設(shè)裝配尺寸鏈，封閉環(huán)即為氣隙尺寸AO（AO=0.8士0.08mm）A2對(duì)應(yīng)的是標(biāo)準(zhǔn)件（直線導(dǎo)軌與滑塊）的高程。在具體設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)盡可能的落實(shí)“尺寸鏈環(huán)數(shù)目最少”原則，以更加科學(xué)的確定不同組成環(huán)內(nèi)有關(guān)零器件的尺寸設(shè)計(jì)工藝流程等。

1.固定部件的加工工藝

結(jié)合圖1（b）示意圖，在對(duì)直線電機(jī)設(shè)備固定部件的結(jié)構(gòu)與功能整體分析后，發(fā)現(xiàn)存在多個(gè)和機(jī)械設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性相關(guān)的重要面[’]。為降低尺寸鏈組成環(huán)的數(shù)目，主要制造工藝流程可做出如下設(shè)計(jì)：

分別加固純鐵板和底座對(duì)應(yīng)的連接面，繼而螺栓作用下將以上兩個(gè)結(jié)構(gòu)整合為一體→在機(jī)床上一次裝卡→針對(duì)帶有標(biāo)號(hào)的①～⑦面實(shí)施精加工處理，以保證面⑤與導(dǎo)軌面①或④間距符合工藝設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

2.運(yùn)動(dòng)部件的制造工藝

對(duì)圖1a進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)的制造工藝流程可做出如下概述：對(duì)鐵芯4表面進(jìn)行加工→配置并制作螺孔與定位銷→將3與4結(jié)構(gòu)銜接在一起。

結(jié)合上述測(cè)量會(huì)的結(jié)果h1，及已知的氣隙尺寸A0、導(dǎo)軌及滑塊高度A2，能夠較為精確的計(jì)算出面（11）和面⑨或⑩高度的差值（A1）.將⑨或⑩設(shè)為基準(zhǔn)，對(duì)硅鋼鐵心線槽面（11）實(shí)施一致化的線切割加工處理，以保證保（11）與⑨或⑩的平行度、高度差均能符合直線電機(jī)工藝設(shè)計(jì)要求與行業(yè)相關(guān)規(guī)范。在以上工序運(yùn)行后，垂直方向就會(huì)相應(yīng)形成最短的尺寸鏈，采用以上設(shè)計(jì)的工藝流程，能明顯降低直線電機(jī)安裝與零件配置過程的操作難度及作業(yè)量。此外，將水冷卻器安設(shè)在定子結(jié)構(gòu)上，能減少電機(jī)運(yùn)行環(huán)境溫度變化，對(duì)氣隙數(shù)值精確度形成的不良影響。

（三）防止零部件干涉或錯(cuò)位的設(shè)計(jì)

在圖1（a）結(jié)構(gòu)示意圖內(nèi)，繞組伸出端5和底座或?qū)к壍葮?gòu)件無法實(shí)現(xiàn)非同步運(yùn)動(dòng)，而為減少非接觸摩擦對(duì)設(shè)備設(shè)施運(yùn)行性能形成的影響，在具體設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)結(jié)合多種因素，更為科學(xué)的預(yù)算繞組端部運(yùn)行過程中伸出量的最大值，通常要保證其和周邊構(gòu)件之間存在的空間≥5mm。為保證水平方向裝配的精確度精度，建議在水平方向建設(shè)裝配尺寸鏈，并連續(xù)提升定位基準(zhǔn)設(shè)計(jì)的效率，這是確保動(dòng)子與定子所處方位科學(xué)性、相適性的有效方法之一。在以上過程中，在條件許可情況下，最好應(yīng)用PRO/E軟件對(duì)裝配體進(jìn)行三維干涉檢查[5]。

（四）平板型直線電機(jī)初級(jí)

經(jīng)如上多個(gè)設(shè)計(jì)與裝配工序后，最終制成的直線電機(jī)的初級(jí)。為保證直線電機(jī)的運(yùn)行效能，建議增設(shè)保護(hù)罩、變壓器、控制器等多種設(shè)備設(shè)施。開發(fā)與制造平板形直線電機(jī)的意義在于，保證其在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中形成移動(dòng)磁場(chǎng)，進(jìn)而大幅度提升自體合金的充型能力，獲取超薄壁合金鑄件。把經(jīng)嚴(yán)格焙燒工藝獲得的、具備薄壁型腔的石膏模，安裝在平板型直線電機(jī)上適宜位置，并且需及時(shí)進(jìn)行鋁合金液澆注作業(yè)，在直線電機(jī)中有電流通行后，在移動(dòng)磁場(chǎng)的支撐與驅(qū)動(dòng)下，鋁合金液能實(shí)現(xiàn)在短時(shí)間內(nèi)充型，這提示移動(dòng)磁場(chǎng)有利于增強(qiáng)合金的充型性能。

三、直線電機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)分析

當(dāng)下，中國(guó)的直線電機(jī)行業(yè)起步較為遲緩，迄今為止，尚未建設(shè)一個(gè)能規(guī)模化應(yīng)用的工業(yè)模式，其長(zhǎng)期停滯在科研階段，少數(shù)應(yīng)用在工業(yè)化生產(chǎn)范疇中[6]。對(duì)當(dāng)下我國(guó)直線電機(jī)設(shè)計(jì)與開發(fā)的局勢(shì)分析，后續(xù)幾年中直線電機(jī)研究與發(fā)展趨向主要有如下幾點(diǎn)：

（一）電機(jī)自身技術(shù)朝向永磁電機(jī)、各類伺服電機(jī)發(fā)展，電機(jī)材料、結(jié)構(gòu)與工藝方面優(yōu)化力度將不斷提升，推動(dòng)直線電機(jī)在運(yùn)行速度、精度、推力容量等方面均有改善。

（二）在保證控制系統(tǒng)技術(shù)成熟性的基礎(chǔ)上，積極向新型控制方法的研制“進(jìn)軍”。

（三）電機(jī)市場(chǎng)的運(yùn)行方向以高智能化、低成本化、長(zhǎng)壽命等為主。

四、結(jié)束語(yǔ)

直線電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適用性廣泛、操作靈活性大等特征，而為進(jìn)一步促進(jìn)直線電機(jī)效能的發(fā)揮，應(yīng)不斷提升材料的成型能力。本文主要對(duì)直線電機(jī)重要結(jié)構(gòu)上材料設(shè)計(jì)與裝配工藝技術(shù)及流程做出分析與探究，在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，應(yīng)遵照以提升材料成型性能的原則，以促進(jìn)電機(jī)設(shè)備安全有效運(yùn)行為目的，對(duì)材料性能加強(qiáng)設(shè)計(jì)，保證直線電機(jī)各結(jié)構(gòu)功能的優(yōu)良性，在提升電機(jī)運(yùn)行精度的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化裝配工序的簡(jiǎn)潔性。

參考文獻(xiàn)：

[1]牛姣峰.基于PLC和伺服電機(jī)的輸送站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)電信息，2019（08）：8-10.

[2]吳澤龍.工業(yè)機(jī)器人的電機(jī)與減速器選型優(yōu)化[J].機(jī)電信息，2019（08）：11+13.

[3]劉美津，黨學(xué)明，李洋.平板檢測(cè)系統(tǒng)直線電機(jī)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性研究[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2017，39（03）：77-81.

[4]楊成春.伺服電機(jī)直連負(fù)載在平板顯示設(shè)備中的應(yīng)用[J].電子工業(yè)專用設(shè)備，2017，46（01）：56-58+61.

[5]周經(jīng)培，高煒，戚淑梅，張帥，牟迪，王志銳.用TRIZ工具分析平板玻璃選片設(shè)備電機(jī)起落系統(tǒng)創(chuàng)新思路[J].玻璃， 2014，41（11）：3-7.

[6]劉興松，王坤東.圓柱型平板線圈永磁直流直線電動(dòng)機(jī)[J].微特電機(jī)，2014，42（9）：7-9.