談新安江電廠新型發(fā)電機(jī)集電環(huán)車削裝置

吳歆 于淼 虞正罡

摘 要：本文對(duì)新安江電廠機(jī)組的集電環(huán)車削方式進(jìn)行了介紹，由于工藝一直都處于老舊、不安全、車削質(zhì)量差的現(xiàn)狀，通過設(shè)計(jì)研究，新型集電環(huán)車削裝置通過可調(diào)電機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)配車進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)給量的無級(jí)控制，并利用螺旋機(jī)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為刀架的直線運(yùn)動(dòng)并推動(dòng)刀具完成切削運(yùn)動(dòng)，同時(shí)進(jìn)行能量和力的傳遞，以提高集電環(huán)表面的配車質(zhì)量，提高配車工作的效率和檢修安全性。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī) 集電環(huán) 可變速 車削裝置

中圖分類號(hào)：TM3l 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）07（a）-0022-02

新安江水力發(fā)電廠于1957年4月投建，是我國建國后的第一座自行設(shè)計(jì)、自制設(shè)備、自主建設(shè)的大型水電站，由于當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)制造水平相對(duì)落后，安裝技術(shù)水平也不高，造成集電環(huán)安裝完成后無法滿足與旋轉(zhuǎn)中心同心要求，一直延續(xù)機(jī)組手動(dòng)車環(huán)的工作。

1 老舊車削集電環(huán)方式弊端

20世紀(jì)90年代，為提高集電環(huán)配車的工作效率，專門設(shè)計(jì)制造了一個(gè)配車集電環(huán)工裝，該工裝雖然對(duì)集電環(huán)車削工作有了極大的改進(jìn)，但由于相對(duì)簡(jiǎn)陋且笨重，又在機(jī)組高速運(yùn)行時(shí)方能進(jìn)行，且由于車削過程是手動(dòng)進(jìn)給，高速旋轉(zhuǎn)的大軸，對(duì)車工的人身安全有極大的威脅。由于進(jìn)給過程的不均勻造成集電環(huán)表面粗造度無法滿足與碳刷的配裝要求，需進(jìn)行人工打磨修光，另外由于操作手柄在車刀下方，車削過程中經(jīng)常有人員受傷情況。人工修磨雖然提高了集電環(huán)表面粗糙度，但由于在人工修磨過程中各打磨點(diǎn)受力不均，影響集電環(huán)表面的圓度、圓柱度，也不利于碳刷與集電環(huán)之間的有效接觸（一般重在表面不允許用砂皮進(jìn)行打磨）。

2 新型集電環(huán)車削裝置

為提高集電環(huán)的配車精度，改善工作環(huán)境，提高工作工作效率進(jìn)行改進(jìn)。根據(jù)原集電環(huán)配車情況整理得如下切削用量參數(shù)，如表1所示。

2.1 主切削力的計(jì)算

根據(jù)發(fā)上車削參數(shù)，按集電環(huán)材料為45#鋼進(jìn)行車削力計(jì)算，選取刀具前角、后角、刃傾角等刀具的幾何角度參數(shù)為r0=15°、Kr=75°、λs=0°、br1=0，查有關(guān)數(shù)據(jù)得在刀具為YT15，線速度為90～105m/min時(shí)單位切削功率為1962×10-6（kW/mm3·s-1），則切削力Fz1=p×Ac=1962×1.5×0.3=882.9N。

當(dāng)切削速度改變?yōu)?45m/min時(shí)，切削力的修正系數(shù)KvFZ=0.93，則主切削力為Fz=KvFZ×Fz1=882.9×0.93=821.097N。

2.2 進(jìn)給方向切削力的計(jì)算

考慮車削過程中由于工件偏心、振動(dòng)等的影響，進(jìn)給力按1.2倍進(jìn)行考核，即Fy=1.2×Fy1=1.2×379.647=454.8N。

2.3 調(diào)速電機(jī)功率的計(jì)算

該機(jī)構(gòu)初步設(shè)想是通過皮帶輪并利用螺旋機(jī)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)讓運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為刀架的直線運(yùn)動(dòng)并推動(dòng)刀具完成切削運(yùn)動(dòng)，同時(shí)進(jìn)行能量和力的傳遞。為確保螺旋傳動(dòng)的穩(wěn)定性擬選取螺距為3mm或4mm的T形螺紋，螺母采用整體式結(jié)構(gòu)，則螺紋特形系數(shù)ξ=0.8，ψ=1.2則該螺桿在承受450N的推力時(shí)的最小中徑為：d2=ξ（F/ψ/[P]）0.5=0.8×500.5=5.65mm。

則其螺桿的最小外徑D=d2+t=8.65mm。

螺母最小高度應(yīng)為H=ψ×d2=1.2×5.65=6.78mm取H=10mm。

考慮到該螺桿為活動(dòng)傳動(dòng)，主要用于實(shí)現(xiàn)刀架的往返運(yùn)動(dòng)，故將螺桿直徑加大到16mm（面積大于螺桿計(jì)算的3倍）

根據(jù)能量守恒定律當(dāng)螺距為3mm時(shí)螺桿承受的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力τ=450×3=1350N/mm。

而實(shí)際集電環(huán)車削參數(shù)為大軸轉(zhuǎn)速度60rpm，刀具進(jìn)給給速度度為0.3mm/r，則車削時(shí)螺桿的轉(zhuǎn)速及電機(jī)功率應(yīng)為：n=60×03/3=6rpm，

傳動(dòng)電機(jī)功率為：P=τ×500/9549=1350×500÷9549=70.6W。

選擇輸出功率為90W的調(diào)查速電機(jī)，該機(jī)構(gòu)裝于刀架基礎(chǔ)板上，并通過4只M24螺栓將刀架固定在上機(jī)架中心體翼板上。該機(jī)構(gòu)由調(diào)控器、調(diào)速電機(jī)、減速器皮帶輪、螺旋進(jìn)給機(jī)構(gòu)、皮帶輪組成，在實(shí)際操作過程中可通過調(diào)控裝置調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速與扭矩通過減速器帶動(dòng)皮帶輪旋轉(zhuǎn)，并通過皮帶傳輸將力矩傳遞給螺旋機(jī)構(gòu)，推動(dòng)刀架實(shí)現(xiàn)直經(jīng)運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)車削過程進(jìn)給機(jī)構(gòu)的控制，在該機(jī)構(gòu)中安裝了一個(gè)皮帶張力調(diào)節(jié)輪，以方便皮帶輪的安裝。

3 新型集電環(huán)車削裝置效果驗(yàn)證

（1）新型集電環(huán)車削裝置使用時(shí)用4只M24螺栓將刀架固定在上機(jī)架中心體翼板上，然后將操作機(jī)構(gòu)裝于刀架基礎(chǔ)板上，安裝僅需0.5h，有效提高了配車工作的效率和檢修安全性。

（2）車削過程中使用調(diào)速電機(jī)提供可控動(dòng)力實(shí)現(xiàn)對(duì)配車給進(jìn)機(jī)構(gòu)的進(jìn)給量實(shí)現(xiàn)無級(jí)控制，車削完畢后測(cè)量集電環(huán)表面粗糙度為6.3μm，滿足集電環(huán)圓度和圓柱度的要求。

（3）按照設(shè)計(jì)車刀主切削力及其控制方式，車削過程中刀具無崩刃、磨損現(xiàn)象。

（4）車削過程中調(diào)控裝置調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速與扭矩通過減速器帶動(dòng)皮帶輪旋轉(zhuǎn)，并通過皮帶傳輸將力矩傳遞給螺旋機(jī)構(gòu)，推動(dòng)刀架實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)車削過程進(jìn)給機(jī)構(gòu)的控制。

（5）新型發(fā)電機(jī)集電環(huán)車削為電控控制進(jìn)給量，操作人員無需靠近高速運(yùn)轉(zhuǎn)的大軸，有效保障了檢修人員的人身安全。

（6）新型集電環(huán)車削裝置車削后的集電環(huán)由于表面粗糙度控制得相對(duì)勻稱，機(jī)組在運(yùn)行后碳刷的磨損量明顯減小，既減輕了檢修人員的工作量，又節(jié)約了成本。

4 結(jié)語

該裝置可應(yīng)用在各種型式機(jī)組的集電環(huán)車削工作，同時(shí)通過計(jì)算也可更換刀具應(yīng)用在其他有精度、材料要求的圓柱體部件的立面車削工作中，該裝置不受空間及設(shè)備大小限制，提高檢修工作安全性。新型集電環(huán)車削裝置利用可調(diào)電機(jī)功率控制刀具的給進(jìn)量，實(shí)現(xiàn)無極控制，保證車削精度以及車削后集電環(huán)粗糙度、圓度和圓柱度滿足要求，保證集電環(huán)和碳刷能夠有效接觸，機(jī)組可以安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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