電機智能制造中帶繞組定子鐵心入殼壓裝工藝的改進

陳濤 李晨

摘 要：分析和研究了電機裝配的關鍵技術——繞制鐵芯殼沖壓裝配技術。在智能制造的前提下，對定子殼體沖壓工藝進行了改進。采用PLC系統設計和控制數字化臥式定子殼體自動沖壓設備和工裝，實現定子殼體自動定位、臥式夾壓、沖壓參數采集/反饋/監控等功能。并與數字化車間的運營管理系統進行交互。實際應用表明，采用改進后的工藝，定子殼體壓緊效率提高了40%，產品次品率降低了85.7%，人工減少了30%。

關鍵詞：電機;智能制造;定子入殼壓裝

1現有技術情況

傳統的定子鐵芯繞線成殼壓緊設備是立式壓緊機。立式壓機包括立式四柱液壓機、龍門式液壓機、單柱式液壓機等，是大多數中小型電機機械廠定子殼壓機常用的設備。垂直壓力裝配是一個比較成熟的工藝。但是，立式壓裝法和堆疊夾持法（定子與底盤夾持法：底盤位于立式液壓機工作區域，定子由懸掛器直接放置在底盤上）存在安全質量隱患大，人工依賴性強，難以實現自動化等缺點[1]。

1.1立式壓裝工藝存在的缺陷

1.1.1安全隱患大，人工依賴嚴重。由于定子的質量在幾十到幾百公斤之間，外殼的質量也在幾十到幾百公斤之間，手工搬運和轉動是不可能的，一般是用吊帶完成的。在實際吊裝過程中，定子和套管可能會擺動，所以壓緊操作需要2-3人配合操作[2]。它不僅嚴重依賴人工操作，而且如果操作者之間配合不當，很容易導致安全事故。國內已有多家電機廠在安裝現場操作人員捏手指或機殼翻扁過程中因慣性而發生傷害事故。到目前為止，還沒有設備和方法來替代這一工藝。

1.1.2質量隱患大。當繞組定子鐵芯壓入機殼時，應先翻轉定子，然后用甩片吊起裝夾。在這個過程中，定子繞組的一端需要落地并保持垂直狀態。底部繞組承受著整個定子的重量，容易損壞，損壞下部繞組的底層或內部絕緣漆膜，導致匝間短路。

1.1.3自動化難以實現，信息化程度低。通常這類傳統的壓制設備沒有配備信息界面。它只存儲按下數據、電機模型等加工參數，沒有反饋和交互功能，不可能及時處理偶爾出現的故障。傳統電機制造業正在進行轉型升級，難以實現自動化的定子殼沖壓工藝將成為轉型過程中的短板，嚴重制約了電機制造自動化的推進和發展。

綜上，如過度的電流、過載和短路造成的磁場不平衡和相位損失將導致電動機的溫升，進一步損害相鄰的導線的絕緣性能，和電機繞組將陷入一個惡性循環，最終將導致導火索燃燒，甚至還有繞組燒焦和發動機報廢[3]。

2適于智能制造的壓裝工藝解決方案

2.1數字化臥式壓裝設備及系統總體方案

數控臥式壓力機由PLC系統控制面板、外殼定模、伺服升降定位平臺、繞組定子定模、快速換模、磁柵組成。該設備可實現底盤定子的自動定位、水平夾壓、壓緊參數的采集與反饋、制造參數的交互等功能。

臥式壓力機采用開放式工作區域和臥式液壓機，內置液壓油箱、液壓泵和電機，結構緊湊，占地面積小。工作區域兩端分別設計安裝套管固定模具、升降定位平臺和定子固定工裝。升降定位平臺放置在外殼固定模具附近，避免升降定位平臺上升時產生干擾。定子固定夾具位于工作區的另一側，通過螺栓和法蘭安裝在活塞桿的端部。通過液壓機的伸縮實現定子的往復運動，并設計了配套的快速換模模具。外殼定模與定子定模中心線應水平共線。

各模塊的功能如下：PLC系統是壓力機控制的核心，是實現人機交互的介質;殼體固定模與升降定位平臺（PLC系統協調控制）構成殼體自動裝夾定位系統;定子夾緊系統由繞組定子固定夾具和快速換模組成。采用磁柵采集并反饋沖床入程和升降位置表的數據。

定子壓入外殼后，首先通過控制面板設置參數，如安裝，然后通過人工/吊索/桁架機械手關節機器人（電機根據實際生產、規格）裝配上材料，通過底盤自動夾緊、定位系統，定子夾緊系統實現定子殼體的夾緊和定位，最后由PLC控制系統根據磁柵反饋的數據完成安裝。

2.2數字化臥式壓裝控制系統

在臥式液壓設備和工裝設計的基礎上，提出了數字臥式沖壓控制系統（PLC控制系統）。其主要功能包括沖壓行程和提升板的自動控制、參數預存儲及與電機規格的關聯、數據采集、沖壓效果和沖壓運行狀態的實時反饋、與分布式數字控制（DNC）系統的實時數據交互等。

系統涉及的主要參數包括裝配參數（液壓缸行程參數）、沖壓技術參數（液壓缸壓力參數）、電機規格參數（底座中心高度、底座長度、芯長等預存參數）、殼體定位參數及生產數據（如沖壓量等）[4]。

系統功能實現方式介紹如下：

壓力進入行程和提升板控制：通過采用PLC系統可以間接接收車間生產的數字化管理系統發送的相關技術參數信息，并將不同規格電機的型號、機芯長度和安裝安裝參數（如與電機規格相關的）數據存儲起來，并可根據現場需要進行調整。在壓裝前，可通過PLC系統控制面板選擇相應的電機型號，確定生產加工參數。在液壓缸推桿和液壓管上分別安裝磁門和壓力傳感器，在升降定位臺的螺桿上安裝磁門，實時監測提前行程數據和壓力數據，使沖壓工作能準確地按照生產參數進行，保證沖壓質量。

數據采集與狀態實時反饋：在壓裝過程中，系統對傳感器采集的數據進行分析。當壓裝參數滿足要求但裝配參數不到位時，系統能及時判斷并反饋給控制面板。

生產數據統計與數據交互：系統監控壓芯工藝參數、電機型號、生產數量等，并將生產數據上傳到DNC系統進行總裝，實現加工過程透明可控。

3結語

數字臥式壓裝設備具有自動夾緊、定位、壓裝功能，以及壓裝狀態反饋、制造數據采集、數據交互的數字功能。沖壓設備具有較強的柔性制造能力和兼容性。根據實際生產要求，可以引入噴射器、桁架機械手或關節機器人等自動化設備，進一步提高電機裝配的自動化水平，實現半自動/自動化裝配。臥式壓機用繞組定子鐵芯壓入外殼的工藝，可以顯著提高電機壓機的質量和生產效率，降低生產成本，為電機機廠的數字化、智能化生產奠定基礎。

參考文獻：

[1]楊祥， 宗和剛. 烏弄龍水電站發電機定子鐵芯疊裝，繞組下線工藝[J]. 云南水力發電， 2020， 036（002）：146-150.

[2]姚學松， 凌飛翔. 冰箱壓縮機電機定子鐵心疊壓工藝對鐵耗的影響[J]. 電機技術， 2019， 000（003）：58-60.

[3]王苗， 方海安， 李爽. 某高速動車組永磁牽引電機定子鐵心焊接結構研究[J]. 技術與市場， 2020， v.27;No.314（02）：47-48.

[4]趙勇. 電機智能制造中改進軸料加工工藝研究[J]. 黑龍江科學， 2019， v.10;No.159（20）：110-111.

（西門子電機（中國）有限公司，江蘇 儀征 211417）