小型發電機可升降定轉子自動插裝機液壓控制系統設計*

吳曉紅，嚴慧萍，孫 偉，劉 偉，張靜科

(蘭州工業學院， 甘肅 蘭州 730050)

0 引 言

發電機是一種用于能量轉化的發電設備，大量的應用于信息處理、音響設備、日常生活等各個領域。在發電機生產中，對氣隙有極其的嚴格要求，不能過大也不能過小，過大會降低功率因數[1]。定子和轉子是電機關鍵的部件，它們裝配精度決定了發電機能否正常工作。目前發電機定子和轉子的裝配，一般是由工人借助一些鉗臺、吊裝等輔助設備手工組裝，操作繁瑣、效率低、易損傷零件且勞動強度大，不利于自動化流水線進行批量作業[1]。

隨著我國科技飛速的發展，發電機生產技術也得到了全面提升，為了進一步提高發電機制造效率，針對發電機制造現狀，學者們從不同角度提出了相應的優化措施[2]，但對于小型發電機定轉子裝配技術研究的報道尚較少見。筆者針對目前發電機定子和轉子的裝配效率低，裝配精度的一致性不能保證，工人勞動強度大的問題，設計一種發電機定子與轉子自動裝配機的液壓控制系統，以滿足小型發電機定轉子自動裝配的需求。

1 可升降定轉子自動插裝機液壓系統設計

1.1 設計思路

該裝置可以完成一定范圍內不同規格的小型發電機定子轉子的裝配，對運動的平穩性和精度要求較高。自動插裝機工作時，首先利用工作臺將定子高度調節到與轉子支撐軸同高位置，然后工作臺水平移動完成定轉子的裝配，考慮到液壓傳動實現直線運動較為簡單，設計采用液壓傳動作為驅動方式。

為適應發電機定轉子的裝配需要，液壓系統設計中需要設計立式液壓缸利用活塞桿推動工作臺完成上下運動[3]，以滿足不同尺寸的定子和轉子支撐軸的定心調節；采用液壓馬達驅動齒輪齒條帶動工作臺水平移動完成定子和轉子的裝配。在設計中首先根據定子和轉子的尺寸估算升降臺的裝配運動行程和豎直定心升降行程，確定運動速度；再根據外負載確定液壓缸和馬達在各個階段中的負載大小，以此確定液壓系統的工作壓力，選擇合適的液壓泵，擬定液壓原理圖。

1.2 液壓原理

由于該系統可供一定范圍不同規格的發電機定轉子的裝配，因此液壓原理圖的擬定時應考慮滿足插裝機工作臺水平方向的移動和豎直升降運動的要求。為了提高工作效率，工作臺應快速移至工作位置，所以液壓系統中設計快速運動回路；定子和轉子水平裝配過程中需要慢速運動，應設計調速回路；工作臺上升到工作位置后需要保持高度，液壓系統中應有鎖緊回路；由于液壓缸是立缸，需要設計平衡回路；由于液壓馬達工作壓力遠小于液壓缸的工作壓力，需要設計減壓回路；此外要實現工作臺的上下移動和馬達的左右轉動需要換向回路，因此，最終確定的系統液壓原理圖如圖1所示。

圖1 液壓原理圖

1.3 實驗驗證

為了驗證所設計液壓系統的可行性，在CQYZ-M液壓與氣壓實驗臺上對液壓系統進行了調試，如圖2所示。由于實驗室中沒有液壓馬達，用液壓缸進行了代替。在實驗臺啟動后，將溢流閥閥口開到最大，緩慢加壓至工作壓力，觀察兩個液壓缸的動作，可知所設計的液壓原理是可行的。

圖2 液壓系統實驗調試圖

2 可升降定轉子自動插裝機PLC控制系統設計

由于PLC具有靈活、可靠的優點，此次設計采用PLC來實現對液壓傳動系統的控制。

2.1 I/O分配及接線圖繪制

首先明確小型發電機插轉子機所需完成的功能和控制要求，根據液壓原理圖來確定PLC所需要控制的元件的個數，由此確定輸入輸出的點數。其次選擇合適的PLC型號并進行地址分配。通過分析確定該裝置需要10個輸入端和10個輸出端，其I/O分配表如表1所列。

表1 I/O分配表

根據表1的 I/O分配，繪制出PLC接線圖如圖3所示。

圖3 PLC接線圖

2.2 PLC梯形圖設計

根據小型發電機可升降定轉子自動插裝機的控制要求，結合PLC接線圖，設計出控制梯形圖如圖4所示。

圖4 PLC梯形圖

2.3 控制原理

原理分析：按下啟動按鈕X00，線圈得電，輔助常開觸頭Y00閉合形成自鎖，電機Y00啟動，Y00線圈得電，輔助常閉觸頭打開形成互鎖，指示燈亮，插轉子機開始工作，同時Y10線圈得電，它的輔助常閉觸頭打開構成互鎖，升降臺帶著定子快速上升至遇到光電開關X10，光電開關失電斷開使線圈Y01失電，從而升降臺運動停止：按下左移按鈕X02，Y04線圈得電，它的輔助常開觸頭閉合形成自鎖，升降臺帶著定子向靠近床頭的方向運動；碰到左邊行程開關X11時，行程開關斷開使線圈Y04失電，從而升降臺停止運動；將轉子放到床頭和尾架的軸上后，按下右移按鈕X03，線圈得電，Y05的常開觸頭閉合形成自鎖，升降工作臺帶著定子向右運動，直至碰到右邊的行程開關X12時，線圈Y05、Y06、Y07失電，升降工作臺右移停止，定轉子裝配完成：按下下降按鈕X04，線圈得電，升降工作臺快速下降，直至碰到光電開關X06時，線圈Y02、Y03失電，升降臺下降停止；按下X12開關，線圈Y12得電，照明燈開啟。

2.4 PLC上機調試

在FX3GA-40MR實驗臺上對梯形圖進行接線調試，如圖5所示。通過撥動不同開關觀察指示燈的亮滅，得出所設計的梯形圖是合理的，完全滿足小型發電機定轉子自動插裝機控制要求。

圖5 PLC調試接線圖

3 結 語

針對小型發電機定子轉子裝配問題進行分析探討，提出改進設計方案，通過對插轉子機液壓系統設計和控制系統的設計，完成了小型發電子插轉子機的原理設計，并通過實驗調試驗證了設計的合理性，為該機后續設計及應用奠定基礎。