電機制造工藝裝備的質(zhì)量檢測方法及性能分析

司 諾

（哈爾濱電氣集團佳木斯電機股份有限公司，黑龍江 佳木斯 154000）

制造業(yè)技術(shù)是人類社會物質(zhì)長期賴以生存和快速發(fā)展條件的科技基礎，是社會物質(zhì)財富生活的一項主要科技來源，該工業(yè)發(fā)展先進水平可作為一個現(xiàn)代化國家綜合國力優(yōu)勢的深層體現(xiàn)。隨著社會科學技術(shù)手段的日益進步，以及工業(yè)電力設備制造業(yè)的逐步發(fā)展應用，電機科學技術(shù)在現(xiàn)代國民經(jīng)濟建設發(fā)展領(lǐng)域中也發(fā)揮著越來越多的作用。當前，隨著國民經(jīng)濟水平持續(xù)高速發(fā)展，科技理念也在不斷地進行革新改進，傳統(tǒng)的制造業(yè)也逐步朝著科學技術(shù)方向持續(xù)發(fā)展，并已取得一定程度的進步，特別是我國的現(xiàn)代電機設備的控制技術(shù)已經(jīng)被廣泛地應用于多個工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈當中，有效支撐了我國經(jīng)濟技術(shù)的飛速發(fā)展。由此可見，我國的電機制造和工藝裝備在整個市場制造領(lǐng)域行業(yè)當中已經(jīng)承擔了更重要的經(jīng)濟使命與社會角色。

電機裝備是指一種能實現(xiàn)一定距離電能量互相傳遞和轉(zhuǎn)換控制的復雜電磁設備。它自身除了具有某些和制造一般電氣設備類似作用的復雜機械結(jié)構(gòu)特征之外，還具有特殊性質(zhì)的導電、導磁材料和電磁絕緣等電氣結(jié)構(gòu)。因此，在現(xiàn)代電機設備制造所用的全部工藝過程系統(tǒng)中，除了本身具有在一般工業(yè)機器加工制造領(lǐng)域中有過的如鍛、鑄、焊、機械表面加工裝配和機械裝配焊接等特殊工藝方法外，還具有一般電機裝備制造技術(shù)所必須特有的特殊工藝[2]。本文主要探討電機部件制造過程中工藝裝備系統(tǒng)的零部件質(zhì)量檢測試驗方法應用及工藝性能綜合鑒別分析。

1 電機制造工藝裝備的具體探討

電機結(jié)構(gòu)從某種意義上來講對整個電機零部件的切削加工質(zhì)量與其量產(chǎn)成本水平都會造成較為直接的影響。所以，在對各種電機結(jié)構(gòu)的設計進行選擇的時候，需要考慮的不僅僅是機電本身的運行情況及機械性能，更需注意的是機械內(nèi)外兩方面因素的綜合考慮，不能只將所有的電機設備的功能進行簡單形式化的結(jié)構(gòu)劃分設計與結(jié)構(gòu)歸類。因而，從嚴格意義上來說，同一機械設備在整體的機構(gòu)設計當中要求的側(cè)重點是不一樣的，即便這僅局限于在生產(chǎn)過程中針對同一種產(chǎn)品材料方案進行加工設計，主要由于生產(chǎn)相同原材料的成品時，所采用的兩種原材料的質(zhì)地是完全不一樣的。因此，在加工以及生產(chǎn)制造工藝技術(shù)提出要求的各種工藝差異、形狀大小尺寸等不同影響因素的共同作用下，都極大可能會導致產(chǎn)品在設計生產(chǎn)時產(chǎn)生與其實際加工設計產(chǎn)品尺寸不相符的誤差出現(xiàn)[3]。對此，在進行現(xiàn)有組織結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計或改造提升的過程中要保證現(xiàn)有設備原材料來源企業(yè)的質(zhì)量、加工或成型過程工藝設備的工藝設計。同時，盡可能地利用現(xiàn)有工藝設備制造的相關(guān)流程工藝裝置來進行標準化工藝流程設計，縮短生產(chǎn)制造周期，降低生產(chǎn)設計過程的成本。在進行電機結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化設計的過程中，要根據(jù)用戶實際需求變化合理調(diào)整結(jié)構(gòu)設計方案。針對任何一臺大功率電機制造設計選型時，都要綜合考慮上述因素。與此同時，還要不斷加強機電專業(yè)設計技術(shù)人員基礎知識的培訓和學習，深入了解電機結(jié)構(gòu)部件的構(gòu)造工藝原理，相關(guān)技術(shù)設計人員則要進行生產(chǎn)實際運行情況的分析。結(jié)合我國自身技術(shù)的整體發(fā)展情況來進行具體技術(shù)規(guī)劃，嚴格要求按照國家工業(yè)標準規(guī)定和程序進行電機生產(chǎn)制造與工藝裝備研究制造，絕不能隨意照搬照抄，這樣很容易導致機械加工制造產(chǎn)品質(zhì)量的驗收過程中出現(xiàn)不必要的質(zhì)量缺陷，要杜絕威脅到工作人員生命安全的事件發(fā)生。因此，絕不能為了盲目地追求利益最大化，而完全忽視各種材料本身存在的隱患，須時刻堅持講安全、追求實事求是，唯有如此才能避免不利局面的發(fā)生。

2 電機制造工藝裝備的主要順序

電機轉(zhuǎn)子是連接轉(zhuǎn)子軸和驅(qū)動機座軸的機械，一般直接靠轉(zhuǎn)子端蓋完成連接的。這部件制造是電機制造工藝流程中極為重要的組成部分之一。端蓋的密封作用已在整個電機整體制造及其工藝裝備體系中得到充分發(fā)揮，它對整體電機機械內(nèi)部整體結(jié)構(gòu)能夠起到潤滑保護作用，而且它能夠?qū)φw電機內(nèi)部的滾動軸承結(jié)構(gòu)起到校準作用。

對于因電動機端蓋本身造成的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)薄壁變形而導致軸承出現(xiàn)損壞的問題，在我國電機軸承加工制造中及零部件加工和生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，首先應力求保證與其副定子軸承之間和軸套之間進行所有部件精密連接，從而保證有效地減少裝配電機過程中運輸裝卸等難題，造成產(chǎn)生的徑向位移將對電機尺寸精密度誤差產(chǎn)生影響。

對于電機軸承的表面粗糙度和電機軸承止口面的粗糙程度而言，針對端蓋材料進行的三項主要加工或檢測實驗工序相對簡單一些，其中主要體現(xiàn)在了表面車刀削線加工檢測和表面鉆孔加工檢測這兩項，檢測加工實驗設備的安裝運行使用過程中應注意端蓋材料層的薄厚程度，作為永磁電機傳動的四個主要轉(zhuǎn)子部件結(jié)構(gòu)之一，轉(zhuǎn)軸是用以支撐永磁電機系統(tǒng)中各個旋轉(zhuǎn)部件之間轉(zhuǎn)動的唯一固定連接點，也是按照其定子上的轉(zhuǎn)子安裝位置對其他轉(zhuǎn)動的部件結(jié)構(gòu)進行重新連接的唯一構(gòu)件，轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)作為驅(qū)動的重要因素，是轉(zhuǎn)矩的能量傳遞，電機產(chǎn)品生產(chǎn)中的關(guān)鍵的制造工序[4]。

端蓋主要作為保護聯(lián)接的發(fā)電機轉(zhuǎn)子與主驅(qū)動機座端間聯(lián)接的一種基本保護結(jié)構(gòu)，是重要的基礎電氣的構(gòu)成件之一。其安裝使用時連接主動電機轉(zhuǎn)子，內(nèi)部構(gòu)造部件具有傳遞轉(zhuǎn)子相應安裝位置信號的作用。另外，還要借助轉(zhuǎn)動并裝貯于圓柱軸承端蓋殼腔內(nèi)的軸承座的滾動圓柱軸承座來確立圓柱保定子芯與圓柱轉(zhuǎn)子中心位置的相對的軸線位置。端蓋切削加工的過程通常來講是比較繁瑣且復雜的，一般只需要一次車削與兩次鉆孔，但通常由于加工端蓋較易出現(xiàn)扭曲及變形，操作時造成的切削余量或切削時施加過大的夾持力等，都極易造成被加工件端蓋毛坯尺寸質(zhì)量差或有一定程度的扭曲變形，因此車削加工過程通常還會拆分為粗削車、精車銑削這兩道較為復雜的工序，使用兩種大小規(guī)格不同的機床。

機座結(jié)構(gòu)軸承在控制驅(qū)動式電機系統(tǒng)中，起著支撐機械、支撐轉(zhuǎn)子軸套和支撐機械固定電動機定子中的繞組鐵芯部分軸承的主要功能。同時，也多應用在驅(qū)動電機軸承轉(zhuǎn)子和電機端蓋式機械等結(jié)構(gòu)裝置設計中，通過適當調(diào)節(jié)，使軸套與固定電動機端蓋部之間的軸承的相對位置準確，以及控制驅(qū)動型電機繞組軸承定子和保護機械支撐軸承的轉(zhuǎn)子軸承的作用。機座結(jié)構(gòu)所用的鋼板材料結(jié)構(gòu)類型較多，有鑄鋼機座、鑄鐵機座、整體形機座以及半分離整體形機座等類型。從主要結(jié)構(gòu)制造與技術(shù)工藝條件要求特點看，具有應用代表的類型多是半分離整形鋼板焊接機座型和可焊接有底腳鋼板結(jié)構(gòu)的半分離整體形鑄鐵機座結(jié)構(gòu)等。其兩端的固止口、底腳鋼板孔螺栓、鐵芯擋外圓主要用于固定端蓋、吊環(huán)等。機用連接部件上的固定螺栓孔和接線盒螺栓等部件都是鑄鐵機座產(chǎn)品制造中常用且需通過精密模具加工后焊接固定的部件。在初加工及安裝固定機座時，要明確對各部件的加工尺寸以及質(zhì)量要求標準，進行綜合判斷和平衡分析后，才能精確地給各部件選擇合適的固定方式。

基于以上內(nèi)容分析可知，以電機設備機座機械構(gòu)造進行工藝劃分，按其部件結(jié)構(gòu)逐一實施焊接裝配，充分保障了分離性焊接機座本身的焊接質(zhì)量及工藝，焊縫寬度和焊接體間平整度是整個機座焊接工藝質(zhì)量合格與否的關(guān)鍵。

因此，在對機械電機裝備進行加工制造和生產(chǎn)運行控制管理過程中，首先是要了解設備的基本性能，其次是根據(jù)電機工程技術(shù)的裝配要求及電機設備的整體運用有充分科學和全面的技術(shù)分析，在保證電機整體質(zhì)量水平符合出廠要求的技術(shù)基本前提下，合理組織機電系統(tǒng)設計智能化及引導生產(chǎn)制造向著自動化方向發(fā)展。

中小型的工業(yè)電機主軸系統(tǒng)的轉(zhuǎn)軸毛坯加工中，要嚴選優(yōu)質(zhì)的熱軋圓鋼球體作為切削加工毛坯，加工中宜用最大切削直徑尺寸，也可按轉(zhuǎn)軸毛坯加工的最大切削后的直徑尺寸與最小切削后的加工切削尺寸相減后的切削余量尺寸差來定尺。由此可知，轉(zhuǎn)軸毛坯加工的切削直徑加工余量范圍具備較靈活的尺寸范圍。

2.1 電機制造工藝檢測的必要性

電機產(chǎn)品工藝質(zhì)量檢測手段關(guān)系到電機設備的完整安裝制作工藝，評價一個電機系統(tǒng)產(chǎn)品的技術(shù)性能品質(zhì)是好是壞和總體工程設計裝配及施工制造質(zhì)量工藝，最先從核心的單項電機工程裝置的整體工程設計與裝配施工制造及工藝質(zhì)量優(yōu)劣開始評估。電機核心部件的性能參數(shù)指標的高低對于任何一個完整的復雜電機系統(tǒng)設計及制造安裝等工藝本身來說都特別的重要，對電機系統(tǒng)的性能綜合匹配指標也必然會產(chǎn)生較大的差異和影響，在此復雜的前提下，判斷一個機電產(chǎn)品質(zhì)量是否合格還是要具體看產(chǎn)品最終的檢測試驗結(jié)果。回顧我國工業(yè)電機設計制造業(yè)歷史，其中也不乏高質(zhì)量、精度好的電機產(chǎn)品，這也是由一定時期的工業(yè)、經(jīng)濟、社會、質(zhì)檢、科技發(fā)展程度等多方面內(nèi)外因素綜合形成的[5]。如在電機設計制造細節(jié)上，若小件的電機零部件裝配設計存在著大尺寸差異這種情況，那么最終的電機部件裝配加工質(zhì)量必然低下，可想而知，如果不對電機制造工藝檢測開展必要檢測，勢必會造成整機使用壽命大為折損，嚴重的程度時，極可能導致供電電路短路等故障或致其運用生產(chǎn)流程的停滯。

2.2 電機制造工藝過程中的性能檢測

當轉(zhuǎn)子鐵芯的外周圓尺寸數(shù)值為較小數(shù)值時，會導致諧波使定子氣隙值明顯大于該電機轉(zhuǎn)子設計標準值，將導致主發(fā)電機的定子的諧波總漏抗的升高而和該電機轉(zhuǎn)子諧波的波漏抗相對減小，電機諧波的總諧波漏抗就會跟隨著輸入電壓同時減小，因而主電機的起動諧波電流就將增大。

同時，也可能導致轉(zhuǎn)子氣隙磁動勢值下降和轉(zhuǎn)子空載勵磁電流相對增大，功率因數(shù)值隨之而降低，定子電流畸變值和定子銅磨損比增大、效率值降低、溫升增高。

當電機轉(zhuǎn)子鐵芯外徑和繞組外腔圓尺寸產(chǎn)生較大偏差時，使定子電機氣隙系數(shù)小于額定電機的理論設計值，導致定子發(fā)電機中漏電抗電流降低和額定電機轉(zhuǎn)子諧波流的電漏電抗流值增大，將進一步造成電機繞組的總電感的漏電抗電流的增大，單相和三相電動機在額定容量的定子電機空載起動運轉(zhuǎn)時輸出的轉(zhuǎn)矩將大幅上升和額定電機轉(zhuǎn)子最大連續(xù)運行的轉(zhuǎn)矩最大值降低，滿載持續(xù)工作運行時電漏抗電流能力也將增大，轉(zhuǎn)子電流損失量和電機轉(zhuǎn)子銅損量等也可能因此而增大，效率降低、溫升高、轉(zhuǎn)差率也增大。進一步碰撞造成電機氣隙力分配變得不充分或不均勻，使整個電機轉(zhuǎn)子線圈繞組產(chǎn)生出較大的單邊磁拉力，引起高低頻電磁振動會產(chǎn)生干擾作用和因為振動本身而產(chǎn)生較大噪聲，當發(fā)生碰撞等嚴重情況時，將使電機轉(zhuǎn)子腔內(nèi)外的內(nèi)外圓面與電機繞組在定子側(cè)腔內(nèi)產(chǎn)生的電荷孔發(fā)生相碰撞磨擦，電機轉(zhuǎn)子內(nèi)部發(fā)生全部或是局部的機械應力燒傷。

當定子與轉(zhuǎn)子鐵芯線間導線發(fā)生嚴重的軸向性的偏移時，會引起單相電機鐵芯線圈間有效勵磁線圈長度的減小，可導致三相繞組空載電流的劇增，功率因數(shù)也同時大幅降低[6]。當定子和轉(zhuǎn)子鐵芯的機座及定子線圈內(nèi)外的圓穴表面粗糙度及公差范圍偏大時或由于這些缺陷產(chǎn)生過多，使得定子繞組的定子線圈和轉(zhuǎn)子鐵芯繞組之間與繞組整個機座及定子接觸性不良、熱阻差異常增大，最終導致轉(zhuǎn)子部件或整機轉(zhuǎn)子溫升系數(shù)增高。

3 結(jié)語

我國制造業(yè)現(xiàn)代化升級極大地促進了各先進技術(shù)、新工藝在工業(yè)領(lǐng)域獲得實踐應用，加速了國內(nèi)高端制造業(yè)的發(fā)展進程。電氣制造工藝裝備檢測是支撐電氣應用系統(tǒng)整體發(fā)展的關(guān)鍵，電機制造領(lǐng)域未來將從產(chǎn)品質(zhì)量上以及產(chǎn)品性能上都獲得提升。由前文分析可知，電機制造相關(guān)工藝裝備參數(shù)的無損檢測分析方法具有多樣性，為進一步保障現(xiàn)代電氣系統(tǒng)的可持續(xù)、綠色高效運行及電氣設備總體質(zhì)量穩(wěn)定安全可靠提供了重要支撐，實踐中，我們要將技術(shù)質(zhì)量分析及產(chǎn)品性能檢測方法多做總結(jié)，完善優(yōu)化各項手段和方法，切實提高對各類電機裝備的檢測水平，讓各電機裝備性能得到有效發(fā)揮，提高其安全可靠性。