談新安江電廠新型發(fā)電機集電環(huán)車削裝置

吳歆 于淼 虞正罡

摘 要：本文對新安江電廠機組的集電環(huán)車削方式進行了介紹，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)計研究，新型集電環(huán)車削裝置通過可調(diào)電機實現(xiàn)對配車進給機構(gòu)進給量的無級控制，并利用螺旋機構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為刀架的直線運動并推動刀具完成切削運動，同時進行能量和力的傳遞，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 集電環(huán) 可變速 車削裝置

中圖分類號：TM3l 文獻標識碼：A 文章編號：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、自制設(shè)備、自主建設(shè)的大型水電站，由于當時設(shè)計制造水平相對落后，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)機組手動車環(huán)的工作。

1 老舊車削集電環(huán)方式弊端

20世紀90年代，為提高集電環(huán)配車的工作效率，專門設(shè)計制造了一個配車集電環(huán)工裝，該工裝雖然對集電環(huán)車削工作有了極大的改進，但由于相對簡陋且笨重，又在機組高速運行時方能進行，且由于車削過程是手動進給，高速旋轉(zhuǎn)的大軸，對車工的人身安全有極大的威脅。由于進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行改進。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 主切削力的計算

根據(jù)發(fā)上車削參數(shù)，按集電環(huán)材料為45#鋼進行車削力計算，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。

當切削速度改變?yōu)?45m/min時，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 進給方向切削力的計算

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

2.3 調(diào)速電機功率的計算

該機構(gòu)初步設(shè)想是通過皮帶輪并利用螺旋機構(gòu)將旋轉(zhuǎn)讓運動轉(zhuǎn)化為刀架的直線運動并推動刀具完成切削運動，同時進行能量和力的傳遞。為確保螺旋傳動的穩(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傳動，主要用于實現(xiàn)刀架的往返運動，故將螺桿直徑加大到16mm（面積大于螺桿計算的3倍）

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

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

傳動電機功率為：P=τ×500/9549=1350×500÷9549=70.6W。

選擇輸出功率為90W的調(diào)查速電機，該機構(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架中心體翼板上。該機構(gòu)由調(diào)控器、調(diào)速電機、減速器皮帶輪、螺旋進給機構(gòu)、皮帶輪組成，在實際操作過程中可通過調(diào)控裝置調(diào)節(jié)電動機的輸出轉(zhuǎn)速與扭矩通過減速器帶動皮帶輪旋轉(zhuǎn)，并通過皮帶傳輸將力矩傳遞給螺旋機構(gòu)，推動刀架實現(xiàn)直經(jīng)運動，完成對車削過程進給機構(gòu)的控制，在該機構(gòu)中安裝了一個皮帶張力調(diào)節(jié)輪，以方便皮帶輪的安裝。

3 新型集電環(huán)車削裝置效果驗證

（1）新型集電環(huán)車削裝置使用時用4只M24螺栓將刀架固定在上機架中心體翼板上，然后將操作機構(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)速電機提供可控動力實現(xiàn)對配車給進機構(gòu)的進給量實現(xiàn)無級控制，車削完畢后測量集電環(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)電動機的輸出轉(zhuǎn)速與扭矩通過減速器帶動皮帶輪旋轉(zhuǎn)，并通過皮帶傳輸將力矩傳遞給螺旋機構(gòu)，推動刀架實現(xiàn)直線運動，完成對車削過程進給機構(gòu)的控制。

（5）新型發(fā)電機集電環(huán)車削為電控控制進給量，操作人員無需靠近高速運轉(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勻稱，機組在運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)用在各種型式機組的集電環(huán)車削工作，同時通過計算也可更換刀具應(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)電機功率控制刀具的給進量，實現(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，機組可以安全穩(wěn)定運行。

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