電機(jī)智能制造中帶繞組定子鐵心入殼壓裝工藝的改進(jìn)

陳濤 李晨

摘 要：分析和研究了電機(jī)裝配的關(guān)鍵技術(shù)——繞制鐵芯殼沖壓裝配技術(shù)。在智能制造的前提下，對定子殼體沖壓工藝進(jìn)行了改進(jìn)。采用PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制數(shù)字化臥式定子殼體自動沖壓設(shè)備和工裝，實(shí)現(xiàn)定子殼體自動定位、臥式夾壓、沖壓參數(shù)采集/反饋/監(jiān)控等功能。并與數(shù)字化車間的運(yùn)營管理系統(tǒng)進(jìn)行交互。實(shí)際應(yīng)用表明，采用改進(jìn)后的工藝，定子殼體壓緊效率提高了40%，產(chǎn)品次品率降低了85.7%，人工減少了30%。

關(guān)鍵詞：電機(jī);智能制造;定子入殼壓裝

1現(xiàn)有技術(shù)情況

傳統(tǒng)的定子鐵芯繞線成殼壓緊設(shè)備是立式壓緊機(jī)。立式壓機(jī)包括立式四柱液壓機(jī)、龍門式液壓機(jī)、單柱式液壓機(jī)等，是大多數(shù)中小型電機(jī)機(jī)械廠定子殼壓機(jī)常用的設(shè)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(jī)工作區(qū)域，定子由懸掛器直接放置在底盤上）存在安全質(zhì)量隱患大，人工依賴性強(qiáng)，難以實(shí)現(xiàn)自動化等缺點(diǎn)[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(yán)重。由于定子的質(zhì)量在幾十到幾百公斤之間，外殼的質(zhì)量也在幾十到幾百公斤之間，手工搬運(yùn)和轉(zhuǎn)動是不可能的，一般是用吊帶完成的。在實(shí)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(yán)重依賴人工操作，而且如果操作者之間配合不當(dāng)，很容易導(dǎo)致安全事故。國內(nèi)已有多家電機(jī)廠在安裝現(xiàn)場操作人員捏手指或機(jī)殼翻扁過程中因慣性而發(fā)生傷害事故。到目前為止，還沒有設(shè)備和方法來替代這一工藝。

1.1.2質(zhì)量隱患大。當(dāng)繞組定子鐵芯壓入機(jī)殼時(shí)，應(yīng)先翻轉(zhuǎn)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(tài)。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(nèi)部絕緣漆膜，導(dǎo)致匝間短路。

1.1.3自動化難以實(shí)現(xiàn)，信息化程度低。通常這類傳統(tǒng)的壓制設(shè)備沒有配備信息界面。它只存儲按下數(shù)據(jù)、電機(jī)模型等加工參數(shù)，沒有反饋和交互功能，不可能及時(shí)處理偶爾出現(xiàn)的故障。傳統(tǒng)電機(jī)制造業(yè)正在進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級，難以實(shí)現(xiàn)自動化的定子殼沖壓工藝將成為轉(zhuǎn)型過程中的短板，嚴(yán)重制約了電機(jī)制造自動化的推進(jìn)和發(fā)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(dǎo)致電動機(jī)的溫升，進(jìn)一步損害相鄰的導(dǎo)線的絕緣性能，和電機(jī)繞組將陷入一個惡性循環(huán)，最終將導(dǎo)致導(dǎo)火索燃燒，甚至還有繞組燒焦和發(fā)動機(jī)報(bào)廢[3]。

2適于智能制造的壓裝工藝解決方案

2.1數(shù)字化臥式壓裝設(shè)備及系統(tǒng)總體方案

數(shù)控臥式壓力機(jī)由PLC系統(tǒng)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(shè)備可實(shí)現(xiàn)底盤定子的自動定位、水平夾壓、壓緊參數(shù)的采集與反饋、制造參數(shù)的交互等功能。

臥式壓力機(jī)采用開放式工作區(qū)域和臥式液壓機(jī)，內(nèi)置液壓油箱、液壓泵和電機(jī)，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。工作區(qū)域兩端分別設(shè)計(jì)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(shí)產(chǎn)生干擾。定子固定夾具位于工作區(qū)的另一側(cè)，通過螺栓和法蘭安裝在活塞桿的端部。通過液壓機(jī)的伸縮實(shí)現(xiàn)定子的往復(fù)運(yùn)動，并設(shè)計(jì)了配套的快速換模模具。外殼定模與定子定模中心線應(yīng)水平共線。

各模塊的功能如下：PLC系統(tǒng)是壓力機(jī)控制的核心，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的介質(zhì);殼體固定模與升降定位平臺（PLC系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制）構(gòu)成殼體自動裝夾定位系統(tǒng);定子夾緊系統(tǒng)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(shù)據(jù)。

定子壓入外殼后，首先通過控制面板設(shè)置參數(shù)，如安裝，然后通過人工/吊索/桁架機(jī)械手關(guān)節(jié)機(jī)器人（電機(jī)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)、規(guī)格）裝配上材料，通過底盤自動夾緊、定位系統(tǒng)，定子夾緊系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)定子殼體的夾緊和定位，最后由PLC控制系統(tǒng)根據(jù)磁柵反饋的數(shù)據(jù)完成安裝。

2.2數(shù)字化臥式壓裝控制系統(tǒng)

在臥式液壓設(shè)備和工裝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，提出了數(shù)字臥式?jīng)_壓控制系統(tǒng)（PLC控制系統(tǒng)）。其主要功能包括沖壓行程和提升板的自動控制、參數(shù)預(yù)存儲及與電機(jī)規(guī)格的關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)采集、沖壓效果和沖壓運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)反饋、與分布式數(shù)字控制（DNC）系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互等。

系統(tǒng)涉及的主要參數(shù)包括裝配參數(shù)（液壓缸行程參數(shù)）、沖壓技術(shù)參數(shù)（液壓缸壓力參數(shù)）、電機(jī)規(guī)格參數(shù)（底座中心高度、底座長度、芯長等預(yù)存參數(shù)）、殼體定位參數(shù)及生產(chǎn)數(shù)據(jù)（如沖壓量等）[4]。

系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)方式介紹如下：

壓力進(jìn)入行程和提升板控制：通過采用PLC系統(tǒng)可以間接接收車間生產(chǎn)的數(shù)字化管理系統(tǒng)發(fā)送的相關(guān)技術(shù)參數(shù)信息，并將不同規(guī)格電機(jī)的型號、機(jī)芯長度和安裝安裝參數(shù)（如與電機(jī)規(guī)格相關(guān)的）數(shù)據(jù)存儲起來，并可根據(jù)現(xiàn)場需要進(jìn)行調(diào)整。在壓裝前，可通過PLC系統(tǒng)控制面板選擇相應(yīng)的電機(jī)型號，確定生產(chǎn)加工參數(shù)。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(shí)時(shí)監(jiān)測提前行程數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)，使沖壓工作能準(zhǔn)確地按照生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行，保證沖壓質(zhì)量。

數(shù)據(jù)采集與狀態(tài)實(shí)時(shí)反饋：在壓裝過程中，系統(tǒng)對傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。當(dāng)壓裝參數(shù)滿足要求但裝配參數(shù)不到位時(shí)，系統(tǒng)能及時(shí)判斷并反饋給控制面板。

生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與數(shù)據(jù)交互：系統(tǒng)監(jiān)控壓芯工藝參數(shù)、電機(jī)型號、生產(chǎn)數(shù)量等，并將生產(chǎn)數(shù)據(jù)上傳到DNC系統(tǒng)進(jìn)行總裝，實(shí)現(xiàn)加工過程透明可控。

3結(jié)語

數(shù)字臥式壓裝設(shè)備具有自動夾緊、定位、壓裝功能，以及壓裝狀態(tài)反饋、制造數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)交互的數(shù)字功能。沖壓設(shè)備具有較強(qiáng)的柔性制造能力和兼容性。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)要求，可以引入噴射器、桁架機(jī)械手或關(guān)節(jié)機(jī)器人等自動化設(shè)備，進(jìn)一步提高電機(jī)裝配的自動化水平，實(shí)現(xiàn)半自動/自動化裝配。臥式壓機(jī)用繞組定子鐵芯壓入外殼的工藝，可以顯著提高電機(jī)壓機(jī)的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，為電機(jī)機(jī)廠的數(shù)字化、智能化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]姚學(xué)松， 凌飛翔. 冰箱壓縮機(jī)電機(jī)定子鐵心疊壓工藝對鐵耗的影響[J]. 電機(jī)技術(shù)， 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(jī)定子鐵心焊接結(jié)構(gòu)研究[J]. 技術(shù)與市場， 2020， v.27;No.314（02）：47-48.

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

（西門子電機(jī)（中國）有限公司，江蘇 儀征 211417）