YBC系列采煤机电动部转子内花键修复项目的开发及应用

1、电动机转子内花键修复项目的开发与应用研究告报同煤集团中央机厂电气设备修理车间2014年2月10日电动机转子内花键修复项目的开发与应用一、立项原因近年来， 随着电机产品的不断更新换代， 采煤机电动部负荷端轴 输出由外花键改为内花键为一种新潮流， 并且越来越普遍， 输出轴经 济实用。目前，YBC系列采煤机电动部负荷端输出全部为内花键，这 种改进的特点是电机与采煤机组用一根齿槽轴连接， 当机组负荷过载 或闷车时，很快将齿槽轴损坏或断裂， 只要更换一根新的齿槽轴而已， 不用拆电机，非常容易，但是当电动部内花键损坏后，就必须拆下电 机来我厂修复。立项前，我们也无法修复，只能买厂家的新转子，这 样一来购买

2、转子的周期在半年以上，时间太长影响工期，二来费用太 高， 一根转子其它都是好的， 只是内花键损坏就使整个转子报废， 太 可惜，并且每根转子费用达25000元，为此，我技术攻关小组根据上 级指示，针对上述问题，决定将修复YBC型系列电动部转子内花键作 为所立项目，填补该项技术空白。二、主要内容1、可行性研究通过测绘YBC300型300kW电动机的转子图，如图一可看出， 转子内花键的轴向位置在距负荷端端部入深3 2 3mm处，内花键与 转子的转轴为一整体， 转轴与铁芯通过滚花与键烘装联接， 当内花键 损坏失效后，必须更换整个转轴， 而我厂又没有转轴的专用加工设备， 其它设备的加工精度与工艺又达不到

3、， 因此立项前， 只能去电机制造 厂家去更换新转轴。1.1.方案一立项后，我们通过查阅大量有关资料和参考以前的YBCS-125kW电机更换内花键的工艺， 经过共同分析论证研究决定采取提高扩孔车 去花键后，更换新花键套，再在外边镶套以固定花键套的轴向位置。 当确立方案后实施中发现了问题，原来125kW电机内花键轴向位置距 外端较浅，很容易车掉内花键后更换，并容易焊接，而本台电机的内 花键轴向深达323mm不容易车掉，即使车掉后精度也达不到，因为 尺寸太深，轴的同轴度、圆柱度、径向跳动等形位公差达不到要求， 另外当更换花键套后，必须焊接才能确保机械强度，工件短一点，端 部焊接后，工件变形不大， 可

4、以保证工件两端的轴向倾斜度很小，而本台电机的花键套长达323m m当端部焊接后难以保证轴向中心线不 会倾斜，并且肯定会超差，达不到性能要求。因此，必须另找其它方 法才能解决问题。1.2.方案二方案一行不通后， 我们经过系统的分析论证决定采用断轴再接工 艺来更换内花键套。 也就是将转子在适当位置切断， 使花键套的轴向 深度变浅，便于加工，换套和焊接待更换新的花键套后，再将花键套 与转轴焊接在一起，并确保原来转轴的各部分尺寸公差形状等不变。 为确保焊接后电机的机械强度， 我们采用了加大焊接坡口的尺寸以确 保焊接的质量。在花键套外圆内侧与车掉花键套后的转轴内孔采用紧 过盈配合的措施， 以进一步加强焊

5、接后转轴的机械强度。 根据以前的断轴再接经验和强度校核，我们一致认为此方案可行。2.方案实施2.1.首先设计研制内花键套2.1.1 根据客户提供的齿槽轴确定内花键套参数，为确保齿面的抗疲 劳强度，特将齿面淬火，硬度由原来的HRC30-35改为HRC42-452.1.2按抗扭强度计算花键套外径T-转所传动的扭矩（kg .m） 式中：T = 975P/n= 975X300/1480=197.6kg.mP-电机容量为300kwn-电机转速为1480r/min考虑到电机的过载能力，因此强度校核中应按最大转矩计算,Tmax二2T = 2X197.6 = 395.2 kg.m;-许用扭转剪应力，在42Cr

6、Mo材料的许用剪应力范围内选取最小值3.5kg/mm;a-环形壁厚系数，初取a=d1/d=75/100=0.75;d = 17.2X3395.2X 1= 94.75mmV V 3.53.511-0.7511-0.754选取花键套外径d二100mm2.1.3根据上述数据和图一所示转轴的总长设计出图二所示的内花 键套的形状尺寸及内花键参数，并委托锻压、热处理、机工车间加工2.2用气割切去图一所示部位外面部分d=17.2X3X1引2.3用本车间车床扩孔并去掉废弃的旧花键，扩孔至 门100益致使 轴孔过盈量为(0.09+0.05)(0.113+0.13) = 0.140.243mm确保焊接后的抗扭强度

7、。2.4将电机转子整体放入干燥室升温至200C,恒温46小时后，再 用氧气对轴头局部加热至300C400C后，用压力机将花键套压装 进去并到位。2.5将花键套和转子在坡口处焊住并确保焊接质量。2.6用车床将焊口车平，恢复转轴原状。2.7钳工修齿，以防止焊后齿形或尺寸变形，确保齿槽轴顺利装入花 键套并有合适的配合。三、强度校核花键套是按抗扭强度设计的应该没有问题， 外部各部分轴肩与原 转轴相同是经过强度校核的，不用再校核，现只校核焊口处的抗扭强 度。根据图一所示的尺寸，按空心轴校核，转轴材料40Cra= 1000/155.3 = 0.64Tmax = 395.2kg.m=85mm 155.2mm

8、焊口出的强度校核通过。四、创新点：=3.5 kg/mm13431-Q6f2ond = 17.2= 17.2X1、用抗扭强度计算出的内花键套壁厚加大了齿面硬度，成功地设计出花键套2、采用断轴再接工艺解决了普通车床不能扩孔的问题。3、采用了全国首创的新工艺，在不更换转轴的情况下更换内花键。4、该项技术在全国也是独一无二的，绝对领先于全国水平。五、效益及应用情况YBC型电动机转子内花键的成功修复，填补了电动机转子修理技 术的空白，为我厂创造了丰厚的经济效益， 还带来了一定的社会效益,该新工艺在不更换转轴的情况下更换内花键， 为今后修复类似电动机 转子的内花键积累了经验，对于其它结构形式的电机当需要更

9、换内花 键时， 上述方法也是可以借鉴的。修复一台采煤机用YBC型电动机转子内花键的成本为2800元， 和购买新转子相比， 价格便宜很多。 用抗扭强度计算出的内花键套增 加了壁厚，又加大了齿面硬度，设计出内花键套是经济适用的，同时 由于修理周期的缩短，又能尽快修理电动机,使用户满意，受到了广 大客户广泛好评。应用此技术先后对26台采煤机电动部转子内花键 进行了更换修复， 至今设备运行正常。2013年8月，我们修复的第 一台内花键电动部因绕组烧损又来我厂修理， 电动部解体后， 发现修 复的内花键主要受力部件完好无损， 这充分证明内花键的结构设计和 材料选择是合理的。 该技术的应用大大提高了生产效率

10、， 降低了生产 成本，同时受到用户的好评，说明此项设计是非常成功的。经济效益证明电气设备修理车间开发的采煤机用YBC系列电动机转子内花键 修复项目中，加工花键的工艺路线为下料-锻造-粗加工-半精车外 圆-精车外圆-淬火-粗磨外圆-滚铣花键槽-精磨1、内花键套的成本费为40元/ kgx15kg=600元，2、内花键套的加工费用为：本车间粗镗6点x50元/点=300元； 机加工精镗8点x50元/点=400元；本车间精车花键套外径8点x50元/点=400元；钳工打孔4点x50元/点=200元；内花键套的组装、预热3小时的费用为200元； 电焊烘装等费用为300元；热处理调质、淬火的费用400元；所以

11、内 花键套的加工费用为2，200元。修复一台采煤机电动部转子内花键总费用为2，800元，一台就 节约25，0002，800=22，200元，一年修理类似电动部26台，共 节约费用26x22，200=577，200元特此证明中央机厂电气设备修理车间2014年2月10日附1同煤集团2013年科学技术（技术革新）奖申报书、项目基本情况奖种科技进步“技术发明技术革新项目名称YBCYBC 型米煤机电动部转子内花键修复项目的开发与应用主要完成人解海润王建国贾富仁张建新李焕娣杨苏运李德愉主要完成单位同煤集团中央机厂申报单位意见（盖章）申报奖励等级项目可否公布否主题词不更换电机转子的情况下更换内花键，经济实用

12、，增收创效专业分类机电任务来源A.A.国家计划 B B .部委计划 C C .省、市、自治区计划D.D.基金资助 E E .国际合作 F F .其它单位委托G.G.自选2H H .非职务 1 1 .其它项目起止时间2012.4.2012.4.2012.122012.12组织评价单位同煤集团评价时间2013.1.92013.1.9成果水平综合效益显著申报单位联系人王建忠所在部门中央机厂138342298351383422983570378367037836项目立项原因、研究内容、创新点、效益及应用情况（可另加页） ：经我厂修理的各种综采设备的配套电机，绝大部分在矿井下运行，由于井下 的恶劣环境对

13、电机绕组的使用寿命影响极大，而电机绕组绝缘系统本身就比电机 其它零部件的使用寿命低很多，就使用寿命而言，绝缘系统是整个电机中最薄弱 的环节，而绕组的浸漆质量与电机的使用寿命有直接的关系。在立项前，我厂一 直沿用有溶剂漆配沉漆浸漆工艺，最近几年改为真空压力浸漆工艺，虽然多次改 进浸漆工艺，但仍达不到满意的效果，电机的使用寿命仍然很低，主要原因是有 溶剂漆中由于有溶剂的挥发会在漆膜中留下缩孔和缺陷，空气中的有害污染物就 会侵蚀到漆膜内，造成漆膜的绝缘强度和机械强度下降，加快绝缘结构的老化， 因此有溶剂漆工艺很难提高绕组的浸漆质量和电机的使用寿命。而无溶剂漆配真 空压力浸漆工艺可克服有溶剂漆的许多缺

14、点，将会使绕组的浸漆质量及使用寿命 有大幅度提高。根据有关资料介绍及预测，用无溶剂漆代替有溶剂漆是必然趋势， 其推广应用前景十分广阔。立项前，由于有溶剂漆中的溶剂中含有大量的二甲苯 等挥发性有毒及有害污染物，这些毒性很大的污染物经挥发后散发到空气中，吸 入人体内很容易造成伤害。而无溶剂漆由于没有溶剂的挥发，因此不会造成对环 境的污染及对人体的危害。用无溶剂漆代替有溶剂漆后，可缩短漆膜的固化时间， 因此，可大量节约电能，可降低作业人员的劳动强度，又由于没有溶剂的挥发， 可节约大量的漆。为此，在上级领导和有关部门强烈要求下我厂尽快立项，用无 溶剂漆代替有溶剂漆，并广泛应用在各种电机修理的浸漆工艺中

15、。二、成果内容1 1 两种浸渍漆的比较（1 1）、理论上比较有溶剂漆是有漆基、固化物和溶剂组成，它具有渗透好，储存时间长，使用 方便等优点，但其浸渍和烘焙时间较长，固化慢，溶剂的挥发会造成漆的浪费和 对环境的污染，导致有毒及有害气体对人体的危害。无溶剂漆是由合成树脂、固化剂和活性稀释剂等组成。其特点是固化快，粘 度随温度变化大，流动性和渗透性好，绝缘整体性好，固化过程中挥发物较少， 特别适应于真空压力浸漆，机械强度高。无溶剂漆由于没有溶剂的挥发，因此， 不会造成对环境的污染和人体的侵害。（2 2）、实验中比较用两台同一规格的 7.5KW7.5KW 小容量电机比较，同时将两台已完成的嵌线工艺的

16、电机，一台用有溶剂漆 155155#，另一台用无溶剂漆 1140-uF1140-uF，分别按各自的浸漆工 艺标准进行浸漆干燥，待浸漆工艺完成后，再分别锯开每台电机绕组端部的一组 线圈，用显微镜进行甄别鉴定后，再分别抽出一组线圈用眼观察，得出以下结论用无溶剂漆浸漆后的绕组渗透性、相溶性、整体性非常好。浸膜内无明显缩 孔和缺陷，定子铁芯内槽内绝缘和中间绝缘连同电磁线紧紧固化在一起，非常饱 满，而用有溶剂漆浸渍后的绕组，其定子槽内基本无挂上漆，绝缘层与电磁线基 本上是脱离的并且浸膜内有很多的缩孔和无缺陷。结论；就浸漆质量而言，有溶 剂漆明显不如无溶剂漆，因而电机的使用寿命不如无溶剂漆的浸漆后电机的高

17、。2 2、研制项目由于用无溶剂漆浸漆后的定子绕组十分结实牢靠，这类电机再重新更换绕组 时，拆除该绕组十分困难，我们针对上述问题，我们特意研制了专用拆除设备， 将原来的40cr40cr 刀片改制成 w18cr4vw18cr4v 合金工具钢刀片，增加了压力机的吨位，在拆 除前对绕组喷洒少量的稀释溶剂，便于绕组的软化。另外针对无溶剂漆贮存期较短的特点，我们在漆筒内添加了一定数量的潜伏性固化剂和硼胺络合物，以确保 它在室温中的稳定性能，便于有较长的贮存期。三、 创新点1 1、 用理论与实践相结合的方法进行科学论证，从而得出无溶剂漆可完全代替 有溶剂漆广泛的应用在电机修理中的结论。2 2、 针对无溶剂漆在电机更换绕组过程中出现的一些问题， 采取了相应的对策。3 3、该项目为我省首创，科技含量极高，填补了该项技术空白，为今后的科技 创新项目奠定坚实的基础。四、 应用情况及社会经济效益1 1、应用情况该项目的成功应用，解决了电机修理质量提高幅度不大的问题，电机的使用寿 命