张洪丽
哈尔滨哈铁装备制造有限公司
摘 要：
通过改变5GEB32B1型交流牵引电动机转子导条传统涨紧工艺方式，解决该型交流牵引电机转子导条因传统工艺劳动强度大、生产效率低、质量不稳定、动平衡数据变化大的各种问题，根据测量数据和电机转子产品结构特性，利用普通卧式车床工作原理，设计了一套导条滚压涨紧装置，通过将该装置固定在车床刀架上，利用机床横向位移实现导条滚压涨紧在铁芯中，电机转子导条滚压涨紧技术，通过设备保障，改变了传统的手工作业方式，减轻了操作员工的劳动强度，提高了工作效率，稳定了产品质量，达到了设计要求，从而实现了生产自动化和产品多样化。
关键词：卧式车床；刀架；滚压装置；电机；交流牵引；转子；导条；铁芯；
引言：
HXN5型大功率交流传动内燃机车是中国铁路的干线客、货运柴油机车，机车选用的是5GEB32B1型三相鼠笼式交流异步电机，由通用电气（GE）公司设计。该型号电机转子由转轴、鼠笼组成。转子鼠笼由导条和转子铁芯装配一体后焊接端环而成，该型机车于2009年上线运行，目前主要投入哈尔滨局集团公司管内使用。
1、HXN5型电机高级修维修任务
2016年我公司开始承担该型电机高级修维修任务，截至目前共修复完成该型电机120台，在对入厂的大修电机进行拆解状态分析时，发现120台中108台是因发生导条脱焊故障而形成的落修，占比故障电机的90%，而因为导条断裂、脱焊引起的铁芯烧损和定子线圈损毁占比分别达到19%和15%，造成维修成本无形增大。
在收集各机车运用段对导条开焊信息进行的反馈统计后，发现导条断裂的电机均是GE公司生产，该公司对该型电机转子导条装配时原设计采用对9根导条进行了涨紧处理，相邻3根一组，共3处按120°而所有导条断裂故障均发生在未涨紧的导条上，GE公司通过对导条脱焊转子进行了失效分析，也提出了对所有导条进行涨紧处理的补救方案，实践得出，导条涨紧数量设计是形成导条断裂故障的主要原因。
2、改善机械角度分布，选定成熟涨形工艺
为避免重蹈GE公司生产的电机导条脱焊故障的覆辙，我公司进行电机维修时决定采用成都厂导条涨形技术对转子全部60根导条进行涨紧，该技术主要是通过将转子鼠笼水平放置在橡胶垫上，冲头导向座放置于鼠笼表面并与导条卡住，调节定位块，新的涨紧位置取转子每根导条两侧（距铁芯端面80mm附近）及中间部位三处进行涨形，涨形尺寸约为深度3mm，宽度3mm，长度20mm。将冲子放入座口，小心对准导条槽，使用铜锤敲击冲子头部，直到冲子不能下沉为止，完成涨紧后，测量涨紧深度一致达到大约3mm，旋转转子180°，涨紧相对应位置的导条，交替涨紧完全部导条，使得整个转子受力平衡。依照该涨紧工艺，完成了前40余台电机的修复，电机运行状态良好。
3、工艺暴漏问题隐患。随着维修任务量的增加，通过人工手动冲击涨紧的方式，暴露出了以下问题：
3.1、人工手动涨紧劳动强度过大，涨紧效率低，满足不了自动化规模生产的要求，一台转子完成全部涨形工作至少需要2.5小时，且其涨紧范围、涨紧压力由于是人工控制，易出现冲头崩裂及误伤转子的情况，存在人身、产品隐患。
3.2、涨紧质量保证不够可靠。由于人工涨紧，涨紧过程中存在导条涨紧深度不稳定，质量参差不齐，容易导致导条的形变量不均匀、不可控，同时容易在导条表面形成波浪起伏的形变层，导条的涨紧效果不佳，涨紧程度不均匀。
3.3、影响转子动平衡质量。在检修过程中由于个别电机试验时出现了震动较大的问题，对拆解后的转子进行动平衡试验时发现转子平衡值较试验前有明显增大，分析其主要原因便是转子导条在涨紧时由于受力不均，涨紧不到位，高速旋转时出现了位移，平衡值产生影响。为了找到问题的根本原因，企业对接下来维修的5台电机在试验后进行了拆解，对试验前后的转子不平衡量的变化程度进行了对比，标准的不平衡量值应≤15g，效验前后数据对比可知，5台转子试验后不平衡量值均发生了明显增大，3号电机换向端转子不平衡量试验前后增大比例更是达到了10倍以上，统计数据如下表列示：
电机转子不平衡量试验前后对比统计表 单位：g
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4、分析原因制订对策
根据上述反馈问题，如何解决现有人工敲击涨紧导条作业模式，减轻作业者劳动压力、提高导条涨紧速度，稳定涨紧作业质量变成了企业迫切待解的重大技术难题。对此，笔者经过研发设计，利用普通卧式车床工作原理，设计了一种可固定在车床刀架上的转子导条滚压涨紧装置，该装置利用机床横向位移实现导条整根滚压涨形，利用进刀量实现导条滚压深度控制，利用卧式车床自带旋转特性完成转子所有导条的滚压涨形，该涨紧技术通过车床设备保障，改变了传统的手工作业方式，减轻了操作员工的劳动强度，提高了工作效率，稳定了产品质量，达到了设计要求，从而实现了生产自动化和产品多样化。
4.1 、总体设计思路
总体设计思路包括以下6个方面。一是从满足产品质量要求、提高转子导条涨形工作效率、降低劳动强度方面进行考虑；二是车床配合导条涨紧装置作业可实现针对转子固定后周向60个导条的一次性有效涨紧；三是为了保证转子导条涨紧的均匀性，采用整根导条恒力滚压；四是滚压装置各部通过过盈配合保证装配质量，提高滚压精度。五是导条涨紧后，转子不平衡量不应在高速试验后产生增大影响。
4.2、 滚压装置设计思路
转子导条滚压涨紧装置（见图1）主要包括刀体1、滚轮2、圆柱滚子轴承3、圆柱销4和垫圈5，滚轮2内孔与有圆柱滚子轴承3外径过盈配合，圆柱销4外径穿过圆柱滚子轴承3内孔和刀体1的两个通孔，圆柱销4外径与刀体1的两个通孔过盈配合，圆柱滚子轴承3两侧安装有垫圈5，垫圈5内孔与圆柱销4外径间隙大于0.2mm，滚压盘外圆两侧进行45°倒角。该装置实现对转子铁心上的转子导条进行滚压，使转子横截面的形状发生改变，从而使转子铜条与转子转子铁芯壁紧密贴合，达到过盈配合的效果，增大转子铜条与铁芯之间的作用力，完成转子的加工制造。
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图1：导条滚压装置结构图
4.3实施过程
转子导条滚压涨紧技术是结合卧式车床通过滚压形式实现对转子导条的滚压涨紧目的，滚压的深度可以通过进刀量来控制，由于机床可以通过程序控制滚压过程，所有的转子铜条滚压的位置和深度都非常一致性。
(1)滚压装置安装。将滚压装置刀体1的方刀柄部分安装在卧式车床的刀架上。
(2)待滚压转子安装。将待滚压的转子安装在卧式车床夹盘和中心架上，测量两端轴径跳动量符合要求，保证两侧端环与导条固定牢固。
(3)滚压作业。调整滚轮位置，使滚轮滚动路线与导条外端面水平中心线位置一致，并确保滚轮两侧面与导条外端面处于垂直状态后将其固定牢固，启动刀架，调整滚轮头与右侧任意一根导条上表面端头接触后，将刀架进刀量以此为基础设置为前进3mm，启动车床，水平向左推进刀架，完成滚轮自右向左整根碾压导条的涨形工作，旋转车床夹盘，将滚轮对应下一导条，重复执行上述动作，直至完成全部导条的涨形工作。检查所有导条涨形完成无遗漏后，将转子吊下车床水平放置到转子检修平台，卸下滚压装置。涨形后的转子导条局部如下图2 所示。
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图2转子导条涨形后
(4)动平衡验证。对5台利用滚压技术完成导条涨紧的转子试验前后的不平衡量进行检测，其变化值均小于5%，符合动平衡质量要求。
5结束语
使用卧式车床滚压转子铜条的效率有着显著的提高，一个转子完成导条涨紧只需要0.5小时的时间，同时电机维修质量得到稳定提升，目前检修完成的120台电机已经过三年的在线运行，无不良反馈。该电机转子导条滚压装置的设计、制作、安装、调试和使用，成功解决了因人工敲击涨紧电机转子导条时效率低、质量不稳定的问题，改变了传统的手工冲涨方式，减轻了作业强度，提高了生产效率，稳定了产品质量，确保了铁路运输行车安全。
参考文献：
[1]李静波.5GEB32B1型交流牵引电机故障转子修复工艺研究[J].科技创新导报,2016,13(23):44-45.