1、電動機轉子內花鍵修復項目的開發與應用研究告報同煤集團中央機廠電氣設備修理車間2014年2月10日電動機轉子內花鍵修復項目的開發與應用一、立項原因近年來， 隨著電機產品的不斷更新換代， 采煤機電動部負荷端軸 輸出由外花鍵改為內花鍵為一種新潮流， 并且越來越普遍， 輸出軸經 濟實用。目前，YBC系列采煤機電動部負荷端輸出全部為內花鍵，這 種改進的特點是電機與采煤機組用一根齒槽軸連接， 當機組負荷過載 或悶車時，很快將齒槽軸損壞或斷裂， 只要更換一根新的齒槽軸而已， 不用拆電機，非常容易，但是當電動部內花鍵損壞后，就必須拆下電 機來我廠修復。立項前，我們也無法修復，只能買廠家的新轉子，這 樣一來購買

2、轉子的周期在半年以上，時間太長影響工期，二來費用太 高， 一根轉子其它都是好的， 只是內花鍵損壞就使整個轉子報廢， 太 可惜，并且每根轉子費用達25000元，為此，我技術攻關小組根據上 級指示，針對上述問題，決定將修復YBC型系列電動部轉子內花鍵作 為所立項目，填補該項技術空白。二、主要內容1、可行性研究通過測繪YBC300型300kW電動機的轉子圖，如圖一可看出， 轉子內花鍵的軸向位置在距負荷端端部入深3 2 3mm處，內花鍵與 轉子的轉軸為一整體， 轉軸與鐵芯通過滾花與鍵烘裝聯接， 當內花鍵 損壞失效后，必須更換整個轉軸， 而我廠又沒有轉軸的專用加工設備， 其它設備的加工精度與工藝又達不到

3、， 因此立項前， 只能去電機制造 廠家去更換新轉軸。1.1.方案一立項后，我們通過查閱大量有關資料和參考以前的YBCS-125kW電機更換內花鍵的工藝， 經過共同分析論證研究決定采取提高擴孔車 去花鍵后，更換新花鍵套，再在外邊鑲套以固定花鍵套的軸向位置。 當確立方案后實施中發現了問題，原來125kW電機內花鍵軸向位置距 外端較淺，很容易車掉內花鍵后更換，并容易焊接，而本臺電機的內 花鍵軸向深達323mm不容易車掉，即使車掉后精度也達不到，因為 尺寸太深，軸的同軸度、圓柱度、徑向跳動等形位公差達不到要求， 另外當更換花鍵套后，必須焊接才能確保機械強度，工件短一點，端 部焊接后，工件變形不大， 可

4、以保證工件兩端的軸向傾斜度很小，而本臺電機的花鍵套長達323m m當端部焊接后難以保證軸向中心線不 會傾斜，并且肯定會超差，達不到性能要求。因此，必須另找其它方 法才能解決問題。1.2.方案二方案一行不通后， 我們經過系統的分析論證決定采用斷軸再接工 藝來更換內花鍵套。 也就是將轉子在適當位置切斷， 使花鍵套的軸向 深度變淺，便于加工，換套和焊接待更換新的花鍵套后，再將花鍵套 與轉軸焊接在一起，并確保原來轉軸的各部分尺寸公差形狀等不變。 為確保焊接后電機的機械強度， 我們采用了加大焊接坡口的尺寸以確 保焊接的質量。在花鍵套外圓內側與車掉花鍵套后的轉軸內孔采用緊 過盈配合的措施， 以進一步加強焊

5、接后轉軸的機械強度。 根據以前的斷軸再接經驗和強度校核，我們一致認為此方案可行。2.方案實施2.1.首先設計研制內花鍵套2.1.1 根據客戶提供的齒槽軸確定內花鍵套參數，為確保齒面的抗疲 勞強度，特將齒面淬火，硬度由原來的HRC30-35改為HRC42-452.1.2按抗扭強度計算花鍵套外徑T-轉所傳動的扭矩（kg .m） 式中：T = 975P/n= 975X300/1480=197.6kg.mP-電機容量為300kwn-電機轉速為1480r/min考慮到電機的過載能力，因此強度校核中應按最大轉矩計算,Tmax二2T = 2X197.6 = 395.2 kg.m;-許用扭轉剪應力，在42Cr

6、Mo材料的許用剪應力范圍內選取最小值3.5kg/mm;a-環形壁厚系數，初取a=d1/d=75/100=0.75;d = 17.2X3395.2X 1= 94.75mmV V 3.53.511-0.7511-0.754選取花鍵套外徑d二100mm2.1.3根據上述數據和圖一所示轉軸的總長設計出圖二所示的內花 鍵套的形狀尺寸及內花鍵參數，并委托鍛壓、熱處理、機工車間加工2.2用氣割切去圖一所示部位外面部分d=17.2X3X1引2.3用本車間車床擴孔并去掉廢棄的舊花鍵，擴孔至 門100益致使 軸孔過盈量為(0.09+0.05)(0.113+0.13) = 0.140.243mm確保焊接后的抗扭強度

7、。2.4將電機轉子整體放入干燥室升溫至200C,恒溫46小時后，再 用氧氣對軸頭局部加熱至300C400C后，用壓力機將花鍵套壓裝 進去并到位。2.5將花鍵套和轉子在坡口處焊住并確保焊接質量。2.6用車床將焊口車平，恢復轉軸原狀。2.7鉗工修齒，以防止焊后齒形或尺寸變形，確保齒槽軸順利裝入花 鍵套并有合適的配合。三、強度校核花鍵套是按抗扭強度設計的應該沒有問題， 外部各部分軸肩與原 轉軸相同是經過強度校核的，不用再校核，現只校核焊口處的抗扭強 度。根據圖一所示的尺寸，按空心軸校核，轉軸材料40Cra= 1000/155.3 = 0.64Tmax = 395.2kg.m=85mm 155.2mm

8、焊口出的強度校核通過。四、創新點：=3.5 kg/mm13431-Q6f2ond = 17.2= 17.2X1、用抗扭強度計算出的內花鍵套壁厚加大了齒面硬度，成功地設計出花鍵套2、采用斷軸再接工藝解決了普通車床不能擴孔的問題。3、采用了全國首創的新工藝，在不更換轉軸的情況下更換內花鍵。4、該項技術在全國也是獨一無二的，絕對領先于全國水平。五、效益及應用情況YBC型電動機轉子內花鍵的成功修復，填補了電動機轉子修理技 術的空白，為我廠創造了豐厚的經濟效益， 還帶來了一定的社會效益,該新工藝在不更換轉軸的情況下更換內花鍵， 為今后修復類似電動機 轉子的內花鍵積累了經驗，對于其它結構形式的電機當需要更

9、換內花 鍵時， 上述方法也是可以借鑒的。修復一臺采煤機用YBC型電動機轉子內花鍵的成本為2800元， 和購買新轉子相比， 價格便宜很多。 用抗扭強度計算出的內花鍵套增 加了壁厚，又加大了齒面硬度，設計出內花鍵套是經濟適用的，同時 由于修理周期的縮短，又能盡快修理電動機,使用戶滿意，受到了廣 大客戶廣泛好評。應用此技術先后對26臺采煤機電動部轉子內花鍵 進行了更換修復， 至今設備運行正常。2013年8月，我們修復的第 一臺內花鍵電動部因繞組燒損又來我廠修理， 電動部解體后， 發現修 復的內花鍵主要受力部件完好無損， 這充分證明內花鍵的結構設計和 材料選擇是合理的。 該技術的應用大大提高了生產效率

10、， 降低了生產 成本，同時受到用戶的好評，說明此項設計是非常成功的。經濟效益證明電氣設備修理車間開發的采煤機用YBC系列電動機轉子內花鍵 修復項目中，加工花鍵的工藝路線為下料-鍛造-粗加工-半精車外 圓-精車外圓-淬火-粗磨外圓-滾銑花鍵槽-精磨1、內花鍵套的成本費為40元/ kgx15kg=600元，2、內花鍵套的加工費用為：本車間粗鏜6點x50元/點=300元； 機加工精鏜8點x50元/點=400元；本車間精車花鍵套外徑8點x50元/點=400元；鉗工打孔4點x50元/點=200元；內花鍵套的組裝、預熱3小時的費用為200元； 電焊烘裝等費用為300元；熱處理調質、淬火的費用400元；所以

11、內 花鍵套的加工費用為2，200元。修復一臺采煤機電動部轉子內花鍵總費用為2，800元，一臺就 節約25，0002，800=22，200元，一年修理類似電動部26臺，共 節約費用26x22，200=577，200元特此證明中央機廠電氣設備修理車間2014年2月10日附1同煤集團2013年科學技術（技術革新）獎申報書、項目基本情況獎種科技進步“技術發明技術革新項目名稱YBCYBC 型米煤機電動部轉子內花鍵修復項目的開發與應用主要完成人解海潤王建國賈富仁張建新李煥娣楊蘇運李德愉主要完成單位同煤集團中央機廠申報單位意見（蓋章）申報獎勵等級項目可否公布否主題詞不更換電機轉子的情況下更換內花鍵，經濟實用

12、，增收創效專業分類機電任務來源A.A.國家計劃 B B .部委計劃 C C .省、市、自治區計劃D.D.基金資助 E E .國際合作 F F .其它單位委托G.G.自選2H H .非職務 1 1 .其它項目起止時間2012.4.2012.4.2012.122012.12組織評價單位同煤集團評價時間2013.1.92013.1.9成果水平綜合效益顯著申報單位聯系人王建忠所在部門中央機廠138342298351383422983570378367037836項目立項原因、研究內容、創新點、效益及應用情況（可另加頁） ：經我廠修理的各種綜采設備的配套電機，絕大部分在礦井下運行，由于井下 的惡劣環境對

13、電機繞組的使用壽命影響極大，而電機繞組絕緣系統本身就比電機 其它零部件的使用壽命低很多，就使用壽命而言，絕緣系統是整個電機中最薄弱 的環節，而繞組的浸漆質量與電機的使用壽命有直接的關系。在立項前，我廠一 直沿用有溶劑漆配沉漆浸漆工藝，最近幾年改為真空壓力浸漆工藝，雖然多次改 進浸漆工藝，但仍達不到滿意的效果，電機的使用壽命仍然很低，主要原因是有 溶劑漆中由于有溶劑的揮發會在漆膜中留下縮孔和缺陷，空氣中的有害污染物就 會侵蝕到漆膜內，造成漆膜的絕緣強度和機械強度下降，加快絕緣結構的老化， 因此有溶劑漆工藝很難提高繞組的浸漆質量和電機的使用壽命。而無溶劑漆配真 空壓力浸漆工藝可克服有溶劑漆的許多缺

14、點，將會使繞組的浸漆質量及使用壽命 有大幅度提高。根據有關資料介紹及預測，用無溶劑漆代替有溶劑漆是必然趨勢， 其推廣應用前景十分廣闊。立項前，由于有溶劑漆中的溶劑中含有大量的二甲苯 等揮發性有毒及有害污染物，這些毒性很大的污染物經揮發后散發到空氣中，吸 入人體內很容易造成傷害。而無溶劑漆由于沒有溶劑的揮發，因此不會造成對環 境的污染及對人體的危害。用無溶劑漆代替有溶劑漆后，可縮短漆膜的固化時間， 因此，可大量節約電能，可降低作業人員的勞動強度，又由于沒有溶劑的揮發， 可節約大量的漆。為此，在上級領導和有關部門強烈要求下我廠盡快立項，用無 溶劑漆代替有溶劑漆，并廣泛應用在各種電機修理的浸漆工藝中

15、。二、成果內容1 1 兩種浸漬漆的比較（1 1）、理論上比較有溶劑漆是有漆基、固化物和溶劑組成，它具有滲透好，儲存時間長，使用 方便等優點，但其浸漬和烘焙時間較長，固化慢，溶劑的揮發會造成漆的浪費和 對環境的污染，導致有毒及有害氣體對人體的危害。無溶劑漆是由合成樹脂、固化劑和活性稀釋劑等組成。其特點是固化快，粘 度隨溫度變化大，流動性和滲透性好，絕緣整體性好，固化過程中揮發物較少， 特別適應于真空壓力浸漆，機械強度高。無溶劑漆由于沒有溶劑的揮發，因此， 不會造成對環境的污染和人體的侵害。（2 2）、實驗中比較用兩臺同一規格的 7.5KW7.5KW 小容量電機比較，同時將兩臺已完成的嵌線工藝的

16、電機，一臺用有溶劑漆 155155#，另一臺用無溶劑漆 1140-uF1140-uF，分別按各自的浸漆工 藝標準進行浸漆干燥，待浸漆工藝完成后，再分別鋸開每臺電機繞組端部的一組 線圈，用顯微鏡進行甄別鑒定后，再分別抽出一組線圈用眼觀察，得出以下結論用無溶劑漆浸漆后的繞組滲透性、相溶性、整體性非常好。浸膜內無明顯縮 孔和缺陷，定子鐵芯內槽內絕緣和中間絕緣連同電磁線緊緊固化在一起，非常飽 滿，而用有溶劑漆浸漬后的繞組，其定子槽內基本無掛上漆，絕緣層與電磁線基 本上是脫離的并且浸膜內有很多的縮孔和無缺陷。結論；就浸漆質量而言，有溶 劑漆明顯不如無溶劑漆，因而電機的使用壽命不如無溶劑漆的浸漆后電機的高

17、。2 2、研制項目由于用無溶劑漆浸漆后的定子繞組十分結實牢靠，這類電機再重新更換繞組 時，拆除該繞組十分困難，我們針對上述問題，我們特意研制了專用拆除設備， 將原來的40cr40cr 刀片改制成 w18cr4vw18cr4v 合金工具鋼刀片，增加了壓力機的噸位，在拆 除前對繞組噴灑少量的稀釋溶劑，便于繞組的軟化。另外針對無溶劑漆貯存期較短的特點，我們在漆筒內添加了一定數量的潛伏性固化劑和硼胺絡合物，以確保 它在室溫中的穩定性能，便于有較長的貯存期。三、 創新點1 1、 用理論與實踐相結合的方法進行科學論證，從而得出無溶劑漆可完全代替 有溶劑漆廣泛的應用在電機修理中的結論。2 2、 針對無溶劑漆在電機更換繞組過程中出現的一些問題， 采取了相應的對策。3 3、該項目為我省首創，科技含量極高，填補了該項技術空白，為今后的科技 創新項目奠定堅實的基礎。四、 應用情況及社會經濟效益1 1、應用情況該項目的成功應用，解決了電機修理質量提高幅度不大的問題，電機的使用壽 命