Để thuận lợi cho việc lắp đặt thử nghiệm sản phẩm mẫu, có cơ sở đánh giá tính chính xác của ph−ơng pháp tính, đánh giá việc nghiên cứu thiết kế, nghiên cứu công nghệ và xây dựng các quy trình công nghệ đề tài đã lựa chọn ph−ơng án kết cấu.
Động cơ một chiều 200kW có một số đặc điểm chính nh− sau: - Động cơ có 2 đầu trục côn giống nh− nhau;
- Động cơ có vỏ bằng thép đúc và thép hàn. Thân động cơ đ−ợc chia thành 2 nửa (nửa trên và nửa d−ới);
- Động cơ kiểu nửa hở (cấp bảo vệ IP23);
- Các cửa sổ tháo lắp giá than, thông gió đều nằm trên thân;
- Kích th−ớc lắp đặt của động cơ phải bảo đảm lắp lẫn đ−ợc với các thiết bị đang lắp trên máy xúc do Liên xô chế tạo;
2.2.2 Giới thiệu kết cấu và vật liệu sử dụng của một số cụm chi tiết quan trọng
a. Cổ góp điện
Cổ góp điện (hình 1) là cụm chi tiết đặc thù của máy điện một chiều, cổ góp điện đ−ợc ghép từ hàng trăm, có khi hàng nghìn chi tiết rời. Trong cổ góp của động cơ 200kW có tổng cộng 348 chi tiết với 7 loại vật liệu chế tạo khác nhau nh− đồng M1, thép đúc, thép Ct5, mi ca cứng, mica mềm, sơn cách điện, sợi tổng hợp.
Bộ phận làm việc của cổ góp là vành góp. Vành góp có hình vành khăn đ−ợc tạo thành từ các lam đồng có tiết diện ngang hình thang và lá mica cách điện xếp xen kẽ nhau, mỗi loại có 168 cái khi xếp thành vành và đ−ợc ép chặt lại các chi tiết phải tạo thành một khối vững chắc.
Đầu cuộn dây phần ứng đ−ợc hàn nối vào rãnh hoặc đuôi cờ của lam đồng. Dòng điện đảo chiều sẽ đi qua các lam đồng và các viên than.
Nh− vậy khi làm việc, cổ góp phải chịu tác động của các yếu tố sau: - Dòng điện đảo chiều qua viên than và lam đồng;
- Lực ly tâm của các lam đồng và mica cách điện; - Ma sát giữa các viên than với lam đồng;
- Tia lửa điện giữa viên than và lam đồng.
- Độ tăng nhiệt của các cụm chi tiết dẫn điện và dẫn từ; - Bụi than bám vào rãnh giữa các lam đồng;
Với các tác động của dòng điện, của lực ma sát, tia lửa điện, độ tăng nhiệt của các chi tiết sẽ làm cho cổ góp phát nhiệt. Cổ góp th−ờng làm việc với nhiệt độ lên đến 100-130oC. Ngoài ra khi chịu lực ma sát viên than sẽ bị bào mòn, bụi than sẽ bám dần vào các khe giữa các lam đồng , nếu không kịp thời bảo d−ỡng thì sẽ bị chập lam đồng dẫn đến sự cố phá huỷ cổ góp.
Động cơ quay tạo nên lực ly tâm tác động lên vành góp (các lam đồng và mi ca cách điện) nếu chế tạo không tốt sẽ dẫn đến làm bung chi tiết (các chi tiết bị xê dịch ra ngoài)
Trong cổ góp các chi tiết còn lại là để giữ vành góp thành một khối vững chắc. Vành góp đ−ợc giữ không bung ra khi quay là nhờ hai cốc ép ở hai bên. Các cốc ép có 2 mặt côn 3o và 30o. Bề mặt côn 30o đ−ợc tỳ vào đuôi én của vành góp, ở giữa hai chi tiết này là phễu cách điện. Nhờ đ−ợc tỳ chặt vào các cốc ép nên vành góp khi chịu lực ly tâm sẽ không bung ra.
Cụm vành góp và các cốc ép đ−ợc xiết chặt thành khối nhờ 8 bulông M24. Để bảo vệ lớp mi ca trong phễu cách điện không văng, không vỡ trong quá trình làm việc, sửa chữa, lắp ráp...ta phải băng thêm 1 lớp cách điện sợi tổng hợp (1) trên các bề mặt ngoài của phễu cách điện (hình 18).
Hình 18.
b. Cực từ.
Máy điện một chiều có các cực từ chính và các cực từ phụ. Trong động cơ một chiều 200kW có 04 cực từ chính và 04 cực từ phụ. Các cực từ đ−ợc bắt vào thân động cơ bằng 3 bu lông hoặc gu dông M24.
Các cực từ có các chi tiết chính nh− sau: - Lõi cực từ;
1. Băng sợi tổng hợp 2. Cốc ép
3. Vành góp 4. Phễu cách điện
- Cuộn dây cực từ; - Các tấm cách điện;
- Các chi tiết xiết ép (tấm ốp, tấm ép cực từ, các bu lông, gu dông, đinh tán, đai ốc...).
Đề tài tập trung nghiên cứu 02 cụm chính của các cực từ là lõi tôn và cuộn dây cực từ của cực chính và cực phụ.
Lõi tôn cực từ chính
Cực từ chính đ−ợc ghép từ 317 chi tiết rời. Lá tôn cực từ có hai loại chế tạo từ thép kỹ thuật điện ∋3411, các chi tiết còn lại là để giữ các lá tôn thành một khối vững chắc. 04 đinh tán đầu chìm bằng Φ14 đ−ợc tán chặt để giữ các lá tôn cực từ và lá tôn đầu.
Để bắt giữ cực từ chính trên thân trong kết cấu lõi cực từ chính có rãnh để luồn thanh lõi cực từ trên đó có các lỗ ren để bắt gu dông. Lá tôn cực từ có gông, có các cung và mỏm cực đ−ợc thiết kế theo hình dạng và các kích th−ớc đã tính toán trong bản tính toán thiết kế điện từ.
Lõi tôn cực từ phụ.
Lõi tôn của cực từ phụ đ−ợc chế tạo từ phôi thép. Hình dạng, kích th−ớc của thân cực từ nhận đ−ợc từ phần tính toán thiết kế điện từ.
Cuộn dây cực từ chính.
Các thông số dây của cực từ chính nh− tiết diện dây điện từ, số vòng dây nhận đ−ợc từ bản tính toán thiết kế điện từ.
Phải bố trí số vòng dây của từng lớp để có đ−ợc hình dạng kích th−ớc cuộn dây phù hợp khi lắp vào cực từ. Cuộn dây cực từ chính của động cơ 200kW làm từ dây đồng bọc phíp thủy tinh có tiết diện 2,24x5(mm), tổng cộng có 390 vòng chia thành 24 hàng, trong đó có 5 hàng ngoài sẽ giảm dần số vòng để tạo thành cạnh vát ở 2 đầu bối dây.
Đầu đầu và đầu cuối của bối dây đ−ợc hàn chặt với dây đấu vào và dây đấu ra làm bằng tấm đồng đỏ dày 2mm bản rộng 16mm, đ−ợc băng 3 lớp mi ca. Vị trí của đầu dây phải đúng nh− thiết kế để đảm bảo khi đấu nối các cuộn dây cực chính, dây đấu đã đ−ợc định hình không bị uốn vặn.
Phía ngoài cuộn dây đ−ợc băng 9 lớp cách điện, phía trong là 8 lớp mica quấn chồng 1/2, phía ngoài đ−ợc băng bảo vệ bằng 1 lớp lụa thuỷ tinh quấn chồng 1/2.
Cuộn dây đ−ợc tẩm sơn cách điện và sấy khô để tăng c−ờng cách điện và liên kết thành khối.
Cuộn dây cực từ phụ
Các thông số điện và kích th−ớc của cuộn dây đ−ợc lấy từ bản tính toán thiết kế điện từ. Cuộn dây cực từ phụ đ−ợc quấn bằng dây đồng trần (đồng đỏ) có kích th−ớc 3,8x26,3 (mm) dây đ−ợc chập 2 và quấn thành hình có 2 đầu l−ợn bán kính R20 và 2 cạnh thẳng (hình 19).
Hình 19. Cuộn dây cực từ phụ.
Dây điện từ đ−ợc uốn theo cung R20 theo bản rộng. Giữa các vòng dây đ−ợc đặt lớp cách điện mi ca dày 0,3 mm. Đầu đầu và đầu cuối của dây cực từ phải đ−ợc uốn theo đúng hình dạng kích th−ớc nh− ở bản vẽ và đ−ợc băng 3 lớp mi ca cách điện vòng. Chỗ đấu nối đ−ợc khoan lỗ Φ11 và tráng thiếc để đấu nối các cực từ phụ với nhau. Phía ngoài cuộn dây cực từ phụ đ−ợc quấn 4 lớp cách điện, bên trong là 3 lớp băng mi ca dày 0,1mm, phía ngoài là một lớp lụa thuỷ tinh đều quấn chồng 1/2.
Cuộn dây đ−ợc tẩm sơn cách điện và sấy khô để tăng c−ờng độ bền cơ.
c. Phần ứng
Phần ứng của máy điện một chiều bao gồm các cụm chi tiết chính nh− sau : - Lõi tôn phần ứng;
- Bộ dây phần ứng.
Lõi tôn phần ứng đ−ợc xếp ép trực tiếp trên trục, sau khi cổ góp đ−ợc ép vào vị trí mới lồng bộ dây phần ứng lên các rãnh trên lõi tôn và hàn các đầu dây đầu và cuối vào các lam đồng cổ góp.
Lõi tôn phần ứng :
Lõi tôn phần ứng đ−ợc tạo thành từ 993 chi tiết trong đó có 985 lá tôn phần ứng đ−ợc chế tạo từ thép kỹ thuật điện ∋ 2212 dày 0,5 mm. Các chi tiết còn lại là lá tôn đầu dùng để ép không cho phần răng của lá tôn phần ứng bị xô ra. 2 đầu của lá tôn có 2
vành đỡ dây. Chi tiết này vừa có tác dụng ép lõi tôn vừa là vành đỡ trong của bộ dây phần ứng.
Lõi tôn phần ứng còn có 12 lỗ Φ20 để thông gió dọc theo trục. Lõi tôn phần ứng có 2 loại lõi tôn để tạo thành các bậc, có 6 bậc thấp hơn dài 26mm là vị trí để quấn dây băng đai giữ bộ dây phần ứng.
Để giữ cho lõi tôn không xoay trên trục có then bằng bản rộng 20, lõi tôn đ−ợc giữ dọc trục bởi vai trục và vòng hãm 2 nửa đ−ợc lắp vào rãnh trục khi xếp ép và sau đ−ợc hàn đính lên trục.
Bộ dây phần ứng
Bộ dây phần ứng của động cơ 200kW đ−ợc thiết kế với hai ôm khít nhau. Lớp ngoài là dây quấn sóng với 04 rãnh ảo, lớp trong là bộ dây quấn xếp cũng có 04 rãnh ảo. Các bộ dây đ−ợc chế tạo bằng dây điện từ có tiết diện 1,8x8,5; mỗi bộ dây có 48 bối, quấn 1 vòng.
Bộ dây quấn sóng
Dây điện từ đ−ợc chập 4 và quấn tạo thành hình sóng, một đầu đ−ợc uốn với bán kính R=18mm, 2 phần dây ngoài lõi tôn đ−ợc uốn theo cung để ôm khít với các vành đỡ và bộ dây quấn xếp, góc tạo thành của tâm 2 cạnh thẳng của bối dây là 47 010'x2. Phía đầu dây ra đ−ợc cạo sạch và tráng thiếc. Bối dây đ−ợc thực hiện cách điện nh− sau:
- Cách điện vòng: giữa 2 dây lót cách điện bằng mi ca dày 0,1mm.
- Cách điện bối dây: phần đoạn thẳng quấn 2 lớp mi ca và 1 lớp băng thuỷ tinh chồng 1/2, đầu dây nằm ngoài lõi tôn chỉ quấn 2 lớp mi ca chồng 1/2.
Bộ dây quấn xếp
Bối dây quấn xếp cũng nh− bối dây quấn sóng có 4 sợi chập, ở giữa có lớp cách điện dày 0,1mm, các đầu dây đ−ợc tráng thiếc và thực hiện cách điện bối dây. Bộ dây quấn xếp có góc uốn R=3, góc tạo thành giữa 2 cạnh thẳng là 42052’x 2.
Đầu dây đ−ợc uốn theo các cung để có thể nằm gọn và trùng khít trong bộ dây quấn sóng. Cách điện đ−ợc thực hiện nh− bộ dây quấn sóng.
Băng đai bộ dây phần ứng :
Bộ dây phần ứng khi làm việc chịu tác động của lực điện từ và lực ly tâm. Nếu không có băng đai hoặc băng đai lỏng sẽ làm sợi dây cựa đ−ợc trong rãnh hoặc văng bộ dây phần ứng ra phía ngoài. Dây cựa trong rãnh có thể gây chập vòng, đầu đấu dây văng ra làm hỏng mối hàn và cổ góp; dây phần ứng khi văng ra có thể chạm vào cực từ,
cuộn dây cực từ và các chi tiết lắp trên cực gây sự cố chập nổ dây phá huỷ sản phẩm. Do đó sau khi lồng xong 2 bộ dây ta phải tiến hành băng đai ở các vị trí sau:
- ở 2 đầu dây ra;
- ở rãnh các thếp tôn phần ứng. Băng đai đ−ợc thực hiện theo 2 cách sau:
- Băng đai dây thép lò xo;
- Băng bằng sợi tổng hợp chuyên dùng.
Tr−ớc đây băng đai đ−ợc thực hiện bằng thép lò xo. Với sự phát triển của các ngành chế tạo vật liệu ngày nay, với các máy điện một chiều có kích th−ớc không lớn thì có thể thực hiện băng đai bằng sợi tổng hợp chuyên dùng. Khi quấn sợi còn dẻo sau khi sấy đủ nhiệt độ sợi sẽ khô cứng và ôm chặt vào chi tiết. Ph−ơng pháp này có −u điểm là giảm lao động, công nghệ giản đơn hơn, trên đai không xuất hiện dòng điện, nh−ng ph−ơng pháp này cũng có hạn chế là dây đai bị già hoá theo thời gian dễ rạn, đứt.
d. Các chi tiết cơ khí của máy điện một chiều
Cũng nh− máy điện xoay chiều các chi tiết cơ khí của máy điện một chiều bao gồm các chi tiết bao che phần điện từ, đỡ rôto, các ổ bi, các chi tiết bắt xiết và trục. Máy điện một chiều khác với máy điện xoay chiều, thân máy cũng là phần dẫn từ; các kích th−ớc chiều dày, chiều dài đoạn gông thân đ−ợc tính trong phần thiết kế tính toán điện từ.
Thân máy điện một chiều
Do là chi tiết tham gia dẫn từ nên thân máy điện một chiều đ−ợc chế tạo bằng thép. Động cơ một chiều 200kW có đặc biệt là thân đ−ợc ghép từ 2 nửa: nửa trên các cửa gió và có 2 quai treo, nửa d−ới có các chân đế.
Phần thân giữa có tham gia vào mạch từ nên có chiều dày gông là 60mm và chiều dài 680mm (lấy theo bản tính). Hai phía ngoài có các ô cửa để thông gió và để thao tác lắp chỉnh cụm giá than có chiều dày 15mm.
Hình tiết diện cắt của thân có hình lục lăng, tạo thuận lợi là giảm tối thiểu khe hở của mối ghép giữa thân và các cực từ.
Hai nửa thân đ−ợc bắt với nhau bằng 4 bu lông và 8 đai ốc. Thân của động cơ một chiều 200kW có kích th−ớc chiều ngang 795mm, thân dài 1250mm nên kết cấu của thân đ−ợc chia thành 2 nửa tạo điều kiện thuận lợi cho việc lắp ráp sửa chữa, bảo d−ỡng, căn chỉnh các cực từ, bộ dây cực từ.
Phần thân cực có gia công các lỗ Φ25 để bắt các cực từ.
Nắp máy điện một chiều :
Máy điện một chiều có nắp tr−ớc và nắp sau đ−ợc chế tạo bằng thép đúc. Các ổ bi đũa NJ 326EC đ−ợc lắp vào nắp. Nắp có tấm chặn ca bi ngoài và giữ mỡ thay cho nắp mỡ ngoài.
Hai nắp mỡ các ổ bi đũa NJ 326EC đ−ợc đúc bằng gang xám GX 12-28. Các nắp che lỗ gió, che hộp than, che đáy đ−ợc cắt và gia công từ tôn tấm mỏng CT3.
Kết cấu của các chi tiết nắp che, nắp, nắp mỡ cũng không khác biệt so với máy điện xoay chiều. Trên nắp sau có 04 cặp lỗ Φ14 để bắt cụm giá than.
Trục máy điện một chiều :
Trục của động cơ 200kW có đặc biệt là 2 đầu trục côn. Đ−ờng kính trục của động cơ Φmax = 155, chiều dài L=1960mm.
Trục đ−ợc chia thành nhiều bậc để lắp ghép các chi chi tiết, trên trục có 4 rãnh then để lắp phần ứng, cổ góp, và pu ly của máy công tác; hai cổ trục (nơi lắp ổ bi) có độ nhám thấp và dung sai chính xác cao.
Hai đầu trục có góc côn 1/20, phía ngoài đ−ợc ren M100x4 để bắt đai ốc hãm.
e. Cụm giá than :
Máy điện một chiều có cụm giá than gồm thanh gá hộp than và hộp than. Động cơ 200kW có 4 cụm giá than trong mỗi giá than có 3 cụm chi tiết sau:
- Hộp than : 03c - Đế thanh giá : 01c - Thanh giá HT : 01c
Hộp than là chi tiết phức tạp đ−ợc lắp từ 8 loại chi tiết khác nhau. Để viên than lắp trong hộp than làm việc đ−ợc lâu dài ổn định, các chi tiết của hộp than phải đạt đ−ợc các yêu cầu sau:
- Hộp than phải có kết cấu cứng vững;
- Viên than đúng chủng loại, kích th−ớc viên than 25x50 phải đồng đều, các góc phải vuông bề mặt thành phải phẳng, đ−ợc lắp tr−ợt xít trong hộp than;
- Mỏ cò phải khoẻ, tỳ đúng h−ớng lực (vuông góc với than);
- Lò xo có lực phù hợp, ổn định để đảm bảo áp lực của viên than lên vành góp theo quy định.
Hộp than đ−ợc chế tạo bằng đồng thau λ62 vừa đảm bảo cứng vững, không bị rỉ và dẫn điện tốt. Hộp than có tấm bắt vào thanh giá hộp than, đ−ợc gia công các răng để
cố định vị trí. Hộp than có lỗ ô van để điều chỉnh vị trí t−ơng quan giữa hộp than và cổ góp. Khoảng cách đó ≈ 5mm để đảm bảo cho viên than tỳ ổn định lên cổ góp.
Viên than khi máy điện một chiều làm việc phải ổn định, lực tỳ lên viên than phải nằm trong phạm vi cho phép, phải đồng đều trên tất cả các viên than, bề mặt viên