3.1.1 ảnh h−ởng của kết cấu và chế độ làm việc đến công nghệ chế tạo cổ góp điện
Cổ góp điện của máy điện một chiều là cụm chi tiết phức tạp nhất do đ−ợc hợp thành từ hàng trăm thậm chí là trên 1000 chi tiết. Các chi tiết của cổ góp có dạng hình học rất phức tạp, khó chế tạo. Bề mặt lắp ghép chính là mặt đuôi én có dạng hình nón.
Nhiệt độ làm việc của cổ góp rất cao th−ờng là trên 120oC, ngoài nhiệt độ chung của máy điện, cổ góp còn tăng nhiệt độ do lực ma sát của viên than lên vành góp và tia
lửa phát sinh giữa viên than và các lam đồng khi có dòng điện đảo chiều đi qua. Các chi tiết cổ góp đ−ợc chế tạo từ nhiều loại vật liệu khác nhau nh− đồng đỏ, thép, mica cứng, mica mềm, các vật liệu này có tính chất giãn nở nhiệt và độ cứng cũng rất khác nhau.
Khi máy điện một chiều làm việc cổ góp điện vừa chịu tác động của nhiệt vừa chịu lực ly tâm trong khi qua các phiến góp - viên than luôn có dòng điện đảo chiều, bụi than luôn xuất hiện trên bề mặt làm việc của cổ góp.
Chế tạo cổ góp điện đạt yêu cầu kỹ thuật sẽ giảm thiểu đ−ợc hiện t−ợng văng các lam đồng. Lam đồng bung ra gây ra độ nhấp nhô giữa các lam đồng dẫn đến hiện t−ợng tiếp xúc kém giữa viên than và vành góp làm cho mật độ dòng điện qua viên than – lam đồng tăng, than mòn nhanh, bụi than ra nhiều, phát sinh tia lửa điện quá mức cho phép làm cổ góp tăng nhiệt quá giới hạn cho phép làm cháy cách điện, chảy mối hàn dẫn đến lỏng mối hàn, chập nổ cổ góp.
Với kết cấu phức tạp, chế độ làm việc khắc nghiệt, cổ góp là cụm chi tiết có công nghệ chế tạo phức tạp và phải vận hành theo quy định; thực hiện bảo d−ỡng rất chu đáo cho dù đ−ợc chế tạo, vận hành, bảo d−ỡng tốt. Tuy vậy cổ góp vẫn là cụm chi tiết có tuổi thọ thấp, dễ h− hỏng nhất.
Nh− ta đã biết máy điện một chiều có giá thành rất cao là do có cụm cổ góp. Chi phí chế tạo cổ góp cao chủ yếu là do cổ góp có nhiều chi tiết, khi chế tạo cần rất nhiều khuôn gá, thiết bị chuyên dùng và chi phí lao động rất lớn. ở Việt Nam đây là lần đầu tiên có cơ sở nghiên cứu về công nghệ chế tạo cổ góp.
Cổ góp của máy điện một chiều có nhiều kết cấu khác nhau. Đối với một số loại máy điện một chiều nhỏ th−ờng thiết kế cổ góp ép nhựa, các máy điện một chiều còn lại cũng nh− máy điện cỡ trung, cỡ lớn, cổ góp có kết cấu bạc ép, loại cổ góp này có kết cấu và công nghệ phức tạp hơn nhiều so với cổ góp ép nhựa. Động cơ một chiều 200kW – 750vg/ph – 440V có kết cấu bạc ép. Đề tài tập trung nghiên cứu công nghệ chế tạo cổ góp này.
3.1.2. Công nghệ chế tạo các chi tiết cổ góp điện
Đối với điều kiện sản xuất đơn chiếc nh− ở Việt Nam, công nghệ chế tạo cổ góp cũng phải có các đặc điểm riêng để phù hợp với trang thiết bị và giảm các chi phí sản xuất. Đề tài tập trung nghiên cứu một số các công nghệ đặc thù trong chế tạo cổ góp, cụ thể:
- Công nghệ chế tạo lam đồng; - Công nghệ chế tạo vành góp;
- Công nghệ gia công các cốc ép; - Công nghệ chế tạo phễu cách điện; - Công nghệ định hình động cổ góp.
Công nghệ chế tạo lam đồng
Lam đồng cổ góp điện (hình 20) có số l−ợng rất lớn có thể lên đến gần 300 chi tiết. Động cơ 200kW có 168 lam đồng. Lam đồng đ−ợc chế tạo từ đồng đỏ có tiết diện mặt cắt ngang hình thanh với góc α yêu cầu chính xác và các kích th−ớc có dung sai nh− bảng 6.
Hình 20. Kích th−ớc lam đồng Bảng 6. Dung sai kích th−ớc của lam đồng
Chiều rộng a Dung sai cho phép Chiều cao h Dung sai cho phép
>3 – 6 - 0,05 > 18 - 30 - 0,05
6 – 10 - 0,06 30 – 50 - 0,06
10 - 18 - 0,07 50 – 80 - 0,07
80 - 105 -1,0
Tiết diện lam đồng của động cơ 200kW có kích th−ớc và dung sai: a = 7,28-0,06
h = 85-1 α = 2008’34’’
ở các n−ớc có công nghiệp sản xuất máy điện một chiều phát triển, các cơ sở sản xuất máy điện một chiều sẽ đặt hàng các cơ sở luỵên kim màu chế tạo các thanh đồng có tiết diện cắt ngang theo yêu cầu cần thiết kế. Công nghệ để chế tạo phôi lam đồng có tiết diện hình thang (với góc α và kích th−ớc a, h) ng−ời ta th−ờng dùng công nghệ cán và chuốt.
Để chế tạo đơn chiếc công nghệ đó không phù hợp. Đề tài đã nghiên cứu để tự chế tạo lam đồng cổ góp. Với số l−ợng lam đồng rất lớn, phải chế tạo thật chính xác để khi gia công xong xếp xen kẽ với lá mica phải tạo thành một vòng tròn.
Chế tạo góc α chính xác khi xếp thành vành góp các lam đồng đ−ợc tỳ sát các mặt với nhau. Chế tạo góc α lớn hơn góc thiết kế hoặc nhỏ hơn góc thiết kế thì khi ghép các lam đồng thành vành góp, lam đồng chỉ tiếp xúc điểm (điểm E) ở phía trong hoặc ngoài vành góp và sẽ tạo thành các khe hở phía trong (xem hình 21a) hoặc khe hở phía ngoài vành góp ( xem hình 21b)
Hình 21. Khe hở do góc α không chính xác.
Sau khi xếp, vành góp đ−ợc gia công đ−ờng kính trong DT và đ−ờng kính ngoài làm mất các điểm tiếp xúc E. Khi cổ góp quay (khi động cơ làm việc) các lam đồng sẽ bị lệch, bị văng ra làm nhấp nhô mặt làm việc của cổ góp.
Góc α của động cơ 200kW rất nhỏ α = 2008’34’’. Trong điều kiện sản xuất đơn chiếc chúng tôi chọn giải pháp công nghệ sau:
- Dùng đồng tấm cắt thành hình chữ nhật;
- Phay các cạnh để đạt kích th−ớc h và l (hình 20); (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Phay các bề mặt để đạt góc α và độ nhám bề mặt Rz20. - Phay rãnh đặt dây.
- ép định hình lam đồng.
Với số l−ợng lớn, chi tiết rất mảnh, góc chế tạo nhỏ, yêu cầu độ nhám bề mặt cao Rz = 20, các chi tiết phải gia công chính xác. Trong khi đó vật liệu của chi tiết bằng đồng đỏ M1 rất mềm khi gia công dễ bị biến dạng, phát sinh nhiệt.
Gia công góc α:
Để gia công đ−ợc góc côn rất nhỏ (2o08'34''), yêu cầu độ chính xác cao của lam đồng phải chế tạo gá phay góc α, gá đ−ợc lắp trên máy phay 6M62. Chi tiết đ−ợc kẹp giữ trên gá với yêu cầu trong quá trình gia công chi tiết bị tác động của các lực vẫn luôn đ−ợc tỳ sát mặt gá và đ−ợc làm mát để tránh biến dạng.
Góc α sau khi gia công đ−ợc kiểm bằng d−ỡng chuyên dùng, d−ỡng đ−ợc tính toán và chế tạo trên máy cắt dây tia lửa điện để đảm bảo độ chính xác. D−ỡng kiểm đ−ợc tôi để tránh mài mòn, sản phẩm đạt yêu cầu phải có góc α khít với d−ỡng và cạnh a nằm trong giới hạn từ amin đến amax.
Hình 22. D−ỡng kiểm lam đồng. Gia công rãnh đặt dây
Mỗi lam đồng đều có rãnh để đặt dây rôto. Có máy điện một chiều cần đặt 2 đầu dây phần ứng vào rãnh, cũng có các máy số l−ợng dây đặt vào rãnh nhiều hơn. Động cơ 200kW có 4 đầu dây đ−ợc đặt vào rãnh lam đồng (hình 23).
Hình 23. Rãnh đặt dây.
1. Lam đồng
2. D−ỡng kiểm lam đồng
1. Đầu dây phần ứng 2. Lam đồng
Rãnh lá đồng có chiều rộng 1,8 mm, đ−ợc xẻ theo cung R = 42mm ở góc có cạnh dày 7,28 mm của lam đồng. Vị trí mảnh nhất sau khi xẻ rãnh chiều dày còn lại là 1,94 mm. Do vậy khi xẻ rãnh yêu cầu phải có gá và phải gia công chính xác, (gá gia công định vị chính xác, vị trí lam đồng, dao phay đ−a vào chính xác, khi gia công không đ−ợc đảo). Chi tiết đ−ợc chế tạo từ đồng mềm M1 nên khi phay dễ bị miết phôi, phát nóng chi tiết.
Quá trình gia công cần có thời gian tạm dừng, liên tục t−ới n−ớc làm mát chi tiết, nh−ng khi tiếp tục gia công phải chú ý điều chỉnh dao phay, tránh đ−a vào lệch vị trí, dao bị đảo gây rộng rãnh và gẫy lam đồng cổ góp.
Sau khi gia công xong rãnh đặt dây, lam đồng đ−ợc chỉnh sửa (làm sạch dầu mỡ, bavia, nắn lại các má bị cong khi phay rãnh, tráng thiếc và đ−a vào d−ỡng để là phẳng trên máy ép).
Công nghệ chế tạo vành góp
Các lam đồng và các lá mica đ−ợc xếp xen kẽ với nhau tạo thành một vành tròn gọi là vành góp. B−ớc công nghệ chế tạo vành góp là một trong những công nghệ phức tạp của công nghệ chế tạo máy điện một chiều. Trong công nghệ này có 2 phần chính là:
- Xếp ép vành góp; - Gia công vành góp.
- Công nghệ xếp ép vành góp
Lam đồng và lá mica sau khi kiểm tra đạt kích th−ớc và yêu cầu kỹ thuật đ−ợc làm sạch (lam đồng đ−ợc lau chùi bằng dung môi). Để khi xếp thành vành khuyên các lam đồng và lá mica không bị xiên (h−ớng tâm và song song với trục) phải chế tạo gá xếp vành góp.
Gá xếp vàh góp có đĩa dày 20 mm trên đó có xẻ rãnh h−ớng tâm, số rãnh bằng số lam đồng, chiều sâu rãnh bằng chiều dài nhô ra của lá mica (2 mm) chiều rộng lớn hơn chiều dày của mica cách điện. Độ xiên của lam đồng cổ góp đ−ợc tính để đảm bảo viên than không ôm quá số lam đồng cho phép. Kết quả tính toán đ−ợc lập bảng nh− sau:
Bảng 7. Bảng quy định độ xiên h−ớng trục của lam đồng.
Chiều dài (mm) Độ xiên cho phép Đến 200 200 – 400 >400 -1 -1,5 -2
Động cơ 200kW với chiều dài lam đồng 245 mm sau khi xếp ép lam đồng chỉ đ−ợc xiên 1,5 mm trên suốt chiều dài.
Sau khi xếp thành vành khuyên, dùng búa gỗ vỗ tròn đều và vỗ cho các lam đồng ép sát mặt với nhau, chỉnh lại độ vuông góc của các lam đồng, tiến hành ép vành góp. Vành góp đ−ợc giữ chặt trong gá ép và đ−ợc ép trên máy ép.
Hình 24: Gá ép vành góp
Gá ép vành góp (hình 24) gồm có vành ép ngoài chế tạo từ thép 45, đ−ợc nhiệt luyện đạt độ cứng Re = 45 và vành ép trong đ−ợc chế tạo bằng gang. Vành ép trong đ−ợc đánh dấu theo thứ tự và xẻ xiên thành nhiều mảnh. Phía trong đ−ợc dán bìa cách điện ]%, khe của các mảnh từ 2 ữ 4 mm.
Chi tiết 1 và 2 có góc côn β = 4o để khi ép có thể tự hãm (không tụt ra khi không còn lực ép).
Các mảnh xécmăng của vành ép trong đ−ợc xếp theo đúng thứ tự ra ngoài vành góp đã đ−ợc xếp trên gá. Tấm bìa cách điện ]% tạo điều kiện cho việc kiểm tra cách điện giữa các lam đồng trong quá trình chế tạo.
Sau khi chỉnh để các mảnh séc măng (2) ôm sát vành góp, khoảng cách khe δ cân đối thì tiến hành lồng vành ép ngoài (1) lên mặt côn, dùng búa để vỗ cho vành ép ngoài xuống từ từ và vuông góc với trục gá. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Toàn bộ kích th−ớc của khuôn ép cũng nh− lực ép của máy đều đ−ợc tính toán để bảo đảm vành góp đ−ợc ép chặt nh−ng không gây biến dạng lam đồng. Các dữ liệu để tính toán là góc vành ép β = 4o, áp lực cần đạt đ−ợc giữa các lam đồng p = 350 kG/cm2.
1. Vành ép ngoài 2. Vành ép trong 3. Bìa cách điện
Hình 25. Sơ đồ phân bố lực ép
Theo sơ đồ lực ta lập công thức xác định đ−ợc lực ép Q cần thiết để vành góp đ−ợc ép chặt đạt áp lực p yêu cầu.
Sau khi ép đủ lực Q trên máy ép phải tiến hành kiểm tra chất l−ợng xếp ép. Nội dung kiểm tra nh− sau:
- Gõ lên các lam đồng tiếng gõ phải đanh chứng tỏ lam đồng đ−ợc ép chặt với nhau;
- Kiểm tra độ xiên của lam đồng trên suốt chiều dài ≤ 1,5 mm thì đạt yêu cầu kỹ thuật;
- Kiểm tra đ−ờng kính vành góp sau khi ép: Đ−ờng kính phải có dung sai nằm trong giới hạn cho phép ± 1,5 mm. Vành góp không méo, không ôvan.
Khi không đạt các yêu cầu kỹ thuật nêu trên thì ph−ơng án xử lý là mở bung các vành ép để tiến hành gia công xếp ép lại, cụ thể nh− sau:
- Đối với tr−ờng hợp đ−ờng kính vành góp nằm ngoài dung sai cho phép thì phải tiến hành tính toán xem kích th−ớc phải tăng hoặc giảm chiều dày và bao nhiêu lá mica phải xử lý.
Nguyên tắc xử lý là bóc mỏng đi hoặc đệm thêm một lớp mica, với chiều dày không đ−ợc quá 0,2mm, số l−ợng tấm cách điện đ−ợc xử lý phải nằm cách đều trên vách tròn.
- Đối với tr−ờng hợp quan sát, thăm căn, gõ vào lam đồng và thấy vành góp đã ép đủ lực mà vẫn có khe hở hoặc không chặt thì phải kiểm tra lại từng lam đồng. Loại bỏ, thay thế các lam đồng không đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật - Các tr−ờng hợp còn lại nh− bị xiên, méo thì tiến hành thận trọng lại từ đầu các
quy trình công nghệ xếp ép vành góp.
Q – lực ép của máy ép
D - Đ−ờng kính trung bình của vành ép ngoài β - Góc của vành ép p - áp lực giữa các lam đồng ρ - góc ma sát, khi hệ số ma sát tgρ = 0,3 thì ρ = 16o q – áp lực thành phần q = Q/πD m – lực thành phần ngang
- Gia công vành góp
Vành góp để cả các vành ép khi gia công. Đầu tiên tiến hành gia công đ−ờng kính trong để tạo mặt chuẩn công nghệ, sau đó mới gia công xén 2 mặt bên và gia công đuôi én (gia công đạt chiều dài cổ góp l, các góc 3o, 30o, và các góc l−ợn (hình 26)
Hình 26.
Hai mặt nón côn tạo thành đuôi én bên phải và bên trái vành góp đ−ợc gia công 2 đợt, yêu cầu kỹ thuật khi gia công là bảo đảm đồng tâm giữa 2 mặt côn (2 bên), đảm bảo độ nhẵn bóng, bảo đảm kích th−ớc thiết kế.
Để đạt đ−ợc yêu cầu đồng tâm khi trở đầu để gia công phải nghiên cứu thiết kế gá bung chuyên dùng.
Hình 27. Gá bung chuyên dùng để gia công vành góp
1. Thanh ép 2. Thân gá 3. Đai ốc ép 4. Côn ép
Gá bung (hình 27) có trục trên đó đ−ợc lắp các cụm chi tiết, khi vặn xiết răng sẽ đẩy 3 chốt tỳ vào đ−ờng kính d đã đ−ợc gia công tr−ớc. Trục đ−ợc gia công 2 lỗ chống tâm làm định tâm, do vậy khi trở đầu để gia công vành góp vẫn nằm trên một tâm nh− ban đầu. Trong quá trình gia công cũng nh− sau khi gia công, các mặt côn không trực tiếp đo đ−ợc nên đ−ợc gia công theo d−ỡng và nghiệm thu, kiểm tra kích th−ớc bằng d−ỡng kiểm (hình 28). D−ỡng đ−ợc cắt từ thép tấm mỏng theo góc 3o, 30o; bán kính l−ợn; các kích th−ớc và biên dạng của đuôi én.
Hình 28. D−ỡng kiểm
Vành góp sau khi gia công đạt yêu cầu kỹ thuật đ−ợc làm sạch các phoi đồng bám vào mica và kiểm tra cách điện giữa các lam đồng cạnh nhau bằng bóng đèn đ−ợc nối vào mạch 220V
Chế tạo các cốc ép
Cổ góp điện có hai cốc ép làm bằng thép đúc đ−ợc lắp ghép vào bên phải và bên trái vành góp. Toàn bộ mặt nón côn 30o của cốc ép đ−ợc tỳ vào đuôi én của vành góp. Bề mặt có góc 3o tạo thành khe hở khi lắp ghép. Gia công không đảm bảo độ bóng, không chính xác đều dẫn đến bung lam đồng cổ góp, do có thể gây ra các hiện t−ợng nh− sau:
- Cốc ép tiếp xúc điểm với đuôi én. - Cốc ép tiếp xúc ở góc khác (góc 3o). - Cốc ép không thể vào đúng vị trí thiết kế.
Mặt côn và kích th−ớc liên quan (góc l−ợn, đ−ờng kính, chiều dài cốc ép) không thể trực tiếp đo kiểm đ−ợc. Quá trình gia công và để nghiệm thu các cốc ép, đề tài đã
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});