Sau khi đã chuẩn bị đầy đủ các điều kiện kỹ thuật cho việc chế tạo sản phẩm mẫu gồm các tài liệu kỹ thuật và các trang bị kỹ thuật, nhiệm vụ của đề tài là sử dụng bộ bản vẽ thiết kế và áp dụng các quy trình công nghệ để chế tạo các chi tiết, các cụm chi tiết, lắp ráp hoàn thiện động cơ một chiều 200kW – 750vg/ph – 440V. Quá trình chế tạo thử là quá trình nghiên cứu để hoàn thiện các nghiên cứu về công nghệ, các quy trình công nghệ cũng nh− hoàn thiện các thiết bị chuyên dùng, các khuôn gá, d−ỡng, các dụng cụ phục vụ sản xuất.
Do máy điện một chiều là sản phẩm có công nghệ chế tạo rất phức tạp lại là công nghệ hoàn toàn mới lạ nên giai đoạn nghiên cứu áp dụng và hoàn thiện các quy trình công nghệ là vô cùng quan trọng. Với một số các công nghệ phức tạp cơ quan chủ chì đề tài đã tập trung nguồn lực để tổ chức nghiên cứu thiết kế và chế tạo. Qua những lần nghiên cứu chế tạo ch−a đạt yêu cầu nhóm thực hiện đề tài đã tổ chức họp các chuyên gia đầu ngành để phân tích nguyên nhân, tìm cách khắc phục và cuối cùng đã chế tạo thành công và hoàn thiện đ−ợc quy trình công nghệ.
Chúng tôi xin trình bày một số các nghiên cứu công nghệ đã phải trải qua các thất bại tr−ớc khi đ−ợc hoàn thiện.
Các công nghệ đã gặp thất bại tr−ớc khi hoàn thiện, nguyên nhân, cách khắc phục.
Khi đã có bản vẽ thiết kế chi tiết, cụm chi tiết thì công việc tiếp theo là đ−a ra ph−ơng án công nghệ (dự kiến các b−ớc nguyên công trong QTCN) để chế tạo chi tiết và tiến hành chuẩn bị trang bị kỹ thuật để sản xuất (thiết kế chế tạo khuôn, gá, các thiết
bị chuyên dùng, d−ỡng…). Có các chi tiết, cụm chi tiết có công nghệ phức tạp thì ph−ơng án công nghệ ban đầu đ−a ra có thể sai lầm, khi chế tạo thì mới phát hiện ra. Sai lầm về ph−ơng án công nghệ có thể dẫn đến loại bỏ trang bị kỹ thuật, loại bỏ chi tiết, thậm chí có khi phải loại bỏ cả cụm chi tiết, hay cả sản phẩm.
Chế tạo cổ góp điện. Trong quá trình xây dựng quy trình công nghệ chế tạo cổ góp động cơ 200kW chỉ có sai lầm một b−ớc nguyên công đã dẫn đến phải huỷ bỏ cả cổ góp đã chế tạo đến giai đoạn cuối.
Trên lam đồng cổ góp có xẻ rãnh đặt dây rộng 1,8 mm, sâu 42 mm (hình 23). Ph−ơng án công nghệ ban đầu, nguyên công xẻ rãnh đ−ợc lựa chọn là thực hiện sau khi đã lắp hoàn thiện thành cụm cổ góp.
Với rất nhiều công sức đề tài đã chế tạo đ−ợc toàn bộ các chi tiết và lắp đ−ợc thành cụm cổ góp. Nh−ng khi bắt đầu thực hiện gá cổ góp để phay rãnh thì phát sinh nhiều khó khăn:
- Tốc độ gia công rất chậm vì khi phay, đồng rất dẻo nên dễ miết vào dao, gây nóng chi tiết. Giải pháp làm mát không thực hiện đ−ợc do trong cổ góp có cách điện (có lá mica, có phễu cách điện), nếu t−ới n−ớc làm mát vào chỗ gia công sẽ gây phá hỏng cách điện.
- Vị trí đặt dao phay để xẻ rãnh phải dò tìm bằng mắt và điều chỉnh tay vì lam đồng không cách đều và có độ xiên. Nếu để lệch dao sẽ làm đứt lam đồng vì chiều dày tính toán còn lại của một bên là 1,94 mm ( hình 23) nh−ng thực tế sẽ nhỏ hơn do dao phay bị đảo, đặt dao lêch, lam đồng bị xiên....
Nh− vậy khi gia công rãnh đặt dây phải gia công đồng thời 1 đoạn (khoảng 10 lam đồng) vì mỗi lần gia công dao chỉ đ−ợc ăn xuống vài mm để không gây nóng cho lam đồng. Nh−ng với việc gia công vài mm lại phải điều chỉnh dao sang rãnh bên cạnh, việc điều chỉnh chỉ bằng mắt và tay nên khả năng lệch vị trí của các lần gia công là không thể tránh đ−ợc. Thời gian điều chỉnh dao chiếm rất nhiều trong quá trình phay rãnh, và điều khó tránh là không thể kiểm soát đ−ợc độ lệch dao trong nhiều lần cùng gia công 1 rãnh nhỏ. Thực tế trong khi gia công tại x−ởng Cơ khí đã làm đứt một bên cạnh rãnh, kết quả là cổ góp đã bị loại bỏ.
Khi thực hiện công nghệ phay rãnh chiều phay của dao cũng rất quan trọng. Do ban đầu không l−ờng đ−ợc rằng dao phay ng−ợc chiều làm uốn cong lam đồng sau khi gia công ( hình 37). Nguyên nhân là do lực tác động của dao có h−ớng đẩy lam đồng ra, khi phay phoi miết vào dao và đã tác động vào lam đồng, trong khi đó lam đồng đ−ợc chế tạo từ đồng đỏ M1 là vật liệu mềm dễ bị uốn.
Hình 37. Lam đồng bị uốn cong khi phay ng−ợc chiều
Nh− vậy thực hiện ph−ơng án công nghệ thể hiện trong các quy trình công nghệ đ−ợc biên soạn lần đầu nguyên công phay rãnh đặt dây đã gặp 2 sai lầm nh− sau:
1. Chiều quay dao phay không hợp lý;
2. Quy định sai b−ớc nguyên công phay rãnh trên lam đồng.
Các hậu quả xảy ra
1. Gia công sai chiều quay của dao phay đã làm cong (biến dạng) lam đồng 2. Làm rộng rãnh đặt dây, làm đứt lam đồng cổ góp;
3. Tốc độ gia công các rãnh kéo dài (nếu phay xong phải mất 45 ngày)
Cách khắc phục
Sau khi xảy ra sự cố, nhóm thực hiện đề tài đã mời các chuyên gia trong Công ty họp để đánh giá các hậu quả đã và sẽ xảy ra, phân tích nguyên nhân dẫn đến sai hỏng và tìm cách khắc phục. Để bảo đảm chất l−ợng chế tạo cổ góp, cơ quan chủ trì đề tài đã quyết định bỏ cụm cổ góp, lấy lại một số các chi tiết và các lam đồng ch−a phay rãnh, chế tạo bổ sung các lam đồng đã bị loại bỏ. Nghiên cứu lại các b−ớc công nghệ phay rãnh cho phù hợp.
Trong ph−ơng án công nghệ mới, nguyên công phay rãnh đặt dây phải tiến hành tại quy trình công nghệ chế tạo lam đồng (khi các lam đồng còn ch−a ghép thành vành). Phải chế tạo gá kẹp định vị lam đồng trên máy phay đứng 6M82. Dùng dao phay đĩa để phay rãnh. Dùng n−ớc làm mát khi thực hiện phay rãnh. Sau khi lam đồng đ−ợc phay rãnh, đặt d−ỡng vào rãnh đã phay và tiến hành ép, là phẳng lam đồng.
Với việc thay đổi b−ớc công nghệ việc gia công rãnh của lam đồng cổ góp đã giải quyết đ−ợc các vấn đề:
- Quy định lại chiều quay của dao phay;
- Chỉ cần một lần chỉnh dao khi phay rãnh trên một lam đồng;
- Rút ngắn thời gian gia công do có thể phay rãnh trên nhiều máy, phay liên tục do làm mát đ−ợc khi gia công;
- Có thể loại bỏ đ−ợc các lam đồng bị khuyết tật khi phay.
Kết quả là thời gian chế tạo cổ góp đ−ợc rút ngắn tối đa và không thể xảy ra tình trạng uốn cong lam đồng khi phay rãnh; kịp thời loại bỏ các lam đồng gia công hỏng, tránh đ−ợc phải loại bỏ cổ góp ở giai đoạn gần hoàn thành quá trình chế tạo.
Chế tạo phễu mica cách điện cũng là công nghệ khó. Vật liệu để chế tạo phễu
phải lựa chọn thử nghiệm nhiều lần mới chọn đ−ợc vật liệu phù hợp, để khi ép thành phễu chi tiết không những có độ bền điện mà còn có độ bền cơ khí, khi đ−ợc ép chặt thì không có độ lún, khi gia công cắt gọt thì không vỡ.
Vật liệu cách điện để kết dính các tấm mica phải có cấp cách điện cao (cấp F), vừa phải mềm hóa khi đ−ợc sấy nóng, vừa không đ−ợc bám dính vào khuôn để sau khi ép phải lấy đ−ợc phễu cách điện ra đ−ợc khỏi khuôn. Sau nhiều lần thử nghiệm, giải pháp công nghệ đ−ợc đ−a ra là bề mặt khuôn đ−ợc phủ chất chống dính, sơn cách điện đ−ợc bôi lên bề mặt mica kết dính đ−ợc giữa các lớp với nhau. Lớp mica trong cùng và ngoài cùng chỉ đ−ợc bôi 1 lớp sơn cách điện kết dính ở một mặt. Các lớp còn lại tấm mica sécmăng đ−ợc bôi hai mặt, để khô tự nhiên. Khi ép với nhiệt độ đ−ợc nâng lên trên 100oC, sơn cách điện đ−ợc mềm hoá sẽ kết dính các lớp cách điện với nhau, nh−ng mặt trong và mặt ngoài sẽ không dính với khuôn ép.
4.3 Giá trị sử dụng bộ các quy trình công nghệ
Trong quá trình chế thử các chi tiết, cụm chi tiết của động cơ 200kW, các quy trình công nghệ đ−ợc điều chỉnh và sửa đổi để phù hợp với thực tế sản xuất, đảm bảo chất l−ợng sản phẩm và đạt năng suất mong muốn. Cùng với việc chế tạo thành công động cơ, đề tài đã xây dựng đ−ợc bộ quy trình công nghệ hoàn thiện.
Bộ quy trình công nghệ này là kết quả của việc nghiên cứu công nghệ chế tạo máy điện một chiều. Bộ quy trình công nghệ đã đ−ợc Công ty CTAMAD ban hành cho sử dụng nh− tài liệu kỹ thuật để phục vụ sản xuất. Các cơ sở sản xuất có thể áp dụng bộ quy trình công nghệ để chế tạo máy điện một chiều công suất đến 200kW và có thể nghiên cứu các quy trình công nghệđể chế tạo các máy điện một chiều có công suất > 200kW.
Kết luận
Đề tài đã tích cực chuẩn bị các điều kiện kỹ thuật để chế tạo sản phẩm mẫu, các thiết bị chuyên dùng, các khuôn gá, các dụng cụ, đồ nghề, các d−ỡng… đã đ−ợc thiết kế, chế tạo và thử nghiệm trong sản xuất thử.
Các quy trình công nghệ đã nghiên cứu trong phạm vi của đề tài đ−ợc áp dụng để chế tạo các chi tiết, các cụm chi tiết của động cơ 200kW.
Trong chế tạo thử nghiệm các quy trình công nghệ không hợp lý đ−ợc nghiên cứu, phân tích nguyên nhân, rút kinh nghiệm và đề ra các giải pháp công nghệ hợp lý. Trên cơ sở đó hoàn thiện đ−ợc bộ quy trình công nghệ chế tạo động cơ một chiều 200kW.
Bộ quy trình công nghệ đ−ợc ban hành sử dụng trong công ty CTAMAD. Các nghiên cứu công nghệ đ−ợc khẳng định giá trị sử dụng bằng việc cơ quan chủ trì đề tài đã sử dụng bộ quy trình công nghệ để chế tạo thành công động cơ một chiều 200kW – 750vg/ph – 440V, chế tạo thành công các cổ góp điện của động cơ một chiều 315kW và 90kW.
ch−ơng 5.
Thử nghiệm, đánh giá chất l−ợng máy điện một chiều
Một trong các nội dung chính của đề tài là nghiên cứu thử nghiệm và đánh giá chất l−ợng của máy điện một chiều và thực hiện các kết quả nghiên cứu để thử nghiệm, đánh giá chất l−ợng sản phẩm chế tạo của đề tài (động cơ 200kW – 750vg/ph – 440V).
Các máy điện quay khi chế tạo mới đều phải tiến hành thử nghiệm điển hình để xác định toàn bộ các thông số kỹ thuật của sản phẩm trên cơ sở đó đánh giá sản phẩm đ−ợc chế tạo có đạt các chỉ tiêu kỹ thuật đề ra không và đề ra ph−ơng h−ớng điều chỉnh thiết kế, công nghệ để nâng cao chất l−ợng khi sản phẩm không đạt yêu cầu kỹ thuật.
Thử nghiệm đánh giá chất l−ợng sản phẩm máy điện một chiều là công việc ch−a từng đ−ợc nghiên cứu ở Việt nam. Lần đầu tiên một động cơ điện một chiều có công suất 200kW đ−ợc chế tạo ở Việt nam. Nhiệm vụ của đề tài gồm các nội dung nghiên cứu nh− sau:
- Xác định các tiêu chuẩn thử nghiệm;
- Xây dựng ph−ơng pháp thử nghiệm, quy trình thử nghiệm; - Tiến hành thử nghiệm, đánh giá chất l−ợng sản phẩm mẫu; - Xác định giá trị sử dụng của sản phẩm mẫu.
5.1 Xác định các tiêu chuẩn thử nghiệm.
5.1.1 Xác định các tiêu chuẩn thử nghiệm máy điện một chiều.
Để thử nghiệm đ−ợc sản phẩm phải có các tiêu chuẩn thử nghiệm (TCTN), TCTN là chuẩn mực để tiến hành công việc thử nghiệm, đánh giá các chỉ tiêu thông số kỹ thuật của máy điện một chiều.
Tiêu chuẩn Việt nam TCVN 3189-79, và tiêu chuẩn Quốc tế IEC 34-1 về máy điện quay, yêu cầu kỹ thuật chung áp dụng cho các máy điện quay thông dụng có công suất danh định lớn hơn 50W, không áp dụng cho các máy điện quay dùng trong các ph−ơng tiện di động của ngành vận chuyển. Theo quy định đó động cơ một chiều 200kW-750vg/ph-440V đ−ợc dùng lắp trên máy xúc nên không thuộc phạm vi đ−ợc áp dụng các tiêu chuẩn này.
Do tiêu chuẩn đ−ợc xây dựng chung cho các loại máy điện quay, liên quan đến tiêu chuẩn thử nghiệm không có tiêu chuẩn riêng, do đó để xây dựng tiêu chuẩn cấp cơ sở (TCCS) thử nghiệm máy điện một chiều, nhóm đề tài đã nghiên cứu các TCVN và
các tiêu chuẩn quốc tế IEC để có thể áp dụng các tiêu chuẩn phù hợp theo tiêu chuẩn quốc tế IEC cũng nh− tiêu chuẩn Việt nam TCVN. Các tiêu chuẩn thử nghiệm đặc thù của máy điện một chiều hoặc liên quan đến sử dụng thiết bị mới trong thử nghiệm đ−ợc nhóm đề tài nghiên cứu đ−a vào tiêu chuẩn cơ sở (nh− tiêu chuẩn thử độ bền cách điện vòng, tiêu chuẩn kiểm tra bề mặt làm việc và vị trí chổi than...). Trong tiêu chuẩn TCCS 35-05 cũng nh− tiêu chuẩn IEC 34-1 có các quy định về:
1. Phạm vi áp dụng tiêu chuẩn. (trong đó nêu lên các máy điện một chiều có
công suất từ (50ữ200)kW đ−ợc sản xuất tại Công ty khi thử nghiệm phải áp dụng tiêu chuẩn này).
2. Tiêu chuẩn thử nghiệm. Trong tiêu chuẩn có các nội dung sau:
- Tiêu chuẩn về nguồn điện; - Công suất danh định;
- Tiêu chuẩn thử độ bền cách điện với vỏ; - Thử độ bền cách điện giữa các vòng dây; - Tiêu chuẩn độ tăng nhiệt;
- Tiêu chuẩn thử độ bền khi quá tải dòng điện; - Tiêu chuẩn thử độ bền khi nâng cao tốc độ quay;
- Tiêu chuẩn kiểm tra bề mặt làm việc và vị trí chổi than; - Tiêu chuẩn kiểm tra đổi chiều;
- Tiêu chuẩn sai lệch cho phép.
3. Tài liệu tham khảo.
5.1.2 Tiêu chuẩn thử nghiệm động cơ một chiều 200kW:
áp dụng tiêu chuẩn cơ sở TCCS 35-05, máy điện một chiều và tiêu chuẩn thử nghiệm, đề tài đã xác định tiêu chuẩn thử nghiệm của động cơ một chiều 200kW- 750vg/ph nh− sau:
Nguồn điện một chiều
Dùng chỉnh l−u một chiều có công suất nh− sau:
- Bộ kích từ có điều chỉnh dòng Ikt đến 50A
- Bộ chỉnh l−u cấp cho phần ứng điều chỉnh dòng Ip− đến 300A.
Động cơ phải làm việc với công suất danh định P=200kW
Khi Ukt=(95%-105%)x440V; Ikt=(95%-105%)x33.9A
Chế độ làm việc của động cơ một chiều 200kW
Chế độ làm việc danh định gián đoạn; có tốc độ quay thay đổi, đảo chiều quay theo chu kỳ.
Tiêu chuẩn thử độ bền cách điện.
Cách điện giữa các phần mang điện với vỏ máy phải chịu đ−ợc điện áp thử trong một phút mà không bị đánh thủng. Điện áp thử đ−ợc quy định nh− sau:
- Đối với các cuộn dây:
Bảng 8.Bảng quy định điện áp thử.
Các bộ phận Công thức tính điện áp thử Điện áp thử
Cuộn dây cực phụ – vỏ 1000V+2Ucp
không nhỏ hơn 1500V 1500V Cuộn dây cực chính (kích thích)-Vỏ 1000V+2UKT không nhỏ hơn 1500V 1500V Bộ dây phần ứng đấu vào cổ
góp - Vỏ
1000V+2Up− 1880V
Giá than 1000V+2UKT
không nhỏ hơn 1500V
1500V
- Cách điện giữa các lam đồng (Thử tr−ớc khi đấu dây)
Hình 38. Sơ đồ thử cách điện lam đồng
- Bóng đèn sáng: Hai lam đồng chập nhau - Bóng đèn không sáng: Cách điện đạt yêu cầu.
Thử độ bền cách điện vòng dây:
- Cuộn dây cực chính, cực phụ đ−ợc thử bằng thiết bị kiểm tra cách điện vòng. - Cuộn dây phần ứng + cổ góp: Kiểm tra bằng ph−ơng pháp milivôn
Thử không tải
- Kiểm tra động cơ tĩnh khoản 5.3.3 mục 5 theo tiêu chuẩn TCCS 36-05 - Chuẩn bị thiết bị, dụng cụ đo, điều kiện thử nghiệm
1. Bộ đo công suất WT230- cấp chính xác 0,1
2. Thiết bị thử cách điện vòng PJ-Model 15S-2M-Cấp chính xác 2