谈新安江电厂新型发电机集电环车削装置

吴歆 于淼 虞正罡

摘 要：本文对新安江电厂机组的集电环车削方式进行了介绍，由于工艺一直都处于老旧、不安全、车削质量差的现状，通过设计研究，新型集电环车削装置通过可调电机实现对配车进给机构进给量的无级控制，并利用螺旋机构将旋转运动转化为刀架的直线运动并推动刀具完成切削运动，同时进行能量和力的传递，以提高集电环表面的配车质量，提高配车工作的效率和检修安全性。

关键词：发电机 集电环 可变速 车削装置

中图分类号：TM3l 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）07（a）-0022-02

新安江水力发电厂于1957年4月投建，是我国建国后的第一座自行设计、自制设备、自主建设的大型水电站，由于当时设计制造水平相对落后，安装技术水平也不高，造成集电环安装完成后无法满足与旋转中心同心要求，一直延续机组手动车环的工作。

1 老旧车削集电环方式弊端

20世纪90年代，为提高集电环配车的工作效率，专门设计制造了一个配车集电环工装，该工装虽然对集电环车削工作有了极大的改进，但由于相对简陋且笨重，又在机组高速运行时方能进行，且由于车削过程是手动进给，高速旋转的大轴，对车工的人身安全有极大的威胁。由于进给过程的不均匀造成集电环表面粗造度无法满足与碳刷的配装要求，需进行人工打磨修光，另外由于操作手柄在车刀下方，车削过程中经常有人员受伤情况。人工修磨虽然提高了集电环表面粗糙度，但由于在人工修磨过程中各打磨点受力不均，影响集电环表面的圆度、圆柱度，也不利于碳刷与集电环之间的有效接触（一般重在表面不允许用砂皮进行打磨）。

2 新型集电环车削装置

为提高集电环的配车精度，改善工作环境，提高工作工作效率进行改进。根据原集电环配车情况整理得如下切削用量参数，如表1所示。

2.1 主切削力的计算

根据发上车削参数，按集电环材料为45#钢进行车削力计算，选取刀具前角、后角、刃倾角等刀具的几何角度参数为r0=15°、Kr=75°、λs=0°、br1=0，查有关数据得在刀具为YT15，线速度为90～105m/min时单位切削功率为1962×10-6（kW/mm3·s-1），则切削力Fz1=p×Ac=1962×1.5×0.3=882.9N。

当切削速度改变为245m/min时，切削力的修正系数KvFZ=0.93，则主切削力为Fz=KvFZ×Fz1=882.9×0.93=821.097N。

2.2 进给方向切削力的計算

考虑车削过程中由于工件偏心、振动等的影响，进给力按1.2倍进行考核，即Fy=1.2×Fy1=1.2×379.647=454.8N。

2.3 调速电机功率的计算

该机构初步设想是通过皮带轮并利用螺旋机构将旋转让运动转化为刀架的直线运动并推动刀具完成切削运动，同时进行能量和力的传递。为确保螺旋传动的稳定性拟选取螺距为3mm或4mm的T形螺纹，螺母采用整体式结构，则螺纹特形系数ξ=0.8，ψ=1.2则该螺杆在承受450N的推力时的最小中径为：d2=ξ（F/ψ/[P]）0.5=0.8×500.5=5.65mm。

则其螺杆的最小外径D=d2+t=8.65mm。

螺母最小高度应为H=ψ×d2=1.2×5.65=6.78mm取H=10mm。

考虑到该螺杆为活动传动，主要用于实现刀架的往返运动，故将螺杆直径加大到16mm（面积大于螺杆计算的3倍）

根据能量守恒定律当螺距为3mm时螺杆承受的扭转剪应力τ=450×3=1350N/mm。

而实际集电环车削参数为大轴转速度60rpm，刀具进给给速度度为0.3mm/r，则车削时螺杆的转速及电机功率应为：n=60×03/3=6rpm，

传动电机功率为：P=τ×500/9549=1350×500÷9549=70.6W。

选择输出功率为90W的调查速电机，该机构装于刀架基础板上，并通过4只M24螺栓将刀架固定在上机架中心体翼板上。该机构由调控器、调速电机、减速器皮带轮、螺旋进给机构、皮带轮组成，在实际操作过程中可通过调控装置调节电动机的输出转速与扭矩通过减速器带动皮带轮旋转，并通过皮带传输将力矩传递给螺旋机构，推动刀架实现直经运动，完成对车削过程进给机构的控制，在该机构中安装了一个皮带张力调节轮，以方便皮带轮的安装。

3 新型集电环车削装置效果验证

（1）新型集电环车削装置使用时用4只M24螺栓将刀架固定在上机架中心体翼板上，然后将操作机构装于刀架基础板上，安装仅需0.5h，有效提高了配车工作的效率和检修安全性。

（2）车削过程中使用调速电机提供可控动力实现对配车给进机构的进给量实现无级控制，车削完毕后测量集电环表面粗糙度为6.3μm，满足集电环圆度和圆柱度的要求。

（3）按照设计车刀主切削力及其控制方式，车削过程中刀具无崩刃、磨损现象。

（4）车削过程中调控装置调节电动机的输出转速与扭矩通过减速器带动皮带轮旋转，并通过皮带传输将力矩传递给螺旋机构，推动刀架实现直线运动，完成对车削过程进给机构的控制。

（5）新型发电机集电环车削为电控控制进给量，操作人员无需靠近高速运转的大轴，有效保障了检修人员的人身安全。

（6）新型集电环车削装置车削后的集电环由于表面粗糙度控制得相对匀称，机组在运行后碳刷的磨损量明显减小，既减轻了检修人员的工作量，又节约了成本。

4 结语

该装置可应用在各种型式机组的集电环车削工作，同时通过计算也可更换刀具应用在其他有精度、材料要求的圆柱体部件的立面车削工作中，该装置不受空间及设备大小限制，提高检修工作安全性。新型集电环车削装置利用可调电机功率控制刀具的给进量，实现无极控制，保证车削精度以及车削后集电环粗糙度、圆度和圆柱度满足要求，保证集电环和碳刷能够有效接触，机组可以安全稳定运行。

参考文献

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