7LS06型采煤机破碎机电机绕组大修方案设计

宋 盛

(国能神东煤炭集团有限责任公司设备维修中心，内蒙古 鄂尔多斯 017000)

0 引言

7LS06型采煤机是神东公司主要引进的美国JOY公司的采煤设备，该设备产煤量大而且整机结构紧凑、强度大，适用于中厚及厚煤层长壁工作面的硬煤开采。破碎机是采煤机附属设备之一，当采煤机工作采高较大时，片帮和采落的煤的块度较大，在截割部加装破碎装置，以便煤流顺利通过采煤机机身底部。7LS06型采煤机上的破碎装置采用单独的电动机进行驱动，电动机安装在破碎装置臂前端的空腔中，用螺栓固定在破碎装置臂上[1-3]。破碎装置支撑臂的后端上下都设计有铰接孔，上方通过销轴与索引部箱体铰接，下部铰接孔与破碎装置调高液压缸活塞杆铰接，破碎装置调高液压缸与牵引部相铰接，通过液压系统来实现破碎装置的调高。破碎机电动机通过螺栓固定在破碎器臂前端的空腔中，电动机通过扭矩轴驱动减速装置并带动破碎机滚筒转动。在电动机出轴端通过销钉与螺栓将减速器装置壳体、联接架及电动机外壳三者联接在一起，扭矩轴插入减速装置太阳轮的内花键孔中，太阳轮驱动4个行星轮延内齿圈转动。行星传动架通过螺栓主驱动方盘与破碎机滚筒联接，带动滚筒转动。破碎机滚筒后端与行星架联接，前端靠轴承支撑于破碎机电动机上。滚筒上布置有截齿，工作时将落于机器前方的大块煤进行破碎。

电动机常因机械与电气故障造成电机绕组损坏，而绕组损坏的电机需更换新的绕组[4-6]。这种特殊的进口电机绕组烧损后，长期以来一直是外委单位进行修复，而外委修复不仅维修费用高而且维修周期长，严重影响到矿井的正常生产。为了降低维修成本、缩短维修工期，对7LS06采煤机上的附属设备破碎机电动机进行自主维修，显得十分必要。

1 电机参数及故障分析

1.1 电机参数

电机功率110 kW，转数990 r/min，电压3 300 V，电流26 A；防护等级为IP55，频率50 Hz，绝缘等级为H。定子铁芯长度390 mm，铁芯内径330 mm，铁芯外径465 mm；定子槽数54槽，槽深38.5 mm，槽宽10 mm；齿宽12 mm，齿高2.5 mm，轭高30 mm。电机绕组线为单玻璃丝绕包漆包扁铜线，双层叠式绕组，单元线圈采用“N”型绕线法。线圈主绝缘层的包绕采用牌号为5442-1的0.17 mm，环氧玻璃少胶粉云母带1/2叠包2层；槽内腹纸绝缘层采用0.25 mm NHN复合箔1层，高于槽深25 mm；槽内层绝缘垫采用0.5 mm玻璃丝层压板，槽顶、层间、槽底各垫一层；槽口绝缘用玻璃丝高分子一次成型槽楔封槽；槽楔规格为12 mm×130 mm的棱形楔3根/槽。

1.2 常见故障类型分析

电动机常见故障分为机械故障和电气故障2大类。机械故障包括水道堵塞、振动大、轴承过热、定子与转子相互摩擦、不正常噪声等；这些故障都会使电动机温度变高，造成绕组烧毁。电气故障包括定子和转子绕组的短路、断路及启动设备故障。7LS06采煤机属高压设备，高压电动机有定、转子2大类绕组。由于结构和绝缘方式及制作工艺各不相同，每类绕组又有多种形式，对不同绕组形式需选用有针对性的修理方法。

2 维修方案制定及注意事项

2.1 电磁线圈的选用及排列

高压电动机定子绕组分为圈式结构和条式结构。圈式线圈在高压电动机中占95%以上。高压电动机圈式定子绕组所用电磁线，均为带绝缘层的扁铜导线，常用的有B、F级双玻璃丝包扁铜线、膜包双玻璃丝包扁铜线、高强度聚酯漆包扁铜线、硅有机漆浸渍双玻璃丝包扁铜线、复合耐电晕薄膜绕包烧结铜扁线及三玻璃丝包扁铜线，另外还有特殊绝缘层的扁铜线[7-9]。根据该电动机的绝缘等级和绕组特点，最终选用复合耐电晕薄膜绕包烧结铜扁线。线圈导体排列方式是根据槽形尺寸、导线规格及电磁设计要求而定。常用的排列方式有6类，如图1所示。

图1 线圈导体排列方式示意Fig.1 Arrangement of coil conductors

通过对拆除出来的破碎机电动机绕组进行分析研究，最终确定该电动机的绕组形式为“d”类，即“N”型绕组形式。在确认为“N”型绕法后，首先需研究制作一个绕“N”型线圈的模具，并通过对铁芯长度、槽深、内径、节距等各参数进行综合计算，计算出线圈的围长为1 280 mm。为了确认计算出来的围长长度是否合适，先绕制2个试样线圈，并对试样线圈进行粗包、涨型及细包。进行试样时，发现端部伸出长度稍短，嵌线及整形困难，于是在计算值的基础上又增加了20 mm，将线圈围长增加到1 300 mm，并重新进行试样。经测试，1 300 mm可以确定为线圈的最终围长长度，围长长度确定后方可进行全台电机绕组的线圈的绕制，并多绕制近10%个线圈，以备线圈不合格时替换。

2.2 涨型及细包注意事项

2.2.1 涨型注意事项

电机绕组线圈绕制好后，需用涤纶带，聚酰亚胺胶带等绝缘材料1/2迭包3层，目的是保护线圈外绝缘、层间绝缘、匝间绝缘在涨型时免受涨型机模具夹具、鼻端销钉等摩擦损坏绝缘，还可以防止线圈松动变形。线圈涨型采用SKZX-150型数控线圈涨型机，涨型机主要目的是把绕线机绕制的线圈拉成框形线圈，框型线圈以电机定子铁心的内外圆为标准，组成向心式的有角度的线圈，直线边设置为80 mm，台高185 mm。在涨型过程中，严禁采用铁器工具直接敲打线圈，以防绝缘破损受伤。涨完的第1个线圈要在槽内进行了试嵌，线圈形状完全符合要求后继续进行批量涨型。由于这道工序决定了后道嵌线工序难易程度，为了确保嵌线顺利，要求每个线圈形状和尺寸一致、直线长度、端部弧度和弯曲角度等各部分均应符合要求。

2.2.2 细包注意事项

高压电动机定子绕组处在高电磁场作用下运行，必须具备足够的电气强度和机械强度[10-11]。直线部位包扎层数有一个上下限，下限为满足电机运行要求的最少层数，上下限间有1～3层调节量，即保证成型线圈嵌入槽内后槽宽方向的间隙不能太大，用多包1～3层来调节，使槽宽方式间隙在规定范围内，一般为0.4～0.7 mm之间，间隙过小难于嵌线，间隙过大，电机运行中易产生放电或产生电晕。按照采集的绝缘数据及计算结果，我们最后确定的绝缘包绕材料为0.17 mm的牌号为5442-1环氧玻璃少胶粉云母带与涤纶带。包绕方式为粉云母带1/2迭包2层，涤纶带1/2迭包1层。迭包时，从引线端一侧下层圈边的直线与端部交界处起包，按照确定的包绕层数进行连续包绕。由于该绕组是“N”型绕法，在线圈尾端有导线交叉，包绕过程中需对线圈进行整形时，整形时严禁用力敲打此处，以免造成导线绝缘损坏，导致匝间短路。线圈绝缘材料包绕过程中，需要特别注意因员工手法不一致或是包绕时拉扯绝缘材料用力大小不一，造成线圈直线边薄厚不一，导致嵌线困难。

2.3 匝间试验及注意事项

由于绕组在线圈尾端有导线交叉，细包整形时很容易伤到绝缘，造成导线绝缘损坏，导致匝间短路。因此，利用匝间绝缘测试仪测试电机绕组的完好性显得非常重要。将具有规定峰值和波前时间的冲击电压波交替地(或同时)施加于被试线圈和标准线圈上，利用冲击电压在两者中引起的衰减振荡波形是否有差异，来检测电机线圈匝间绝缘是否良好。在电机绕组的电磁参数完全相同的情况下，如果给绕组施加相同的冲击电压，然后使其振荡放电，其放电波形应该完全相同。但实际上，无论是三相绕组还是单相绕组，在无故障的情况下，大多数为基本重合的放电波形，但由于材料参数的差异、加工中造成的误差等因素，有时放电波形会存在一些小偏差。其特点是曲线不抖动，无杂波，横向和纵向存在少许错位或变形，这些偏差称为“无害偏差”或者“允许偏差”。放电波形无抖动，被试绕组在无任何放电声的情况下，2条波形的幅度相同，方向错开距离不大于第1个半波的1/4的情况下，就可以判定绕组匝间无短路故障。

2.4 其他注意事项

2.4.1 嵌线

嵌线方法采用的是吊把嵌线法。所谓吊把嵌线法，就是从第1槽嵌套第1个线圈起，一个极距内的几个线圈，仅将下层圈边嵌套入槽的下层位置，而上层边暂不嵌，用白布带将其吊起，接着嵌其他槽内的线圈。嵌余下的线圈时，下层边嵌入槽的下层，上层边嵌入槽的上层，直至全部嵌完一台所有线圈后，再将开始一个极距内线圈上层边嵌入槽的上层，再打入槽楔，随后接线。为了避免电动机定子线圈增加绝缘后的尺寸与槽形尺寸不符而造成对地击穿，嵌线圈前需用自制的槽样棒校正槽形。

2.4.2 端部绑扎

定子绕组的固定中绕组两端端部的绑扎非常重要。绕组两端绑扎紧固、坚实，可使绕组构成较好的整体性，再加上槽楔的紧固、浸漆和烘干固化，使得定子绕组非常紧固。当电机在运行中，定子绕组在受电磁场作用下不会产生振动，不会发生位移。反之，如电机出现较大振动，绕组在槽中产生位移，会使绕组绝缘破裂和划伤，甚至烧毁。采用直径为2.5 mm的多股涤玻绳连续绑扎法，此方法既有一定工艺要求，又有一定质量要求。小捆，开始绑扎第1个线圈，先打一个固定结，每嵌一个线圈后，在端部规定处顺时针绕一圈涤波绳，即嵌线的线圈在放入铁芯内还未嵌入槽内时先绕一圈，此圈涤玻绳待线圈嵌入槽内、打入槽楔后再索紧。全台线圈嵌完后，涤玻绳绑扎完，打一固定结。此处需要注意的是，所用涤波绳的长度要大于电机定子外径的4倍，中间严禁有接头。

2.4.3 连线与焊接

全台所有线圈按规格要求，将每极相组内线圈首、末引线弯成一定尺寸的矩形，两引线头搭接好后焊牢。极相组连线同样采用搭接焊方式。用氧气、乙炔焊接时，一定要将焊接点与绕组端部部位用浸湿的棉纱进行隔离，防止烧坏绕组绝缘，造成绝缘损坏。焊接时防止出现虚假焊接，且焊接处不应有凸出的尖角或疙瘩，焊接后清除焊渣、异物。接头包扎应采用同电机主绝缘一致的绝缘材料，端箍最外层加包一层热缩管。

2.4.4 真空浸漆

真空浸漆工艺流程为预烘除湿→入罐→真空排气→真空浸漆→压力浸渍→压力排漆→卸压滴漆→出罐→固化干燥。电机绕组浸漆烘干目的是把绝缘材料中所含的潮气驱除，用绝缘漆填满所有空间气隙，这样既可提高绕组的绝缘强度和防潮性能，耐热性、散热性，还可提高绕组绝缘的机械性能、化学稳定性、导热性、散热效果和延缓老化。电动机浸漆质量的好坏，直接影响到电机的温升和使用寿命，要求浸漆与烘干严格按照绝缘处理工艺进行，以保证绝缘漆的渗透性好、漆膜表面光滑和机械强度高，使定子绕组粘结成为一个结实的整体，从而提高电机的使用寿命。浸漆烘干完毕后，检查绕组固化是否良好，绝缘应呈深黄色，无焦糊现象。槽楔伸出铁芯两端应等长，且无松动，绕组端部绑扎带无松散。电机定子在完成修理后要进行一系列试验，包含绕组三相直流电阻、直流泄漏试验，定子整体交流耐压试验，并将试验数据填入试验报告中存档，试验值不合格的定子不允许组装，找出原因并解决。试验合格的定子在组装前，要用压缩空气吹净腔内异物等；对于因缺少配件暂时无法组装的，吊放在干净、干燥的场所并做防尘处理。

3 结语

7LS06采煤机不仅产煤量大而且整机结构紧凑、强度大；破碎机作为主要附属设备之一，作用是处理大块煤，而破碎机电动机通过扭矩轴驱动减速装置并带动破碎机滚筒转动，在提高自修复能力的背景下，实现电机绕组大修显得尤为重要。主要介绍了7LS06采煤机电机运行环境及常见故障，重点研究了此电机绕组的大修方案，为大批量电机绕组维修提供了理论指导，进一步推动公司维修业务的快速发展。为了使检修的破碎机电动机达到原厂性能，需严格按照大修方案实施，且需在各维修环节进行严格的质量管控，层层把关、人人负责，只有这样才能维修出高质量电机，才能更好地服务于矿井生产。