吳曉紅，嚴(yán)慧萍，孫 偉，劉 偉，張靜科

(蘭州工業(yè)學(xué)院， 甘肅 蘭州 730050)

0 引 言

發(fā)電機(jī)是一種用于能量轉(zhuǎn)化的發(fā)電設(shè)備，大量的應(yīng)用于信息處理、音響設(shè)備、日常生活等各個(gè)領(lǐng)域。在發(fā)電機(jī)生產(chǎn)中，對(duì)氣隙有極其的嚴(yán)格要求，不能過大也不能過小，過大會(huì)降低功率因數(shù)[1]。定子和轉(zhuǎn)子是電機(jī)關(guān)鍵的部件，它們裝配精度決定了發(fā)電機(jī)能否正常工作。目前發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子的裝配，一般是由工人借助一些鉗臺(tái)、吊裝等輔助設(shè)備手工組裝，操作繁瑣、效率低、易損傷零件且勞動(dòng)強(qiáng)度大，不利于自動(dòng)化流水線進(jìn)行批量作業(yè)[1]。

隨著我國科技飛速的發(fā)展，發(fā)電機(jī)生產(chǎn)技術(shù)也得到了全面提升，為了進(jìn)一步提高發(fā)電機(jī)制造效率，針對(duì)發(fā)電機(jī)制造現(xiàn)狀，學(xué)者們從不同角度提出了相應(yīng)的優(yōu)化措施[2]，但對(duì)于小型發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子裝配技術(shù)研究的報(bào)道尚較少見。筆者針對(duì)目前發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子的裝配效率低，裝配精度的一致性不能保證，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大的問題，設(shè)計(jì)一種發(fā)電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子自動(dòng)裝配機(jī)的液壓控制系統(tǒng)，以滿足小型發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子自動(dòng)裝配的需求。

1 可升降定轉(zhuǎn)子自動(dòng)插裝機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)思路

該裝置可以完成一定范圍內(nèi)不同規(guī)格的小型發(fā)電機(jī)定子轉(zhuǎn)子的裝配，對(duì)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和精度要求較高。自動(dòng)插裝機(jī)工作時(shí)，首先利用工作臺(tái)將定子高度調(diào)節(jié)到與轉(zhuǎn)子支撐軸同高位置，然后工作臺(tái)水平移動(dòng)完成定轉(zhuǎn)子的裝配，考慮到液壓傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)較為簡單，設(shè)計(jì)采用液壓傳動(dòng)作為驅(qū)動(dòng)方式。

為適應(yīng)發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子的裝配需要，液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要設(shè)計(jì)立式液壓缸利用活塞桿推動(dòng)工作臺(tái)完成上下運(yùn)動(dòng)[3]，以滿足不同尺寸的定子和轉(zhuǎn)子支撐軸的定心調(diào)節(jié)；采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)齒輪齒條帶動(dòng)工作臺(tái)水平移動(dòng)完成定子和轉(zhuǎn)子的裝配。在設(shè)計(jì)中首先根據(jù)定子和轉(zhuǎn)子的尺寸估算升降臺(tái)的裝配運(yùn)動(dòng)行程和豎直定心升降行程，確定運(yùn)動(dòng)速度；再根據(jù)外負(fù)載確定液壓缸和馬達(dá)在各個(gè)階段中的負(fù)載大小，以此確定液壓系統(tǒng)的工作壓力，選擇合適的液壓泵，擬定液壓原理圖。

1.2 液壓原理

由于該系統(tǒng)可供一定范圍不同規(guī)格的發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子的裝配，因此液壓原理圖的擬定時(shí)應(yīng)考慮滿足插裝機(jī)工作臺(tái)水平方向的移動(dòng)和豎直升降運(yùn)動(dòng)的要求。為了提高工作效率，工作臺(tái)應(yīng)快速移至工作位置，所以液壓系統(tǒng)中設(shè)計(jì)快速運(yùn)動(dòng)回路；定子和轉(zhuǎn)子水平裝配過程中需要慢速運(yùn)動(dòng)，應(yīng)設(shè)計(jì)調(diào)速回路；工作臺(tái)上升到工作位置后需要保持高度，液壓系統(tǒng)中應(yīng)有鎖緊回路；由于液壓缸是立缸，需要設(shè)計(jì)平衡回路；由于液壓馬達(dá)工作壓力遠(yuǎn)小于液壓缸的工作壓力，需要設(shè)計(jì)減壓回路；此外要實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的上下移動(dòng)和馬達(dá)的左右轉(zhuǎn)動(dòng)需要換向回路，因此，最終確定的系統(tǒng)液壓原理圖如圖1所示。

圖1 液壓原理圖

1.3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)的可行性，在CQYZ-M液壓與氣壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)上對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試，如圖2所示。由于實(shí)驗(yàn)室中沒有液壓馬達(dá)，用液壓缸進(jìn)行了代替。在實(shí)驗(yàn)臺(tái)啟動(dòng)后，將溢流閥閥口開到最大，緩慢加壓至工作壓力，觀察兩個(gè)液壓缸的動(dòng)作，可知所設(shè)計(jì)的液壓原理是可行的。

圖2 液壓系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)調(diào)試圖

2 可升降定轉(zhuǎn)子自動(dòng)插裝機(jī)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于PLC具有靈活、可靠的優(yōu)點(diǎn)，此次設(shè)計(jì)采用PLC來實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的控制。

2.1 I/O分配及接線圖繪制

首先明確小型發(fā)電機(jī)插轉(zhuǎn)子機(jī)所需完成的功能和控制要求，根據(jù)液壓原理圖來確定PLC所需要控制的元件的個(gè)數(shù)，由此確定輸入輸出的點(diǎn)數(shù)。其次選擇合適的PLC型號(hào)并進(jìn)行地址分配。通過分析確定該裝置需要10個(gè)輸入端和10個(gè)輸出端，其I/O分配表如表1所列。

表1 I/O分配表

根據(jù)表1的 I/O分配，繪制出PLC接線圖如圖3所示。

圖3 PLC接線圖

2.2 PLC梯形圖設(shè)計(jì)

根據(jù)小型發(fā)電機(jī)可升降定轉(zhuǎn)子自動(dòng)插裝機(jī)的控制要求，結(jié)合PLC接線圖，設(shè)計(jì)出控制梯形圖如圖4所示。

圖4 PLC梯形圖

2.3 控制原理

原理分析：按下啟動(dòng)按鈕X00，線圈得電，輔助常開觸頭Y00閉合形成自鎖，電機(jī)Y00啟動(dòng)，Y00線圈得電，輔助常閉觸頭打開形成互鎖，指示燈亮，插轉(zhuǎn)子機(jī)開始工作，同時(shí)Y10線圈得電，它的輔助常閉觸頭打開構(gòu)成互鎖，升降臺(tái)帶著定子快速上升至遇到光電開關(guān)X10，光電開關(guān)失電斷開使線圈Y01失電，從而升降臺(tái)運(yùn)動(dòng)停止：按下左移按鈕X02，Y04線圈得電，它的輔助常開觸頭閉合形成自鎖，升降臺(tái)帶著定子向靠近床頭的方向運(yùn)動(dòng)；碰到左邊行程開關(guān)X11時(shí)，行程開關(guān)斷開使線圈Y04失電，從而升降臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)；將轉(zhuǎn)子放到床頭和尾架的軸上后，按下右移按鈕X03，線圈得電，Y05的常開觸頭閉合形成自鎖，升降工作臺(tái)帶著定子向右運(yùn)動(dòng)，直至碰到右邊的行程開關(guān)X12時(shí)，線圈Y05、Y06、Y07失電，升降工作臺(tái)右移停止，定轉(zhuǎn)子裝配完成：按下下降按鈕X04，線圈得電，升降工作臺(tái)快速下降，直至碰到光電開關(guān)X06時(shí)，線圈Y02、Y03失電，升降臺(tái)下降停止；按下X12開關(guān)，線圈Y12得電，照明燈開啟。

2.4 PLC上機(jī)調(diào)試

在FX3GA-40MR實(shí)驗(yàn)臺(tái)上對(duì)梯形圖進(jìn)行接線調(diào)試，如圖5所示。通過撥動(dòng)不同開關(guān)觀察指示燈的亮滅，得出所設(shè)計(jì)的梯形圖是合理的，完全滿足小型發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子自動(dòng)插裝機(jī)控制要求。

圖5 PLC調(diào)試接線圖

3 結(jié) 語

針對(duì)小型發(fā)電機(jī)定子轉(zhuǎn)子裝配問題進(jìn)行分析探討，提出改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，通過對(duì)插轉(zhuǎn)子機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，完成了小型發(fā)電子插轉(zhuǎn)子機(jī)的原理設(shè)計(jì)，并通過實(shí)驗(yàn)調(diào)試驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性，為該機(jī)后續(xù)設(shè)計(jì)及應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。