小型发电机可升降定转子自动插装机液压控制系统设计*

2020-11-18吴晓红严慧萍张静科

机械研究与应用 2020年5期

吴晓红，严慧萍，孙伟，刘伟，张静科

(兰州工业学院，甘肃兰州 730050)

0 引言

发电机是一种用于能量转化的发电设备，大量的应用于信息处理、音响设备、日常生活等各个领域。在发电机生产中，对气隙有极其的严格要求，不能过大也不能过小，过大会降低功率因数[1]。定子和转子是电机关键的部件，它们装配精度决定了发电机能否正常工作。目前发电机定子和转子的装配，一般是由工人借助一些钳台、吊装等辅助设备手工组装，操作繁琐、效率低、易损伤零件且劳动强度大，不利于自动化流水线进行批量作业[1]。

随着我国科技飞速的发展，发电机生产技术也得到了全面提升，为了进一步提高发电机制造效率，针对发电机制造现状，学者们从不同角度提出了相应的优化措施[2]，但对于小型发电机定转子装配技术研究的报道尚较少见。笔者针对目前发电机定子和转子的装配效率低，装配精度的一致性不能保证，工人劳动强度大的问题，设计一种发电机定子与转子自动装配机的液压控制系统，以满足小型发电机定转子自动装配的需求。

1 可升降定转子自动插装机液压系统设计

1.1 设计思路

该装置可以完成一定范围内不同规格的小型发电机定子转子的装配，对运动的平稳性和精度要求较高。自动插装机工作时，首先利用工作台将定子高度调节到与转子支撑轴同高位置，然后工作台水平移动完成定转子的装配，考虑到液压传动实现直线运动较为简单，设计采用液压传动作为驱动方式。

为适应发电机定转子的装配需要，液压系统设计中需要设计立式液压缸利用活塞杆推动工作台完成上下运动[3]，以满足不同尺寸的定子和转子支撑轴的定心调节；采用液压马达驱动齿轮齿条带动工作台水平移动完成定子和转子的装配。在设计中首先根据定子和转子的尺寸估算升降台的装配运动行程和竖直定心升降行程，确定运动速度；再根据外负载确定液压缸和马达在各个阶段中的负载大小，以此确定液压系统的工作压力，选择合适的液压泵，拟定液压原理图。

1.2 液压原理

由于该系统可供一定范围不同规格的发电机定转子的装配，因此液压原理图的拟定时应考虑满足插装机工作台水平方向的移动和竖直升降运动的要求。为了提高工作效率，工作台应快速移至工作位置，所以液压系统中设计快速运动回路；定子和转子水平装配过程中需要慢速运动，应设计调速回路；工作台上升到工作位置后需要保持高度，液压系统中应有锁紧回路；由于液压缸是立缸，需要设计平衡回路；由于液压马达工作压力远小于液压缸的工作压力，需要设计减压回路；此外要实现工作台的上下移动和马达的左右转动需要换向回路，因此，最终确定的系统液压原理图如图1所示。

图1 液压原理图

1.3 实验验证

为了验证所设计液压系统的可行性，在CQYZ-M液压与气压实验台上对液压系统进行了调试，如图2所示。由于实验室中没有液压马达，用液压缸进行了代替。在实验台启动后，将溢流阀阀口开到最大，缓慢加压至工作压力，观察两个液压缸的动作，可知所设计的液压原理是可行的。

图2 液压系统实验调试图

2 可升降定转子自动插装机PLC控制系统设计

由于PLC具有灵活、可靠的优点，此次设计采用PLC来实现对液压传动系统的控制。

2.1 I/O分配及接线图绘制

首先明确小型发电机插转子机所需完成的功能和控制要求，根据液压原理图来确定PLC所需要控制的元件的个数，由此确定输入输出的点数。其次选择合适的PLC型号并进行地址分配。通过分析确定该装置需要10个输入端和10个输出端，其I/O分配表如表1所列。

表1 I/O分配表

根据表1的 I/O分配，绘制出PLC接线图如图3所示。

图3 PLC接线图

2.2 PLC梯形图设计

根据小型发电机可升降定转子自动插装机的控制要求，结合PLC接线图，设计出控制梯形图如图4所示。

图4 PLC梯形图

2.3 控制原理

原理分析：按下启动按钮X00，线圈得电，辅助常开触头Y00闭合形成自锁，电机Y00启动，Y00线圈得电，辅助常闭触头打开形成互锁，指示灯亮，插转子机开始工作，同时Y10线圈得电，它的辅助常闭触头打开构成互锁，升降台带着定子快速上升至遇到光电开关X10，光电开关失电断开使线圈Y01失电，从而升降台运动停止：按下左移按钮X02，Y04线圈得电，它的辅助常开触头闭合形成自锁，升降台带着定子向靠近床头的方向运动；碰到左边行程开关X11时，行程开关断开使线圈Y04失电，从而升降台停止运动；将转子放到床头和尾架的轴上后，按下右移按钮X03，线圈得电，Y05的常开触头闭合形成自锁，升降工作台带着定子向右运动，直至碰到右边的行程开关X12时，线圈Y05、Y06、Y07失电，升降工作台右移停止，定转子装配完成：按下下降按钮X04，线圈得电，升降工作台快速下降，直至碰到光电开关X06时，线圈Y02、Y03失电，升降台下降停止；按下X12开关，线圈Y12得电，照明灯开启。