автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.06, диссертация на тему:Научные основы создания и эксплуатации статорообмоточного оборудования для изготовления мягких обмоток асинхронных электрических машин

3 о

ХАРЬКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

САМАРЧАНЦ ВАДИМ ФЕДОРОВИЧ

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ СТАТОРООБМОТОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЯГКИХ ОБМОТОК АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

05.02.06 - автоматы в машиностроении 05.02.08 - технология машиностроения

Диссертация в форме научного доклада на соискание ученой степени доктора технических наук

Харьков -1994

ХАРЬКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Самарчанц Вадим Федорович

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ СТАТОРООШОТОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЯГКИХ ОБУОТОК АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

05.02.06 - автоматы в машиностроении 05.02.08 - технология машиностроения

Диссертация в форме научного доклада на соискание ученой степени доктора технических наук

Харьков - 1994

Диссертация в форме научного доклада.

Работа выполнена в Научно-исследовательском и проектно-конструкторском институте технологии электромашиностроения "НИИТэлектромащ" Министерства машиностроения, военно-промышленного комплекса и конверсии Украины.

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Тимофеев Юрий Викторович

Официальные оппоненты: доктор технических наук,профессор

Захаров Николай Владимирович

доктор технических наук,профессор Новгородцев Валерий Александрович

доктор технических наук Макаров Феликс Константинович

Ведущая организация: "НИИЭлектротяжмаш", г.Харьков

Защита состоится •/6 " июня 1994 г. в 15 часов на заседании специализированного ученого совета Д 02.09.01 в Харьковском государственном политехническом университете по адресу:

310002, г.Харьков, ГСП, ул.Фрунзе, 21

С диссертацией в форме научного доклада можно ознакомиться в библиотеке Харьковского государственного политехнического университета.

Диссертация разослана лгай_ 1994 г.

Ученый секретарь

специализированного ученого совета Узунян М.Д.

-. з -

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. Общая характеристика работы ............................

2. Основные этапы развития статорообмоточиой техники ........

3. Научные основы технологии автоматизированного изготовления мягких обмоток ......................................

4. Функциональная структура и классификация статоросбмоточ-ного оборудования.......................................

5. Оптимизация структурных схем статорообмоточного оборудования..........................................

6. Основы кинематики н динамики узлов намотки катушек .......

7. Основы проектирования узлов укладки катушэк в сердечники статоров ..........................................

8. Производительность и надежность автоматизированного статорообмоточного оборудования ..........................

9. Экономическая эффективность внедрения комплексов статорообмоточного оборудования ..........................

10.Тенденции совершенствования статорообмоточного оборудования .............................................

II.Основные выводы и рекомендации ...........................

12.Список работ по теме диссертации .........................

I. 0БЩ4Я ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Электрические машины с мягкими обмотками, изготовляемыми из круглого обмоточного провода диаметром до 2 мм, широко используются во всех сферах современной хозяйственной деятельности. Из применяемых электрических н.зшин наибольшее распространение подучили асинхронные бесколлекторные двигатели, которыми оснапантся приводы любых машин современных предприятий промышленности, сельского хозяйства, строительства и т.п.

Огромное количество асинхронных электрических машин применяется в быту. Они обеспечивают работу холодильников, стиральных машин, водяных насосов, пылесосов н другой сложной бытовой техники. Потребности современного рынка только на Украине в такого вида электродвигателях исчисляются примерно в 20...25 млн.штук. Изготовление этого количества электрических машин возможно только при высокой технологической оснащенности их производства.

Наиболее трудоемким в производстве асинхронных электродвигателей является комплексный технологический процесс по изготовлению основного функционального узла электродвигателя - обмотанного статора.

3 8

12

19

22 26

34

38

42

43 45 47

Этот процесс, в свою очередь, разделяется на насколько самостоятельных этапов:

- изолирование пазов сердечника статора;

- намотка катушек и укладка их в изолированные пазы;

- закрепление катушек в пазах изоляционными крысками;

- установка мзждуфазовой изоляции;

- придание выступающим (лобовым) частям обмоток необходимой формы;

- скрепление лобовых частей обмоток бандажом;

- соединение в электрическую схему уложенных катушек с последующей проверкой полученного узла по ряду электрических параметров.

Трудоемкость выполнения всех перечисленных операций составляет до 60% общей трудоемкости изготовления электродвигателей. Самым сложным и поэтому ключевым этапом всего цикла является технологический процесс изготовления обмоток, на что уходит более 50% времени, затрачиваемого на производство всего узла, и где наиболее высока доля ручного труда.

Поэтому конструкторские и исследовательские работы по созданию автоматических технологических малин для изготовления обиоток статоров интенсивно Еедутся с двадцатых годов нашего столетия, когда во всем мире начал осуществляться переход машиностроительных и других отраслей от группового привода на основе трансмиссий, сообщающих движение плоскореаенными передачами от общего источника энергии каждому рабочему органу, к индивидуальному, разрабатываемому на основе »лектродвигателей переменного и постоянного тока, что потребовало производить электродвигатели в большом количества. В настоящее время производством и продажей на мировом рынке такого типа машин, получивших наименование статорообмоточных, занимается более пятнадцати фирм США, Европы и Японии.

С конца 60-х годов созданием статорообмоточного оборудования и его внедрением на заводах электротехнической отрасли бывшего СССР занимается Харьковский научно-исследовательский и проектно-конструк-торский институт технологии электротехнической промышленности (НШТ-ЭЛЕК2Р0ИАШ), являющийся на Украине единственной фирмой, разрабатывающей оборудование такого вида. Сегодня на заводах стран содружества работает более 1300 единиц статорообмоточного оборудования, изготовленного двумя заводами Украины по конструкторской документации института: АП "Электрокаш" (г.Харьков) и к) "Оснастка" (г.Нововолынск).

Опыт проведения институтом научно-исследовательских и конструкторских работ по созданию статорообмоточного оборудования, по "со-

провождению" его в эксплуатации показывает, что дальнейшие разработки техники для изготовления обмоток статоров, отвечающей требованиям мирового уровня, не могут проводиться без научного анализа и обобщения сделанного. К настоящему времени, несмотря на ранее проведенные работы, отсутствует систематизированный научный материал, представляющий методологическую основу для стабильного проектирования и дальнейшего совершенствования современных средств технологического оснащения в производстве электрических машин с мягкими обмотками .

В связи со сказанным разработка методологических основ проектирования статорообмоточного оборудования является важной научной проблемой. Ее разрешение позволит создать основу для разработки на Украине в ближайшие годы нового поколения надежного, высокопроизводительного и конкурентоспособного оборудования такого типа, что является важной народнохозяйственной задачей. Об этом говорит то,что работы по созданию статорообмоточного оборудования внесены в 1992 году в Государственную программу Украины "Электротехника" (раздел 16, п.16.1.15).

Цель работы - разработка концепции, научное обоснование и техническая реализация методологических принципов проектирования статорообмоточного оборудования, обеспечизающего значительное (в 5...6раз) повышение производительности труда на технологических операциях изготовления мягких сбмотск электрических машин массовых серий, возможность надежного автоматического выполнения слоиных технологических операций намотки обмоток катушек и укладки их в статоры, устранение монотонного ручного труда и создание класса автоматов в электромашиностроении, позволяющих наиболее эффективно решать сложные технологические задачи изготовления обмотанного статора.

Научная новизна работы состоит в том, что на основе систематизации опыта решения технологических задач при изготовлении обмотанного статора, поиска основополагающих идей реализации этих решений, их аналитической и конструкторской проработки при создании и доводке до промышленного использования гаммы образцов статорообмоточного оборудования, разработки новых расчетных методик при проектировании, анализа результатов новых теоретических и эксперименталышх исследований процессов и явлений, происходящих при работе этого оборудования, впервые представлена в виде целостной системы методология проектирования статоросбмоточньгх автоматов, включавшая с со .'¡л:

- основы блочно-модульного принципа построения оборудования, который предусматривает замкнутую функциональную самостоятельность сос-

тавляющих узлов и механизмов, что позволяет создавать из них различные компоновочные сочетания в зависимости от типа производства эле ктродви гателей;

- фундаментальные рекомендации по стереометрии оборудования;

- принципы классификации статорообмоточного оборудования и его рационального использования;

- новую методику расчета производительности оборудования и надежности работы обмоточных машин-автоматов;

- комплекс новых методик расчета структуры, характеристик компоновочных решений и параметров технологического процесса намотки и реализующей его системы элементов, механизмов, блоков, приводов;

- обоснование тенденций развития статорообмоточной техники.

Методы исследования. Основные научные положения диссертации

разработаны на базе ряда теоретических дисциплин. Это, прежде всего, основные положения технологической науки, теории технологической надежности систем с временной избыточностью, общие положения кинетостатики и динамики. Теоретические положения работы, касающиеся взаимодействия провода и конструктивных элементов статорообмоточных автоматов, основаны на известных положениях теорий гибкой нити и упруго-пластического провода. Вся работа построена на вероятностных подходах и теории статистических исследований. Проблемы оценки и принятия компоновочных решений рассматривались, исходя из системного подхода к решению технических задач. В диссертации использованы также основы теории производительности труда и машин, принципы оптимального циклограммирования и проектирования. Основные теоретические положения проверены экспериментально на специальных стендах, результаты экспериментов обрабатывались с использованием вычислительной техники. Постановка задач исследования обоснована с привлечением теории и методов промышленного эксперимента.

Практическое значение работы заключается в том, что - разработанные методы расчета узлов, механизмов и элементов статорообмоточного оборудования широко используются в инженерной практике при проектировании этих автоматов и полуавтоматов в ШИВЛЕКТРО-ЫАШе и в СКВ Ш "Оснастка";

- разработан ряд принципиально новых устройств, узлов и механизмов (авторские свидетельства №» 289480, 550729, 655035, 758277, 765939, 939685, 1051657, 1072192, 1095316, 1155224, 1193749, 1239791, 1241358, 1309196, 1350420, 1415298, 1415339), которые использованы при проектировании серийно выпускаемого оборудования и

внедрены в промышленность;

- на основе разработанной методологии создано и внедрено на различных заводах десять базовых опытных образцов статорообмоточно-го оборудования, освоен серийный выпуск их;

- общий экономический эффект от внедрения результатов исследований, начатых с 1974 года, составил более 68 млн.рублей.

Апробация работы заключалась в применении разработанной системной методологии в практику проектирования и внедрения в промышленность ряда новых образцов статорообмоточного оборудования (полуавтоматов и автоматов).

Основные положения работы доложены, обсуждены и одобрены на отраслевом семинаре "Перспективные направления развития технологии производства электродвигателей массовых серий" (г.Харьков, 1979); на П республиканской конференции "Молодые энергетики и электротехники в борьбе за технический прогресс и повышение эффективности производства" (г.Киев, 1979); на отраслевой научно-технической конференции "Новое в создании технологии производства электродвигателей массовых серий" (г.Харьков, 1982); на отраслевых семинарах "Разработка и совершенствование машинных процессов производства электрических машин переменного и постоянного тока" (г.Харьков, 1984), "Тенденции развития специальных процессов электромашиностроения" (г.Харьков, 1985) и др.

Образцы статорообмоточной техники экспонировались и награждены дипломами почета на международных выставках "Электро-77", "Электротехнология-80", "Электро-82", "Электро-87", "Электротехно-логия-90", "Хзрьков-Конверсия-92", на Лейпцигской ярмарке в 1980 году, на Всесоюзных межотраслевых выставках "Машиностроение-86" (г.Москва, золотая медаль), "Машиностроение - 70-летию Великого Октября" (г.Москва, почетный диплом), на республиканской межотраслевой выставке ВДНХ КСС "От съезда к съезду (г.Киев, 1986, почетный диплом), на ВД1Х СССР в 1976, 1979, 1986 годах (золотые медали).

Публикации. Результаты исследований и разработок по созданию концепции и методологических принципов проектирования статорообмоточного оборудования нашли отражение и опубликованы в монографии "Технология и оборудование для изготовления мягких обморок асинхронных электрических машин"; 30 научных статьях; 21 изобретении; 8 научно-технических отчетах, имеющих государственную регистрацию; 7 отраслевых нормативных документах.

На защиту выносится теоретическое обобщение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, выполненных автором или под его непосредственным руководством, отраженных в опубликованных работах соискателя и в настоящей диссертации, в результате чего разработаны научная концепция и методологические принципы проектирования высокопроизводительного и надежного автоматизированного статорообмоточного оборудования для изготовления мягких обмоток электрических машин, а также внедрены в отечественную промышленность базовые образцы такого оборудования.

2. ОСНОВНЫЕ Э'ШШ РАЗБИТИЯ СТАТОРООБЬЮТОЧНОЙ ТЕХНИКИ

Первые разработки средств механизации операций укладки обмоток в статоры электродвигателей были начаты еще в середине 20-х годов нашего столетия. Процесс создания таких средств из-за технологических сложностей проходил медленно и болезненно: в начале семидесятых годов на заводах, изготовляющих электродвигатели с мягкими обмотками, преобладал ручной труд. Количество работающих только в цехах укладки обмоток в статоры исчислялось сотнями в одну смену. Исследованию процесса намотки изделий из нитей, проволоки, возможностей его автоматизации посвящены работы А.Ф.Прошкова, К.С.Суркова, М.Г.Парнеса, Е.А.Скороходова, К.С.Билибина, Н.М.Цветкова и др. Эти работы решали задачи таких общих проблем теории намотки, как кинетостатика наматывания, влияние на процессы шмотки усилий натяжения, жесткости наматываемого провода (нити) и т.п. Исследовались также свойства обмоточных проводов.

Проблема создания оборудования для укладки обмоток в статоры электродвигателей на протяжении нескольких десятилетий была очень актуальной как за рубежом, так и в нашей стране. Поиск конструкторских решений при создании оборудования базировался на двух принципах: непосредственной намотки витков в изолированные пазы сердечников; раздельной намотки катушек с последующей их укладкой в сердечники. Оборудование, основанное на первом принципе, из-за таких недостатков, как значительные механические воздействия на намоточный провод, перекрещивание витков в пазах, плохая управляемость процессом образования катушек и т.п., после многочисленных попыток реализации не нашло применения в изготовлении многокатушечных обмоток асинхронных электрических машин, а ограниченно используется для получения полюсов коллекторных электродвигателей.

Учитывая большие технологические преимущества оборудования, построенного по второму принципу, что • позволяет легко управлять процессами образования катушек и укладки их в пазы статора, оно получило прегонущественное распространено. Начало опьггно-конструктор-ским работам по созданий в бывшем СССР статорообмоточной техники, основанной на раздельном принципе, было положено в 50-е годы, когда электротехнической промышленностью осваивалась первая единая серия промышленных асинхронных электродвигателей (0,6...100 кВт). В 1952 году конструктором и изобретателем Клюшневым Е.Д. был разработан станок, с помощью которого впервые была предпринята попытка комплексно автоматизировать выполнение всех основных операций по изготовлению статора с обмоткой (намотка катушек, укладка их в пазы сердечника и запирание катушек после укладки изоляционными пазо-вьаш крызкачн).

Основная идея, заложенная в этой конструкции - укладка катушек в пазы перемещением их вдоль оси отверстия сердечника через шлицы пазов и с его торца аксиально, оказалась Еесьма перспективной. Такой прием укладки катузеЕг прослеживается затем почти по всех устройствах, разрабатываемых в последующие годы в натей стране и за рубе-яом. С 1952 по 1962 год на основе упомянутой разработки по конструкторской документации отраслевого научно-исследовательского института электромеханики (ВНЙКЗЫ, г.Москва) Министерства электротехнической промышленности СССР (ЫЗТП) изготовлена опытная партия станков модели 0С-627, многие из которых были поставлены на различные заводы для освоения.

Однако многолетние попытки ввести эти станки в эксплуатацию на заводах МЭТГ1 по многим причинам не увенчались успехом. Основные из этих причин: несоответствие конструкции электродвигателей требованиям автоматизации производства их (сердечник изготовлялся совместно со станиной, и доступ к его торцам был затруднен из-за выступающих буртоз станины); неготовность производства (техническая и психологическая) к применению станков; недоработки в самой технологии укладки катушек таким образом; низкое качество изготовления станков, гидро-и пневмоаппаратов управления механизмами, конечных выключателей и другой управляющей аппаратуры.

Один из станков этой партии в 1961 году был передан в -'нститут НИИЗЭЛЕКЧРОМАШ для усовершенствования. С 1962 по 1967 год здась на основе несколько измененной идеи предыдущей разработки были созданы два станка для изготовления статора с обмотками, витки катушек которых состоят из нескольких проводников. По причинам, перечисленным

вше, эти станки также ке были внедрены на заводах отрасли.

Неудачи со станками подели ОС-627 и их модификациями привели к поиску таких принципов работы станков, при реализации которых катушки укладывались бы в пазы сердечников другими приемами. Так, на заводе "Вольта" (г.Таллин) в 1963 году был разработан и изготовлен опытный образец станка с радиальным заталкиванием катушек в пазы сердечника. В процессе отладки станка выявился его крупный недостаток: укладывать последние катушки обмотки в пазы сердечника приходилось с большими усилиями, что приводило к повреждению их витков. В основном из-за этого недостатка внедрить станок в производство не удалось. Предпринимались другие попытки создать станки с раздельным заталкиванием катушек, но и они закончились неудачно.

Вопросы создания высокоэффективной статорообмоточной техники были актуальны в этот период для многих стран. Поэтому в начале 1968 года в ФРГ был проведен международный симпозиум по статорообмоточной технике. В нем приняли участие более 160 специалистов из ФРГ, ЧССР, Польши, Венгрии, Болгарии, Югославии, Франции, Италии, Швейцарии, США и СССР. На этом симпозиуме был представлен ряд докладов об успешном использовании принципа укладки обмоток в сердечники статоров с помощью оригинального приспособления для аксиального ввода катушек в пазы. Отличительной особенностью этого принципа при обилии конструкторских вариантов являлось применение в качестве направляющих и защитных элементов для витков укладываемых катушек штырей особой форш, количество которых соответствовало числу пазов сердечника. Такое конструкторское решение снимало ряд проблем, связанных с механическим воздействием зубцов сердечника на изоляцию витков и создавало возможности для управления процессом укладки.Это приспособление получило наименование штыревой оправки.

Реализация и доводка этого принципа, создание патентно чистой штыревой оправки в институте НИИТЭЛЕКГРОМАШ вывели работы по созданию статорообмоточных станков раздельного действия из полосы неудач (примерно 1971 год). К этому времени по требованиям разработчиков, накопивших определенный опыт конструирования оборудования, стали прорабатываться на технологичность конструкции электродвигателей, которые начали создаваться с раздельными станиной и сердечником, что облегчило доступ к пазам последнего. Изоляционные детали и изоляция обмоточного провода стали изготовляться из материалов, имеющих более высокие механические характеристики. Кроме того, отечественная промышленность а эти годы освоила выпуск относительно надежных электрических и гидравлических аппаратов управления механизмами и привода-

ми. Все это создало предпосылки для создания работоспособных и надежных статорообмоточных станков.

В МЭШ для интенсификации разработки технологического оснащения заводов, выпускающих электродвигатели массовыми партиями, под руководством З.Г.Костромина были разработаны научные программы, в реализации которых активное участие гринкмали наряду с автором отсй работы многие научные сотрудники НКИТЭЛЕКГРОМАИа (В.С.Епифанов, В.А.Ревекко, В.А.Дагаев, П.А.Савченко и др.). В результате реализации этих программ начиная с 1973 года разрабатываемое во НИИТ-ЭЛЕЮТОМАШе статорообмсточное оборудование стало широко применяться на электромашиностроительных заводах МЭТП. Использование этих станков позволило существенно повысить надежность технологических систем и поднять производительность труда на операциях укладки катушек в 5...6 раз.

В настоящее время во всех развитых странах изготовление промышленных а бытовых бесколлекторных асинхронных электродвигателей с мягкими обмотками производится с помощью статорообноточного оборудования, разрабатываемого для реализации раздельного принципа работы. Анализ современного состояния работ по созданию, эксплуатации и исследованию статорообмоточного оборудования в нашей стране и за рубежом показывает, что оно представляет собой новый вид рабочих машин, составляющих одно из многочисленных ответвлений современного машиностроения, занимающегося созданием машин-автсматоа. Решение же характерных для этого направления проблем, в результате чего могут быть улучшены технико-экономические параметры и повышена надежность работы этого клрсса машин-автоматов, является актуальным.

3. НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЯГКИХ ОБМОТОК

Развитие технологии механической обработки и сборки мапин и их элементов, ее направленность обусловливаются стоящими перед соответствующими отраслями машиностроения задачаш совершенствования технологических процессов, изыскания и изучения новых методов производства, далонейхего развития и внедрения комплексной механизации и автоматизации производственных процессов и отдельных цитов, входящих з них, на басе достижений науки и техники, обеспечивагаих наиболее высокую производительность труда при надлежащем качестве, высокой надежности к возможно меньшей себестоимости выпускаемой гтродугс-

5

ш

исходное материалы

лробод

ысявц потгрисс. ЪрЛ^ЫК С

■и в

кагумю/ ой/чутки

П^ л

&ЯА уъ'гадяи

Ш

«а гчгрж кусы, роР^х^^сз

ла&бая <90жищои/м.

узгруьаз пало£ы< крои/ес £ поитпосзЗ Зля услад си

?!

у?

ж

С1рдечник С *а 7%'и/АО и п<х%е£ы пи ДОм^лсО Л1(/ (слипами)

ции.

Технологический процесс изготовления мягких обмоток, осуществляемый на статорооб-моточнсм оборудовании раздельного принципа действия (рис.1), включает и себя две основные операции: намотку катушек обмоток; укладну их в пазы сердечника статора. Процесс начинается с изготовления катушек. На этом этапе из бухты провода в соответствии с данными конкретного электродвигателя наматываются группы катушек обмоток с требуемым количеством битков в каждой катушке, которым придается с помощью шаблона требуемая форма. Для повышения надежности и стабильности процесса, обеспечения требуемой производительности все технологические операции, необходимые для получения катушек, включая отсчет необходимого количества витков, отрезку провода из бухты и зажим конца, ориентацию катушек для Рис.1. Схема технологического про- транспортирования на пооледую-цесса изготовления обмотан- щую операцию, должны выпол-ного статора няться автоматически, что,

естественно, требует системного подхода к рассмотрению всех процессов и явлений.

Как показали проведенные исследования, операция намотки катушек статорных обмоток имеет специфику, что отличает ее от общеизвестных способов намотки гибких нитей, и, следовательно, эта операция требует особых приемов выполнения. При намотке катушек обмоток необходимо

с к

/ сердолика

па пенаниьг} раикипа.

У-

I

УОС "774' г Г~

ка?уи.?с

сердечник с ла/

^аалспфп.р л>ссЬ««з! ГранмфГчр

п с Сйпоткаи *о рсмад \ ' /1/ьц У-с-^а 3 __

с: \*ь/е опеоа^ии ! сбпотпи по частая

сХ I 1 ' | _

обеспечить:

- образование одной или нескольких групп катушек;

- получение номинальных размеров катушек, входящих в групп/, в порядке возрастания;

- получение строго определенного, но различного количества витков в каждой катушке группы;

- получение в двух местах периметра каждой катушки толщины наматываемого слоя витков, соизмеримой с шириной паза сердечника;

- получение переходного витка между группами катушек, имеющего определенную длину;

- получение требуемого омического сопротивления в группе катушек;

>. - возможность намотки

— катушек, витки кото-

рых состоят но из одного прозода (иногда до 15...20);

- легкость съема па-тушек с несущих поверхностей формообразующих шаблонов;

- механическую непо-врежденность изоляции провода, из которого наматываются катушки. Для получения катушек разработаны два способа наметки (рис.2). При первом способе (рис.2,а,б) витки 5, состоящие из одного или двух-трех проводов, образуются с помо щыз проводоводителя I, вращающегося относительно [ГС подвижного шаблона 2. Причем в одном случае (рис.2,а) катушки получают, наматывая провода на

Рис.2.Способы намотки катушек

- м -

длинный многоступенчатый шаблон и раскладывая витки по косущей поверхности его, а в другом (рис.2,б) - наматывая провода на короткий шаблон и получая раскладку ьитков возвратно-поступательны;.*, перемещением вдоль формообразующих цилиндрических поверхностей 4 толкателей, либо за счет сил натяжения, укладывая наматываемой провод на коническую направляющую поверхность 3 шаблона (самораскладка). Если же катушки содертат витки, состоящие более, чем из трех проводов, то намотка производится по второму способу с помощью вращающегося иаблога (рис.2,в).

Первый способ применяется при намотке многовитковых катушек из тонкого провода для обмоток электродвигателей особо малых (диаметр отверстия сердечника статора 25...65 мм), малых (этот размер -45...115 мм) и средних (<$ 95...160 ш) габаритов с высокой частотой вращения проводоводителя (и) = 1000...4000 об/мин). Катушки обмоток электродвигателей больших габаритов (<$ 132...320 мм) содержат, как правило, небольшое (12...30) количество ыногопроводникоьых витков из более толстого провода, и поэтому намотка их ведется с частотой вращения шаблонаш 600 об/мин. Параметры технологической операции намотки обмоток катушек приведены в табл.1.

Дчя выполнения требований, обеспечивающих получение катусек с необходиг-опли параметрами, следует соответствующим образом Еыбрать один из технологических приемов намотки катусек, которые классифи-цироващ на рис.3 в зависимости от сочетатш перемещений элементов, участвующих в образовании катушек. На рисунке приняты следующие обозначения: I - проводоводитель; 2 - шаблон; 3 - толкатели витков; 4 - конические направляющие поверхности; 5 - возвратно-поступательно перемещающийся проводоводитель. В таблице классификатора показаны основное движение (вращательное), перемещение для раскладки витков (прямолинейное) и ускоренное перемещение для образования переходных витков (прямолинейное комбинированное). В соответствии с технологическим процессом изготовления обмотанного статора (ск.рис.1), намотанные катушки транспортируются и вставляются в цели, образованные штырями приспособления для укладки катушек - штыревой оправки (или наматываются непосредственно) для осуществления операции укладки их (втягивания) в пазы сердечника.

Одновременно из рулонного материала требуемой ширины изготовляются и закладываются в оправку изоляционные пазовые крыски (клинья), которыми должны покрываться пазовые части втягивавшее катушек.

Таблица I

Параметры технологической операции намотки катушек

Диаметр провода, ММ dnp Радиус намотки, м RH Количество витков в катушке riß Количество одновременно няматы-ззсмих проводов 2 пр Частота вращения спивделя и) ,об/мин

С ГфОЕОДО- водителем с шаблоном

0,15-0,3 0,1-0,15 100-350 I 3000-5000 1000-1500

0,3-0,5 0,1-0,2 80-100 I 2000-3000 еоо-1200

0,5-0,7 0,1-0,2 50-100 I 1500-2000 600-1000

0,6-0,8 0,15-0,2 50-S0 I 1000-1500 600-800

0,7-1,0 0,15-0,3 30-60 1 I000-1500 500-600

0,8-1,2 0,15-0,3 25-50 2 800-1000 400-500

0,8-1,2 До 0,3 20-40 2-4 - 300-500

1,0-1,2 До 0,3 20-40 3-5 - гоо-ico

1,1-1,4 0,3-0,4 15-30 4-6 - 150-250

1,2-1,5 До 0,4 12-25 До 8 - 100-150

1,3-1,6 До 0,4 10-20 До" 10 50-100

[ с б'ь^а^щ и ПС Я ГС ~!r>-¿c '"о д 'Л j| С щ и."С Я ш^Дт^м

! '0 -

с а>срот r^aóг; е.- ¡i с Эи атг.сс ¿ сой с Г -1 л\"'г л.;

-Ml а» / d 3) J ч* ** v !

м Ю ' ч

' ft ^

Ш: .i? "' л .

Рис.3. Технологические приемы намотки катушек з

зависимости от сочетания песеиег^нкй элементов

Операции по разразеке материала на мэрные куски, соответствующие длинз сердечника, придание пазовым крышкам требуемой формы, выбору количества крызек, соответствующего схеме укладки катуаюк обмоток, а также для обеспечения стабильности и синхронизации выполнения этапов технологического процесса должны быть автоматизированы.

После отого на оправке закрепляется ориентированный относительно катушек сердечник, и осуществляется втягивание катушек с одновременным покрытием их пазовыми крышками. Длительные исследования показали, что операция по втягиванию катушек в пазы сердечника статора из исходного положения О содержит три этапа I, И, Ш (рис.4). Первый, наиболее ответственный этап I начинается с того, что

Рис. 4. Схема операции втягивания катушек в пазы сердечника статора

толкатель I, перемещаясь со скоростью Шт , продвигает катушку 2 по штырям 3, вводя ее Еерхние витки в щешь паза сердечника 4 до соприкосновения с его поверхностью в месте, максимально удаленном от щели (перемещению сердечника припятствует упор 5). При этом витки, изменяя свое первоначальное положение под действием сил

РбТдз = Рёт/2пз

где £ пз - число заполненных витками пазов, начинают заполнять свободною пространство паза, вызывая на кромках его суммарную реакцию Рп пз .В связи с перемещением витков относительно статора (вместе с толкателем) возникают силы трения р^ , преодолевав-

мне толкателем. Под действием этих сил в щели между штырями происходит перераспределение витков и возникают силы Fn6¿, FnS¿¿ взаимодействия между витками, витками и стенками штырей, которые вызывают появление значительных сил сопротивления движе-

нию (рис.4, А-А). Силы трения, Ffp3/ ■ ~Fj-£¿ > прижимая в про-

цессе движения верхнюю часть катушки к штырям, вызывают суммарную реакцию штыря Fn^r и силы FfuiT сопротивления перемещению витков. Заканчивается этап I при таком положении толкателя, когда витки катушки, заполнив все пространство паза, будут заперты в нем (рис.4, Б-Б).

Этап П характеризуется изгибом пучка витков относительно толкателя. Для этого к толкателю необходимо приложить усилие, обеспечивающее суммарный изгибающий момент, состоящий из слагаемых моментов: необходимого для преодоления упругих сил, возникающих при деформации витков; требуемого для осуществления пластических деформаций в них.

На этапе Ш толкатель протягивает сформированный пучок витков по пазу, причем изгиб пучка у нижнего торца сердечника на этом этапе продолжается. Заполнившие паз витки (рис.4, В-В) оказывают давление на его внутреннюю поверхность, вызывая суммарные реакцию Fпс v СИЛУ сопротивления Ffc движению, которая увеличивается по мере передвижения катушки по сердечнику. Заканчивается этот этап з момент сбрасывания верхней части витков стягиваемой катушки со штырей оправки.

Теоретические и экспериментальные исследования параметров процесса втягивания катушки показали, что усилие втягивания, необходимое для преодоления возникающих сил сопротивления, зависит в основном от фнзино-иеханических характеристик материала катушек, поперечных размеров пазов сердечников и ширины шлица паза. Величина этого усилия весьма значительна и изменяется в зависимости от габарита электродвигателя и других характеристик в пределах 6...100 кН. На рис.5 показан полученный в результате исследований характер изменения (обобщенный график), иллюстрирующий зависимость усилия втягивания Рбт от величины перемещения Хт толкателя катушек при отработке всех трех атапоз втягивания. Следовательно, усилие втягивания достигает максимального значения в конце первого этапа, и это значение необходимо принимать при прочностных ра;^етах механизмов системы.

На основании многолетнего опыта проектирования, теоретических и экспериментальных исследований многих узлов втягивания оГмоток

Ft,

О

/

/

/

/

1

/

/

1

Хат,

X зт

Рис.5 Зависимость усилий втягивания от хода толкателя катушек

(примерно 300 единиц) найдены зависимости для определения максимальных значений усилий втягивания для различных сердечников статоров. В табл.2 приведены зоны изменения этого параметра процесса, соответствующие математическому ожиданию значений

Технологический процесс изготовления статора с обмотками может включать в себя различные дополнительные операции в зависимости от конструктивных особенностей электрических машин. Например, необходимость установить межфазовую изоляцию чаете приводит к пофазной обмот-

Таблица 2

Параметры сердечников, соответствующие силовым зонам процесса втягивания

Наименование параметра Зоны усилия втягивания,соответствующие

FST =20 кН F$r =60 кН FST =80 к«

Наружный диаметр (max ), мм Внутренний диаметр, мм Длина, мм Коэффициент заполнения паза Количество одновременно втягиваемых катушек 160 25...115 20...130 0,66...0,7 2...4 225 95...160 100...180 0,66...0,74 2...4 350 132...320 100...420 0,7...0,745 2...4

ке статора трехфазного электродвигателя. В этом случае в технологический процесс следует вводить операцию разжима частей катушек, выступающих за торцы сердечника (лобовых частей), с целью освобождения пространства для укладки следующих катушек.

Системный анализ технологических процессов изготовления катушек мягких обмо-ток и укладки их в сердечники показывает, что составляющие его операции хотя и замкнуты по циклу однако с целью повышения производительности моцгт выполняться в любом сочетании. Структура технологических систем может варьироваться от строго последовательного выполнения операций до параллельного. Выбор структуры технологического процесса и, следовательно, реализующего его операции оборудования определяется "выходными" параметрами системы, к которым прежде всего относятся производительность и технологическая надежность.

4. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СТРУКТУРА И КЛАССИФИКАЦИЯ СТАТОРООБМОТОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Системное рассмотрение технологического процесса изготовления -узла обметанного стато-

Система автоматизации

узел ¡Цу намотки гм _ у и

Несущая система

Рис.6. Общая функциональная структура технологической системы изготовления обмотанного статора

ра позволяет сформулировать функциональные требования к элементам статорообмоточного оборудования, которые, в свою очередь, дают возможность разработать общую функциональную структуру оборудования, реализующего весь технологический процесс. В качестве ядра этой функциональной структуры (рис.6 выступает технологический процесс изготовления обмотанного статора, функционально же разделенный на два этапа: операции намотки кату-

шек, на которых создается полуфабрикат технологического процесса; операции укладки катушек в пазы статора. Завершением последней является операция разжима лобовых частей катушек, которая выполняет-

ся при соответствующем технологическом оснащении.

Независимо от конструктивных особенностей электродвигателей технологическая система изготовления обмотанного статора обязательно включает в себя узлы намотки и укладки катушек, связанные транспортной системой, уровень организации которой зависит от организации всей технологической системы. Эти узлы функционально и структурно связаны между собой несущей системой, которая включает в себя конструктивно необходимые станины, перемычки, траверсы и т.п. В соответствии с уровнем автоматизации процессов в технологической системе она функционально включает в себя системы управления, контроля, автоматизации цикла изготовления и другие, уровень которых определяется требованиями производства.

В результате системного анализа при реализации технологического процесса изготовления обмотанного статора выделены два основных узла статорообмо-

I .-.V.' чду | ыел уг.'С^Уа сдУ <,А~]

гд*I

■«Л

лМ/тт |

1

V

Н&^о.тоычь'и Г/т?-*;

© <§) ® @

I

Р^П 1дм! Г^л |Ту1 | ¡Зм] [птл] [су]

бюеттмыи чаг.атс^пс-

Г7АГ~1 П?г | ГВт7~1 \гпп | [71 I

Рис.? Обобщенные структурные схемы стато-рообыоточного оборудования

пазовых крышек; ДЙ - дополнительные механизмы; ПС - поворотный стол;

точного оборудования, используемые в виде блоков-модулей: узел намотки катушек; узел укладки катушек в пазы статора. Сочетание этих блоков с дополнительными механизмами и системами позволяет получить различные структурные схемы оборудования в зависимости от производственных требований (рис.?). На структурной схеме приняты следующие обозначения: БГд - блок главного движения; БИ - вспомогательные механизмы; МВт - механизм втягивания катушек; ИШК -механизм изготовления

ГГИ1 -• гидро, пневмопривод; СУ - система управления. В свою очередь, более мелкими структурными подразделениями являются привод I, механизм раскладки 2, механизм ускоренных перемещений 3, шпиндель 4, механизм зажима и отрезки провода 5, механизм натяжения 6, штыревая оправка. 7, привод толкателя катушек 9, подающе-формующий механизм 9 и его привод 10.

Анализ различных типов производств электродвигателей и требований, предъявляемых производством к технологическим возможностям

|СТАТ0Р00БМ0Т0ЧН0Е ОБОРУДОВАНИЕ | (раздельного принципа)__

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ УРОВНИ

с напомб. КСИМ^Н И о<рсиц (иапамБ. кома на *аб«и

1 1

оЭмялш-делым (ГЮКОТШ- делым

Рис.8. Классификация статорообмоточного оборудования

создаваемого и применяемого оборудования, позволил разработать общую классификацию статорообмоточного оборудования (рис.8). Она построена в зависимости от уровня автоматизации вспомогательных и транспортных операций при реализации технологического процесса изготовления обмотанного статора. По этому признаку статорообмоточное оборудование имеет четыре уровня.

На первом уровне - оборудование, вспомогательные и транспортные операции при изготовлении статора на котором (съем катушек с намоточного станка, транспортирование их к узлу укладки, перегрузка катушек в штыревую оправку, подача сердечника к узлу укладки,надевание сердечника на оправку, съем сердечника, передача его с уло-

жеиными катушками к механизму разжима лобовых частей) выполняются вручную.

На втором уровне классификации - оборудование, в котором вспомогательные и транспортные операции частично автоматизированы.Этот класс охватывает такие случаи, когда автоматизированы съем катушек, надевание сердечника на штыревую оправку, транспортирование сердечника на операцию разжима лобовых частей.

Третий уровень классификации - оборудование, в котором вспомогательные и транспортные операции в основном автоматизированы. В оборудовании этого класса не автоматизированы подача сердечника к узлу укладки катушек и установка сердечника в устройство транспортирования на операцию разжима лобовых частей (последняя операция может выполняться также автоматически).

К четвертому уровню относится статорообмоточное оборудование, в котором все операции изготовления обмотанного статора автоматизированы.

5. ОПТИМИЗАЦИЯ С1РУКТУРНЫХ СХЕМ СТАТОРООБШТОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

При конструировании статорообмоточного оборудования важными являются вопросы его компоновки, которые, в основном, подчиняются технико-экономическим требованиям. Компоновка оборудования должна обеспечивать:

- осуществление технологического процесса изготовления катушек обмоток и укладки их в сердечники статоров;

- высокую технологическую надежность работы;

- удобство и простоту работы оператора, легкость управления, загрузки оборудования исходными материалами, обслуживания, настройки, ремонта и последующей наладки;

- достаточную жесткость базовых элементов оборудования, технологичность их конструкции, изготовления и сборки;

- минимизацию занимаемой производственной площади, веса конструкции и ее металлоемкости.

Одной из основных проблем при работе над компоновкой оборудования является выбор (в зависимости от технологического уровня) главной геометрической оси в пространственной системе координат станочной системы. Так, компоновочные решения для оборудования первого и второго уровней разработанной классификации (см.рис.8) должны обес-

печивать наибольшие удобства для работы человека. Поэтому главная геометрическая ось намоточных узлов и станков, в которых намотка Еедется вращающимся проводоводителем с принудительной раскладкой витков, должна быть горизонтальной, так как при таком ее положении удобно снимать катушки с намоточных шаблонов. В случаях, когда витки образуются за счет сил натяжения, для качественной намотки катушек целесообразно использовать вес витков и, следовательно, у таких станков главная геометрическая ось должна быть вертикальной.

Станки, основанные на этих же способах намотки, но предназначенные для получения катушек с витками из многих параллельных проводников и работающие в составе комплекта, должны иметь горизонтальную основную геометрическую ось: это позволяет легко оперировать катушками при передаче их в штыревую оправку станка укладки.

На выбор главной геометрической оси станков укладки катушек большое влияние оказывают габариты сердечника и условия загрузки катушек в штыревую оправку перед втягиванием в сердечник. Опыт показал, что главную ось автономных станков для укладки катушек в статоры небольших размеров и веса необходимо располагать наклонно, примерно под углом 75° к основанию. Это позволяет оператору постоянно наблюдать за расположением штырей в оправке при укладке в нее катушек и легко вручную надевать статор или снимать его с оправки.

В станках, предназначенных для укладки катушек в сердечники средних и больших размеров, когда необходимо использовать грузоподъемные средства, основную геометрическую ось станка необходимо выбирать горизонтальной, так как при таком ее расположении удобно укладывать сердечник статора в приемное устройство станка (так называемую статорную корзину) и загружать в оправку катушки.

Агрегатные станки следует проектировать с вертикальной геометрической осью, что обеспечивает хороший доступ к основным узлам станков и уменьшает занимаемую станком производственную площадь,

При работе над компоновкой определяют расположение шкафов управления оборудованием, руководствуясь критерием минимизации занимаемой производственной площади. Управление статорообмоточнкм оборудованием осуществляется устройствами циклового программного управления с элементами ЧПУ. Основу управляющих систем составляют серийно выпускаемые программируемые контроллеры.

Оборудование первого и второго уровней разработанной классификации представляет собой автономные намоточные и укладочные станки - полуавтоматы, дополненные механизмами разжима, а транспортные

и вспомогательные операции выполняются вручную. Такое оборудование получило наименование комплектов и нашло широкое применение на заводах, так как имеет относительно простую конструкцию, что облегчает его эксплуатацию и переналадку на другой вид статора.

Намоточные станки, применяемые в комплектах, можно разделить на следующие группы:

- станки для намотки одной группы катушек;

- станки для последовательной намотки нескольких групп катушек, с вязанных пе тлями;

- станки для намотки нескольких групп катушек одновременно.

Станки, относящиеся к первым двум группам, обычно проектируются одношпиндельными, а к третьей - многошпиндельными.

В зависимости от конструктивных особенностей узла намотки катушек оборудование подразделяется на следующие группы:

- станки с вращающимся проводоводителем и принудительной раскладкой витков;

- станки с вращающимся проводоводителем и самораскладкой витков;

- станки с вращающимся проводоводителем и смешанной раскладкой витков;

- станки с вращающимся шаблоном и принудительной раскладкой витков;

- станки с вращающимся шаблоном и самораскладкой витков.

Структурных схем станков для укладки катушек в связи со спецификой процесса втягивания разработано значительно меньше по сравнению с намоточными. Эти станки подразделяются по типоразмерам (для укладки катушек в сердечники статоров малых, средних и больших габаритов) и по признакам конструкции (без механизма разнима лобовых частей и со встроенным механизмом разжима).

Существенным недостатком комплектов статорообмоточного оборудования является значительное использование ручного труда. Поэтому для производственных процессов с большими объемами выпуска двигателей (свыше 400 тысяч штук в год), когда время изготовления обмоток крайне мало, целесообразно применять станки третьего и четвертого уровней классификации. Это - агрегатные полуавтоматические станки и автоматы, в которых для повышения производительности изготовления обмотанного статора операции намотки и укладки катушек могут совмещаться (выполняться параллельно).

Структурные схемы агрегатных станков (рис.9) весьма разнообразны. Так, в зависимости от количества загрузок катушками штыревой

оправки перед операцией укладки это оборудование подразделяется на следующие группы:

- агрегатные станки с одноразовой загрузкой катушек ( I );

- агрегатные станки с последовательной многоразовой загрузкой катушек (П).

Зти станки предназначены для укладки одноименных обмоток за один прием или по частям (пофазно). Несколько узлов намотки I в

таких станках следует устанавливать для повышения технологической надежности и производительности систем.

Станки второй группы проектируются обязательно с несколькими узлами намотки, каждый из которых наматывает и загружает в оправку "свою" номенклатуру катушек. Штыревая оправка 2 с помощью поворотного стола "обходит" поочередно узлы намотки и подается к узлу укладки катушек 3. Эти станки предназначены для намотки статоров, содержащих несколько обмоток (например, рабочую и пусковую), или статоров, обмотки которых содержат большое количество одинаковых катушек (многополюсные электродвигатели).

Агрегатные станки различаются по способу загрузки катушек в штыревую оправку: станки, в которых катушки сначала наматываются на шаблон, а затем с шаблона перегружаются в оправку; станки, в которых катушки загружаются (наматываются) в оправку непосредственно в процессе намотки. Станки первой группы позволяют вести намотку несколькими проводоводителями. что значительно повышает производительность.

Агрегатные станки могут также подразделяться в зависимости от траектории перемещения оправок от позиции намотки к позиции укладки катушек: станки с круговой траекторией (рис.9,а,б,в,д,е); станки с комбинированной траекторией (круговой и прямолитейкой) (рис.Эг)

Последние имеют значительно более сложную структуру, но при необходимости обеспечить высокую производительность, предпочтительнее, так как имеют более высокую технологическую надежность, обеспечиваемую параллельными намоточными узлами структурных схем.

6. ОСНОВЫ ШНШШИ И ДЙНАвИКИ УЗЛОВ НАМОТКЬ КА.Т/1Ш

Одним из основных функциональных элементов статорообмоточного о&орудования являются узлы намотки катушек, во многом определяющее надежность работы и производительность технологических систем. При разработке методологии проектирования намоточных узлов были использованы положения теории намотки гибких нитей, некоторые из которых развиты применительно к специфике статорообмоточного оборудования.

Для выполнения требований технологического процесса изготовления катушек с необходимый параметрами намоточный узел должен содержать механизм раскладки провода, механизм ускоренных перемещений проводоводителя (механизм переброса переходного витка), привод вращения, которые вместе со шпинделем и шаблоном составляют блок главных движений. Для автоматизации процесса намотки намоточный узел сшбжается вспомогательными механизмами: оттяжки последних витков катушек; отрезки и зажима провода; натяжения провода.

К числу главных параметров намоточных узлов относится радиус намотки Ян , т.е. радиус вращения фильеры, направляющей провод на проводоводителе, или расстояние между осью вращения шаблона и направлением возвратно-поступательного перемещения фильеры (см. рис.2). Ьтот параметр позволяет определить поперечные размеры узла намотки и мощность его привода (с учетом сил натяжения провода). Расиус намотки определяется радиусом окружности , описан-

ной по наиболее удаленным точкам шаблона, предназначенного для намотки катушечной группы с максимальными размерами, выбранной из числа конструктивно подобных групп, для намотки которых рассчитан конструируемый узел.

Экспериментальными исследованиями установлено, что Ян должен быть больше радиуса окружности с диаметром на некоторую величину Сш 1 достаточную для размещения захватывающих элементов механизмов отрезки и зажима начального и последнего витков наматываемой катушки: Ян = О.ЬРш + Сш • Линейные размеры узла зависят от продольных размеров шаблонов, на которые влияют такие факторы, как способ намотки катушек, количество наматываемых кату-

шек на одном шаблоне, число витков в катушках, а такие диаметр обмоточного провода. Следовательно, размер (длина) рабочей части длинного шаблона ^

14 о

где к - число наматываемых катушек; &Н1 - длина намотки 1-й ступени; ¿>р- расстояние между двумя соседними катушками, необходимое для образования переходного витка; - соответст-

венно размеры участков для размещения на шаблоне прижимов, удерживающих от соскальзывания первый и последний витки наматываемой группы катушек.

Длина ступени . , . ,

Сн = аПр-к12пр(п§-1)+Ън

где ¿н - шаг намотки (расстояние между осями двух соседних виг-ков, лежащих на несущей поверхности); 2пр - число параллельных проводников в витке; с! пр - диаметр обмоточного провода;

|<1 = 1,1...1,2 - коэффициент, учитывающий погрешности изготовления провода и кинематическую неточность механизма раскладки.

Ясли намотка ведется по способу, показание!,¡у на рис.2,б, то при расчете длины шаблона следует исходить из условия непрстягива-ния витков по контуру его. Для выполнения этого условия на несущей цилиндрической части шаблона должно постоянно находиться определенное число Пш витков, обеспечивающее возможность отрыва последнего из них при намотке первого. Длина этой части шаблона, требуемая для размещения Пщ , является основным фактором при определении линейных размеров намоточных узлов такого вида.

В результате теоретических и экспериментальных исследований установлено, что для нормального протекания процесса намотки необходимо, чтобы выдерживалось условие Пш 5: (12.. .14) с1пр . Тогда длина рабочей части шаблонов с коническими направляющими ступенями

где С К - длина конической части ступени шаблона; Си, =о!пр'Пш-длина цилиндрической части.

В связи с тем, что шаблоны в намоточных узлах статорообмоточ-ного оборудования выполняют роль временного каркаса, а с катушками после намотки производится ряд операций, приводящих к р!зупорядочи-ванию намотанных витков, при намотке требуется относительно невысокая точность раскладки витков. В то же время из-за большого многосб-

разия сечений обмоточных проводов к конструкциям механизмов раскладки, кинематически связывающим вращательное и возвратно-поступательное движения элементов намоточных узлов, предъявляются повышенные требования, предусматривающие широкий диапазон регулирования шага намотки.

Анализ кинематических и структурно-конструкторских схем разработанных блоков главного движения показал, что по виду регулирования шага узлы намотки можно разделять на три группы (рис.10):1 - со ступенчатым регулированием; П - с бесступенчатым регулированием; Ш -не требующие регулирования (универсальные).Кроме классификации по виду регулирования шага узлы намотки разделяются в зависимости от того, является ли вращающимся в станке проводоводитель или шаблон: выделены структуры, объединяющие механизмы по этому признаку (рис.10,а,б,в,г,д). На схемах введены следующие обозначения: на рис.10, а I - механизм ускоренных перемещений,

2 - редуктор раскладки,

3 - реечная передача,

4 - сменная пара шестерен, 5 - понижающий редуктор, 6 - зубчато-ре-

Рис.Ю. Структурно-кинематические метая передача, 7 - при-

схемы блоков главных движений водной электродвигатель, узлов намотки 8 " несущая рамка, 9 -

проводоводитель, 10 - анкерная рейка; на рис.10,б I - устройство плавной регулировки шага намотки (шаровые, тросовые вариаторы, ры-

чажные механизмы с бесступенчатой регулировкой плечей), 2 - понижающий редуктор; на рис.10, в I - высокомоментный электродвигатель, 2 - ходовой винт, 3 - гайка; на рис.Ю,г I - гидроцилиндр с контролируемым положением поршня при микродозированной подачей рабочей жидкости; на рис.Ю,д I - механизм ускоренных перемещений, 2 - механизм фиксации шаблона, 3 - шток управления шаблоном, 4 - проводо-водитель, 5 - наклонная шайба, 6 - толкатели витков.

В результате проведенных исследований получено общее уравнение кинематического баланса, устанавливающее связь между оборотами проводоводителя (шаблона) и шагом намотки:

£ н = 1о$.пр:кк,

где Ьн - шаг намотки; Кк - кинематический коэффициент, значения которого приведены в табл.3, в которой - перемещение рейки за один оборот приводного зубчатого колеса, Со - передаточ-

Таблица 3

Значения кинематического коэффициента

Структура механизма (см.рис.10) Исполнительный механизм

1,а П,б П,в П,г Ш Рейка-реечная шестерня Винт-гайка Винт-гайка Гидроцилиндр - поршень Кулачок - толкатель (1</1о)-Хрк 12<<-з/1оП6 „ ,„ а/ш/иу^ё)^

ное отношение кинематической цепи между валом электродвигателя и шпинделем проводоводителя (шаблона), ¿^ - передаточное отношение кинематической цепи между валах«! электродвигателя и зубчатого колеса реечной передачи, С г - передаточное отношение кинематической цепи между валом электродвигателя и устройством бесступенчатого регулирования, - передаточное отношение устройства бесступенчатого регулирования, Ц - передаточное отношение между валом электродвигателя привода и винтом раскладки, и)8 - частота вращения ротора электродвигателя привода винта (с" частота вращения основного электродвигателя (с-*) Ь? - шаг ходового винта раскладки (мм), 1Гц - скорость перемещения штока гидроцилиндра (м/с), Янш - радиус расположения осей толкателей, уиш - Угол наклона толкающей шайбы.

Механизмы раскладки кинематически связаны с механизмами ускоренных перемещений, с помощью которых за время образования части

витка необходимо сообщить дополнительное осевое перемещение прово-доводителю (шаблону) с целью перевода провода от намотанной катушки на одной ступени шаблона к началу намотки новой катушки на следующей ступени. На рис.11 видно, что перемещение Б£ц проводоводи-теля, необходимое для перевода провода от одной катушки к другой, осуществляется при одновременном его повороте на угол, значение которого зависит от способа образования витков, особенностей конструкции шаблона и его положения по отношению элементов для приема или съема витков приспособлений.

Экспериментально установлено, что при намотке на длинный шаблон нельзя переводить провод в той части, где имеются пазы для прохода стержней приемного приспособления или штыревой втягивающей оправки (зона В), поскольку передящий провод будет пересекать эти пазы и, естественно, разрушаться. В этом случае поворот проводоео-дителя, при котором возможно его ускоренное осевое перемещение, ограничивается углом . Если провод наматывается на короткий шаблон с автоматической передачей витков в приемные устройства, угол поворота уменьшается до значения ^ , , так как в противном случае из-за особенностей конфигурации ступеней шаблона переводимый провод часто не попадает на следующую ступень его, что приводит к сбоям в процессе намотки и получению бракованной группы катушек.

Следовательно, для успешного перевода провода с одной ступени шаблона на другую осевое перемегрние проводоводителя на величину ¿в должно происходить быстрее, чем поворот на "разрешенный" угол

( с или в зависимости от схемы намотки):

-

где Т± - время перевода провода с одной ступени шаблона на другую; уш - линэйная скорость осевого перемещения проводоводителя; СО - частота вращения проводоводителя (шпинделя).

В случае невыполнения данных соотношений следует снизить частоту вращения проводоводителя. При известной предельной скорости осевого перемещения 1Тшгпах можно определить частоту вращения проводоводителя и)р , при которой процесс намотки проходит стабильно:

гГштал , . 5" У^та*

или

Из изложенного вытекает требование высокой быстроходности механизмов ускоренного перемещения проводоводителя. Исследования механизмов с гидропневмоприводом, гидропневмоэлектроприводом, электро-и гидроприводом (на рис.10 выделены окружностями) показали, что наиболее быстроходными и конструктивно простыми являются механизмы, относящиеся по принципу действия к группе анкерных (рис.10,а,б.д). Ьсли в качестве привода поступательного перемещения анкерной рейки используется гидро- или пневмоцилиндр, то линэйная скорость ее перемещения 1Гр - 1ГШ = 0,95 ХГщпал^ где 1Гтах ~ максимально допустимая скорость поршня цилиндра.

По результатам теоретических и экспериментальных исследований сформулирован порядок расчета параметров прочности основных элементов этих механизмов и разработаны рекомендации по их проектированию.

Привод намоточного узла в процессе эксплуатации находится в сложных условиях и работает, в основном, в пуско-тормозном режиме. В процессе намотки скорость вращения шпинделя должна изменяться в широких пределах в зависимости от количества витков и катушек в наматываемой группе. При этом в целях обеспечения высокой производительности станков необходимо за очень малое время разгонять, а затем для осуществления в автоматическом цикле вспомогательных операций (защемление витков, отрезка, оттяжка переходных петель и т.п.) с высокой точностью останавливать шпиндель с закрепленными на нем элементами. Все это повышает динамическую напряженность процесса

намотки и, следовательно, предъявляет дополнительные требования к приводу, который должен обеспечивать:

- относительно плавный разгон шпинделя для предотвращения обрыва наматываемого провода во время пуска устройства;

- поддержание необходимой скорости намотки;

- интенсивное снижение скорости намотки до необходимого уровня в моменты перехода от одной катушки к другой с цель» образования переходного витка в определенном месте шаблона;

- интенсивное снижение скорости шпинделя перед окончанием намотки последней катушки для остановки его в требуемой зоне;

- возможно больший диапазон регулирования скорости намотки;

- плавное регулирование скорости в диапазоне настройки.

Зависимость (рис.12), обобщающая результаты экспериментальных

исследований по определению оптимальных условий намотки типовой катушечной группы ста-торной обмотки, показывает , в каких условиях работает основной

вращения шпинделя; и)^ - и)у3 - значения установившейся частоты вращения при намотке различных катушек, входящих в группу; и) р - значения частоты вращения, при которой производятся ускоренные перемещения шпинделя, необходимые для перевода провода от катушки к катушке; oJa частота вращения, необходимая для точной фиксации шпинделя; Ttn время разгона; fty* , "it^j - время установившегося движения шпинделя при намотке каждой катушки; Ttc, , ~ время торможения шпинделя для достижений скорости top ; Ttp£ Ttp3 ~ время набора необходимой частоты вращения; Ttj ~ время торможения до СОд ;

Рис.12. Изменение частоты вращения шпинделя при намотке катушечной группы

привод намоточного узла. На графике и) - частота

Т(9 - время поворота шпинделя до его фиксации; Ttk. - общее время намотки катушечной группы.

Экспериментально установлено, что наиболее соответствует перечисленным требованиям привод на базе электродвигателей постоянного тока, который в настоящее время является основным видом привода в намоточных узлах. Мощность такого привода

Л/=ка£ МраГ^Мс^ 1пР

где к- коэффициент, зависящий от вида двигателя; Мра'ь - крутящий момент от рабочей допустимое

натяжение провода;

- момент сил статического сопротивления вращению проводоводи-теля; СО - частота вращения шпинделя; Г^пр - к.п.д. кинематической цепи между валом двигателя и шпинделем.

В процессе намотки катушек на такие элементы узлов намотки, как вращающиеся прово-доводители или шаблоны, действуют силы натяжения провода, центробежные и инерционные силы, которые находятся в сложной взаимосвязи. На рис.13, где введены обозначения I - контура шаблона, 2 - упрощенного смещения шаблона под действием изменяющихся

'9.0

!М

/I I I

I I

м со )о но но яо гГояогп ьоо

но ->]

ч

Рис.13. Годограф скоростей (а) и графики

изменения натяжения Рт (б),скорости 1Гпр (Г) и ускорения IVпр Ш провода за один оборот проводоводи-теля при намотке катушки.

в процессе намотки сил, 3 - траектории движения направляющей фильеры проводоводителя, показано изменение усилий натяжения провода при образовании одного витка. Эксперименты показали, что при намотке слоя витков на шаблоны действуют усилия, достигающие нескольких тысяч Н. Особенно негативно действие этих сил, если шаблоны состоят из двух консольно закрепленных частей, одна из которых подвижна.Наиболее распространенной причиной отказов при работе намоточных узлов с такими шаблонами является з-клинивание подвижных частзй на направляющих под воздействием намотанного провода.

Во вращающихся проводоводителях под действием перечисленных сил возникают значительные деформации, иногда приводящие к разрушению некоторых их элементов. Поэтому при разработке узлов намотки, особенно элементов, контактирующих с проводом, необходимо учитывать возникающие в процессе намотки силы, так как от этого зависит долговечность и надежность проектируемого узла.

По результатам расчетно-теоретических и экспериментальных исследований, подтвержденным промышленным экспериментом, ©формулированы рекомендации и требования по критическим скоростям и прочностным характеристикам элементов вращающихся проводоводителей, по учету усилий, действующих на консоли шаблонов от наматываемого провода, устранению и снижению потока отказов в работе механизмов шаблонов, а также по точности и быстродействию механизмов фиксации шаблонов, располагаемых внутри вращающегося проводоводителя.

7. ОСНОШ ПРОЕКТИРОВАНИЯ УЗЛОВ УКЯАДШ КАТУШЕК

сьрдечниш статоров

Основным элементом узла укладки катушек (рис.14) в сердечники статоров является штыревая опр.вка, геометрические параметры которой определяют габариты и технические характеристики всего узла. Узел состоит из механизмов втягивания (I) и изготовления пазовых крышек (II). На схеме даны обозначения: I - направление передачи пазовых крышек в кассету штыревой оправки; 2 - нож; 3 - рулон изоляционного материала; 4 - кассета для накопления пазовых крышек; 5 - пазовые крышки; 6 - штыри; 7 - толкатель катушек; 8 - сердечник статора; 9 - положение катушки перед втягиванием; 10 - положение катушки в нччлле втягивания. На размеры штыревой оправки влияют геометрические соотношения сердечника: число пазов, размеры зубцов и шлицев, через которые витки проходят в пазы.

Основным параметром штыревой оправки, определяющим успешное протекание процесса укладки (втягивания) катушек в пазы, является

ширина щели (рисунки 4 и 15). Как показали исследования, осуществить втягивание катушек не всегда возможно. Причиной этого может быть заклинивание витков в щели из-за неправильно выбранных соотношений между диаметром провода витков катушек и шириной щели между штырями, а также между количеством витков и поперечным сечением паза.

Определение ширины щели производится в несколько приемов. Первоначально

Рис.14. Структурная схема узла укладки катушек

Рис.15. Конструкция штыревой оправки

мм

2,0-

<6

1.2

0.8

ОМ

------- - 1 ! / //1 г /V

/^ /5

К/

//

#

у

0,5

<0

<5

а памп

Рис.16. Условия для осуществления

втягивания катушек в пазы

определяем теоретическук ширкну щели:

где Мш - ширина шлица статора; Ам - предельное отклонение размеров шлица статора;

- расстояние между защитными буртиками и зубом статора с учетом гарантированного зазора между ними.

По полученному значению 5 и^ на диаграммах (рис.16), построенных на основе анализа результатов экспериментов, определяем возможные условия (зоны) для осуществления операции втягивания катушек б пазы. На диаграммах ограничительных зон, в которых различны условия втягивания катушек в пазы, приведены обозначения:

1 - без ограничений;

2 - при коэффициенте

заполнения паза меньше 75%; 3 - при расположении витков катушек в ряд; 4 - при угле между витками £ 50°; 5 - при коэффициенте заполнения паза меньше 35*; 6 - при высоте катушек в и$елн меньше 40 мм; 7 - втягивание обмотки не происходит. Если невозможно выполнить условия найденной зоны, параметры обмотки статора должны быть изменены так, чтобы соотношение между диаметром провода и шириной щели отвечало требованиям диаграммы.

В связи с тем, что диаметр изолированного провода <1 пр г как правило, имеет значения от с}прп>1п до ёпрп,ах > необходимо определять-допустимые пределы изменения ширины щели, обеспечивающие втягивание катушек: значение 5ш>т1п находится по

диаграмме, как пересечение юиней границы зсны втягивания со значением ёпрта/, а - как пересечение верхней границы

зоны со значением с/прт1Г) . Тогда

г

Далее в соответствии с разработанной методикой на основе принятого алгоритма на ЭВМ рассчитываются рэзмеры поперечных сечений основных элементов оправки: штырей, направляющих для пазовых крышек, толкателя катушек и т.д., а т-'.кже их продольные размеры.

Особенности технологического процесса втягивания катушек предъявляют ряд требований к привода перемещения толкателя, который должен обеспечивать:

- перемещение толкателя катушек из исходного положения в конечное за время, обеспечивающее условия осуществления процесса втягивания, а также ноззрат его в исходное положение в соответствии с общей циклограммой работы станка;

- требуемое технологическое усилие;

- точность конечных положений толкателя катушек.

Картина нагружений при втягивании обусловила предпочтительное применение для выполнения этой операции гидравлического при пода и силовых винтовых электромеханических передач. Разработаны методы определения требуемой мощности привода и оценки его быстродействия. В результате теоретического анализа и экспериментальной сценки сделан вывод о том, что для обеспечения требований производства по экологии и экономии электроэнергии предпочтение следует отдавать приводам, разрабатываемым на основе шарикоЕинтовых передач,имеющих высокий коэффициент полезного действия = 0,У5...0,98).

Конструкции механизмов изготовления пазовых крышек зчвисят от способа получения крышек. Для изготовления крышек из разных материалов и различной длины разработаны три способа (рис.17): штамповкой (а) для крышек длиной до 130 мм и из структурно однородного материала; прокаткой (б) для крышек с длиной больше 1сЮ мм и из волокнистых материалов; протяжкой (в) для крьпгек из рулонного материала длиной более 130 мм.

На схемах введены следующие обозначения:

на рис.17 а, I клиновая система подачи, 2 - полоса изоляционного материала, 3 отрезной нож; 4 - штамп, 5 - пуансон, б - полуматрицы; 7 - кассета; на рис. 17 б, 1,2 - подающие ролики; 3 - нож; 4 - сформованная крышка; 5 - приемное гнездо; 6 - переталкиватель; 7 - каеэта: на рис.17 в, I - формующая фильера; 2 - клиновая подача;

л-л

3 - нож; 4 - кассета. Пр т ляле иные и с иыта ни я показали, что наиболее надежна и. просты d эксплуатации механизмы основанные на гврвж двух способах. В связи с тем, что узлы уклг-дки обмоток необходимо проектировать для некоторого диапазона размеров еэрдечнг.ков статоров, а механизмы нуготовления пазовых крышек долины работать з рекиигх, которые? трудно учесть в исходных данных на проектирование, то мощность привода рассчитывается в соответствии с экспериментальными данными. Исследованиями установлено, что в механизмах, реализующих нзготошю-ние крьшек штамповкой Рис.17. Схемы способов изготовления или протягиванием, мак-

пазовых крышек симальиую работу совер-

шают устройства, придающие ленте необходимую форму. При этом работа всех остальных устройств равна примерно половине работы наиболее нагрукенного устройства. Мощность привода механизма, изготовляющего крышки штамповкой:

а/ Fw-XhM

г

где гер - усилие, возникающее при формовке ленты пунсоном; f)_KK - к.п.д. механизма; Xwtt - величина перемещения пуансона; Тщ - время цикла изготовления одной крышки (одного оборота кулачкового вала).

Определение остальных параметров узла укладки катунек обмоток производится в результате конструкторской проработки механизмов.

8. ПРСИЗЗО^ИЕЛЪКОСТЬ И МД&ЖХПЪ АВШ/ШЖРОБЛШОГО СЙТОРОСШШЧНОП) ОБОРУДОВАНИЯ

Из всех операций технологического процесса изготовления обмотанного статора наиболее сложной и продолжительной, наименее надек-является спергщия намотки катушек. Статистический анализ показывает, что на эту операция затрачивается примерно в три раза больше времени, чем на укладку катушек, а технологическая операция по разжиму лобовых частей катушек выполняется за время, соизмеримое с операцией укладки.

Поэтому производительность комплекта стан-сов определяется затратами временч на выполнение операции намотки катушек. Время, необходимое для намотки катушечной группы (см.рис.12).

"Л* = Тгз + ^ Тщ + ¿11 (Тьа+Ър^Тьь .

Посколысу в реальном процессе время разгона шпинделя, как правило, равно времени тормоззния, можно принятъТьп~Тгз

Учитывая, что шпиндель при разгона (тормоганий) дрижется равноускоренно (равнозамедленно). определяем время намотки с учетом количества витков в катушке, катупетс в катушечной группе, а так:хе частот вращения шпинделя при установившемся режиме, ускоренно;! перемещении и точной фиксации: ,<■„ п .

где Д//-? - число витков 1-й катушки, наматываемых при разгоне; N31 ~ число витков -й катушки, намативасюсс при замедлении частоты вращения шпинреля до иЗр] Д/у^ - число витков [, ~й катушки, наматываемых при установившегося движении шпинделя.

Время намотки катушек на одну фазу обмотки

где £ _ число катушечных групп в фазе; Тьёсп ~ время, затрачиваемое на вспомогательные операции (оттяжка переходного витка, отрезка конца витка, смена шаблонов и т.п.).

Зная время выполнения лимитирующей технологической операции, можно для комплекта станков определить производительность:

о

где Ц - минутная производительность; П - коэффициент технического использования.

В зависимости от требований конкретного производства структура технологической статорооОмоточной системы может изменяться

(рис.18) от простейшей однспоточной

,3

нк

,_, р

[уКН***

рЧик \—

нкН

ау

-СЖЬ

<9

нк

- нкУ

—шкз—1

и

УК

Н1

Чт

щ

■1

"I___г

1___I

нк

У

Ри

(а) до сложноструктурной (г), включающей в ссбя кроме элементов загрузки 3, разгрузки Р, намотки НК, укладки УК и транспортирования, сложную систему управляемых накопителей Н и механизмов управления потоками. Практическим примером первой могут быть комплекты автономных станков, примером последней может быть гибкая производственная система (ГПС), включающая требуемое по услг.Бия:л производительности количество узлов намотки, необходимое число узлов укладки и сложную систему транспортирования с накопителями меж-сперационных заделов Н1 и Н2. Производительность промежуточной структуры - агрегатных станков также зависит ог зи-да обмотки и габарита сердечника, и поэтому рассуждения о влиянии времени работы узлов намотки на производительность

18. Некоторые структуры технологических статорообмо-точных систем

комплектов из автономных станков справедливы и для агрегатных станков. для повышения производительности станков этой группы, применяемых, -в основном, в массовом производстве, и в частности, при изготовлении многовитковых катушек обмоток электродвигателей массовых серий, следует увеличивать число узлов намотки НК (или число прово-доводителей).

Обеспечение высокой надежности работы технологической статоро-обмоточной системы является актуальной проблемой. Многочисленными эксплуатационными и специальными исследованиями узлов и механизмов статорообмоточного оборудования установлено, что это оборудование может быть отнесено к группе машиностроительных сложно-технических восстанавливаемых систем, для которых характерны следующие показа-

тели надежности: средняя наработка на отказ, средний ресурс (срок службы), удельная трудоемкость технического обслуживания и ремонта.

Как и для других шдов машиностроительных систем, статистическая функция надежности нссит монотонно убывающий характер и имеет вид _/pft)dt

где P(t) - параметр потока отказов, представляющий собой вероятность возникновения отказа в единицу времени. Величина обратная параметру потока отказов, есть среднее время безотказной работы

tcp* Щ)

Зависимость производительности статсрообмоточного оборудования от показателей надежности выглядит так

n-J-.n -—*___J—

и ~Tvti+Ш)

Iср ~ средняя длительность единичного простоя между двумя

отказами; 2-t/i - время суммарных потерь .

Коэффициент f^j. технического использования оборудования, позволяющий оценить такую важнейшую характеристику технологической статорообмоточной системы какой является надежность зависит от многих параметров, основные из которых

- уровень интенсивности реализуемого технологического процесса;

- безотказность механических подсистем (узлов и механизмов), образующих технологическую систему;

- безотказность электрических и электричных систем управления;

- структура технологической системы и др.

n =-J— =___1_

lT 4+Тсе. j+Jcpi-Kj-Sj .J_

_ tcp cLL-Kh i Tcp

гДе I cpi - среднее время простоя (восстановления работоспособности) оборудования по вине I -го механизма Kl - количество механизмов в станке; 51 ~ число срабатываний i -го механизма за один цикл;

вЦ- tn^ _ уделЬНЫй шс потерь от простоя одного механизма в об-ZLtn

щей суше потерь =коэффициент безотказности мехчнизма.

Решая полученное уравнение относительно Кн1 получим формулу для расчета допустимой наработки на отказ (в рабочих циклах) отдельных механизмов.

<у - 'срС 'К1

Кн - оЦ-Тф ' 4-Пг

Приведенные теоретические положения явились основой для проведения ряда исследовательских работ направленных на повышение надежности статоросбмоточного оборудования. Так, статистическое моделирование, стендовые испытания и анализ опыта промышленной эксплуатации оборудования показали, что должны быть внесены ¡коррективы в методику его разработки.

для повышения уровня надежности вновь создаваемой статорообмо-точнсй техники рекомендовано и внедрено в практику использовать при

проектировании только те | узлы и механизмы, которые прошли стендовые циклические испытания на надежность по пятилетнему сроку. В результате выполнения перечисленных работ коэффициент тех!ического использования статорообмоточного оборудования был поднят с 0,55...О,6 до 0,75...О,85 Рис.19), что в настоящее время подтверждается его эксплуатацией.

85 86

90 31

67 88

Годы

Рис.19. Изменение коэффициента технического использования

1 - Станки (узлы) намотки катушек

2 - Станки (узлы) укладки катушек

3 - Агрегатные станки

В сеязи с острой потребностью электротехнической промышленности, производящей различные электрические двигатели, в статсрообыогечном оборудовании, внед' рение его в производство началось с 1974 годя, тогда были решены некоторые задачи по реализации технологического процесса изготовле-

9. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВНЕДРЕНИЯ КОМПЛЕКСОВ СТАТОРООЬ-МОКЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

ния обмотанного статора и созданы первые образцы работоспособного технологического оборудования. За это время внедрены в производство намоточный станок НвС2А, намоточный станок НВСЗА, намоточный станок НВС4А, намоточный станок НВС5А, намоточный станок НВС23А, станок для втягивания обмоток ВС2А, станок для втягивания обмоток ВСЗА, станок для втягивания обмоток ВС4А, станок для втягивания обмоток ВС5А, станок для втягивания обмоток ВС45А, станок разжима лобовых частей РС2А, станок намоточный НвС23М, станок агрегатный АНвС1А-10 на 214 предприятиях нашей страны и за рубежом. В общем внедрены 1344 единицы оборудования для изготовления обмотанного статора электродвигателей с суммарным экономическим эффектом 66 млн.рублей.

Экономическая эффективность при внедрении статоросбмоточного оборудования, проектируемого и изготовляемого НИИ13ЛЕК1Р0МАШ на основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований, слагается из экономии капитальных вложений и снижения себестоимости продукции. Для примера рассмотрим составляющие экономического эффекта от внедрения комплекса оборудования и оснастки для изготовления обмотанного статора гри производстве однофазных асинхронных электродвигателей типа ВД при программе выпуска 250 тыс.в год (в ценах 1991 года):

общий экономический эффект от внедрения - 5,688 млн.крб.

уменьшение капитальных вложений - 0,905 млн.крб.

снижение себестоимости продукции - 4,763 млн.крб.

за счет уменьшения заработной платы - 4,¿36 млн.крб.

за счет уменьшения потребления электроэнергии - 0,023 млн.крб. за счет уменьшения амортизационных отчислений - 0,407 млн.крб. за счет затрат на ремонт оборудования - 0,017 млн.крб.

10. 2ЕНДЕНЩИ СОВЕРШЕНО1В0ВАЙИЯ СтТОРООБМОТОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Анализ сложившейся ситуации в отраслях промышленности Украины и стран СНГ, изготовляющих электродвигатели с мягкими обмотками,показывает, что те научно-технические представления, которые доминировали в бывшем СССР (курс на полную автоматизацию производства), в современных условиях должны корректироваться. Так, до [Уао года основное внимание бывшего МЭТП СССР уделялось увеличению выпуска промышленных электродвигателей с соответствующим финансированием для производства технологического оснащения. В то же время значи-

тельно меньше внимания уделялось проблемам изготовления электродвигателей, используемых в бытовых машинах.

Стремление государств, входящих в СНГ, ориентировать во многих случаях народное хозяйство на рыночные отношения, конверсия предприятий, работающих на оборону, появление малых предприятий, освобождение цен на продукцию, неустойчивое экономическое положение многих предприятий и т.п. привело к тому, что возник спрос на электродвигатели, применяемые в сложной бытовой технике, с выпуском которой многие связывают надежды на выход из неудовлетворительного экономического положения.

Для решения этих проблем на Украине утверждена программа "Электротехника", в соответствии с которой частично финансируются работы этого направления. Сложившаяся обстановка с производством бытовых электродвигателей требует, чтобы разработчики технологического оборудования создавали его в соответствии с требованиями различных производств как для предприятий с небольшим капиталом, изготовляющих электродвигатели малыми партиями, так и для средних и крупных предприятий, выпускающих электродвигатели большими партиями и имеющих средства для соответствующего технологического оснащения. В табл.4 иллюстрируется связь необходимых видов статорообмоточного

Таблица 4

Рекомендации по применению статорообмоточного оборудования

Вид статорообмоточного Технологичес- Общий годовой выпуск электродвигателей (тыс.штук)

оборудования кий уровень до 50 до 150 до 400 свыше 400

Простейшее:

- приспособления для

намотки катушек 0 + - - -

- рабочие места для

укладки катушек Комплекты:

- намоточные станки

- станки для укладки 1-П - + + -

Агрегатные:

- агрегатные станки

- автоматизированные Ш-1У - - + +

комплексы на базе

агрегатных станков

оборудования с объемом выпуска электродвигателей.

При производстве электродвигателей промышленного назначения в осноеном сохранятся те четыре уровня технологического оснащения, которые имеются в настоящее время на заводах. Основные усилия разработчиков будут направлены на своевременную модернизацию оборудования в соответствии с тенденциями изменения конструкций электродвигателей, а это, в свою очередь, главным образом коснется систем управления оборудованием и приводов.

В дальнейшем по мере стабилизации экономики на основе отработанных конструкций хорошо зарекомендовавшего в производственных условиях оборудования будет осуществлен переход к гибким производственным системам, представляющим собой более высокую ступень автоматизации различных типов производства электродвигателей. Наработки в НШТЗЛЕКСОМАШ в этом направлении имеются.

II. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

В результате выполненных теоретических и экспериментальных исследований, проведения промышленных опытов, позволивших разработать научно обоснованную технологию изготовления обмотанного статора, решен комплекс задач, составляющих в своей совокупности целостную систему методологии проектирования статорообмоточных автоматов,как части общего направления создания автоматов в машиностроении. Данная методология базируется на следующих основных принципах:

1. Разработаны, теоретически обоснованы и экспериментально проверены принципы технологии раздельного изготовления мягких обмоток (катушек) и сборки их в статоре, что составляет единый технологический процесс изготовления обмотанного статора, имеющий модульную структуру. Решение этой задачи позволило разработать общие принципы блочно-модульного построения статорообмоточного оборудования, которые легли в основу проектирования статорообмоточных автоматов

и полуавтоматов раздельного действия;

2. Разработаны основы блочно-модульного принципа построения статорообмоточного оборудования, который предусматривает замкнутую функциональную самостоятельность составляющих узлов и механизмов,что позволяет создавать из них различные компоновочные сочетания комплектов оборудования, полуавтоматов, автоматов, ГПС в зависимости от типа производства электродвигателей;

3. Разработаны фундаментальные рекомендации по выбору, проектированию и рациональному использованию механизмов для намотки мяг-

ких обмоток катушек статоров, их структуры, приводов, кинематических и динамических характеристик, что позволило обеспечить высокую производительность и технологическую надежность выполне!Ия операции намотки, встраиваемой в любой комплекс статорообмоточного оборудования;

4. Разработан технологический процесс втягивания намотанных катушек мягких обмоток в статоры электродвигателей, технологическое оснащение этой операции и основные конструкторские решения, позволившие осуществлять операцию втягивания (укладки) при высоком уровне автоматизации и надежности отработки всех элементов циклограммы сборки обмотанного статора;

5. Разработаны принципы классификации статорообмоточного оборудования, позволившие, с одной стороны, построить классификаторы, упорядочивающие структуру входящего в оборудование оснащения, механизмов и систем в зависимости от уровня механизации и автоматизации процесса изготовления обмотанного статора, а с другой - минимизировать количество элементов, входящих в структуру технологических комплексов, оперируя при этом требованиями производства;

6. Разработан аппарат для расчета производительности комплексов статорообмоточного оборудования различного иерархического уровня и оценки технологической надежности его, позволивший управлять структурой автоматизированного технологического оборудования;

7. Разработаны технологические комплексы статорообмоточного оборудования, реализующие технологический процесс изготовления обмотанного статора электродвигателей в различных условиях производства при различном уровне автоматизации, гибкости и т.п.;

8. Обоснованы тенденции дальнейшего развития и совершенствования статорообмоточного оборудования в различных условиях хозяйствования, позволяющие определить основные направления деятельности проектировщиков и изготовителей этого оборудования на ближайшие 10...15 лет;

9. Экономический эффект от внедрения статорообмоточного оборудования в электротехническую промышленность нашей страны, стран ближнего и дальнего зарубежья, которое начато в 1974 году, составил примерно 68 млн.рублей. В частности, экономическая эффективность внедрения комплекса оборудования и оснастки для изготовления обмотанного статора в производстве однофазных асинхронных электродвигателей типа ИД при программе выпуска 250 тыс.штук в год в ценах 1991 года составила 5,69 млн.крб.

12. СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

По теме диссертации имеется 21 авторское свидетельство, разработанные с участием и под руководством автора, в которых защищено авторство коллектива НИИТЭЛЕКТРОМАШ при разработке ряда принципиально новых устройств, узлов и механизмов оборудования для изготовления обмотанного статор?. Кроме этого, под руководством .лвторя диссертации подготовлено 8 научно-исследовательских отчетов, имеющих государственную регистрацию. Основное

содержание диссертационной работы отражено в следующих основных публикациях.

1. Самарчанц B.¿., Гонений Г.В., Никонов А.И. Об условиях ударного расклинивания роликовых механизмов свободного хода с поводковой вилкой.//Тезисы докладов I научно-технической конференции по инерционным преобразователям и механизмам передачи вращающего момента. - Челябинск, 1969. - С.5.

2. Самарчанц B.J?., Гснский Г.В. Об определении условий выталкивания роликов при расклинивании механизмов свободного хода с поводковой вилкой. - В кн.: Передаточные механизмы. - М.: Машиностроение, 1971. - С.215-221.

3. Самарчанц В.Ф., Олефиренко В.Н., Рабинович В.(л. Статорооб-моточный станок OCIO // Технология электротехнического производства, 1972, вып.9-10. - С. 30-32.

4. Самарчанц В.<£., Гонский Г.В. Экспериментальное определение усилий выталкивания роликов в управляемых МСХ.//!фуды БНИИТЬЛЕКТРО-МАШ, 1978, вып.10. - С.133-138.

5. Самарчанц В.Ф., Олефиренко В.Н., Рабинович В.М. Статорооб-моточный станок 0CI0A.// Технология электротехнического производства, 1974, вып.6 (61). - С.10-12.

6. Самарчанц В.Ф и др. О расчете номинальных размеров штыревой оправки станков для втягивания обмоток. - В сб.: Новая технология

и средства механизации электромашиностроительного производства. -М.: Энергоиздат, 1975, вып.12. - С.99-107.

7. Самарчанц В.Ф и др. Механизация обмоточно-изолировочных работ при изготовлении статоров асинхронных электродвигателей массовых серий,// Электротехника, 1976, » 10. - С.42-45.

8. Самарчанц В.Ф. и др. Технология производства электрических машин. Механизация обмоточно-изолировочных работ. Раздельна,! ннют-ка статоров.// Информэлектро, 1976. - С.27-43.

9. Самарчанц В.ф., Басс Б.И 0 производительности агрегатных станков для укладки обмоток в статоры способом втягивания.// Труды ВНИИГаЛЕКТРОМАШ, 1976, вып.13. - C.I05-III.

10. Самарчанц В.Ф., Новиков А.И., Олефиренко В.Н. Аналитическое определение формы некоторых элементов оснастки статорообмоточ-ных станков. // Труды ВНМТБЛЕКТРОМАШ, 1976, вьш. 13. - С.80-86.

11. Самарчанц В.Ф. и др. Опыт имитационного моделирования обмоточного комплекса с несинхронной транспортной системой.//Технология электротехнического производства, 1975, вып.5 (84). - С.8-10.

12. Самарчанц В.Ф., Гранкин Г.А., Филяев Ю.К. Оборудование для намотки и укладки обмоток в статоры асинхронных электродвигателей с высотой оси вращения ЮО мм.// Технология электротехнического производства, 1976, вып.5 (84). - С.16-18.

13. Самарчанц В.Ф., Смоленский Н.Б., Басс Б.И. Комплект станков для укладки обмоток электродвигателей 4А 100-132. // Технология электротехнического производства, 1976, вып.9 (88). - С.7-9.

14. Самарчанц В.Ф., Смоленский Н.Б. О выборе привода намоточных станков. - В кн.: Новая технология и средства механизации электромашиностроительного производства. //Труды БНИИТЭЛЕКГРОМАШ. -Ы.: Энергоиздат, 1978, вып. 14. - С. 18-24.

15. Самарчанц В.Ф., Беруль Б.Е. Оборудование для механизированной намотки и укладки катушек в сердечники статоров электрических машин. // Технология электротехнического производства, 1978, вып.З. - С.7-8.

16. Самарчанц В.Ф., Никонов А.И., Берштам В.А. Об условиях перемещения витков по намоточному шаблону с конической поверхностью. - В кн.: Новая технология и средства механизации электромашиностроительного производства. // Труды ВШИ1ЭЛЕШШАШ. - М.: Энергоиздат, 1978, вып.15. - С.57-66.

17. Самарчанц В.Ф и др. Теоретические исследования и основы расчетов шаблонов намоточных станков. - В кн.: Молодые энергетики и электротехники в борьбе за технический прогресс и повышение эффективности производства. - К, 1979. - С.17-18.

18. Самарчанц В.Ф и др. Машинная технология обмоточно-изоли-ровочных работ и средства ее автоматизации. // Технология электротехнического производства, 1980, вып.9 (136). - С.12-17.

19. Самарчанц В.Ф. Смоленский Н.Б. Агрегатный станок HKjBC2B для намотки, втягивания и заклинивания катушек. // Технология электротехнического производства, 1981, вып.9 (143). - C.II-I2.

20. Самарчанц В.4>., Берштам В.А., Сикар М.Б. Определение усилий, действующих на шаблоны при намотке катушек. - В кн.: Новая технология и средства механизации электромашиностроительного производства. // Труды ВНИШЭЛЕКЗРОМШ. - Ы.: Энергоиздат, 1981, вып.18.

- С.58-66.

21. Самарчанц и др. Методика расчета номинальных размеров штыревых оправок. // Труды ВШИТЭЛЕКТРОМАШ, 1981, вып.18. -С.58-67.

22. Самарчанц В.£ и др. Силовое исследование вращающегося про-водоводителя полуавтоматов для намотки катушек. - В кн.: Исследование, разработка, механизация и автоматизация специальных технологических процессов электромашиностроения. -М.: Энергоиздат,1982. -С.44-50.

23. Самарчанц З.Ф. Классификация статорообмоточных станков раздельного принципа. // Электротехника, 1982, 4. - С.56-61.

24. Самарчанц ВЖ, Сикар М.Б. Определение основных геометрических параметров намоточных устройств. - В кн.: Новое в технологии производства электрических машин со всыпными и жесткими обмотками.

- М.: Энергоатомиздат, 1984. - С.32-40.

25. Самарчанц В.Ф., Сикар М.Б. Определение исходных параметров механизмов раскладки и ускоренных перемещений при проектировании намоточных устройств. - В кн.: Разработка и совершенствование машинных процессов производства электрических машин переменного и постоянного тока. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - С.4У-57.

26. Самарчанц В.£. Сикар М.Б. Разработка и исследование механизмов фиксации шаблонов статорообмоточных станков для раздельной намотки. - В кн.: Тенденции развития специальных процессов электромашиностроения. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - С.23-27.

27. Самарчанц В.ф. Определение основных конструктивных параметров механизмов изготовления пазовых крышек. - В кн.: Технология и оборудование для производства электрических машин. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - С.43-59.

28. Самарчанц В.£. Основные тенденции дальнейшего совершенствования и применения статорообмоточных станков раздельного принципа.// Электротехническая промышленность, 1938, !?> I (I). - С.24-26.

29. Самарчанц В.Ф., Сикар М.Б. Намоточный станок НКЩ-400.// Электротехническая промышленность, 1988, # 3 3. - С.14.

30. Самарчанц В.ф. Основы проектирования приводов механизмов втягивают статорообмоточных станков для раздельной укладки обмоток.

- В кн.: Прогрессивные технологии и средства автоматизации специаль-

ных процессов электромашиностроения. - М.: Энергоатомиздат, 1УЬ9. -- С.26-32.

31. Самарчанц В.Ф. Технология и оборудование для изготовления мягких обмоток электрических машин. - Монография деп. ГНЗБ Украины 24.05.93, ¡¡г 1017 - Ук.93. - 196 е., библ. - 50 назв.