董改花

（蘇州經貿職業(yè)技術學院，江蘇蘇州215009）

電機熱套裝配工藝*

董改花

（蘇州經貿職業(yè)技術學院，江蘇蘇州215009）

熱套工藝是電機裝配過程中最關鍵部分，針對常用各種電機熱套工藝進行了綜述，并對高效節(jié)能電機電磁感應熱套工藝中存在的問題提出了解決方案。

電機熱套工藝；電磁感應；電阻爐熱套；鹵素燈管熱套

電機制造工業(yè)為電力工業(yè)提供發(fā)電設備，又為其他各種工業(yè)、交通運輸和農業(yè)生產提供動力機械。電機裝配工藝［1］是電機生產的主要工藝。在電機定轉子裝配中，熱套工藝在電機廠檢修與安裝工藝中應用很多，如汽輪機轉子葉輪的裝配、電機定子的裝配、聯(lián)軸器的裝配及軸承的裝配等。

1　熱套工藝

熱套全稱加熱裝配，熱套工藝是在較高溫度下完成的，要保證套裝時的溫度一定要高于工件溫度，即熱套工藝適合于工作在較低溫度下工件的連接。在中小型電機轉子熱套配合中，一般均利用轉子鑄鋁重新加熱轉子進行熱套，采用熱套工藝可以節(jié)省冷壓設備，同時轉子鐵芯和軸的結合比較可靠。因為熱套是利用熱脹冷縮的原理，使包容件加熱膨脹然后冷卻，包容件孔收縮包住被包容件，它保證有足夠的過盈值，可靠性較高。為了使熱套工藝順利進行，必須確定鑄鋁轉子能松動地套到轉軸上去所需的加熱溫度一般按照公式（1）［2］進行計算：

其中：δ：配合的最大過盈量，mm；

α：熱套時必須的最小間隙，取0.003d；

a：線膨脹系數(shù)，取12×10-6K-1；

d：配合面的公稱直徑，mm；

t：轉子需加熱溫度，℃。

根據(jù)公式（1）計算加熱溫度來控制鑄鋁時轉子預熱溫度，控制拆模和退假軸切澆口的時間。在熱套工藝過程中應先將套進行加熱，加熱的方法根據(jù)裝配工件材質、尺寸、工作環(huán)境、配合過盈值而定。熱套加工工藝既要保證安全和套裝不能卡死，造成經濟損失和生產周期延長；又要保證轉子絕緣和零部件不受損傷或降低使用壽命甚至損毀，同時要降低工藝成本。故熱套工藝一直是電機制造的關鍵技術和難點之一［3］。

2　常用電機熱套工藝

電機熱套工藝主要有電機電阻爐熱套工藝、電機高效紅外線鹵素燈管熱套工藝、電機電磁感應熱套。

2.1電機電阻爐熱套工藝

電機電阻爐熱套工藝具有成本低、工藝簡單、耗電量大等特點。我國早期機械制造行業(yè)中普遍采用電阻加熱爐［4］。

電阻爐熱套裝置一般采用電阻絲作為加熱器，電阻絲是一個通過耗電發(fā)熱的高耗能元件，通過其自身發(fā)熱來達到提高周圍環(huán)境溫度的目的，處在此環(huán)境中的包容件利用熱脹冷縮的原理，使包容件加熱膨脹然后冷卻，當包容件孔收縮時抱住被包容件。

一方面，傳統(tǒng)電阻爐加熱方式空爐升溫時間長，電阻絲溫度控制存在一定滯后性、能耗消耗大、效率低等問題［5］。如何利用一些現(xiàn)代控制技術縮短電阻爐升溫時間、提高電阻絲溫度控制精度、降低一些不必要的能耗是當今電阻爐熱套工藝發(fā)展的關鍵。

另一方面，電阻爐熱套工藝采用的核心器件電阻絲，電阻絲要一直處在高溫狀態(tài)，極易以為高溫氧化而被燒斷，因此造成電阻爐維修費用高、使用壽命短、熱套工件廢品率高等問題［5］。針對此現(xiàn)象尋找優(yōu)質的電阻絲加熱器件替代品是熱套工藝發(fā)展的關鍵。

2.2電機高效紅外線鹵素燈管熱套工藝

電機高效紅外線鹵素燈管熱套工藝是電機制造工藝發(fā)展的另一階段。紅外輻射加熱是一門綜合性的新技術，自20世紀70年代開始，高效紅外線鹵素燈管在電機定轉子裝配熱套工藝中得到了廣泛的應用。

鹵素燈管是一種內部電阻絲，外部玻璃封裝，內部充鹵族元素的加熱管。是電阻加熱爐改進產品。鹵素氣體作用是保護電阻絲以免其氧化燒斷，使電阻絲的壽命大大延長。鹵素燈管內的電阻絲可以工作在更高溫度，從而得到了更高的亮度和更高的發(fā)光效率。

紅外加熱技術具有高效、節(jié)能、環(huán)保及維護成本低、維修方便等優(yōu)點。但隨著新技術的迅速發(fā)展，也出現(xiàn)了種種弊端。具體缺點體現(xiàn)在：

（1）使用壽命低，正常使用壽命約1.5-2年；

（2）耗能大，由此帶來的使用成本高；

（3）加熱溫度不精確，由此帶來的質量報廢成本比較高。

2.3電機電磁感應熱套技術

隨著人們對環(huán)保及節(jié)能意識的逐步提升，具有高效、環(huán)保的高新技術越來越受到人們的青睞。高效節(jié)能電機電磁感應熱套技術在電機制造生產工藝中的應用也越來越廣泛，相關研究資料也層出不窮，企業(yè)也從中獲得了相應的經濟效益。電機電磁感應熱套技術是電機制造中高效節(jié)能的一個新技術。

感應加熱的基本原理是利用電磁感應定律與焦耳熱效應原理。當交變電流通過線圈，便會產生一個交變磁場，如果一個帶電導體放置在此線圈中，就會感應出渦流。由于電導體是阻性材質，且電阻阻值較小，產生的渦流很大，當渦流通過時就會產生焦耳熱，使周圍的環(huán)境溫度升高。感應熱處理設備可在短時間內把電導體材料的工件加熱到非常高的溫度。

整塊金屬的渦流在一個周期內產生的平均熱功率見公式（2）［6］所示。

其中：h、ρ、R分別為金屬塊厚度、電阻率、半徑；B0為隨時間交變的磁感應強度，磁場強度與電流強度、線圈匝數(shù)及與線圈距離遠近有關，與線圈距離相等處的磁場強度相等。從公式（2）可以看出，所有感應加熱設備獲得的熱功率與電源頻率的平方、磁感應強度的平方、金屬塊尺寸大小成正比，與金屬塊電阻率成反比。所以要想獲取較高的溫度，高頻交變的磁場及較低電阻率的金屬是首選。

由于電機電磁感應熱套工件與感應線圈通過磁場進行能量傳遞，減少了通過空氣進行熱能量傳遞的損耗，因此電磁感應熱套工藝具有熱損耗低、熱效率高的優(yōu)點，熱效率很高，達85%以上，比電阻絲加熱方式提高2～3倍［5］。隨著熱損耗的降低，向空氣中輻射的熱量也大幅降低，很大程度地降低了環(huán)境溫度［7］，體現(xiàn)了節(jié)能高效的理念。

電機電磁感應加熱裝置一般采用線圈與半導體器件，使用壽命長，很大程度地降低了維修成本。電機電磁感應熱套工件及電機定轉子電阻都很低，很低的感應電動勢即可產生較強的感應電流，其熱效率又很高，所以熱套工件升溫非?？?。與電阻絲加熱時間相比，其溫升時間大大縮短，很大程度地提高了生產效率。

電機電磁感應熱套工藝具有熱效率高、溫升快、易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點，是目前最節(jié)能環(huán)保的熱處理工藝［8］。全面推廣電磁感應加熱技術，是改造我國傳統(tǒng)產業(yè)的必然趨勢［9］。

雖然電磁感應加熱的原理相對簡單，但實際應用中還是會取決于產品材質、壁厚、結構是均勻壁厚還是有臺階變化的壁厚、產品的硅鋼片的長度、環(huán)境溫度等因素。所以電機電磁感應熱套裝置對于具體加熱的功率百分比及加熱時間的選擇，以及是步進式還是斜線式的加熱方式都將影響電磁感應加熱的實際效果。在正式生產之前，得做大量試驗確定其加熱的功率百分比及加熱時間參數(shù)，保證正常生產報廢率的降低。因此，電磁感應加熱技術僅適用品種少、生產批量大的工件、一次性投入成本大等缺點［10］。目前，提出一種對電機熱套工藝中電磁感應參數(shù)準確預測的方法，為企業(yè)降低電機熱套工件的報廢率，降低工作操作人員的勞動強度是關鍵。

3　電磁感應熱套技術現(xiàn)狀及解決方案

目前，電機裝配電磁感應熱套工藝已經替代能耗高效率低的電阻爐加熱技術及紅外鹵素燈管加熱技術。但是，電機電磁感應熱套技術在使用過程中，當工件批次不同時，尺寸存在差異導致電磁感應功率百分比及加熱時間參數(shù)設置存在差異，參數(shù)設置不當會導致工件被加熱溫度過高或過低，加熱溫度過高導致產品外殼表面燒焦，不必要的高溫也增加了能耗；加熱溫度不均勻造成套不進、熱套失敗。這樣就必須進行二次加熱或可能致使其產品報廢，很大程度影響了電機生產質量及生產進度。對此現(xiàn)狀，企業(yè)為了降低批量產品的報廢率，只能采取對每一批次產品在生產前做大量實驗，測量大量數(shù)據(jù)：產品材質、壁厚、結構（是均勻壁厚還是有臺階變化的壁厚）、產品的硅鋼片的長度，找出最大公差與最小公差，尋找一個電磁感應加熱參數(shù)的折中點，逐一進行實驗看熱套工藝是否可行，直到能滿足最大公差產品的工藝生產要求為止，然后按照實驗結果值進行此批次的大批量生產。此種現(xiàn)狀，導致電機電磁感應熱套生產不適用于品種多、批量小的加熱，僅適用于品種少、批量大的加熱；而且在批量生產前大量的實驗也導致部分產品的報廢，同時實驗人員也浪費了大量的時間及精力。

目前，電機電磁感應熱套裝配工藝出現(xiàn)了電磁感應加熱功率百分比及加熱時間等參數(shù)難以確定的問題，雖然這些參數(shù)也有一些經驗公式可供參考，但在加熱過程中，熱套工件功率值與電源頻率成平方關系，對頻率參數(shù)的變化比較靈敏，熱套工件最終達到的溫度還受到周圍環(huán)境、尺寸偏差、產品材質、壁厚、結構、產品硅鋼片的長度等可變因素的影響，造成同一批次熱套工件電磁加熱后達到的溫度值不同，所以必須通過大量的試驗去尋找電磁感應功率百分比與加熱時間等參數(shù)的折中值，既要滿足最大偏差的工件也要滿足最小偏差工件，參數(shù)找不準確將造成批量生產中大批產品報廢，要找準確又得通過大量的產前試驗，大量的產前試驗也造成了企業(yè)生產成本的增加，以及試驗人員勞動力的增加。對于此方面的研究目前我國還是空白。

在此背景下，利用粗集理論［11］對原有的各種不同批次電機電磁感應熱套參數(shù)的海量歷史數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)挖掘，篩選出規(guī)則，然后用神經網絡［12-14］細化研究，預測出電磁感應熱套參數(shù)值。能大大縮短電磁感應加熱參數(shù)確定的時間，降低產前試驗產品的報廢率及試驗人員的勞動力，提高企業(yè)生產效率，真正幫企業(yè)解決一個技術難題。

4　總結

本文對幾種常用電機裝配熱套工藝方法進行分析，總結其優(yōu)缺點。尤其針對目前最常用也是最高效節(jié)能的電磁感應電機熱套工藝應用中的不足提出了一種解決途徑，為今后該工藝在企業(yè)中應用領域的拓展具有一定的現(xiàn)實意義！

［1］方日杰.電機制造工藝學［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1995.

［2］胡志強.電機制造工藝學［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2011.

［3］王斌.大型電機電樞（轉子）熱套軸工藝［J］.上海大中型電機，2006（3）：26-32.

［4］劉宏，郭榮新.紅外輻射加熱技術在金屬熱處理爐上的應用試驗研究［J］.國外金屬熱處理，1999（2）：46-48.

［5］常士家，何雪濤，謝鵬程，等.電磁感應加熱技術在注射機溫度控制系統(tǒng)上的應用［J］.塑料科技，2009（5）：74-76.

［6］魯俊生，田志川，孫玉株.感應加熱的原理與應用：自然科學［J］.通化師院學報，1996（4）：29-30.

［7］郭志成，李君，李亞瑜.電磁加熱在PVC型材生產中的應用［J］.現(xiàn)代塑料加工應用，2013，25（1）：21-23.

［8］孫寧，呂德隆.感應加熱技術的應用：熱加工［J］.機械工人，2004（6）：21-23.

［9］全亞杰.感應加熱電源的發(fā)展歷程與動向［J］.電焊機，2001，31（11）：3-6.

［10］李韻豪.鍛壓工業(yè)中的感應加熱：第十一講鍛壓工業(yè)感應加熱的技術經濟分析［J］.機械工人，2007（12）：80-84.

［11］Ahn B S，Cho S S，Kin C Y.The integrated methodolo?gy rough set theory and artificial neural network for busi?ness failure pre2diction［J］.Expert Systems with Ap?plications，2000（1）：65-74.

［12］J.Farrell，Stability and Approximator Convergence in Neural net for Adaptive Control［J］.IEEE.All Neural Networks 9（1998），no.5，1008-1020.

［13］K.Hornik，M.Stintchcombe，and H.White.Multilayer feedforward networks are universal appoximators［J］. Neural Networks，1989（2）：350-366.

［14］張博.基于粗集和神經網絡的數(shù)據(jù)挖掘技術在中藥方劑配伍中的藥效關系研究［J］.吉林化工學院學報，2012（7）：35-37.

（編輯：向飛）

2015年中國機械工程學會年會在廣西南寧隆重舉行

由中國機械工程學會、廣西壯族自治區(qū)科學技術協(xié)會主辦，廣西機械工程學會承辦的2015年中國機械工程學會年會于2015年11月19-21日在廣西南寧隆重舉行。本屆年會以“創(chuàng)新引領發(fā)展邁向制造強國”為主題，精彩的主旨報告及豐富多彩的專題活動吸引了來自全國各地500多名機械科技工作者參加。

中國機械工程學會理事長、中國工程院院長周濟院士，廣西壯族自治區(qū)人大常委會副主任高雄出席開幕式并致辭。開幕式及頒獎典禮由中國機械工程學會副理事長兼秘書長張彥敏主持，周濟理事長等領導和嘉賓頒發(fā)了2015年度中國機械工業(yè)科學技術獎、第5屆“綠色制造科學技術進步獎”、第5屆“上銀優(yōu)秀機械博士論文獎”和中國機械工程學會科技獎。

主旨報告會由中國機械工程學會常務理事、哈爾濱工業(yè)大學校長周玉院士主持。分別由：中國機械工程學會副理事長、華中科技大學教授李培根院士作《傳統(tǒng)制造業(yè)轉型淺析》報告；中國機械工程學會副理事長、西安交通大學教授盧秉恒院士作《中國制造2025與3D打印》報告；中國機械工程學會副理事長、浙江大學教授譚建榮院士作《設計與創(chuàng)新設計若干問題的思考與探索》報告；中國機械工程學會常務理事、中國科學院院士雒建斌教授作《我國摩擦學研究新進展》報告；廣西南南鋁集團董事長鄭玉林作《從高端鋁合金需求看汽車輕量化新能源帶來的發(fā)展機遇》報告。

年會期間，召開了中國機械工程學會十屆九次常務理事（擴大）會議、十屆五次理事（擴大）會議，還舉辦了豐富多彩的專題活動，包括中國機械工程學會青年學術論壇，2015年綠色制造科技成果交流會、中國機械工程學會增材制造技術分會成立會議、第5屆上銀優(yōu)秀機械博士論文頒獎典禮、3D打印專題報告會、中國機械工程技術路線圖（2016版）專題研討會、“工業(yè)工程與制造業(yè)核心競爭力提升”高級研修班、數(shù)字化無模鑄造精密成形技術研討會等。與會代表還參觀了玉柴工程研究院、廣西南南鋁業(yè)有限公司。

（廣東省機械工程學會秘書處綜合報道）

The Summary on the Motor Hot-Sleeving Technics

DONG Gai-hua
（Suzhou Institute of Trade&Commerce，Suzhou 215009，China）

The motor hot-sleeving technics is the key of the motor assembly.The paper summarized all kinds of ways on the motor hot-sleeving technics，and put forward the solution to energy-saving electromagnetic induction heating process.

motor hot-sleeving technics；electromagnetic induction；resistance hot-sleeving；halogen lamp hot-sleeving

TM305

A文獻標識碼：1009-9492（2015）12-0053-04

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.12.015

董改花，女，1977年生，山西太谷人，碩士，副教授。研究領域：電機及機電控制。

*蘇州經貿職業(yè)技術學院科研項目（編號：KY-ZR1408）；江蘇省高等職業(yè)院校國內高級訪問學者計劃資助項目（編號：2015FX068）

2015-07-29