(國(guó)家防爆電機(jī)工程技術(shù)研究中心，黑龍江佳木斯 154002)

0 引言

90年代以來(lái)，以西門(mén)子1LA1、1LL1系列和ABB公司HXR系列為代表的新一代全散熱片式電動(dòng)機(jī)，無(wú)論是在外觀造型上還是在運(yùn)行性能方面，其技術(shù)水平都高于國(guó)產(chǎn)YZR系列電動(dòng)機(jī)。2004年，我公司主持設(shè)計(jì)了YZR3系列起重及冶金用繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)，目的是促進(jìn)國(guó)產(chǎn)全散熱片電動(dòng)機(jī)的研制和發(fā)展，力爭(zhēng)在電動(dòng)機(jī)的外觀、制造水平以及運(yùn)行性能上接近或達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，以推動(dòng)我國(guó)起重及冶金用電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)制造水平。雖然YZR3系列電機(jī)基本上已經(jīng)與國(guó)際先進(jìn)產(chǎn)品“接軌”，并且在結(jié)構(gòu)、性能、節(jié)約方面均較YZR系列電機(jī)有很大的進(jìn)步，但是在電機(jī)容量上，還是與國(guó)外公司有一定的差距。針對(duì)這一差距，本文對(duì)YZRJ 315緊湊型起重及冶金用繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析并與YZR3及西門(mén)子電機(jī)進(jìn)行對(duì)比分析(本文以YZRJ 315-4 315kW為例)。

1 總體結(jié)構(gòu)及主要零部件結(jié)構(gòu)

1.1 電機(jī)總體結(jié)構(gòu)

YZRJ 315緊湊型繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1電機(jī)總體結(jié)構(gòu)圖

1.2 主要零部件結(jié)構(gòu)

1.2.1 機(jī)座

采用鑄鐵機(jī)座圓筒結(jié)構(gòu)，偏心圓平行散熱片見(jiàn)圖2，散熱片間距最小22，每個(gè)方向16根散熱片，最長(zhǎng)64、最短40，材質(zhì)：球墨鑄鐵QT450-10。

圖2偏心圓平行散熱片

與YZR3 315電機(jī)機(jī)座重量、材質(zhì)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 重量、材質(zhì)對(duì)比圖

從表1可以看出YZRJ 315機(jī)座重量要低于YZR3 315電機(jī)機(jī)座重量，節(jié)約電機(jī)成本。

YZRJ 315電機(jī)機(jī)座鑄件采用兩種材質(zhì)HT200及QT450-10使用ANSYS分析結(jié)果分別見(jiàn)圖3、圖4。

圖3及圖4兩種材質(zhì)機(jī)座屬性的對(duì)比分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 兩種材質(zhì)機(jī)座屬性的對(duì)比分析

由表2可見(jiàn)，球墨鑄鐵性能優(yōu)于灰鑄鐵。若使兩種材質(zhì)的機(jī)座具有相同的屬性，則灰鑄鐵材質(zhì)的機(jī)座需增大強(qiáng)度設(shè)計(jì)，在電機(jī)鑄件厚度上有所增加，其鑄件增加的重量成本與采用球墨鑄鐵增加的價(jià)格成本相當(dāng)，所以YZRJ 315電機(jī)機(jī)座材質(zhì)采用節(jié)省空間、降低重量的球墨鑄鐵QT450-10。

圖3HT200分析結(jié)果

圖4QT450分析結(jié)果

1.2.2 轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)軸為實(shí)心軸，為達(dá)到與西門(mén)子電機(jī)互換的目的，軸伸尺寸與西門(mén)子樣機(jī)相同為φ90。材料為42CrMo。下面對(duì)轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度進(jìn)行核算。

按抗扭強(qiáng)度校核軸伸直徑：針對(duì)轉(zhuǎn)矩最大的功率檔進(jìn)行軸伸校驗(yàn)

42CrMo的屈服強(qiáng)度σs≥650MPa，則42CrMo的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為

式中，ns—安全系數(shù)，取ns=2.5。

根據(jù)《電機(jī)設(shè)計(jì)》，軸伸最小直徑計(jì)算公式

式中，電機(jī)過(guò)載系數(shù)K=2.8倍，并且電機(jī)軸伸帶一個(gè)鍵槽，軸徑增大6%、正反轉(zhuǎn)增大1.3倍的原則，計(jì)算結(jié)果為φ86<φ90，合格。

同時(shí)，對(duì)電機(jī)軸的三維模型，對(duì)電機(jī)進(jìn)行軸伸扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度的ANSYS對(duì)比分析，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5電機(jī)軸的三維模型計(jì)算結(jié)果

從圖5可以看出，軸伸屈服力最大在310.2MPa，比42CrMo鋼的屈服強(qiáng)度650MPa小很多，而且裕度很大。

2 性能對(duì)比分析

本文針對(duì)YZRJ 315緊湊型繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)與西門(mén)子電機(jī)進(jìn)行了性能對(duì)比。

功率等級(jí)及參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表3(設(shè)計(jì)值對(duì)比西門(mén)子樣本性能數(shù)據(jù))，表4(YZRJ與YZR3功率對(duì)比)，重量對(duì)比見(jiàn)表5。

表3 功率等級(jí)及參數(shù)對(duì)比

從表3、表5可以看出，西門(mén)子與YZRJ電機(jī)數(shù)據(jù)對(duì)比：額定電流、轉(zhuǎn)速、重量基本相當(dāng)，最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)也在標(biāo)準(zhǔn)值2.8倍以上，轉(zhuǎn)子開(kāi)路電壓與西門(mén)子電機(jī)電壓380V情況下的開(kāi)路電壓相當(dāng)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也與西門(mén)子相當(dāng),性能完全可以達(dá)到和西門(mén)子電機(jī)互換。

從表4可以看出YZRJ 315的功率等級(jí)高于YZR3的功率等級(jí)。

表4 YZRJ與YZR3功率對(duì)比

表5 重量對(duì)比

3 結(jié)語(yǔ)

YZRJ 315緊湊型起重及冶金用繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)涵蓋了YZR3 355中心高及YZR3 400中心高第一檔功率等級(jí)，所以YZRJ 315緊湊型起重及冶金用繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)的開(kāi)發(fā)可節(jié)約材料、降低成本、減少制造工時(shí)，創(chuàng)造更多利潤(rùn)。

YZRJ 315緊湊型起重及冶金用繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)可以完全替代西門(mén)子1LT8系列315中心高繞線電機(jī)，并拓展了西門(mén)子1LT8 314-318系列電機(jī)功率等級(jí)，進(jìn)一步引領(lǐng)我國(guó)起重冶金機(jī)電行業(yè)的發(fā)展方向，為后續(xù)緊湊型起重及冶金用繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)的系列研發(fā)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。