摘要：奥钢联ABM20掘锚机是为了适应长壁开采工艺的需要，加快巷道掘进速度而设计的锚掘一体化快速掘进机。它具有连续采煤机的宽截割滚筒，并且具有其独特截割和装载设计性能。该掘锚机主要包括九大系统：截割系统、锚杆机系统、支护顶梁、装载系统、运输系统、行走系统、除尘系统、液压系统和电气系统。
奥钢联ABM20掘锚机共有五台电机提供动力实现掘进功能，分别是：截割滚筒电动机1台、液压系统上的电动机1台、运输机上的电动机1台及2台装载系统上的电动机。本文论述的是运输系统中的运输电动机的大修技术改造案例，通过一系列的技术改造后维修的奥钢联ABM20掘锚机运输电动机的运行周期达到了逾期目的。
关键词：掘锚机；运输电动机；周期
前言
由于掘锚运输电机的性能在厂家设计之初就已确定好，定子外壳采用的是盲端封闭式筒体，且具有体形小功率大特点，我们之前采用的大修工艺投入运行后使用周期短，有的甚至达不到出厂保修时间，造成返修率高居不下。为了提升自身的维修技能，不影响矿方设备开机率，对于进口的奥钢联掘锚运输电动机大修技术进行技术改造成为迫在眉睫的研究课题。
奥钢联ABM20掘锚机是为了适应长壁开采工艺的需要，加快巷道掘进速度而设计的锚掘一体化快速掘进机。它具有连续采煤机的宽截割滚筒，并且具有其独特截割和装载设计性能。该掘锚机主要包括九大系统：截割系统、锚杆机系统、支护顶梁、装载系统、运输系统、行走系统、除尘系统、液压系统和电气系统。
奥钢联ABM20掘锚机共有五台电动机提供动力实现掘进功能，分别是：截割滚筒电动机1台、液压系统电动机1台、运输机电动机1台及2台装载系统上的电动机。本文论述的是运输系统中的运输电动机的大修技术改造案例。
1、背景
由于掘锚运输电动机的性能在厂家设计之初就已确定好，其定子外壳采用的是盲端封闭式筒体，且具有体形小功率大的特点，我们之前采用的大修工艺修好的电动机，投入运行后使用周期较短，有的甚至达不到出厂保修时间就出现故障，使该型号电动机的返修率高居不下。为了提升自身的维修技能，提高维修产品质量，不影响矿方设备开机率，对于由奥地利国家进口的奥钢联掘锚运输电动机大修技术进行技术改造成为迫在眉睫的研究课题。
2、故障原因分析
2018年5月4日，部门入厂一台服务于神东公司大柳塔矿大修出厂不到三个月的奥钢联ABM20掘锚运输系统上的运输电动机，这是继2018年上半年以来返回来的第3台维修质量不达标电动机。查阅部门设备维修信息得知，本年度截止日前共维修出厂28台该型号电动机，返修3台，返修率高达近22%。为了降低返修率，就如何提高进口电动机的维修质量问题，部门组织大修组技术骨干成立专项组对该入厂电动机进行了详细的检查、剖析，希望找到造成此种电动机使用周期短的关键问题所在。
2.1外观检查结果：该电动机的外观完整无缺件、变形，机壳表面颜色正常。轴伸部轴承部位有残留润滑脂延轴外径挤出，已高温气化，留有痕迹。盲端部无异常。
2.2绝缘测试结果：用1000V绝缘测试仪检测对地绝缘值为“0”。
2.3拆解检查：
打开前后电机端盖，电动机绕组表面有灼烧现象，颜色发黑，并有碳化物，抽出转子，其表面无扫膛，但有高温留下的绝缘材料气化后的白色粉末。转子轴承的润滑脂已流完且死转不动。零件的防爆面无损伤。
通过上述三项检查结果后，专项组对该台电动机进行了故障原因分析，得出如下结果：
从电动机绕组的现状判断，绕组是因温升过高造成的绝缘极速过热老化，从而使电动机绕组对地绝缘损伤为“0”，属直接接地。分析引起绕组温升高的原因有以下几点：
A.电动机过载时间长，绕组产生的热量散不出去。
B.电源电压过低（一般电动机适用电压为额定电压的±5%），造成电动机输出功率下降，俗称“小马拉大车”，使电动机过载、过热，从而造成绕组烧毁。
C.掘锚机电动机的强制冷却水道出现堵塞或冷却循环水失压，造成热量散不出去，绕组过热现象。
根据上述的分析结果，对该电动机的散热水道、拖动设备及该电动机所使用的电源做了一系列的检查核实，上述三种情况均正常，故障分析点均不成立。
那么问题究竟出在哪里呢？大家又把故障原因分析转移到电动机本身上。
对于掘锚机运输电动机，厂家设计之初就给电动机外壳上加装了强制冷却水道，用有压循环水带走电动机正常运行产生的多余热量，保证电动机的温升不超过额定温升的±5℃。电动机的额定温升，是指在设计规定的环境温度十40℃下，电动机绕组的最高允许温升，它取决于绕组绝缘等级。
大家都知道衡量电动机发热程度是用“温升”而不是用“温度”来衡量的，当“温升”突然增大或超过最高工作温度时，说明电动机已发生故障。下面就一些基本概念给出基本说明。
绝缘材料的绝缘等级
绝缘材料按耐热能力分为Y、A、E、B、F、H、C 7个等级，其极限工作温度分别为90℃、105℃、120℃、130℃、155℃、180℃、及180℃以上
所谓绝缘材料的极限工作温度，系指电动机在设计预期寿命内，运行时绕组绝缘中最热点的温度。根据经验，A级材料在105℃、B级材料在130℃的情况下寿命可达10年，但在实际情况下环境温度和温升均不会长期达设计值，因此一般寿命在15～20年。如果运行温度长期超过材料的极限工作温度，则绝缘的老化加剧，寿命大大缩短。所以电动机在运行中，温度是影响绕组使用寿命的主要因素之一。
温升
温升是电动机与环境的温度差，是由电动机发热引起的。运行中的电动机铁芯处在交变磁场中会产生铁损，绕组通电后会产生铜损，还有其它杂散损耗等。这些都会使电动机温度升高。另一方面电动机也会散热。当发热与散热相等时即达到平衡状态，温度不再上升而稳定在一个水平上。当发热增加或散热减少时就会破平衡使温度继续上升，扩大温差，则增加散热，在另一个较高的温度下达到新的平衡。但这时的温差即温升已比以前增大了，所以说温升是电动机设计及运行中的一项重要指标，标志着电动机的发热程度，在运行中，如电动机温升突然增大，说明电动机有故障，或风道、水道阻塞或负荷太重。
当电机温度超过最高工作温度或温升超过规定或温升虽然未超过规定，但在低负荷时温升突然增大时，说明电动机有故障，其判断和排除方法是：
（1）在额定负荷下温升未超过温升限度，仅由于环境温度超过40 ℃，而使电机温度超过最大允许工作温度。这种现象说明电动机本身是正常的。解决的办法是用人工方法使环境温度下降，如办不到，则必须减负载运行。
（2）在额定负载下温升超出铭牌规定，不管什么情况，均属电动机有故障，必须停机检查，特别对温升突然变大更要注意。
外部原因有：电网电压太低或线路压降太大（超过10%），负载太重（超过10%），电动机与机械配合不当；
内部原因有：单相运行、匝间短路、相间短路、定子接地、风扇损坏或未固紧、风道阻塞、轴承损坏，定转子相擦、电机与电缆接头发热（特别是铜铝或铝铝连接）、电机受腐蚀或受潮等。
要解决电动机绕组正常运行时温升高的问题，首先必须知道绕组为什么能引起温升高的原因，通过上述我们知道，电动机在正常运行中，电流在导线中的流动会产生热量，热量大小取决于电流的大小，电流流动所产生的热量会通过导体表面传递给铁芯及外壳。而导线表面在空气中的热能传递能力远不及在真空中的传递能力。如果能把绕组线圈的有效部分全部置于真空状态下，它的热能传递能力将会提高2-3倍，能有效的降低温升，使绕组的整体温度保持在正常范围内。保证电机运行温度，提高电机的运行寿命，困扰我们的进口电机大修质量问题将会迎刃而解。
额定温升的高低用来体现铁芯的热量代换速度和绕组本身的热能代换速度。定子铁芯的热量代换量是设计时标准额定值，是不会变的，而绕组的温升是个可变量，它跟电动机绕组的材质及大修工艺质量有着密不可分的关系。
经过论证，最后大家把问题锁定在电机绕组修复的工艺上。关键性的问题原因找到，那么优化该型号电机的绕组修复工艺便成为势在必行。
3、工艺优化
在进行工艺优化讲解之前，首先介绍一下奥钢联ABM20掘锚机运输电动机的重要数据信息。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
3.1运输电动机基本信息
3.1.1铭牌信息
主机型号：MB670LH
电机型号（件号）：65660129662
电机额定电压：1050V
电机额定电流：24.5A
电机额定转速：1450r/min
绝缘等级：：F级
极数：4极
功率：36kW
厂家：奥钢联
3.1.2铁芯信息
铁芯内径：182 mm
铁芯外径：280mm
铁芯长度：235mm
定子总槽数：48槽
槽深：39mm
槽宽：11.5mm
3.1.3绕组信息
电磁线名称：SRLRX-180°
线规：1.32mm
并绕根数：1根
匝数：18/19匝（匝数不等匝）
绕组形式：双层心叠式
节距：1-8、1-10、1-12、1-14
并连支路数：2
接法：Y/1050V
3.2优化方案
3.2.1所用槽绝缘材料耐热等级升级
通过上面电动机的重要数据信息，我们知道了掘锚机运输电机的原耐热等级的材料配置为F级。
之前我们大修的电机都是根据F级的耐热等级配置相应的绝缘材料，具体绝缘材料配置如下：
槽主绝缘：2412黄漆布一层，NMN复合箔一层，总厚度0.37mm；
层间绝缘：NMN（0.25mm）复合箔两层，总厚度0.5mm；
相间绝缘：2412黄漆布一层，NMN复合箔一层，总厚度0.37mm；
通过近22%的返修率可以看出以上的绝缘材料配置远不能满足该型号电机的耐热要求。
现在，我们在F级的基础上在保证槽满率允许的前提下进行技术改造，将耐热等级提升到H级，技改后的耐热等级的材料配置如下：
槽主绝缘：NHN0.25mm聚酰亚胺薄膜一层，亚胺膜两层，总厚度0.35mm；
层间绝缘：NHN0.25mm聚酰亚胺薄膜两层，总厚度0.5mm；
相间绝缘：NHN0.25mm聚酰亚胺薄膜两层，总厚度0.5mm。
3.2.2端部绕组接线所用漆管等级升级
我们不仅在槽绝缘材料上进行了技术升级改造，同时我们在绕组接线时所用的绝缘材料也同步进行了技术升级改造，将原来接线使用的B级2730醇酸玻璃漆管漆管改为H级2750有机硅玻璃漆管。
3.3.3浸漆材料绝缘等级升级
电动机绕组浸绝缘漆的目的是，阻断导体之间或导体和空气直接的接触，防止导体之间短路，防止导体因为接触空气，吸收空气中的水分而降低绝缘电阻。说到底就是提高导体间和导体对地的绝缘电阻，防止线圈烧毁。另外，浸绝缘漆可以固定绕组的导线，防止因为电机震动和电流的机械效应使导线震动磨损。
原来我们使用的电机绕组浸渍漆牌号是F级的5152-2环氧脂酚无溶剂漆，我们为了提高绕组的耐热性和散热性，增强绕组绝缘的机械性能、导热性、散热效果和延缓老化。将绕组浸漆用的漆牌号改为稳定性好、固化快的H级9956不饱和环氧树脂无溶剂漆。
3.3.4磁导线等级升级
技改之前，我们一直采用F级聚酯亚胺漆包线，漆包线在线圈绕制的过程中，在嵌线工艺过程中，在运行过程中，都有机械应力作用于漆包线上，因此可能产生漆包线伸长，漆膜损伤等现象，还有就是电动机绕组在浸漆前的预烘和浸漆后的烘焙都要在短时间内经受比较高的温度，经过这些必须的维修工艺之后，漆包线的质量就可能有所下降，为以后的维修质量埋下隐患。出厂后，在电动机运行过程中，由于电动机的温升要漆包线长期在较高的温度作用下工作，因此就会诱发之前的隐患，而发生质量事故。
认识到漆包线的缺点后，我们将制作绕组的磁导线改为了特别耐刮、耐热、抗机械性能的单玻璃丝包高强度聚酯漆包圆线。
3.3.5采取端部冷浇固定措施，形成真空环境。
环氧树脂的分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征，环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。由于分子结构中含有活泼的环氧基团，使它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶、不熔的具有三向网状结构的高聚物。
环氧树脂的性能和特性
1）形式多样。
各种树脂、固化剂、改性剂体系几乎可以适应各种应用对形式提出的要求，其范围可以从极低的粘度到高熔点固体。
2）固化方便。选用各种不同的固化剂，环氧树脂体系几乎可以在0～180℃温度范围内固化。
3）粘附力强。环氧树脂分子链中固有的极性羟基和醚键的存在，使其对各种物质具有很高的粘附力。环氧树脂固化时的收缩性低，产生的内应力小，这也有助于提高粘附强度。
4）收缩性低。环氧树脂和所用的固化剂的反应是通过直接加成反应或树脂分子中环氧基的开环聚合反应来进行的，没有水或其它挥发性副产物放出。它们和不饱和聚酯树脂、酚醛树脂相比，在固化过程中显示出很低的收缩性（小于2%）。
5）力学性能。固化后的环氧树脂体系具有优良的力学性能。
6）电性能。固化后的环氧树脂体系是一种具有高介电性能、耐表面漏电、耐电弧的优良绝缘材料。
7）化学稳定性。通常，固化后的环氧树脂体系具有优良的耐碱性、耐酸性和耐溶剂性。像固化环氧体系的其它性能一样，化学稳定性也取决于所选用的树脂和固化剂。适当地选用环氧树脂和固化剂，可以使其具有特殊的化学稳定性能。
8）尺寸稳定性。上述的许多性能的综合，使环氧树脂体系具有突出的尺寸稳定性和耐久性。
9）耐霉菌。固化的环氧树脂体系耐大多数霉菌，可以在苛刻的热带条件下使用。
为了防止绕组内部吸潮和提高绕组端部导热性，我们利用模具，将比例为6180环氧树脂88%的基料、3%的乙二胺、5%的丙酮和4%的二丁酯混合液浇注在绕组的端部并进行固化，使其与铁芯固化为一体。固化后的端部有较高的耐腐蚀性和电性能，不仅可以为定子绕组营造出一个真空环境，同时还增加了绕组的稳定性和耐热性。
4、成效
绕组修复工艺优化方案确定后，我们将入厂的这台返修电机进行了试修，一切的工艺都按照优化方案的工艺标准进行绕组修复。绕组修复完成后，组装通电试验，所有指标均达到要求，顺利出厂。截止写稿时，此方案实施已过去15个月，在这期间修复的该型号电动机无一台返修，运行周期达到了预期目的。
结论
奥钢联ABM20掘锚机运输电动机，它的体积小功率大、性能要求高且运行环境恶劣，属于特殊电动机，对这种特殊电动机进行大修时，我们应该摒除固有的思维模式，不能习惯性的用标准电动机的维修工艺对其进行维修，否则就会使大修好的电动机存有潜在的隐患缺陷，从而影响电动机的使用寿命，达不到维修质量要求。我们需在原维修工艺等级上进行工艺优化。
参考文献：
[1]何军，电机维修与拆装技术[J].电子工业出版社，2009年6月.
[2]谭金鹏等.电动机绕组维修[J].机械工业出版社，2013年3月.
[3]齐浩，李佳新.常用电动机维护与故障处理[J].科技创新与应用，2010，（10）.
[4]张东凯，王文楷.三相异步电动机电机启动常见故障[J].电力安全技术，2012，（1）.
[5]彭良玉，徐长浩.三相异步电机使用与维修应用手册[M].广州：华南理工大学出版社，2011.
[6]怨磊，王国伟.交流异步电动机故障综合诊断方法的研究[J].西安交通大学学报，2006，（1）.
[7]李金伴、陆一心，电气材料手册[M].化学工业出版社，2005.
论文作者:张晓东
论文发表刊物:《电力设备》2019年第13期
论文发表时间:2019/11/22
标签：电动机论文; 绕组论文; 锚机论文; 电机论文; 环氧树脂论文; 系统论文; 固化剂论文; 《电力设备》2019年第13期论文;