CN114336220B - 一种在线修复滑环装置及修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电机滑环的修复结构，具体为一种在线修复滑环装置及修复方法。一种在线修复滑环装置，包括固定支座、砂带传动机构和修磨控制结构；其中砂带传动机构包括修磨砂带、砂带传动连接杆、砂带固定杆、固定立板、砂带传动杆、砂带传动伺服电机和伺服电机安装座；修磨控制结构包括安装底座、模拟碳刷、弹簧压指和安装架；安装底座固定在两个固定立板之间，固定后模拟碳刷压在修磨砂带背面。为了提高工作效率，在上述基础上，设计出双联动在线修复滑环装置，同时对2个滑环进行在线修复，提高修复效率。本修复装置结构简单、轻便、成本低廉，装置安装、操作方便快捷有效，降低劳动强度。

Description

一种在线修复滑环装置及修复方法

技术领域

本发明涉及电机滑环的修复结构，具体为一种在线修复滑环装置及修复方法。

背景技术

滑环和碳刷作为导入导出电流的滑动接触体，是发电机励磁系统与转子连接的关键部件。滑环固定在转轴上随轴转动，碳刷固定在刷架上属固定部分，其通过刷握及卡簧压接在滑环光滑表面，用以将励磁电流传递到转子绕组。碳刷和滑环之间通过卡簧形成一定的压力保证碳刷和滑环之间的持续接触。

滑环良好的工作状态是保证发电机正常运行的关键因素。由于滑环与碳刷之间长时间运行的滑动摩擦、环火灼伤等原因，滑环的表面会产生麻点、坑状等形态，还可能有轻微毛刺或不均匀的表面磨损，如果不及时进行修复，不平整的滑环表面会加剧碳刷的磨损，会导致滑环烧损、磨损，滑环表面形成波浪、金属瘤等不良状态。同时由于碳刷磨损不均匀会很容易出现碳刷与滑环之间点接触的情况，造成拉弧等异常放电现象，从而带来电机整体损坏。

常见的修复方法是在机车停机后，人工使用锉刀对电机滑环进行修理，打磨高点、金属瘤，该修复方法存在的缺点是： 1）此技术仅能修复表面轻微毛刺或不均匀的表面磨损； 2）对已经形成的波浪形凹坑，往往越打磨凹坑越多，长时间都不能修复完成，工作效率低，更不能保证滑环的同轴度尺寸要求。

还有另一种修复方法是在柴油机启动状态下，将加长杆车刀固定在相应位置，对滑环磨损出棱边进行车削，然后使用锉刀进行修复。然而现有技术中对大中型绕线式电机采用拆卸绕线转子后再加工碳刷，这种加工修复方式十分麻烦，稍不注意，还容易碰坏定子和转子线圈；并且需要将整个电机拆下来处理，费时费力，生产加工周期很长，而且重新装配后会产生装配偏差，还存在的缺点是：1） 使用加长杆车刀只能车削滑环磨出沟槽后的棱边；2） 操作过程需要拥有多年车削经验的车工，操作要求高；3）不能对已经形成的波浪形凹坑进行修复。

因此快速在线修复滑环就显得非常重要，而滑环产生烧损、磨损后，可以在线修复的工艺并不多见，如何选择合理快捷有效的修复方法成为关键。现需在不拆卸电机的条件下对滑环表面的波浪、烧损问题进行快速在线修复达到工作状态，保证滑环表面光滑无毛刺、同轴度等符合要求。这就需要一种小巧、轻便、快捷、易携带的在线装置用于滑环修复，提高工作效率，降低维修人员的工作量，降低电机返厂返工维修成本，减少了拆卸电机带来的故障停机时间损失，提高了电机的使用率。

发明内容

本发明提供了一种电机滑环在线修复装置及修复方法，不需要拆装电机即对损伤的电机滑环进行修复。

本发明是采用如下的技术方案实现的：一种在线修复滑环装置，包括固定支座、砂带传动机构和修磨控制结构；

其中砂带传动机构包括修磨砂带、砂带传动连接杆、砂带固定杆、固定立板、砂带传动杆、砂带传动伺服电机和伺服电机安装座；砂带传动连接杆、砂带固定杆、砂带传动杆都固定在两个固定立板之间，砂带传动杆的一端与砂带传动伺服电机连接；修磨砂带通过砂带固定杆固定，经过砂带传动连接杆到砂带传动杆处，砂带传动伺服电机固定于伺服电机安装座上，伺服电机连接砂带传动杆带动修磨砂带转动；

修磨控制结构包括安装底座、模拟碳刷、弹簧压指和安装架；安装底座两侧设置有螺孔，安装架的两侧分别固定在安装底座的两侧，弹簧压指放置于安装架内底部，模拟碳刷也放置于安装架内，模拟碳刷顶部与弹簧压指底部接触，模拟碳刷的底面为贴合砂带打磨面，安装底座固定在两个固定立板之间，固定后模拟碳刷压在修磨砂带背面。

上述的一种在线修复滑环装置，固定支座包括固定底座和固定螺杆，固定底座上端设有安装螺纹孔，和固定螺杆配合使用，固定螺杆两端均有螺纹，一端用于与电机本体安装孔连接，一端与固定底座连接，使用时根据电机滑环位置用固定螺母调节固定底座的位置；固定底座下端与固定立板连接。

上述的一种在线修复滑环装置，砂带传动机构采用的另一种结构包括修磨砂带、砂带传动连接杆、砂带固定杆、固定立板、砂带传动杆和砂带传动手柄，砂带传动连接杆、砂带固定杆、砂带传动杆都固定在两个固定立板之间，修磨砂带通过砂带固定杆固定，经过砂带传动连接杆到砂带传动杆处，砂带传动杆的一端连接砂带传动手柄，砂带传动手柄连接砂带传动杆带动修磨砂带转动。

上述的一种在线修复滑环装置，修磨控制结构采用的另一种结构包括安装底座、模拟碳刷、弹簧、安装架，安装底座两侧设置有螺孔，安装架的两侧分别固定在安装底座的两侧，弹簧放置于安装架内底部，模拟碳刷也放置于安装架内，模拟碳刷顶部与弹簧底部接触，模拟碳刷的底面为贴合砂带打磨面。

上述的一种在线修复滑环装置，修磨控制结构采用的另一种结构包括安装底座、模拟碳刷、弹簧、安装架，安装底座两侧设置有螺孔，安装架的两侧分别固定在安装底座的两侧，弹簧放置于安装架内底部，模拟碳刷也放置于安装架内，模拟碳刷顶部与弹簧底部接触，模拟碳刷的底面为贴合砂带打磨面。

上述的一种在线修复滑环装置，模拟碳刷的贴合砂带打磨面要比滑环面宽，安装底座的两侧螺孔采用腰孔结构调节安装架的安装位置，进而调整模拟碳刷的位置控制修磨深度，保证滑环凹点打磨时砂纸不受压力，凸点打磨时在压指恒定压力的作用下修磨。

上述的一种在线修复滑环装置，修磨砂带选用索雷碳纳米聚合物材料，在线修复过程中不会产生高温，保证电机本体不受损伤，且修复过程中不受轴单边磨损量的限制，材料使用过程中不会产生金属疲劳磨损，其修复后使用寿命甚至高于新部件的使用寿命。

上述的一种在线修复滑环装置的修复方法，包括以下步骤：

（1）将电机滑环的罩壳打开，慢转电机转轴，在滑环接触表面均匀分3～4个点，用千分表进行测量找出变形值，并做出标记；根据整个滑环表面所测变形值划分出变形区域，对整个滑环环向表面凸起或凹陷尺寸做出标记；将滑环分成6～8等份用千分表测出其滑环直线度，以直线度误差值最小处为参照基准点；

（2）正确安装滑环修复装置，调整固定支座1的位置将修磨控制结构对准需要修复的滑环，将模拟碳刷、弹簧压指或弹簧装入安装架内，通过调整修磨控制结构的安装架高度，模拟碳刷底部压在修磨砂带背面；

（3）当滑环高速转动修磨砂带在恒压的情况下打磨滑环，滑环有波浪形，模拟碳刷33就会随着滑环波浪形上下浮动，同时伺服电机或砂带传动手柄转动卷绕修磨砂带，将打磨下的金属磨屑带走，保证快速将高点打磨平滑；

（4）当滑环打磨到设定深度时，模拟碳刷不再下降，继续打磨直到修磨砂带上没有金属磨屑为止；然后用百分表测量符合要求即完成修复；

（5）待一个滑环修复完毕，松开固定支座，移动固定支座，使滑环加工机具对准下一个需要修复的滑环，然后再将固定支座固定在罩壳上。

上述的一种在线修复滑环装置，两个在线修复滑环装置并排连接，共用一个砂带传动伺服电机，形成双联动在线修复滑环装置。

本发明技术方案带来的有益效果为：

1．在用户不具备维修能力的情况下，无需运输到生产厂家进行精加工修复，能够在线快速解决电机滑环烧损问题，保证机车正常运行工作，减少了电机维护次数，降低电机因更换主发电机带来的昂贵维修费用。

2．滑环修复时，不需要将滑环从电机上拆下，只需拆卸电机滑环的罩壳，避免了拆卸和安装滑环带来的故障停机时间，缩短了电机故障处理所需的工作量。

3．对于滑环不同程度的磨损、烧损均可实线在线修复，可解决滑环出现的各种损伤问题。

4．可对表面波浪形跳动量达到1.1mm的烧损滑环进行修复，修复后圆度达到0.1mm，修复后滑环精度好、光滑度好、平整度高，能够大大延长电机碳刷及滑环使用寿命。

5．本修复装置结构简单、轻便、成本低廉，装置安装、操作方便快捷有效，降低劳动强度。使用本修复装置进行滑环的修复，使用方便，单个人员只需少量的时间即可完成滑环的修复，缩短了故障处理时间、停机时间。

附图说明

图1为在线修复滑环工艺流程图。

图2为在线修复滑环装置示意图。

图3为固定支座示意图。

图4为砂带传动机构（方案1）示意图。

图5为砂带传动机构（方案2）示意图。

图6为修磨控制结构（方案1）示意图。

图7为修磨控制结构（方案2）示意图。

图8为双联动在线修复滑环装置示意图。

图9为在线修复滑环装置工作示意图。

图中：1-固定支座，2-砂带传动机构，3-修磨控制结构，4-滑环。

11-固定底座，12-第一固定螺母，13-固定螺杆。

21-修磨砂带，22-砂带传动连接杆，23-砂带固定杆，24-第二固定螺母，25-固定立板，26-砂带传动杆，27-砂带传动伺服电机，28-伺服电机安装座，29-砂带传动手柄。

31-安装底座，32-固定螺栓，33-模拟碳刷，34-弹簧压指，35-安装架，36弹簧。

具体实施方式

图1为在线修复滑环工艺流程图。先用百分表测量滑环跳动量，根据测量滑环跳动量，确定需要将滑环打磨的深度尺寸。通过滑环打磨的深度尺寸，调整装置安装的高度。当电机高速旋转时砂纸磨擦滑环很快将高点和棱边磨去，若存在波浪形的凹坑，模拟碳刷33随着波浪形上下浮动磨去高点。当达到设定深度时模拟碳刷33不再继续向下磨，慢慢将高点磨到设定的深度。模拟碳刷33不再上下浮动，修磨砂带带上没有铜粉时，停机用百分表检测修磨结果，合格即完成修复。

本发明提供了一种滑环在线修复装置，具体结构包括固定支座1、砂带传动机构2和修磨控制结构3，滑环在线修复装置示意图见图2。

图3为固定支座示意图，固定支座1包括固定底座11、第一固定螺母12、固定螺杆13。固定底座11上端设有安装螺纹孔，和固定螺杆13配合使用，固定螺杆13两端均有螺纹，一端与电机本体安装孔连接，一端与固定底座11用第一固定螺母12连接，使用时根据电机滑环位置用第一固定螺母12调节固定底座11的位置；固定底座11下端与U型的固定立板25连接。

图4为砂带传动机构（方案1）示意图，包括修磨砂带21、砂带传动连接杆22、砂带固定杆23、第二固定螺母24、固定立板25、砂带传动杆26、砂带传动伺服电机27、伺服电机安装座28。砂带传动机构以固定立板25支撑固定，砂带传动连接杆22、砂带固定杆23、砂带传动杆26都通过第二固定螺母24固定在两个固定立板25之间，砂带固定杆23位于砂带传动杆26的上方，砂带传动杆26的一端穿入伺服电机安装座28的孔内与砂带传动伺服电机27连接；修磨砂带21通过砂带固定杆23固定，经过其前方的砂带传动连接杆22到砂带传动杆26处，砂带传动伺服电机27固定于伺服电机安装座28上，伺服电机安装座28固定在固定立板25的外侧，伺服电机连接砂带传动杆26带动修磨砂带转动。工作时伺服电机工作转动带动修磨砂带转动达到快速修磨目的。

图5为砂带传动机构（方案2），包括修磨砂带21、砂带传动连接杆22、砂带固定杆23、第二固定螺母24、固定立板25、砂带传动杆26、砂带传动手柄29。砂带传动机构以固定立板25支撑固定，砂带传动连接杆22、砂带固定杆23、砂带传动杆26都通过第二固定螺母24固定在两个固定立板25之间，砂带固定杆23位于砂带传动杆26的上方，修磨砂带21通过砂带固定杆23固定，经过其前方的砂带传动连接杆22到砂带传动杆26处，砂带传动杆46的一端连接砂带传动手柄29，砂带传动手柄29连接砂带传动杆带动修磨砂带转动。工作时砂带传动手柄49转动带动修磨砂带转动达到快速修磨目的。

修磨砂带21可选用索雷碳纳米聚合物材料，在线修复过程中不会产生高温，保证电机本体不受损伤，且修复过程中不受轴单边磨损量的限制，材料使用过程中不会产生金属疲劳磨损，其修复后使用寿命甚至高于新部件的使用寿命。

图6为修磨控制结构示意图（方案1），包括安装底座31、固定螺栓32、模拟碳刷33、弹簧压指34和安装架35。安装底座31为框型结构，两侧设置有螺孔，安装架35为U型结构，U型结构的顶部开口端两侧设置有安装台，安装架35开口端朝下倒立后其两侧的安装台分别固定在安装底座31的两侧，弹簧压指34放置于安装架35内底部，模拟碳刷33也放置于安装架35内，模拟碳刷33顶部与弹簧压指34底部接触，模拟碳刷33的底面为贴合砂带打磨面，贴合砂带打磨面要比滑环面宽。安装底座31的两侧螺孔采用腰孔结构调节安装架35的安装位置，进而调整模拟碳刷33的位置控制修磨深度，保证滑环凹点打磨时修磨砂带不受压力；凸点打磨时在压指恒定压力的作用下修磨。

图7为修磨控制结构示意图（方案2），包括安装底座31、固定螺栓32、模拟碳刷33、弹簧36、安装架35。安装底座31为框型结构，两侧设置有螺孔，安装架35为U型结构，U型结构的顶部开口端两侧设置有安装台，安装架35开口端朝下倒立后其两侧的安装台分别固定在安装底座31的两侧，弹簧36放置于安装架35内底部，模拟碳刷33也放置于安装架35内，模拟碳刷33顶部与弹簧36底部接触，模拟碳刷33的底面为贴合砂带打磨面，贴合砂带打磨面要比滑环面宽。安装底座31的两侧螺孔采用腰孔结构调节安装架35安装位置，进而调整模拟碳刷33的位置控制修磨深度，保证滑环凹点打磨时修磨砂带不受压力，凸点打磨时在压指恒定压力的作用下修磨。

安装底座31安装在两固定立板25之间，模拟碳刷33的底部、砂带传动连接杆22、砂带固定杆23、砂带传动杆26分别位置于四个位置，修磨砂带21转动轨迹为四边形。

本发明还提供了一种滑环在线修复方法，使用了以上所述的修复装置，图9为在线修复滑环装置工作示意图。包括如下步骤：

（1）将电机滑环的罩壳打开，慢转电机转轴，在滑环接触表面均匀分3～4个点，用千分表进行测量找出变形值，并做出标记；根据整个滑环表面所测变形值划分出变形区域，对整个滑环环向表面凸起或凹陷尺寸做出标记；将滑环分成6～8等份用千分表测出其滑环直线度，以直线度误差值最小处为参照基准点。

（2）正确安装滑环修复装置，调整固定支座1的位置将修磨控制结构3对准需要修复的滑环，将模拟碳刷33、弹簧压指34或弹簧36装入安装架35内，进入一定深度后，模拟碳刷上部凸出部分会位于安装底座31边缘。通过调整修磨控制结构的安装架35高度，模拟碳刷33底部压在修磨砂带21背面，模拟碳刷33上部凸出部分与安装底座31上边沿产生距离h，即要打磨的深度。

（3）当滑环高速转动修磨砂带21在恒压的情况下打磨滑环。滑环有波浪形，模拟碳刷33就会随着滑环波浪形上下浮动。同时伺服电机转动卷绕修磨砂带21，将打磨下的金属磨屑带走，保证快速将高点打磨平滑。

（4）当滑环打磨到设定深度时，模拟碳刷33上部凸出部分与安装底座31上边沿贴合，不再跳动，模拟碳刷33不在下降，继续打磨直到修磨砂带21上没有金属磨屑为止。然后用百分表测量符合要求即完成修复。

（5）待一个滑环修复完毕，松开固定支座1，移动固定支座，使滑环加工机具对准下一个需要修复的滑环，然后再将固定支座固定在罩壳上。或是用图8的双联动在线修复滑环装置直接同时对2个滑环同时修复，提高工作效率。

为了提高工作效率，在上述基础上，设计出双联动在线修复滑环装置。同时对2个滑环进行在线修复，将长固定螺杆13一端固定在电机本体上，实现对2个装置的固定，伺服电机同时控制2个修磨砂带21的砂带转动。图8为双联动在线修复滑环装置示意图。

Claims (9)

1.一种在线修复滑环装置，其特征在于：包括固定支座（1）、砂带传动机构（2）和修磨控制结构（3）；其中砂带传动机构（2）包括修磨砂带（21）、砂带传动连接杆（22）、砂带固定杆（23）、固定立板（25）、砂带传动杆（26）、砂带传动伺服电机（27）和伺服电机安装座（28）；砂带传动连接杆（22）、砂带固定杆（23）、砂带传动杆（26）都固定在两个固定立板（25）之间，砂带传动杆（26）的一端与砂带传动伺服电机（27）连接；修磨砂带（21）通过砂带固定杆（23）固定，经过砂带传动连接杆（22）到砂带传动杆（26）处，砂带传动伺服电机（27）固定于伺服电机安装座（28）上，伺服电机连接砂带传动杆（26）带动修磨砂带转动；修磨控制结构（3）包括安装底座（31）、模拟碳刷（33）、弹簧压指（34）和安装架（35）；安装底座（31）两侧设置有螺孔，安装架（35）的两侧分别固定在安装底座（31）的两侧，弹簧压指（34）放置于安装架（35）内底部，模拟碳刷（33）也放置于安装架（35）内，模拟碳刷（33）顶部与弹簧压指（34）底部接触，模拟碳刷（33）的底面为贴合砂带打磨面，安装底座（31）固定在两个固定立板（25）之间。

2.根据权利要求1所述的一种在线修复滑环装置，其特征在于：固定支座（1）包括固定底座（11）和固定螺杆（13），固定底座（11）上端设有安装螺纹孔，和固定螺杆（13）配合使用，固定螺杆（13）两端均有螺纹，一端用于与电机本体安装孔连接，一端与固定底座（11）连接；固定底座（11）下端与固定立板（25）外侧连接。

3.根据权利要求2所述的一种在线修复滑环装置，其特征在于：砂带传动机构（2）采用的另一种结构包括修磨砂带（21）、砂带传动连接杆（22）、砂带固定杆（23）、固定立板（25）、砂带传动杆（26）和砂带传动手柄（29），砂带传动连接杆（22）、砂带固定杆（23）、砂带传动杆（26）都固定在两个固定立板（25）之间，修磨砂带（21）通过砂带固定杆（23）固定，经过砂带传动连接杆（22）到砂带传动杆（26）处，砂带传动杆（26）的一端连接砂带传动手柄（29），砂带传动手柄（29）连接砂带传动杆带动修磨砂带转动。

4.根据权利要求2所述的一种在线修复滑环装置，其特征在于：修磨控制结构采用的另一种结构包括安装底座（31）、模拟碳刷（33）、弹簧（36）、安装架（35），安装底座（31）两侧设置有螺孔，安装架（35）的两侧分别固定在安装底座（31）的两侧，弹簧（36）放置于安装架（35）内底部，模拟碳刷（33）也放置于安装架（35）内，模拟碳刷（33）顶部与弹簧（36）底部接触，模拟碳刷（33）的底面为贴合砂带打磨面。

5.根据权利要求3所述的一种在线修复滑环装置，其特征在于：修磨控制结构采用的另一种结构包括安装底座（31）、模拟碳刷（33）、弹簧（36）、安装架（35），安装底座（31）两侧设置有螺孔，安装架（35）的两侧分别固定在安装底座（31）的两侧，弹簧（36）放置于安装架（35）内底部，模拟碳刷（33）也放置于安装架（35）内，模拟碳刷（33）顶部与弹簧（36）底部接触，模拟碳刷（33）的底面为贴合砂带打磨面。

6.根据权利要求2或3或4或5所述的一种在线修复滑环装置，其特征在于：模拟碳刷（33）的贴合砂带打磨面要比滑环面宽，安装底座（31）的两侧螺孔采用腰孔结构调节安装架（35）的安装位置，进而调整模拟碳刷（33）的位置控制修磨深度。

7.根据权利要求2或3或4或5所述的一种在线修复滑环装置，其特征在于：修磨砂带（21）选用索雷碳纳米聚合物材料，在线修复过程中不会产生高温，保证电机本体不受损伤，且修复过程中不受轴单边磨损量的限制，材料使用过程中不会产生金属疲劳磨损，其修复后使用寿命甚至高于新部件的使用寿命。

8.如权利要求2或3或4或5所述的一种在线修复滑环装置的修复方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）将电机滑环的罩壳打开，慢转电机转轴，在滑环接触表面均匀分3～4个点，用千分表进行测量找出变形值，并做出标记；根据整个滑环表面所测变形值划分出变形区域，对整个滑环环向表面凸起或凹陷尺寸做出标记；将滑环分成6～8等份用千分表测出其滑环直线度，以直线度误差值最小处为参照基准点；

（2）正确安装滑环修复装置，调整固定支座1的位置将修磨控制结构3对准需要修复的滑环，将模拟碳刷（33）、弹簧压指（34）或弹簧（36）装入安装架（35）内，通过调整修磨控制结构的安装架（35）高度，模拟碳刷（33）底部压在修磨砂带（21）背面；

（3）当滑环高速转动修磨砂带（21）在恒压的情况下打磨滑环，滑环有波浪形，模拟碳刷（33）就会随着滑环波浪形上下浮动，同时伺服电机或砂带传动手柄转动卷绕修磨砂带（21），将打磨下的金属磨屑带走，保证快速将高点打磨平滑；

（4）当滑环打磨到设定深度时，模拟碳刷（33）不再下降，继续打磨直到修磨砂带（21）上没有金属磨屑为止；然后用百分表测量符合要求即完成修复；

（5）待一个滑环修复完毕，松开固定支座（1），移动固定支座，使滑环加工机具对准下一个需要修复的滑环，然后再将固定支座固定在罩壳上。

9.根据权利要求2或3或4或5所述的一种在线修复滑环装置，其特征在于：两个在线修复滑环装置并排连接，共用一个砂带传动伺服电机（27），形成双联动在线修复滑环装置。