CN116748688B - 一种发电机集电环阴极自动激光清洗设备及使用方法 - Google Patents

Abstract

一种发电机集电环阴极自动激光清洗设备及使用方法，包括上固定环座、回转支撑环座以及下固定环座，上固定环座和下固定环座之间通过多个导向轴连接，回转支撑环座与多个所述导向轴滑动连接，上固定环座上安装有升降装置，升降装置与回转支撑环座连接传动，升降装置用于驱动回转支撑环座在上固定环座和下固定环座之间往复滑动，回转支撑环座上安装有回转装置，回转装置上安装有直线模组，直线模组的滑座上安装有激光清洗头，激光清洗头发出激光清洗集电环圆周外表面，解决人工清洗集电环表面的效率不足、清洗不完全、容易损伤工件的问题。

Description

一种发电机集电环阴极自动激光清洗设备及使用方法

技术领域

本发明涉及发电机组集电环维护技术领域，尤其涉及一种发电机集电环阴极自动激光清洗设备及使用方法。

背景技术

发电机集电环是发电机励磁系统中的重要组成部件，使用碳刷工作，它被使用在要求连续旋转的同时，从固定位置到旋转位置传输电源和信号的机电系统中。在电机运转时集电环会随电机一起旋转，碳刷就紧贴集电环的表面摩擦；电流就是通过碳刷引线-碳刷-集电环-电机旋转的转子回路。在发电机长时间的运转后，碳刷极面上阳极蒸发，碳粒、石墨粒子转移到集电环表面上；集电环表面阴极粉化，并附着碳粉、石墨；在发电机的检修过程中，需要清洗掉集电环阴极这些碳粉、石墨的附着物，检查集电环表面磨损情况，以便进行后期的检修处理。

现阶段的集电环阴极清洗主要通过人工使用无纺布清理附着的碳粉、石墨等，这种方法清洁效率低、施工周期长，施工过程中存在作业粗暴造成的二次损伤、清洁不到位等问题。实际作业空间狭小，人工操作不便，在某些情况还存在一定的安全隐患。

激光清洗是一种采用高能激光束照射工件表面，使表面的污物、锈斑或涂层发生瞬间蒸发或剥离，从而达到洁净化的工艺过程。与传统清洗工艺相比，这种清洗方法不需要清洁液或其他化学溶液，且清洁度远远高于化学清洗，同时通过调控激光工艺参数，可以在不损伤基材表面的基础上，有效去除污染物，符合集电环阴极清洗需求。鉴于此，我们提出一种集电环阴极自动激光清洗设备。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：解决上述背景技术中存在的问题，提供一种发电机集电环阴极自动激光清洗设备，解决人工清洗集电环表面的效率不足、清洗不完全、容易损伤工件的问题。

本发明要解决的另一技术问题是：提供一种发电机集电环阴极自动激光清洗设备的使用方法。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：

一种发电机集电环阴极自动激光清洗设备，包括上固定环座、回转支撑环座以及下固定环座，上固定环座和下固定环座之间通过多个导向轴连接，回转支撑环座与多个所述导向轴滑动连接，上固定环座上安装有升降装置，升降装置与回转支撑环座连接传动，升降装置用于驱动回转支撑环座在上固定环座和下固定环座之间往复滑动，回转支撑环座上安装有回转装置，回转装置能够绕所述回转支撑环座转动，回转装置上安装有直线模组，直线模组的滑座上安装有激光清洗头。

所述上固定环座为圆环结构，上固定环座上安装有至少三个夹紧气缸，夹紧气缸的活塞杆朝向上固定环座的中心，活塞杆端部安装有弧形垫块；上固定环座与下固定环座结构相同。

所述上固定环座和下固定环座分别是由至少两段弧形结构件通过螺栓连接组成。

所述导向轴上下两端分别安装有固定座，导向轴通过两端的固定座分别与上固定环座、下固定环座连接固定，所述回转支撑环座上安装有直线轴承，回转支撑环座通过直线轴承与导向轴配合连接滑动。

所述回转支撑环座的内圆周面设有齿圈，回转支撑环座的一侧端面上安装有环形导轨，环形导轨上安装有滑块, 滑块上安装有所述回转装置。

所述回转支撑环座由至少两段弧形结构件通过螺栓连接组成，所述环形导轨由至少两段弧形导轨拼装而成，所述滑块设有两个。

所述回转装置包括驱动电机、第一电机座、齿轮，驱动电机安装在第一电机座上，驱动电机的输出轴上安装有齿轮，齿轮与回转支撑环座内圆周面的齿圈啮合，第一电机座安装在滑块上。

所述升降装置包括升降电机、第二电机座、联轴器、丝杠、以及丝杠螺母，所述第二电机座通过螺栓固定安装在上固定环座上，第二电机座上方安装所述升降电机，上固定环座和下固定环座上分别安装有丝杠轴承座，回转支撑环座上安装有丝杠螺母，丝杠两端分别与上固定环座和下固定环座上的丝杠轴承座转动连接，丝杠螺母旋接在丝杠上，丝杠位于第二电机座的一端伸出，丝杠的伸出端通过联轴器与升降电机的输出轴连接传动。

还包括控制器、激光器以及电磁阀组，控制器与激光器、电磁阀组、升降装置、直线模组以及回转装置电连接，激光器与激光清洗头光纤连接，电磁阀组与激光器、夹紧气缸气管连接。

采用所述的一种发电机集电环阴极自动激光清洗设备的使用方法，用于发电机集电环阴极清洗，包括以下步骤：

步骤一，清洗设备组装：在集电环外围，将导向轴一端安装在上固定环座上，再将回转支撑环座安装到导向轴上，之后再将下固定环座安装到导向轴的另一端，再安装升降装置，之后在回转支撑环座上安装回转装置，再将激光清洗头安装到直线模组的滑座上，组装完成后套装在集电环外圈上；

步骤二，设备电、气、激光连接：将升降装置的升降电机、回转装置的驱动电机、直线模组中的步进电机与控制器电连接，将上固定环座和下固定环座上的夹紧气缸与电磁阀组管道连接，电磁阀组与控制器电连接，电磁阀组与气源管道连通，将激光清洗头与激光器光纤连接，激光器与电磁阀组管道连接，控制器与激光器电连接，连接完成后进行通电、通气测试，测试电机正反转是否正常，测试完成后进入下一步；

步骤三，确定激光清洗头的可达性：通过控制器控制所述直线模组，调节激光清洗头与集电环之间的距离；上下试运行升降装置，升降装置带动所述回转支撑环座沿导向轴上下移动，检查是否满足清洗高度范围需求，检查是否存在干涉；试运行回转装置，回转装置带动激光清洗头沿回转支撑环座转动，检查是否满足清洗圆周范围需求，检查是否存在干涉；若存在干涉应检查设备安装是否与集电环同轴，调节上固定环座、下固定环座与集电环的相对位置直至运行无干涉；

步骤四，启动发电机集电环阴极自动激光清洗设备：开机前检查可达性无误后，将设备回到设置的零点位置，通过控制器启动设备，使激光清洗头按预设好的路径运动，激光清洗头发出激光清洗集电环圆周外表面；其中，运行时激光清洗头先按圆周方向顺时针清洗一圈，然后上升一定高度，之后按圆周方向逆时针清洗一圈后，再上升一定高度，以此循环作业，避免光纤、线缆弯折，最终完成集电环圆周外表面清洗作业。

本发明有如下有益效果：

1、通过上固定环座和下固定环座将清洗设备固定到集电环上，通过升降装置驱动回转支撑环座在上固定环座与下固定环座之间移动，通过回转装置带动激光清洗头绕回转支撑环座转动，使激光清洗头相对于集电环周向运动，直线模组径向的安装在回转装置上，使激光清洗头能够调整与集电环之间的距离，实现对集电环的激光清洗。解决人工清洗集电环表面的效率不足、清洗不完全、容易损伤工件的问题。

2、通过模块化结构、快拆结构的设计，实现设备在现场的快速拆装，设备小巧、通过性好，可实现狭小空间内的自动清洗。

3、采用高能激光束照射工件表面，使表面的污物、锈斑或涂层发生瞬间蒸发或剥离，清洗的稳定性强，同时不会损伤工件表面。使用激光清洗的方式，通过自动化控制实现稳定的清洁效果，有效提高清洗效率，减少施工周期。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图。

图2是本发明俯视结构示意图。

图3是本发明回转支撑环座的结构示意。

图4是本发明升降装置剖视结构示意图。

图5是本发明的电、气、激光接线原理图。

图中：上固定环座1，夹紧气缸101，弧形垫块102；激光清洗头2，直线模组3，安装座301，回转装置4，驱动电机401，第一电机座402，齿轮403，环形导轨404，滑块405，回转支撑环座5，升降装置6，升降电机601，第二电机座602，联轴器603，丝杠轴承座604，丝杠605，丝杠螺母606，导向轴7，直线轴承8，固定座9，下固定环座10，控制器11，激光器12，电磁阀组13。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步的说明。

实施例一：

参见图1-5，一种发电机集电环阴极自动激光清洗设备，包括上固定环座1、回转支撑环座5以及下固定环座10，上固定环座1和下固定环座10之间通过多个导向轴7连接，回转支撑环座5与多个所述导向轴7滑动连接，上固定环座1上安装有升降装置6，升降装置6与回转支撑环座5连接传动，升降装置6用于驱动回转支撑环座5在上固定环座1和下固定环座10之间往复滑动，回转支撑环座5上安装有回转装置4，回转装置4能够绕所述回转支撑环座5转动，回转装置4上安装有直线模组3，直线模组3的滑座上安装有激光清洗头2。通过上固定环座1和下固定环座10将清洗设备固定到集电环上，通过升降装置6驱动回转支撑环座5在上固定环座1与下固定环座10之间移动，通过回转装置4带动激光清洗头2绕回转支撑环座5转动，使激光清洗头2相对于集电环周向运动，直线模组3径向的安装在回转装置4上，使激光清洗头2能够调整与集电环之间的距离，实现对集电环的激光清洗。解决人工清洗集电环表面的效率不足、清洗不完全、容易损伤工件的问题。

具体的，上固定环座1为圆环结构，上固定环座1上环形均布的安装有三个夹紧气缸101，夹紧气缸101的活塞杆朝向上固定环座1的中心，活塞杆端部安装有弧形垫块102；上固定环座1与下固定环座10结构相同。通过上述结构，上固定环座1与下固定环座10与集电环实现自动固定。弧型垫块102弧度与集电环弧度相同保证连接稳定，弧形垫块102由聚氨酯材料加工而成，具有一定的弹性，在抱夹过程中可允许一定的安装误差，同时能提供更好的摩擦力稳定整体设备。

当然，也可以在上固定环座1与下固定环座10上径向的旋接压紧螺栓，在压紧螺栓靠集电环一端设置弧形垫块102，通过拧动压紧螺栓将上固定环座1与下固定环座10固定在集电环上。

进一步地，上固定环座1和下固定环座10分别是由至少两段弧形结构件通过螺栓连接组成。通过这种可拆分的结构，可以保证上固定环座1和下固定环座10可环绕集电环进行现场安装。

在优选的方案中，上固定环座1和下固定环座10由两段半圆形结构件通过螺栓连接组成。

参见图1，导向轴7上下两端分别安装有固定座9，导向轴7通过两端的固定座9分别与上固定环座1、下固定环座10连接固定，所述回转支撑环座5上安装有直线轴承8，回转支撑环座5通过直线轴承8与导向轴7配合连接滑动。通过上固定环座1、下固定环座10、导向轴7、固定座9形成完整的结构框架，用于对整个设备进行支撑和固定。在装配过程中需要调整两条导向轴7的平行度，以保证升降装置6运行顺畅。

参见图1、3、4，回转支撑环座5的内圆周面设有齿圈，回转支撑环座5的一侧端面上安装有环形导轨404，环形导轨404上安装有滑块405, 滑块405上安装有所述回转装置4。通过环形导轨404与滑块405的配合，实现回转装置4在回转支撑环座5上稳定的滑行，回转支撑环座5的内圆周面设有齿圈，便于与回转装置4啮合传动，使回转装置4自动的绕环形导轨404转动。齿圈可以是与回转支撑环座5的一体结构，也可以安装在回转支撑环座5上的。

进一步地，参见图1，回转支撑环座5由至少两段弧形结构件通过螺栓连接组成，所述环形导轨404由至少两段弧形导轨拼装而成，所述滑块405设有两个。通过这种可拆分的结构，使回转支撑环座5可环绕集电环进行现场安装，转运更加方便。

在优选的方案中，回转支撑环座5由两段半圆形结构件通过螺栓连接组成，环形导轨404由6段60°导轨拼装而成，两个滑块405保证了回转装置4运行的稳定性。在安装过程中需保证导轨的拼接处平滑过渡。

参见图1、3、4，回转装置4包括驱动电机401、第一电机座402、齿轮403，驱动电机401安装在第一电机座402上，驱动电机401的输出轴上安装有齿轮403，齿轮403与回转支撑环座5内圆周面的齿圈啮合，第一电机座402安装在滑块405上。通过驱动电机401提供动力，带动齿轮403转动，使第一电机座402相对于回转支撑结构5做圆周运动，从而带动激光清洗头2绕集电环能够圆周转动。第一电机座402上安装驱动电机401的孔采用槽形长孔，可调节齿轮403与回转支撑环座5齿圈的相对距离，保证运行顺畅无阻碍。优选的，驱动电机401为步进电机或者伺服电机。

参见图1、4，升降装置6包括升降电机601、第二电机座602、联轴器603、丝杠605、以及丝杠螺母606，所述第二电机座602通过螺栓固定安装在上固定环座1上，第二电机座602上方安装所述升降电机601，上固定环座1和下固定环座10上分别安装有丝杠轴承座604，回转支撑环座5上安装有丝杠螺母606，丝杠605两端分别与上固定环座1和下固定环座10上的丝杠轴承座604转动连接，丝杠螺母606旋接在丝杠605上，丝杠605位于第二电机座602的一端伸出，丝杠605的伸出端通过联轴器603与升降电机601的输出轴连接传动。通过升降电机601提供动力带动丝杠605转动，从而使回转支撑环座5相对与上固定环座1和下固定环座10做升降运动。升降装置6共有两组，对称布置，两组升降电机601做同步控制，保证运行顺畅。优选的，升降电机601为步进电机或者伺服电机。

参见图5，还包括控制器11、激光器12以及电磁阀组13，控制器11与激光器12、电磁阀组13、升降装置6、直线模组3以及回转装置4电连接，激光器12与激光清洗头2线缆连接，电磁阀组13与激光器12、夹紧气缸101气管连接。控制器11用于控制设置的自动运行，控制器可采用PLC，激光器12用于为激光清洗头2提供激光光源，电磁阀组13包括多个电磁阀，用于控制和为激光器12、夹紧气缸101提供压缩空气。通过上述结构实现设置的自动运行。

实施例二：

一种发电机集电环阴极自动激光清洗设备的使用方法，用于发电机集电环阴极清洗，包括以下步骤：

步骤一，清洗设备组装：在集电环外围，将导向轴7一端安装在上固定环座1上，再将回转支撑环座5安装在导向轴7，之后再将下固定环座10安装到导向轴7的另一端，再安装升降装置6，之后在回转支撑环座5上安装回转装置4，再将激光清洗头2安装到直线模组3的滑座上，组装完成后套在集电环外圈上。

步骤二，设备电、气、激光连接：将升降装置6的升降电机601、回转装置4的驱动电机401、直线模组3中的步进电机与控制器11电连接，将上固定环座1和下固定环座10上的夹紧气缸101与电磁阀组13管道连接，电磁阀组13与控制器11电连接，电磁阀组13与气源管道连通，将激光清洗头2与激光器12线缆连接，激光器12与电磁阀组13管道连接，控制器11与激光器12电连接；其中，激光清洗头2与激光器12连接所用光纤应保证最小弯曲半径，避免弯折造成光纤损坏；连接完成后进行通电、通气测试，测试电机正反转是否正常，测试完成后进入下一步。

步骤三，确定激光清洗头2的可达性：通过控制器11控制所述直线模组3，调节激光清洗头2与集电环之间的距离；上下试运行升降装置6，升降装置6带动所述回转支撑环座5沿导向轴7上下移动，检查是否满足清洗高度范围需求，检查是否存在干涉；试运行回转装置4，回转装置4带动激光清洗头2沿回转支撑环座5转动，检查是否满足清洗圆周范围需求，检查是否存在干涉；若存在干涉应检查设备安装是否与集电环同轴，调节夹紧气缸1001与上固定环座1、下固定环座10的相对位置直至运行无干涉。

步骤四，启动发电机集电环阴极自动激光清洗设备：开机前检查可达性无误后，将设备回到设置的零点位置，通过控制器11启动设备，使激光清洗头2按预设好的路径运动，激光清洗头2发出激光清洗集电环圆周外表面；其中，运行时激光清洗头2先按圆周方向顺时针清洗一圈，然后上升一定高度，之后按圆周方向逆时针清洗一圈后，再上升一定高度，以此循环作业，避免光纤、线缆弯折，最终完成集电环圆周外表面清洗作业。

通过升降装置6、回转装置4的运动控制，实现激光清洗头2的清洗区域覆盖集电环的周向和轴向部位；通过直线模组3调节激光清洗头2到集电环表面的相对距离，减少装配精度和现场环境的影响；最终通过电控系统实现控制，使激光清洗头2按设置好的路径运动，激光清洗头2发出激光清洗集电环圆周外表面，完成作业。

Claims (5)

1.一种发电机集电环阴极自动激光清洗设备的使用方法，用于发电机集电环阴极清洗，其特征在于：采用了一种发电机集电环阴极自动激光清洗设备，所述的一种发电机集电环阴极自动激光清洗设备包括上固定环座（1）、回转支撑环座（5）以及下固定环座（10），上固定环座（1）和下固定环座（10）之间通过多个导向轴（7）连接，回转支撑环座（5）与多个所述导向轴（7）滑动连接，上固定环座（1）上安装有升降装置（6），升降装置（6）与回转支撑环座（5）连接传动，升降装置（6）用于驱动回转支撑环座（5）在上固定环座（1）和下固定环座（10）之间往复滑动，回转支撑环座（5）上安装有回转装置（4），回转装置（4）能够绕所述回转支撑环座（5）转动，回转装置（4）上安装有直线模组（3），直线模组（3）的滑座上安装有激光清洗头（2）；

所述上固定环座（1）为圆环结构，上固定环座（1）上安装有至少三个夹紧气缸（101），夹紧气缸（101）的活塞杆朝向上固定环座（1）的中心，活塞杆端部安装有弧形垫块（102）；上固定环座（1）与下固定环座（10）结构相同；

所述回转装置（4）包括驱动电机（401）、第一电机座（402）、齿轮（403），驱动电机（401）安装在第一电机座（402）上，驱动电机（401）的输出轴上安装有齿轮（403），齿轮（403）与回转支撑环座（5）内圆周面的齿圈啮合，第一电机座（402）安装在滑块（405）上；

所述升降装置（6）包括升降电机（601）、第二电机座（602）、联轴器（603）、丝杠（605）、以及丝杠螺母（606），所述第二电机座（602）通过螺栓固定安装在上固定环座（1）上，第二电机座（602）上方安装所述升降电机（601），上固定环座（1）和下固定环座（10）上分别安装有丝杠轴承座（604），回转支撑环座（5）上安装有丝杠螺母（606），丝杠（605）两端分别与上固定环座（1）和下固定环座（10）上的丝杠轴承座（604）转动连接，丝杠螺母（606）旋接在丝杠（605）上，丝杠（605）位于第二电机座（602）的一端伸出，丝杠（605）的伸出端通过联轴器（603）与升降电机（601）的输出轴连接传动；

还包括控制器（11）、激光器（12）以及电磁阀组（13），控制器（11）与激光器（12）、电磁阀组（13）、升降装置（6）、直线模组（3）以及回转装置（4）电连接，激光器（12）与激光清洗头（2）光纤连接，电磁阀组（13）与激光器（12）、夹紧气缸（101）气管连接；

使用方法包括以下步骤：

步骤一，清洗设备组装：在集电环外围，将导向轴（7）一端安装在上固定环座（1）上，再将回转支撑环座（5）安装到导向轴（7）上，之后再将下固定环座（10）安装到导向轴（7）的另一端，再安装升降装置（6），之后在回转支撑环座（5）上安装回转装置（4），再将激光清洗头（2）安装到直线模组（3）的滑座上，组装完成后套装在集电环外圈上；

步骤二，设备电、气、激光连接：将升降装置（6）的升降电机（601）、回转装置（4）的驱动电机（401）、直线模组（3）中的步进电机与控制器（11）电连接，将上固定环座（1）和下固定环座（10）上的夹紧气缸（101）与电磁阀组（13）管道连接，电磁阀组（13）与控制器（11）电连接，电磁阀组（13）与气源管道连通，将激光清洗头（2）与激光器（12）光纤连接，激光器（12）与电磁阀组（13）管道连接，控制器（11）与激光器（12）电连接，连接完成后进行通电、通气测试，测试电机正反转是否正常，测试完成后进入下一步；

步骤三，确定激光清洗头（2）的可达性：通过控制器（11）控制所述直线模组（3），调节激光清洗头（2）与集电环之间的距离；上下试运行升降装置（6），升降装置（6）带动所述回转支撑环座（5）沿导向轴（7）上下移动，检查是否满足清洗高度范围需求，检查是否存在干涉；试运行回转装置（4），回转装置（4）带动激光清洗头（2）沿回转支撑环座（5）转动，检查是否满足清洗圆周范围需求，检查是否存在干涉；若存在干涉应检查设备安装是否与集电环同轴，调节上固定环座（1）、下固定环座（10）与集电环的相对位置直至运行无干涉；

步骤四，启动发电机集电环阴极自动激光清洗设备：开机前检查可达性无误后，将设备回到设置的零点位置，通过控制器（11）启动设备，使激光清洗头（2）按预设好的路径运动，激光清洗头（2）发出激光清洗集电环圆周外表面；其中，运行时激光清洗头（2）先按圆周方向顺时针清洗一圈，然后上升一定高度，之后按圆周方向逆时针清洗一圈后，再上升一定高度，以此循环作业，避免光纤、线缆弯折，最终完成集电环圆周外表面清洗作业。

2.根据权利要求1所述的一种发电机集电环阴极自动激光清洗设备的使用方法，其特征在于：所述上固定环座（1）和下固定环座（10）分别是由至少两段弧形结构件通过螺栓连接组成。

3.根据权利要求1所述的一种发电机集电环阴极自动激光清洗设备的使用方法，其特征在于：所述导向轴（7）上下两端分别安装有固定座（9），导向轴（7）通过两端的固定座（9）分别与上固定环座（1）、下固定环座（10）连接固定，所述回转支撑环座（5）上安装有直线轴承（8），回转支撑环座（5）通过直线轴承（8）与导向轴（7）配合连接滑动。

4.根据权利要求1所述的一种发电机集电环阴极自动激光清洗设备的使用方法，其特征在于：所述回转支撑环座（5）的内圆周面设有齿圈，回转支撑环座（5）的一侧端面上安装有环形导轨（404），环形导轨（404）上安装有滑块（405），滑块（405）上安装有所述回转装置（4）。

5.根据权利要求4所述的一种发电机集电环阴极自动激光清洗设备的使用方法，其特征在于：所述回转支撑环座（5）由至少两段弧形结构件通过螺栓连接组成，所述环形导轨（404）由至少两段弧形导轨拼装而成，所述滑块（405）设有两个。