电力机车牵引电机智能化改造关键技术应用研究

摘要

伴随着人类进入第四次工业革命的脚步声，世界上主要强国纷纷提出了各自发展工业4.0的计划，以求在这次工业革命浪潮中占得先机，德国政府推出了《德国工业4.0战略》、美国国家科学技术委员会发布了《先进制造业国家战略计划》等。为加快中国由“制造大国”向“制造强国”的转变，“中国制造2025”应运而生，作为“中国制造2025”五大工程的“智能制造”，其重要地位显而易见。本文基于智能化改造的研究思路，展开对电力机车核心部件牵引电机定子嵌线的研究工作。目前牵引电机定子采用人工嵌线，这种方式存在嵌线效率低下以及线圈在嵌线过程中可能受损等问题。本文设计出一种替代人工的嵌线头来完成定子嵌线，运用机械设计、有限元分析、失效分析以及传感器技术开展该嵌线头的研究和设计工作。主要内容可以总结为以下三方面： （1）牵引电机定子线圈在嵌线过程中，可能存在绝缘层损伤，乃至失效。通过对定子线圈进行有限元分析，得出了定子线圈有效边在嵌入力作用下的应力和应变，为牵引电机定子嵌线头的设计提供了理论参考。 （2）牵引电机定子人工嵌线存在嵌线困难以及嵌线复杂这两个问题，运用UG设计出了一种牵引电机定子嵌线头。通过模拟牵引电机人工嵌线的过程，总结人工嵌线技巧以及嵌线次序所遵循的规律。提出在嵌线模具上加装传感器，实时监测嵌入力大小，并对嵌入力进行调整，保证线圈不受损伤。由于牵引电机定子槽数较多，嵌线较复杂，将牵引电机定子槽数由72槽简化到18槽，先进行该嵌线头的原理设计，再进行嵌线头详细结构设计。 （3）直槽型外滑槽圆盘理论上无法嵌线，最终将导致定子线圈嵌线无法完成，通过数学分析论证，对嵌线头外滑槽圆盘进行了槽型优化。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3.1 研究意义

1.3.2 研究目的

1.4 论文主要内容

1.5 论文主要结构

第二章 牵引电机定子人工嵌线方法分析

2.1 牵引电机定子结构

2.2.1 嵌线物料清单

2.2.2 人工嵌线过程

2.3 牵引电机定子布线规律

2.4 牵引电机定子嵌线规律

2.5 本章小结

第三章 牵引电机定子线圈绝缘层研究

3.1 牵引电机定子线圈绝缘层的构成

3.2.1 失效分析概念

3.2.2 定子线圈绝缘层失效模式

3.3.1 UG有限元分析模块简介

3.3.2 定子线圈受力分析

3.3.3 定子线圈有限元分析

3.3.4 定子线圈有限元分析结果

3.4 本章小结

第四章 牵引电机定子嵌线方法研究及嵌线头结构设计

4.1 总体设计目标

4.2.1 拉入法嵌线

4.2.2 牵引电机定子嵌线原理

4.3 嵌线头总体设计

4.4 牵引电机定子嵌线头关键零部件结构详细设计

4.5 牵引电机嵌线头铰链部分设计

4.6 牵引电机定子嵌线头标准件选型

4.7 本章小结

第五章 牵引电机定子嵌线头关键部件优化

5.1.1 槽型问题分析

5.1.2 槽型优化方法

5.2.1 优化设计过程

5.2.2 优化结果

5.3 槽型工程应用优化

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 后续工作展望

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果