介绍一种牵引电机定子电磁引线钎焊接头应变疲劳的测试装置的制作方法

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本实用新型涉及疲劳测试技术领域,尤其涉及一种牵引电机定子电磁引线钎焊接头应变疲劳的测试装置。



背景技术:

应用于干线电力机车的大功率牵引电机的定子绕组和导电环都使用无氧铜制造。在定子的制造过程中,绕组的电磁引线并不是由一根无氧铜扁线盘绕而成,而是由多根无氧铜扁线安装于定子铁芯中,在铁芯伸出部分焊接在一起连接成回路。引出线并头常用的焊接方法有感应钎焊、火焰钎焊和电阻钎焊等。牵引电机在轨道车辆的运行过程中,由于持续经历频繁的起动与制动以及振动等各种因素的影响,定子上的焊接部位就容易发生断裂事故,其中定子电磁引线之间的钎焊接头处是最常发生断裂的部位之一。有研究表明,在钎焊过程中,母材经历了焊接热循环后会发生软化,导致钎缝和热影响区的组织和性能发生一系列的变化,这些变化成为造成断裂失效的重要原因之一。通过对失效电机的分析,定子电磁引线在服役过程中几乎不承受拉应力,断裂失效主要是接头热影响区在持续振动条件下发生的弯曲疲劳断裂,因此考察特定焊接工艺条件下所得接头的疲劳性能对提高电机可靠性和列车的安全运行都十分重要。

电磁引线与导电环通常是装配成丁字接头,由于这种纯铜丁字接头的弯曲疲劳性能测试暂时还没有相关标准可参照,也没有通用或专门的设备可用于此类测试。在电机制造行业中,测试可靠性时是把完整的电机在专用的电机振动台上测试,一次测试的成本在20万左右,在工艺优化和调整时,生产厂家除非在必要的情况下,一般很少做振动台测试。通常工艺人员采用手动搬动的方式,通过接头的搬动次数评价接头的抗疲劳特性。然而,手动搬动时,不但费力,并且每次搬动的幅度和力度都难以一致,使得通过这种方式得到的疲劳寿命预测的准确性大大降低。

实际上通过手动搬动方式测试的疲劳性能属于低周或超低周疲劳,也被称作应变疲劳或塑形疲劳,每次搬动都使试样局部发生宏观塑性变形,疲劳寿命取决于塑性应变幅。只有保证塑性变形幅度的一致性,不同样品间的结果才有可比性。

因此,综上所述,有必要提供一种新型测试装置以解决现有技术的不足。



技术实现要素:

本实用新型的目的是针对上述牵引电机定子电磁引线钎焊接头手动搬动评价应变疲劳寿命时,变形幅度难以保证一致性的问题,而提供一种牵引电机定子电磁引线钎焊接头应变疲劳的测试装置。本实用新型主要利用丝杠和上压块将被测样品的钎缝位置夹持并压紧于下压块上,被测样品的电磁引线的延申端穿过窗口,在窗口的外侧上下搬动引线,并记录引线断裂时搬动的次数,从而测试接头的应变疲劳寿命。本实用新型可以根据需要设定搬动时塑性变形的幅度(即角变形量),并且通过机械限制方式控制每次的变形量都一致,测试结果的一致性和可比性都得到保证。本实用新型采用的技术手段如下:

一种牵引电机定子电磁引线钎焊接头应变疲劳的测试装置,包括:底座、置于底座一侧的侧立柱和与底座相连的窗口结构,所述底座的另一侧设有至少两条条形孔,所述条形孔与所述窗口结构的底板活动连接,所述窗口结构通过所述条形孔实现往复移动,所述底板上设有立板,所述立板的中部开设有窗口;

所述侧立柱为u型龙门架结构,所述侧立柱顶部横梁的中部设有螺纹孔,所述螺纹孔内贯穿连接有丝杠,所述丝杠穿出所述螺纹孔的下端连接有上压块,位于所述上压块下方的所述侧立柱的两侧竖直立柱间设有下压块,通过丝杠带动上压块向下移动将被测样品的一端夹持并压紧在所述下压块上,所述被测样品的另一端贯穿所述窗口并伸出到所述窗口外;在所述窗口的外侧上下搬动所述被测样品的另一端,所述窗口的上沿和下沿为所述被测样品角变形的极限,通过移动所述窗口结构以控制和调整所述角变形量的大小。

进一步地,所述底板和所述立板间至少焊接有一个加强筋,用以保证刚度。

进一步地,所述侧立柱的两侧竖直立柱的两边与所述底座间至少焊接有四个加强筋。

进一步地,所述条形孔为设置在所述底座上的长槽或贯穿所述底座的通长孔。

进一步地,所述条形孔为长槽时,所述窗口结构的底板嵌入所述长槽中,且在所述底座的设有螺杆,所述螺杆与所述底板相连,通过转动所述螺杆实现所述窗口结构在所述底座上的的往复移动和固定;所述条形孔为贯穿的通长孔时,所述窗口结构通过螺栓实现在所述底座上的往复移动和锁紧固定。

进一步地,所述窗口的宽度大于所述被测样品中穿入所述窗口的一端的宽度,所述被测样品穿过所述窗口后与所述窗口的左右两侧的间隙为2~4mm。

进一步地,所述窗口的水平中轴线与所述被测样品的水平中轴线重合,所述被测样品搬动到所述窗口的上沿和下沿极限的角变形量一致。

较现有技术相比,本实用新型具有以下优点:

1、本实用新型的牵引电机定子电磁引线钎焊接头应变疲劳的测试装置,可根据需要设定搬动时塑性变形的幅度(即角变形量),并且通过机械限制方式控制每次的变形量都一致,测试结果的一致性和可比性都得到保证;可保证每次将被测样品都搬动到上下极限时的角变形量一致。

2、本实用新型的牵引电机定子电磁引线钎焊接头应变疲劳的测试装置,对制造材质无特殊要求,只要保证整体结构刚度,采用铝合金或者普通低碳钢皆可,成本较低。

3、本实用新型的牵引电机定子电磁引线钎焊接头应变疲劳的测试装置,结构简单,通过改变窗口与侧立柱之间的距离可实现调整角变形量的大小,通过窗口上下沿保证每次角变形量的一致性,结构合理;实际使用时只需把样品夹紧,每次上下搬动都达到窗口上下沿的极限,人工记数,直到样品发生疲劳断裂,并记录总搬动次数,即完成测试,操作也较为简单,可实现代替手工搬动的方式进行低周疲劳寿命测试。

4、本实用新型的牵引电机定子电磁引线钎焊接头应变疲劳的测试装置,用于测试电机定子电磁引线钎焊接头应变疲劳时,是最经济和合适的一种选择;也可以用于其它较软材料本身及其丁字接头低周疲劳寿命的评价,具有操作简单、实用、廉价等特点。

基于上述理由本实用新型可在使用测试装置对电磁引线丁字钎焊接头进行应变疲劳寿命测试的疲劳测试技术等领域广泛推广,同样适用于其它较软材料焊接接头及基材低周疲劳寿命的测试。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型中底座和侧立柱的结构示意图。

图3为本实用新型中窗口结构的结构示意图。

图4为本实用新型中上压块的结构示意图。

图5为本实用新型中丝杠的结构示意图。

图6为本实用新型中牵引电机定子电磁引与回路环的丁字钎焊接头的示意图。

图7为本实用新型中电磁引线丁字钎焊接头测试图。

图8为本实用新型中原始电磁引线的测试图。

图中:1、底座;2、窗口结构;3、上压块;4、丝杠;5、侧立柱;6、被测样品。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。

如图1-8所示,本实用新型提供了一种牵引电机定子电磁引线钎焊接头应变疲劳的测试装置,包括:底座1、置于底座1一侧的侧立柱5和与底座1相连的窗口结构2,所述底座1的另一侧设有至少两条条形孔,所述条形孔与所述窗口结构2的底板活动连接,所述窗口结构2通过所述条形孔实现往复移动,所述底板上设有立板,所述立板的中部开设有窗口;所述侧立柱5为u型龙门架结构,所述侧立柱5顶部横梁的中部设有螺纹孔,所述螺纹孔内贯穿连接有丝杠4,所述丝杠4穿出所述螺纹孔的下端连接有上压块3,位于所述上压块3下方的所述侧立柱5的两侧竖直立柱间设有下压块,通过丝杠4带动上压块3向下移动将被测样品6的一端夹持并压紧在所述下压块上,所述被测样品6的另一端贯穿所述窗口并伸出到所述窗口外;在所述窗口的外侧上下搬动所述被测样品6的另一端,所述窗口的上沿和下沿为所述被测样品6角变形的极限,通过移动所述窗口结构2以控制和调整所述角变形量的大小。

所述底板和所述立板间至少焊接有一个加强筋,用以保证刚度。

所述侧立柱5的两侧竖直立柱的两边与所述底座1间至少焊接有四个加强筋。

所述条形孔为设置在所述底座1上的长槽或贯穿所述底座1的通长孔。

所述条形孔为长槽时,所述窗口结构2的底板嵌入所述长槽中,且在所述底座1的设有螺杆,所述螺杆与所述底板相连,通过转动所述螺杆实现所述窗口结构2在所述底座1上的的往复移动和固定;所述条形孔为贯穿的通长孔时,所述窗口结构2通过螺栓实现在所述底座1上的往复移动和锁紧固定。

所述窗口的宽度大于所述被测样品6中穿入所述窗口的一端的宽度,所述被测样品6穿过所述窗口后与所述窗口左右边缘间各留有2~4mm间隙。

所述窗口的水平中轴线与所述被测样品6的水平中轴线重合,所述被测样品6搬动到所述窗口的上沿和下沿极限的角变形量一致。

实施例1

如图1-5所示,一种牵引电机定子电磁引线钎焊接头应变疲劳的测试装置,包括底座1、固定于底座1上的窗口结构2、用于夹持被测样品6的上压块3、调整压紧力的丝杠4和侧立柱5。

底座1、窗口结构2、上压块3、丝杠4和侧立柱5都采用q235低碳钢材质。首先按图2-图5进行零部件的机加工,为保证试样夹持稳定,上压块3和下压块的工作面都作压花处理。装配时,侧立柱5焊接于底座1的左侧,为保证刚度,在侧立柱5的每个立柱的两侧均焊接一个加强筋;侧立柱5的两个竖直立柱内侧均加工有长槽,下压块固定在长槽的底部,上压块3的两端分别置于两个竖直立柱内侧的长槽内,可通过丝杠4实现在长槽中上下移动。窗口结构2的底板和立板也采用焊接结构,在底板和立板之间也焊接一个加强筋。窗口结构2和底座1间不固定,本实施例中,平行设置有两条条形孔,两条条形孔均为贯穿底座1的通长孔,条形孔与窗口结构2通过螺栓连接,通过螺栓实现窗口结构2在底座1上的条形孔中进行往复移动,调整窗口结构2与侧立柱5之间的距离,用于设定和调整角变形量的大小,设定好后通过螺栓锁紧固定。

本实施例中,窗口的左右边缘与被测样品6间均预留3mm间隙,使被测样品6在窗口中主要进行上下移动,可防止测试过程中被测样品6发生左右偏移过大,对测试结果造成影响。

实施例2

选取的被测样品6如下:牵引电机定子上电磁引线与回路环的接头为丁字接头形式,1根电磁引线(规格:2.42mm×7.15mm)与回路环扁线(规格:4mm×12.5mm)沿宽边上下分布,二者中间夹1块0.4mm厚的hl204焊片(焊片规格:0.4×9×11mm),实际生产中电阻钎焊的工艺参数为:焊接电流2.14ka,焊接时间7s,电极压力0.6mpa。接头的样式如图6所示。

测试前把接头钎缝区两侧的回路环扁线切短,用上压块3和下压块压住钎缝区,丝杠4拧紧,电磁引线的延伸端穿过窗口,窗口与侧立柱5的距离设定为4mm,此时单侧角变形量约为32°,具体如图7所示。上下往复搬动电磁引线的延申端,直至引线断裂,并记录搬动次数,即为该条件下的低周疲劳寿命。进行多次试验并求取平均值。

作为对比,切取一段原始电磁引线,一端夹持于压块间,另一段穿过窗口,并搬动,做与接头同样的测试,具体如图8所示。进行多次试验并求取平均值。

本实施例中,经过5次测试,并取平均值,得到原始电磁引线的寿命为197次,接头的寿命为74次,具体结果见表1。接头和原始电磁引线都是断裂于夹持端的根部应力集中区。接头上的电磁引线经历焊接热循环后热影响区晶粒长大,性能下降,其抗疲劳能力比原始电磁引线下降50%以上。测试的结果表明,本实用新型的装置及测试方法简便易行,经济实用。

表1疲劳试验结果

本实用新型用于测试时,属于一种悬臂式的弯曲疲劳测试方式,由于纯铜较软,电磁引线和导电环的截面尺寸都不大,接头的整体刚度不够,难以在高频疲劳试验机上实现共振,如果采取加大尺寸提高刚度的方式制备试样,大尺寸试样的焊接时温度场的分布将完全不同,难以反映电磁引线与导电环焊接时热循环对材料租住与性能的影响,测试结果意义不大,因此,使用本实用新型的测试装置对电机定子电磁引线钎焊接头进行的应力疲劳测试是最经济和合适的一种选择。

最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。


技术特征:

1.一种牵引电机定子电磁引线钎焊接头应变疲劳的测试装置,其特征在于,包括:底座(1)、置于底座(1)一侧的侧立柱(5)和与底座(1)相连的窗口结构(2),所述底座(1)的另一侧设有至少两条条形孔,所述条形孔与所述窗口结构(2)的底板活动连接,所述窗口结构(2)通过所述条形孔实现往复移动,所述底板上设有立板,所述立板的中部开设有窗口;

所述侧立柱(5)为u型龙门架结构,所述侧立柱(5)顶部横梁的中部设有螺纹孔,所述螺纹孔内贯穿连接有丝杠(4),所述丝杠(4)穿出所述螺纹孔的下端连接有上压块(3),位于所述上压块(3)下方的所述侧立柱(5)的两侧竖直立柱间设有下压块,通过丝杠(4)带动上压块(3)向下移动将被测样品(6)的一端夹持并压紧在所述下压块上,所述被测样品(6)的另一端贯穿所述窗口并伸出到所述窗口外;在所述窗口的外侧上下搬动所述被测样品(6)的另一端,所述窗口的上沿和下沿为所述被测样品(6)角变形的极限,通过移动所述窗口结构(2)控制和调整所述角变形量的大小。

2.根据权利要求1所述的牵引电机定子电磁引线钎焊接头应变疲劳的测试装置,其特征在于,所述底板和所述立板间至少焊接有一个加强筋,用以保证刚度。

3.根据权利要求1所述的牵引电机定子电磁引线钎焊接头应变疲劳的测试装置,其特征在于,所述侧立柱(5)的两侧竖直立柱的两边与所述底座(1)间至少焊接有四个加强筋。

4.根据权利要求1所述的牵引电机定子电磁引线钎焊接头应变疲劳的测试装置,其特征在于,所述条形孔为设置在所述底座(1)上的长槽或贯穿所述底座(1)的通长孔。

5.根据权利要求4所述的牵引电机定子电磁引线钎焊接头应变疲劳的测试装置,其特征在于,所述条形孔为长槽时,所述窗口结构(2)的底板嵌入所述长槽中,且在所述底座(1)的设有螺杆,所述螺杆与所述底板相连,通过转动所述螺杆实现所述窗口结构(2)在所述底座(1)上的的往复移动和固定;所述条形孔为贯穿的通长孔时,所述窗口结构(2)通过螺栓实现在所述底座(1)上的往复移动和锁紧固定。

6.根据权利要求1或5所述的牵引电机定子电磁引线钎焊接头应变疲劳的测试装置,其特征在于,所述窗口的宽度大于所述被测样品(6)中穿入所述窗口的一端的宽度,所述被测样品(6)穿过所述窗口后与所述窗口的左右两侧的间隙为2~4mm。

7.根据权利要求6所述的牵引电机定子电磁引线钎焊接头应变疲劳的测试装置,其特征在于,所述窗口的水平中轴线与所述被测样品(6)的水平中轴线重合,所述被测样品(6)搬动到所述窗口的上沿和下沿极限的角变形量一致。

技术总结
本实用新型提供一种牵引电机定子电磁引线钎焊接头应变疲劳的测试装置,其特征在于,包括:底座、侧立柱和窗口结构,底座的另一侧设有至少两条条形孔,条形孔与窗口结构的底板活动连接,底板上设有立板,立板的中部开设有窗口;侧立柱顶部横梁的中部设有螺纹孔,螺纹孔内贯穿连接有丝杠,丝杠穿出螺纹孔的下端连接有上压块,位于上压块下方的侧立柱的两侧立柱间设有下压块,通过丝杠带动上压块向下移动将被测样品的一端夹持压紧在下压块上,被测样品的另一端贯穿窗口并伸出到窗口外;在窗口的外侧上下搬动被测样品的另一端,窗口的上沿和下沿为被测样品角变形的极限,通过移动窗口结构控制和调整角变形量的大小。本实用新型操作简单、实用、廉价。

技术研发人员:陈超宇;张未名;马有硕;路轶;潘金芝;李剑锋
受保护的技术使用者:大连交通大学
技术研发日:2019.11.08
技术公布日:2020.06.30

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