垂直輸入變頻調(diào)速直進(jìn)式拉絲機(jī)的研制

于承波

（威海銀興預(yù)應(yīng)力線材有限公司，山東威海264204）

經(jīng)驗(yàn)交流

垂直輸入變頻調(diào)速直進(jìn)式拉絲機(jī)的研制

于承波

（威海銀興預(yù)應(yīng)力線材有限公司，山東威海264204）

威海銀興集團(tuán)通過采用變頻調(diào)速的新技術(shù)，研制垂直輸入變頻調(diào)速直進(jìn)式拉絲機(jī)。介紹了拉絲機(jī)的基本工作原理、系統(tǒng)組成及技術(shù)參數(shù)的制定。生產(chǎn)應(yīng)用表明，研制的拉絲機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)拉拔。

直進(jìn)式拉絲機(jī)；變頻調(diào)速；技術(shù)參數(shù)

1　前言

威海銀興集團(tuán)原采用拉絲機(jī)卷筒直徑是900 mm，直流調(diào)速。每個(gè)卷筒的動(dòng)力是110 kW的直流電機(jī)，電耗較高。由于卷筒小，線速度小，日產(chǎn)單絲35 t。為了適應(yīng)市場需求，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，采用變頻技術(shù)研制新拉絲機(jī)。LZ-9/1200垂直輸入變頻調(diào)速直進(jìn)式拉絲機(jī)成功應(yīng)用于生產(chǎn)，電機(jī)功率90 kW，每個(gè)收線輪存儲(chǔ)的單絲是2.65 t，日產(chǎn)55 t單絲。新拉絲機(jī)的研制成功，為贏得市場奠定了基礎(chǔ)。

2　直進(jìn)式拉絲機(jī)的試制開發(fā)

2.1拉絲機(jī)基本工作原理

直進(jìn)式拉絲機(jī)是生產(chǎn)低松弛、高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絞線的前工序設(shè)備，拉拔出的鋼絲機(jī)械性能的好壞直接影響到鋼絞線的質(zhì)量。威海銀興公司用于生產(chǎn)1 860 MPa高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線的原料是直徑Φ12.5 mm和Φ13 mm的熱軋控冷盤條，將通過拉絲機(jī)多道次拉拔成所需要的鋼絲直徑。

拉絲機(jī)依據(jù)的原理是塑性材料受拉時(shí)產(chǎn)生的拉伸變形。拉拔道次的設(shè)置將直接影響到設(shè)備裝機(jī)容量的大小、設(shè)備運(yùn)行的平穩(wěn)性。而多道次拉絲機(jī)要實(shí)現(xiàn)連續(xù)拉拔，其基本條件是在整個(gè)拉拔過程中保持鋼絲的體積秒流量相等。在制定好工藝配模后，拉拔卷筒的速度匹配將完全由電氣系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。通過在線自動(dòng)檢測技術(shù)，將在拉伸變形時(shí)測得的角度張力信號(hào)實(shí)時(shí)反饋給控制系統(tǒng)，形成閉環(huán)控制，通過PLC控制下的變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)的，見圖1。

拉絲機(jī)的9個(gè)卷筒在統(tǒng)一的給定速度下運(yùn)行拉絲，角度張力傳感器1將卷筒1的轉(zhuǎn)速擾動(dòng)取出，送至變頻器2，驅(qū)動(dòng)電機(jī)2在運(yùn)行中跟蹤著電機(jī)1，保持著與電機(jī)1的動(dòng)態(tài)同步。類似地，電機(jī)3在角度張力傳感器2的反饋下，跟蹤著電機(jī)2……電機(jī)9在角度傳感器8的反饋下，跟蹤著電機(jī)8，從而使本機(jī)9個(gè)卷筒協(xié)調(diào)一致。

圖1　變頻調(diào)速原理

2.2系統(tǒng)組成

LZ-9/1200垂直輸入直進(jìn)式拉絲機(jī)由卷筒、張力裝置、拉絲模、變頻電機(jī)、減速器、電控部分組成。變頻電機(jī)通過減速器將動(dòng)力傳給卷筒，鋼絲穿過拉絲模在卷筒的作用下完成拉拔動(dòng)作，張力裝置和變頻電機(jī)在電控部分的控制下保證鋼絲通過各模具體積流量相等。拉絲機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　拉絲機(jī)結(jié)構(gòu)

2.3拉絲機(jī)技術(shù)參數(shù)

在拉絲機(jī)中，拉拔道次的設(shè)置直接關(guān)乎拉拔出鋼絲的綜合機(jī)械性能和設(shè)備的性能。而平均道次壓縮率的大小對(duì)鋼絲抗扭轉(zhuǎn)、彎曲性能，進(jìn)而提高鋼絲合格率具有十分重要的意義。總壓縮率的大小直接影響著鋼絲的抗拉強(qiáng)度。經(jīng)驗(yàn)表明，拉拔的總壓縮率控制在88%左右，平均道次壓縮率確定在20%左右，會(huì)使鋼絲獲得較為理想的綜合力學(xué)性能。

1）拉拔壓縮率qn：

式中dn為拉拔后鋼絲直徑，dn-1為拉拔前鋼絲直徑。

2）平均道次壓縮率q：

式中d0為第一道鋼絲直徑，n為拉拔道次。3）鋼絲冷拉后的強(qiáng)度σbn（MPa）：式中σ0為拉拔前原料的抗拉強(qiáng)度，MPa；k為系數(shù)，為0.95～1.05。

4）鋼絲所需拉拔力P（N）：

式中qn為壓縮比。

5）鋼絲所需拉拔功率Nn（kW）：

式中Vn為鋼絲線速度，m/s；Pn為拉拔力，N。

在理想狀態(tài)下，鋼絲的線速度等于卷筒的線速度，鋼絲被拉拔。而實(shí)際上，鋼絲在卷筒上拉緊后，鋼絲和卷筒表面會(huì)產(chǎn)生很大的摩擦力，這個(gè)摩擦力使得鋼絲通過拉絲模不斷地被拉長。所以，鋼絲和卷筒之間具有相對(duì)滑動(dòng)，也就是說鋼絲的線速度小于卷筒的線速度。

2.4關(guān)鍵技術(shù)的解決

保證鋼絲通過各模具的體積流量相等是研制拉絲機(jī)需要解決的關(guān)鍵技術(shù)，是通過采用傳感器技術(shù)、變頻技術(shù)，在PLC的控制下實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制來實(shí)現(xiàn)的。

鋼絲經(jīng)卷筒拉拔收卷，經(jīng)靠線輥進(jìn)入模盒，到下一卷筒拉拔?？烤€輥裝在由氣缸連接的杠桿轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸上安裝角度傳感器。該傳感器隨著轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)，改變轉(zhuǎn)角從而改變電氣參數(shù)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)裝置令下一卷筒加速或減速。若卷筒轉(zhuǎn)速忽然加快，則鋼絲因松弛而使杠桿轉(zhuǎn)軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)一角度，傳感器則輸出1個(gè)電氣信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)裝置令卷筒加速，從而使鋼絲繃緊回復(fù)。反之，當(dāng)卷筒轉(zhuǎn)速突然減慢時(shí)，則鋼絲因繃緊而使杠桿轉(zhuǎn)角逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)一角度，傳感器又輸出一個(gè)電氣信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)裝置令卷筒相應(yīng)減速，使鋼絲松弛，隨靠線輥回復(fù)。在運(yùn)行中，有了傳感器的信號(hào)調(diào)節(jié)，下一卷筒或快或慢，始終跟蹤著卷筒，保持平衡，實(shí)現(xiàn)了鋼絲的直進(jìn)聯(lián)拉。

2.5設(shè)備特點(diǎn)

采用9道卷筒拉拔，降低了拉拔鋼絲平均壓縮率，對(duì)于提高鋼絲扭轉(zhuǎn)、彎曲性能，進(jìn)而提高鋼絲合格率具有十分重要的意義。采用1 200 mm的卷筒直徑，積線高度達(dá)350～400 mm，提高了鋼絲在卷筒上的停留時(shí)間。拉絲速度可達(dá)5～7 m/s，提高了設(shè)備的生產(chǎn)率。卷筒冷卻采用中空軸全封閉冷卻水，卷筒內(nèi)壁采用電鍍鋅保護(hù)層，避免了長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后的積垢，提高了卷筒的冷卻效果。電氣上應(yīng)用PLC控制的變頻調(diào)速技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了比同類產(chǎn)品更節(jié)約能耗，降低成本。卷筒采用合金鋼制造，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后再進(jìn)行機(jī)械加工，保證了最終熱處理工序所需要的硬度要求，提高了卷筒的耐磨性。

3　應(yīng)用效果

LZ-9/120垂直輸入變頻調(diào)速直進(jìn)式拉絲機(jī)經(jīng)過9道次的拉拔，可拉拔直徑≤13 mm的高碳鋼盤條，以最高拉拔速度≤6.5 m/s拉制成需要的線徑，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)拉拔。采用變頻技術(shù)應(yīng)用于合股機(jī)和拉絲機(jī)，每噸絞線的能耗節(jié)省40元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

TG355+.1

B

1004-4620（2016）03-0078-02

2016-05-16

于承波，女，1968年生，1991年畢業(yè)于天津科技大學(xué)化工設(shè)備與機(jī)械專業(yè)。現(xiàn)為威海銀興預(yù)應(yīng)力線材有限公司設(shè)備科長，機(jī)械工程師，從事機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、調(diào)試工作。