某型號傳統(tǒng)拉絲機的優(yōu)化設計與研究

彭定文

（柳州城市職業(yè)學院 機電與汽車工程系，廣西 柳州 545036）

拉絲機是特種鋼精線生產(chǎn)線的主要設備，拉絲機的制造工藝水平越來越受重視，其優(yōu)化也日益成為人們關注的焦點，但是國內(nèi)生產(chǎn)的拉絲機呈現(xiàn)普遍落后的狀態(tài)[1]。在國內(nèi)生產(chǎn)的拉絲機中，在關鍵運行工況參數(shù)上雖然也進行了控制，但是也只能滿足其工作要求，并沒有切實可行的做到真正的優(yōu)化運行，與其他國家領先的技術相比，還存在很大差距。所以，對傳統(tǒng)拉絲機的制造工藝進行分析和研究，并有針對性的進行設計優(yōu)化，提高拉絲機的拉絲精度、自動化程度，對國內(nèi)鋼精線生產(chǎn)線行業(yè)有較大的借鑒意義。這就需要保持系統(tǒng)運行的穩(wěn)定，同時保證提高產(chǎn)品質(zhì)量，在資本運轉周期方面得到了縮短，可以實現(xiàn)低投入、高產(chǎn)出的目標。

1 傳統(tǒng)拉絲機的問題研究

直線式拉絲機是金屬加工行業(yè)制造鋼絲的專用設備。鋼精線生產(chǎn)線由拉絲機及輔助設備組成，基本結構有直流電動機、卷筒、放線機、收線機，傳動裝置等主要裝置，為了長期的正常運轉，還會設計有氣壓制動系統(tǒng)、潤滑油供給系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)以及液壓站等[2]。

1.1 傳統(tǒng)拉絲機工作原理

從圖1可觀察出，拉絲機的工作原理為：（1）先將原料卷盤2放置在軸承制作1上，將不銹鋼絲繞在輸送輥4上，然后將不銹鋼鋼絲從拉拔模5上穿過，并且卷筒6拉伸，拉伸將不銹鋼絲的直徑變細，完成第一次拉伸；（2）將第一次拉伸過的不銹鋼絲穿過拉拔模7，用卷筒拉伸，則不銹鋼絲直徑將會再次變細，完成第二次拉伸。周而復始的進行拉伸，不銹鋼絲的橫截面的直徑將會逐步減小，直至完成鋼絲拉伸。將完成標準的產(chǎn)品9繞在產(chǎn)品10卷盤上，用收線電動機15通過三角皮帶13帶動轉動帶輪11，帶輪11將會帶動產(chǎn)品10卷盤轉動完成收卷工作，完成整個生產(chǎn)過程。

圖1 傳統(tǒng)拉絲機的基本構造

1.2 傳統(tǒng)拉絲機工作時易出現(xiàn)問題

傳統(tǒng)的直進式拉絲機在生產(chǎn)作業(yè)時，生產(chǎn)過程中會出現(xiàn)幾個常見的問題[3]：

（1）生產(chǎn)出來的不銹鋼絲重量普遍較輕，無法生產(chǎn)大重量鋼絲產(chǎn)品；

（2）在生產(chǎn)出的鋼絲中，不銹鋼絲是圓柱度很低；

（3）生產(chǎn)產(chǎn)品軸線方向的一致性低。

2 總體優(yōu)化方案設計

2.1 優(yōu)化目標

在總體方案設計中要求生產(chǎn)的鋼絲直徑最小值為Φ1.8 mm；拉拔時速度值最小為500 m/min；停車時用時最小值為不超過90 s；噪聲水平保證小于80 dB.具體要求如下：

（1）開始穿線后，需要點動腳踏開關，平穩(wěn)實現(xiàn)啟停；

（2）能夠?qū)崿F(xiàn)任一臺拉絲機進行前點動，也能從任一臺拉絲機實現(xiàn)后點動，方便實現(xiàn)跑頭和穿線的作業(yè)要求；

（3）能夠用傳感器控制空卷筒在10 s以內(nèi)自動進行停車，在此過程中也可進行手動解除其中的斷線停車的功能；

（4）各個卷筒機臺都可以單獨進行工作，并且主控臺位置可以完成整機聯(lián)動，點動腳踏開關；

（5）緊急停車的實現(xiàn)既可以通過各個卷筒拉閘來實現(xiàn)，也可在主控臺、收線機的急停按鈕實現(xiàn)；

（6）跳道功能實現(xiàn)任意跳道切換。

2.2 優(yōu)化方案

如圖2所示為其具體解決方案圖：

圖2 總體方案

（1）放線機料盤2的轉動軸上增添可調(diào)阻尼器23和傳感器，并且在工作狀態(tài)時，PLC根據(jù)后道的工序速度指令，對阻力大小進行調(diào)整，完成穩(wěn)定的放線工作；

（2）不銹鋼絲在穿過拉拔模8前的位置增加緊力控制裝置，該裝置由配重錘4、浮動輥5和導絲輥6組成，保證不銹鋼絲工作期間保持與拉絲輥間的穩(wěn)定摩擦力，增加其拉絲速度和穩(wěn)定性；

（3）在不銹鋼絲拉絲機的各個卷筒前端，增加張力控制裝置，該裝置由導絲輥12、角度傳感器13、擺桿14和擺動輥15組成，以此控制收線張力，并可以反饋信號，實時可調(diào)拉拔速度；

（4）收線機部分的主電機和排線機處的主電機都配備變頻電機。PLC便可以根據(jù)張力變化發(fā)給變頻器指令。改變收線速度，從而調(diào)節(jié)其他電機速度。

3 控制模式的優(yōu)化設計

這里選用INVT-CHV130專用型變頻器結合雙變頻中型、小型及微型拉絲機控制的要求，專用于雙變頻控制拉絲機的變頻器，具有耐高溫、防金屬粉塵、防潮濕、防腐蝕性能好，同時在變頻器上集成故障報警的功能和其它功能，并能很好匹配機械系統(tǒng)。在變頻器接收到外部信號時，能夠快速計算，直接快速控制系統(tǒng)，響應速度非?？欤疽鈭D具體如圖3.

圖3 拉絲機的整體控制系統(tǒng)示意圖

4 拉絲機的調(diào)試與試驗

4.1 拉絲機的調(diào)試

拉絲機的組成構件較為復雜，在進行試驗之前需要對局部的構件進行一定的檢查與調(diào)試，保證整體運行時能符合設計要求。

在進行調(diào)試的空機試驗前，需要將檢測斷絲和張力的傳感器安裝到正確的位置，如沒有完成上述檢測，拉絲機將無法啟動?？諜C試驗實際上是對拉絲機正常運轉的檢查過程，每一個速度節(jié)點需要連續(xù)工作1 h的情況下才能再次改變速度，此外，空機試驗需要有人全程監(jiān)控，如遇問題，需要及時調(diào)試并重新試驗。完成上面的空機運轉調(diào)準備之后，就可以開始對拉絲機進行實際工況的檢查試驗了。粗線隨著線圈傳動，依次經(jīng)過涂料機、烘干機之后，砸匾機將粗鋼絲線砸成第一道拉升所需要的尺寸，再穿過過絲輪至拉絲機的卷筒上，通過每個卷筒單點動將其拉伸至下一道的尺寸，直至到收卷機上。穿好鋼絲線之后，以收卷機的速度作為參考速度，逐步提高拉絲機的整體速度，每一個速度節(jié)點必須穩(wěn)定15 min之后才能再次提升速度。等待拉絲機正常工作以后，試驗時常需要在128 h左右，在沒有出現(xiàn)任何問題的條件下才可以進行后續(xù)的測試試驗。其試驗圖如圖4、圖5所示。

圖4 調(diào)試現(xiàn)場

圖5 試驗現(xiàn)場圖

4.2 拉絲機的試驗

為了保證試驗的結果的準確性，在保證機器正常工作的同時，還要考慮機械在運行過程中所帶來的系統(tǒng)誤差，所以試驗采取多組試驗取平均值的方法來減少試驗誤差，相關的測試結果如下表1、表2、表3所示。

表1 拉絲機各道次拉拔力與鋼絲抗拉強度試驗結果

表2 對拉絲機各道次負載力矩試驗結果

表3 斷絲檢測試驗

5 結論

對傳統(tǒng)不銹鋼拉絲機的研究基礎上，在機械結構上進行改進優(yōu)化，增添PLC模塊、電動機變頻器模塊和角度傳感器等先進的自動化元器件。以此提高設備的穩(wěn)定性、自動化程度等，根據(jù)PLC發(fā)送的指令進行可控收線速度，并且調(diào)節(jié)不銹鋼絲張力，根據(jù)拉絲的輸送速度變化，進行同步收線的速度改變。機械結構優(yōu)化方面增加了預緊力控制的裝置、可編輯的阻尼器模塊和張緊力控制系統(tǒng)，大大優(yōu)化了傳統(tǒng)不銹鋼產(chǎn)品中存在的一些關于產(chǎn)品長度短和質(zhì)量輕的問題。

[1]鄒 韜.拉絲機的技術改造[J].中國設備工程，2007（l0）：21-24.

[2]胡繼珍，張玉柱，于 飛，等.直進式拉絲機控制系統(tǒng)設計[J].現(xiàn)代制造工程，2008（8）：23-26.

[3]劉新萍.活套調(diào)諧式拉絲機生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設計[D]：南昌:南昌大學，2010.