扁絲恒張力密排裝置

周華 黃澄 張浩 鄭殷超 胡金蓮

摘 要：針對在扁線的收卷過程中，易發(fā)生拉伸變形，其內部組織結構發(fā)生變化，影響其使用性能，維持收卷過程中張力恒定很重要。此外，不同于圓線材，扁線材的收卷和排線要滿足一定數學關系，排布精度要求較高。設計一種扁絲恒張力密排裝置，改善普通排線層疊及收線張力不穩(wěn)定現象，提高扁絲產品質量及生產效率。

關鍵詞：扁線材;收排線裝置;壓力傳感器;伺服電機;PLC

隨著越來越多研究表明，同規(guī)格截面呈扁平的線材在散熱性、導電性等方面都優(yōu)于目前圓截面的線材。因此扁線得到越來越多的應用。在扁線的收卷過程中，易發(fā)生拉伸變形，其內部組織結構發(fā)生變化，影響其使用性能，維持收卷過程中張力恒定很重要。此外，不同于圓線材，扁線材的收卷和排布要滿足一定數學關系，排布精度要求較高。本文主要對扁線材生產設備的各個部分進行了概述，特別是對設備的電氣系統(tǒng)和機械機構部分進行了新的設計。根據張力恒定的原理，選用比例閥和壓力傳感器實現設備高速運行情況下張力大小恒定。針對扁線排布過程易發(fā)生疊線的現象，分析不同排線裝置特點，選取伺服電機驅動排線絲杠及絲杠定位編碼器設計排線機構，為高質量排布提供平臺，根據排布的實際情況，對排布程序進行相關優(yōu)化。系統(tǒng)硬件方面，以西門子ST60型號的PLC作為核心控件，配合EM AE04擴展模塊和EM AM03特殊模塊作為控件的擴展，將整套系統(tǒng)分為動力放線機構、收卷機構和排線機構等幾大部分。選用伺服驅動器作為動力源，通過控制相應電機的轉速使系統(tǒng)各個部分穩(wěn)定運行，達到設備整體穩(wěn)定運行的目的，保持生產過程中張力恒定和排布均勻。利用觸摸屏和PLC通訊，進行相關參數的實時監(jiān)控和在線修改，實現人機交互。

1 設備組成及原理

1.1設備的組成

設備的組成如圖1所示，主要有放線裝置、收線裝置、排線裝置及控制系統(tǒng)等組成。放線裝置由放線伺服電機和張力臂組成，張力臂調節(jié)放線速度;收線裝置由收線伺服電機，比例閥，壓力傳感器組成，比例閥和壓力傳感器通過PLC模擬量信號轉換調節(jié)氣壓保持壓力恒定;排線裝置由排線伺服電機，絲杠位移編碼器通過PLC讀取收線速度計算排線速度以及排線到邊時的換向速度。主動放線是比較成熟的技術，本文主要介紹恒張力收線排線結構。

圖1至圖2所示， 1、壓絲氣缸2、壓板3、壓力傳感器4、計米編碼器51、計米導輪5、計米編碼器51、出線夾板調直器6、夾板調節(jié)輪7、連接絲杠編碼器8、排線絲杠機架9，伺服電機91;連接絲杠編碼器8，

1.2使用方式

排線絲杠機架9與排線檢測機構，排線檢測機構設置排線絲杠機架9上方，排線檢測機構包括過線導輪1、壓絲氣缸2、壓板3、壓力傳感器4、計米編碼器51、計米導輪5、出線夾板調直器6、夾板調節(jié)輪7、連接絲杠編碼器8、排線絲杠機架9以及伺服電機91;過線導輪1安裝在排線絲杠機架頂面一端，出線夾板調直器6安裝在排線絲杠機架頂面另一端，壓絲氣缸2與計米編碼器51安裝在過線導輪1與出線夾板調直器6之間，壓絲氣缸2頂端設有壓板3，計米編碼器51內轉動連接有計米導輪5，排線絲杠機架9一側設有伺服電機91，排線伺服電機91控制排線速度，壓絲氣缸2底端一側設有壓力傳感器4，壓力傳感器4調節(jié)比例閥氣壓控制壓力大小，，排線絲杠機架9底端設有夾板調節(jié)輪7，夾板調節(jié)輪7調節(jié)夾板松緊，夾板調節(jié)輪7一端設有連接絲杠編碼器8，連接絲杠編碼器8計算絲杠行走距離。

使用時，扁絲通過過線導輪1，經過壓板3由壓板3壓住，壓絲氣缸2控制壓板3，壓力傳感器4調節(jié)比例閥氣壓控制壓力大小實現對收線張力恒定控制，計米導輪5控制速度，出線夾板調直器6校直扁絲出線角度，可實現對扁絲高速精密排，提升其生產效率，夾板調節(jié)輪7調節(jié)夾板松緊，連接絲杠編碼器8計算絲杠行走距離，排線伺服電機91控制排線速度，在排線伺服電機91配合下可進一步提升扁絲加工效率，有助于降低其生產成本。

1.3電氣控制

電氣控制系統(tǒng)主要由人機界面（HMI）、PLC[6]、伺服控制器、傳感器，比例閥等低壓電氣組成。人機界面選用SMART700IEV3觸摸屏，PLC選用西門子CPUST60，伺服控制器選用臺達伺服，檢測元件選用模擬量探頭DW-AD-509-M18-390，比例閥SMC，ITV2050-312S 0.5兆，壓力傳感器CM50KG。PLC采集到檢測元件信號，對信號進行處理，發(fā)送給放線伺服，排線伺服、收線伺服速度使用轉矩方式，通過計米編碼器測得速度作為主速度。

1.4工作原理

針對不同規(guī)格的扁絲，先選擇工作模式，有轉矩和張力可選;設定排線節(jié)距，排線第一次工作需要先找原點，然后設置排線內返和外返的位置;設定放線張力，放線工字輪底徑，計算放線初始速度系數;設定收線張力，收線工字輪底徑，計算收線初始速度;設備啟動后，收線速度根據計米編碼器測得的速度與設定速度比較作為主速度，放線速度根據PLC檢測張力傳感器信號做PID處理，然后控制放線伺服轉速，排線速度根據PLC讀取收線伺服速度，根據設定排線節(jié)距通過PLC運算輸出給排線伺服控制器。整套設備放線張力，收線張力，排線速度通過人機見面可控可調，達到恒張力密排效果。

2設備的使用效果

設備在多個客戶處使用效果良好，滿足不同規(guī)格扁絲生產要求，解決了普通排線層疊及收線張力不穩(wěn)定現象，提高扁絲產品質量及生產效率。

參考文獻：

[1]劉全軍，何建文，郭鐘寧.微細扁線材恒張力繞卷系統(tǒng)[J].機電工程技術，2013，（9）.

[2]張興宏，張曉林，胡江霞.鋼簾線收線機的張力控制裝置[J].金屬制品，2010，（1）

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