于承波

（威海銀興預應力線材有限公司，山東威海264204）

經(jīng)驗交流

垂直輸入變頻調(diào)速直進式拉絲機的研制

于承波

（威海銀興預應力線材有限公司，山東威海264204）

威海銀興集團通過采用變頻調(diào)速的新技術，研制垂直輸入變頻調(diào)速直進式拉絲機。介紹了拉絲機的基本工作原理、系統(tǒng)組成及技術參數(shù)的制定。生產(chǎn)應用表明，研制的拉絲機能夠實現(xiàn)連續(xù)拉拔。

直進式拉絲機；變頻調(diào)速；技術參數(shù)

1　前言

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

2　直進式拉絲機的試制開發(fā)

2.1拉絲機基本工作原理

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

拉絲機依據(jù)的原理是塑性材料受拉時產(chǎn)生的拉伸變形。拉拔道次的設置將直接影響到設備裝機容量的大小、設備運行的平穩(wěn)性。而多道次拉絲機要實現(xiàn)連續(xù)拉拔，其基本條件是在整個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)來實現(xiàn)。通過在線自動檢測技術，將在拉伸變形時測得的角度張力信號實時反饋給控制系統(tǒng)，形成閉環(huán)控制，通過PLC控制下的變頻調(diào)速實現(xiàn)的，見圖1。

拉絲機的9個卷筒在統(tǒng)一的給定速度下運行拉絲，角度張力傳感器1將卷筒1的轉速擾動取出，送至變頻器2，驅動電機2在運行中跟蹤著電機1，保持著與電機1的動態(tài)同步。類似地，電機3在角度張力傳感器2的反饋下，跟蹤著電機2……電機9在角度傳感器8的反饋下，跟蹤著電機8，從而使本機9個卷筒協(xié)調(diào)一致。

圖1　變頻調(diào)速原理

2.2系統(tǒng)組成

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

圖2　拉絲機結構

2.3拉絲機技術參數(shù)

在拉絲機中，拉拔道次的設置直接關乎拉拔出鋼絲的綜合機械性能和設備的性能。而平均道次壓縮率的大小對鋼絲抗扭轉、彎曲性能，進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度。經(jīng)驗表明，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，會使鋼絲獲得較為理想的綜合力學性能。

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）鋼絲冷拉后的強度σbn（MPa）：式中σ0為拉拔前原料的抗拉強度，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。而實際上，鋼絲在卷筒上拉緊后，鋼絲和卷筒表面會產(chǎn)生很大的摩擦力，這個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滑動，也就是說鋼絲的線速度小于卷筒的線速度。

2.4關鍵技術的解決

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

鋼絲經(jīng)卷筒拉拔收卷，經(jīng)靠線輥進入模盒，到下一卷筒拉拔?？烤€輥裝在由氣缸連接的杠桿轉軸上，轉軸上安裝角度傳感器。該傳感器隨著轉軸的旋轉，改變轉角從而改變電氣參數(shù)，經(jīng)驅動裝置令下一卷筒加速或減速。若卷筒轉速忽然加快，則鋼絲因松弛而使杠桿轉軸順時針旋轉一角度，傳感器則輸出1個電氣信號，通過驅動裝置令卷筒加速，從而使鋼絲繃緊回復。反之，當卷筒轉速突然減慢時，則鋼絲因繃緊而使杠桿轉角逆時針旋轉一角度，傳感器又輸出一個電氣信號，經(jīng)驅動裝置令卷筒相應減速，使鋼絲松弛，隨靠線輥回復。在運行中，有了傳感器的信號調(diào)節(jié)，下一卷筒或快或慢，始終跟蹤著卷筒，保持平衡，實現(xiàn)了鋼絲的直進聯(lián)拉。

2.5設備特點

采用9道卷筒拉拔，降低了拉拔鋼絲平均壓縮率，對于提高鋼絲扭轉、彎曲性能，進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350～400 mm，提高了鋼絲在卷筒上的停留時間。拉絲速度可達5～7 m/s，提高了設備的生產(chǎn)率。卷筒冷卻采用中空軸全封閉冷卻水，卷筒內(nèi)壁采用電鍍鋅保護層，避免了長時間運轉后的積垢，提高了卷筒的冷卻效果。電氣上應用PLC控制的變頻調(diào)速技術，實現(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)質處理后再進行機械加工，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　應用效果

LZ-9/120垂直輸入變頻調(diào)速直進式拉絲機經(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，實現(xiàn)了連續(xù)拉拔。采用變頻技術應用于合股機和拉絲機，每噸絞線的能耗節(jié)省40元，經(jīng)濟效益顯著。

TG355+.1

B

1004-4620（2016）03-0078-02

2016-05-16

于承波，女，1968年生，1991年畢業(yè)于天津科技大學化工設備與機械專業(yè)。現(xiàn)為威海銀興預應力線材有限公司設備科長，機械工程師，從事機械產(chǎn)品的設計、調(diào)試工作。