文明 黎明軍 楊高林

摘 要：我公司的合繩設(shè)備有蘭架式和管式兩種，對(duì)多層股合繩設(shè)備，一般都采用蘭架式，為提高捻制質(zhì)量，擴(kuò)大產(chǎn)品規(guī)格范圍，設(shè)計(jì)中嚴(yán)格計(jì)算了蘭架轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，并采用框欄無(wú)級(jí)翻身比，合理調(diào)整捻距箱公比，實(shí)現(xiàn)64個(gè)有級(jí)捻距，確保多用途特殊鋼絲繩的需要。

關(guān)鍵詞：機(jī)身；翻身比；捻距箱；變頻器

一、緒論

近年來(lái)，由于公司生產(chǎn)的擴(kuò)大和多層股鋼繩的需求量的增加，成繩設(shè)備的生產(chǎn)能力已不能滿足市場(chǎng)產(chǎn)品的要求，為此，公司決定增設(shè)一臺(tái)18/610框欄式成繩機(jī)，并利用自身技術(shù)力量進(jìn)行設(shè)計(jì)。

框欄式成繩機(jī)傳動(dòng)鏈為：

主傳動(dòng)——機(jī)身

——捻距箱——牽引裝置——收、排線裝置

作為生產(chǎn)多層股鋼絲繩的成繩機(jī)，由于工字輪的數(shù)量較多，多采用框欄式成繩機(jī)。因這樣的成繩機(jī)機(jī)身較短，可節(jié)省較多的空間。

二、18/610成繩機(jī)設(shè)計(jì)

（一）工藝技術(shù)參數(shù)

捻距范圍：58～280mm

捻距跨度：Ln=1.025·Ln1

繩徑范圍：20～40mm

翻身比：-120～120

機(jī)身轉(zhuǎn)速范圍：30～50r/min

壓線瓦：采用液壓系統(tǒng)控制

（二）成繩機(jī)機(jī)身的設(shè)計(jì)

18/610成繩機(jī)的關(guān)鍵在于機(jī)身的設(shè)計(jì)，它涉及到蘭架的設(shè)計(jì)和框欄的翻身比的取用。

（三）蘭架部分的設(shè)計(jì)

根據(jù)18/610成繩機(jī)的工藝參數(shù)，結(jié)合12/800、18/500成繩機(jī)結(jié)構(gòu)，采取對(duì)比方法計(jì)算捻制能力，參照12/800成繩機(jī)外形尺寸，并考慮到各框蘭與股之間在運(yùn)轉(zhuǎn)中互不干涉，和不產(chǎn)生較大變形原則，確保蘭架回轉(zhuǎn)半徑，故作如下設(shè)計(jì)。18個(gè)工字輪分3組，每組6個(gè)，共4片滑道。如下圖所示：

18/610成繩機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)圖

滑道間距：從左到右為1400mm、1465mm、1400mm

于是根據(jù)上圖設(shè)計(jì)出機(jī)身各部件。

滑道尺寸：

外徑：2260mm 寬160mm 框欄分度圓直徑：1960mm 重量：1575.4kg

框欄：借用6/610成繩機(jī)框欄

機(jī)身捻制能力的驗(yàn)算

法向慣性力：Φ法=mω 2r m=G/g

由零件圖計(jì)算：

滑道總重：G1=1575.4×4=6301.6kg

框蘭總重：G2=250×18=4500kg

工字輪滿輪總重：G3=750×18=13500kg

工字輪空輪總重：G4=132×18=2376kg

當(dāng)轉(zhuǎn)速取N1=30 r/min r1=0.98 m 則ω1=3.141

則滿輪時(shí)：Φ法1=（G1 +G2 +G3）/g×ω1 2×r1

=（6301.6 +4500 +13500）/9.81×3.141 2×0.98

≈23951（kg）

則空輪時(shí)：Φ法2=（G1 +G2 +G4）/g×ω1 2×r1

=（6301.6 +4500 +2376）/9.81×3.141 2×0.98

≈12987（kg）

當(dāng)轉(zhuǎn)速取N2=50 r/min 則ω2=5.236

則滿輪時(shí)：Φ法3=（G1 +G2 +G3）/g×ω2 2×r1

=（6301.6 +4500 +13500）/9.81×5.236 2×0.98

≈66556（kg）

則空輪時(shí)：Φ法4=（G1 +G2 +G4）/g×ω2 2×r1

=（6301.6 +4500 +2376）/9.81×5.236 2×0.98

≈36088（kg）

根據(jù)12/800成繩機(jī)在30r/min時(shí)，Φ法1′=41927.8kg，Φ法2′=17788kg，12/800成繩機(jī)捻制繩經(jīng)范圍為20～50mm，說(shuō)明18/610成繩機(jī)在捻制20～40mm繩經(jīng)范圍內(nèi)捻制能力足夠。

（四） 翻身比的計(jì)算

在正常情況下，機(jī)身轉(zhuǎn)一周，框欄隨滑道轉(zhuǎn)一周的同時(shí)，也自轉(zhuǎn)一周，即翻身比為i=0，如生產(chǎn)特殊鋼絲繩，股需要上勁或退扭，則翻身比i就得改變，以滿足其需要。

當(dāng)翻身比為i=0時(shí)其主減速箱圖如下：

18/610 主減速箱傳動(dòng)示意圖

此時(shí)，框欄的翻身比i=0，即框欄在自轉(zhuǎn)一周的同時(shí)，也圍繞滑道中心轉(zhuǎn)一周，也就是框蘭作水平運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)采用變頻器控制電機(jī)調(diào)節(jié)框欄翻身比時(shí)，主電機(jī)和框欄翻身電機(jī)的關(guān)系，這里采用人工調(diào)節(jié)。

當(dāng)翻身比為i=0時(shí)，主減速箱的兩輸入軸轉(zhuǎn)速相同，故其轉(zhuǎn)速與兩標(biāo)準(zhǔn)箱有關(guān)，標(biāo)準(zhǔn)箱1速比為i箱1=7.1，標(biāo)準(zhǔn)箱2速比為i箱2=9.9，即i關(guān)=9.9/7.1

則V框電機(jī)=V主電機(jī)×i關(guān)

于是有：

機(jī)身轉(zhuǎn)速為30r/min時(shí)，主電機(jī)轉(zhuǎn)速是710r/min，框欄翻身電機(jī)轉(zhuǎn)速是990r/min

機(jī)身轉(zhuǎn)速為50r/min時(shí)，主電機(jī)轉(zhuǎn)速是1183.3r/min，框欄翻身電機(jī)轉(zhuǎn)速是1650r/min

當(dāng)生產(chǎn)特殊鋼絲繩時(shí)，根據(jù)需要首先設(shè)定好主電機(jī)的轉(zhuǎn)速V1，然后乘以i關(guān)，就得到翻身比為0時(shí)的框欄翻身電機(jī)轉(zhuǎn)速，然后在根據(jù)特殊鋼絲繩翻身比，調(diào)節(jié)框欄翻身變頻器，就可以調(diào)出所需要的翻身比。

在單獨(dú)用電機(jī)傳動(dòng)框欄翻身時(shí)，框欄自身平穩(wěn)性不好，于是在主減速箱框欄翻身輸入軸處加上一制動(dòng)器，使其開機(jī)時(shí)打開，停機(jī)時(shí)抱緊制動(dòng)，保證框欄的平穩(wěn)性。

在整機(jī)的制動(dòng)中，機(jī)身采用氣動(dòng)制動(dòng)，但現(xiàn)場(chǎng)使用效果不太好，為整機(jī)保證制動(dòng)可靠有效，在主減速箱處加上一鉗型制動(dòng)器，保證其制動(dòng)效果。

三、主電機(jī)的選用

因機(jī)身轉(zhuǎn)速為30～50r/min，為能更好地滿足生產(chǎn)不同規(guī)格鋼繩時(shí)機(jī)身的轉(zhuǎn)速變化要求，主電機(jī)采用變頻電機(jī)，并根據(jù)其變速箱速比計(jì)算，主電機(jī)采用6級(jí)電機(jī)，其功率計(jì)算如下：

（一） 牽引部分

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況，取牽引力：F=50000N 牽引輪直徑：D=1620mm

機(jī)身最大轉(zhuǎn)速：n=50r/min 最大捻距：L=280mm

牽引輪轉(zhuǎn)速：n1=50×280/（πD）=2.75r/min

牽引輪轉(zhuǎn)矩：T1=50000×0.81=32400N.m

折算到主電機(jī)處的轉(zhuǎn)矩是

T電1= T1 /I總1=40500/426.4≈95 N.m

一般旋轉(zhuǎn)機(jī)械的功率計(jì)算

Pz=（n×Tz）/9550

于是，牽引輪功率：P1=（n1×T1）/9550=11.7kw

取2倍安全系數(shù)

P牽=11.7×2=23.4kW

T電1′= 95×2=190N.m

（二）機(jī)身部分

機(jī)身和工字輪滿輪總重：G=16732+13500=30232kg

機(jī)身轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：J=mi2

m=G/g=3084.9N i2=1/2R2=1/2×1.132=0.63845

J=mi2=3084.9×0.63845=1970（N.m.s2）

則機(jī)身轉(zhuǎn)矩：T2=Jε ω=5.236弧度/秒（50r/min）

以20秒從0速加速到50r/min

則ε=ω/20=0.2618弧度/秒2

所以： T2=515.75N.m

折算到主電機(jī)處的轉(zhuǎn)矩是

T電2= T2 /I總2=515.75/23.67≈21.79 N.m

則機(jī)身功率：P2=（T2×n）/9550=2.7kW

取2倍安全系數(shù)

則機(jī)身功率：P7=5.4kW

T電2′= 21.79×2=43.58N.m

所以P1+P2=28.8kW

T電1′+ T電2′=233.58 N.m

取傳遞功率和收線功率為以上的0.5倍

則總功率：P總=28.8×（1+0.5）=43.2kW

總轉(zhuǎn)矩T電=233.58 ×（1+0.5）=350.37 N.m

故主電機(jī)采用45kw的6級(jí)變頻電機(jī)。

四、改造達(dá)到的效果

該機(jī)能夠滿足工藝提出的多層股鋼絲繩的生產(chǎn)，并能滿足特殊鋼絲繩的股的上勁或退扭，保證多層股鋼絲繩的正常生產(chǎn)，保證鋼絲繩的產(chǎn)品質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔡春源.機(jī)電液設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，沈陽(yáng)：東北大學(xué)出版社，1997.1.

[2]國(guó)家發(fā)改委，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄[M].北京：國(guó)家發(fā)改委，2011：8192.

[3]徐建平.鋼絲與鋼繩設(shè)備[M].北京：兵器工業(yè)出版社，2005.

作者簡(jiǎn)介：文明（1972），貴州鋼繩股份有限公司二分廠工程師；黎明軍（1975），貴州鋼繩股份有限公司設(shè)備制造分廠工程師；楊高林（1973），貴州鋼繩股份有限公司二分廠工程師。