彭定文

（柳州城市職業(yè)學(xué)院 機(jī)電與汽車工程系，廣西 柳州 545036）

拉絲機(jī)是特種鋼精線生產(chǎn)線的主要設(shè)備，拉絲機(jī)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(guān)注的焦點(diǎn)，但是國內(nèi)生產(chǎn)的拉絲機(jī)呈現(xiàn)普遍落后的狀態(tài)[1]。在國內(nèi)生產(chǎn)的拉絲機(jī)中，在關(guān)鍵運(yùn)行工況參數(shù)上雖然也進(jìn)行了控制，但是也只能滿足其工作要求，并沒有切實(shí)可行的做到真正的優(yōu)化運(yùn)行，與其他國家領(lǐng)先的技術(shù)相比，還存在很大差距。所以，對傳統(tǒng)拉絲機(jī)的制造工藝進(jìn)行分析和研究，并有針對性的進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化，提高拉絲機(jī)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(yùn)行的穩(wěn)定，同時保證提高產(chǎn)品質(zhì)量，在資本運(yùn)轉(zhuǎn)周期方面得到了縮短，可以實(shí)現(xiàn)低投入、高產(chǎn)出的目標(biāo)。

1 傳統(tǒng)拉絲機(jī)的問題研究

直線式拉絲機(jī)是金屬加工行業(yè)制造鋼絲的專用設(shè)備。鋼精線生產(chǎn)線由拉絲機(jī)及輔助設(shè)備組成，基本結(jié)構(gòu)有直流電動機(jī)、卷筒、放線機(jī)、收線機(jī)，傳動裝置等主要裝置，為了長期的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，還會設(shè)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(jī)工作原理

從圖1可觀察出，拉絲機(jī)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(xì)，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(xì)，完成第二次拉伸。周而復(fù)始的進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品9繞在產(chǎn)品10卷盤上，用收線電動機(jī)15通過三角皮帶13帶動轉(zhuǎn)動帶輪11，帶輪11將會帶動產(chǎn)品10卷盤轉(zhuǎn)動完成收卷工作，完成整個生產(chǎn)過程。

圖1 傳統(tǒng)拉絲機(jī)的基本構(gòu)造

1.2 傳統(tǒng)拉絲機(jī)工作時易出現(xiàn)問題

傳統(tǒng)的直進(jìn)式拉絲機(jī)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(shè)計

2.1 優(yōu)化目標(biāo)

在總體方案設(shè)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(diǎn)動腳踏開關(guān)，平穩(wěn)實(shí)現(xiàn)啟停；

（2）能夠?qū)崿F(xiàn)任一臺拉絲機(jī)進(jìn)行前點(diǎn)動，也能從任一臺拉絲機(jī)實(shí)現(xiàn)后點(diǎn)動，方便實(shí)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(jìn)行停車，在此過程中也可進(jìn)行手動解除其中的斷線停車的功能；

（4）各個卷筒機(jī)臺都可以單獨(dú)進(jìn)行工作，并且主控臺位置可以完成整機(jī)聯(lián)動，點(diǎn)動腳踏開關(guān)；

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

（6）跳道功能實(shí)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(jī)料盤2的轉(zhuǎn)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(jìn)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(dǎo)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(jī)的各個卷筒前端，增加張力控制裝置，該裝置由導(dǎo)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(shí)時可調(diào)拉拔速度；

（4）收線機(jī)部分的主電機(jī)和排線機(jī)處的主電機(jī)都配備變頻電機(jī)。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(jī)速度。

3 控制模式的優(yōu)化設(shè)計

這里選用INVT-CHV130專用型變頻器結(jié)合雙變頻中型、小型及微型拉絲機(jī)控制的要求，專用于雙變頻控制拉絲機(jī)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(jī)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(yīng)速度非常快，示意圖具體如圖3.

圖3 拉絲機(jī)的整體控制系統(tǒng)示意圖

4 拉絲機(jī)的調(diào)試與試驗(yàn)

4.1 拉絲機(jī)的調(diào)試

拉絲機(jī)的組成構(gòu)件較為復(fù)雜，在進(jìn)行試驗(yàn)之前需要對局部的構(gòu)件進(jìn)行一定的檢查與調(diào)試，保證整體運(yùn)行時能符合設(shè)計要求。

在進(jìn)行調(diào)試的空機(jī)試驗(yàn)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(jī)將無法啟動?？諜C(jī)試驗(yàn)實(shí)際上是對拉絲機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的檢查過程，每一個速度節(jié)點(diǎn)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(jī)試驗(yàn)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(yàn)。完成上面的空機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)準(zhǔn)備之后，就可以開始對拉絲機(jī)進(jìn)行實(shí)際工況的檢查試驗(yàn)了。粗線隨著線圈傳動，依次經(jīng)過涂料機(jī)、烘干機(jī)之后，砸匾機(jī)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(jī)的卷筒上，通過每個卷筒單點(diǎn)動將其拉伸至下一道的尺寸，直至到收卷機(jī)上。穿好鋼絲線之后，以收卷機(jī)的速度作為參考速度，逐步提高拉絲機(jī)的整體速度，每一個速度節(jié)點(diǎn)必須穩(wěn)定15 min之后才能再次提升速度。等待拉絲機(jī)正常工作以后，試驗(yàn)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(jìn)行后續(xù)的測試試驗(yàn)。其試驗(yàn)圖如圖4、圖5所示。

圖4 調(diào)試現(xiàn)場

圖5 試驗(yàn)現(xiàn)場圖

4.2 拉絲機(jī)的試驗(yàn)

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

表1 拉絲機(jī)各道次拉拔力與鋼絲抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

表2 對拉絲機(jī)各道次負(fù)載力矩試驗(yàn)結(jié)果

表3 斷絲檢測試驗(yàn)

5 結(jié)論

對傳統(tǒng)不銹鋼拉絲機(jī)的研究基礎(chǔ)上，在機(jī)械結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，增添PLC模塊、電動機(jī)變頻器模塊和角度傳感器等先進(jìn)的自動化元器件。以此提高設(shè)備的穩(wěn)定性、自動化程度等，根據(jù)PLC發(fā)送的指令進(jìn)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(jìn)行同步收線的速度改變。機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面增加了預(yù)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(guān)于產(chǎn)品長度短和質(zhì)量輕的問題。

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

[2]胡繼珍，張玉柱，于 飛，等.直進(jìn)式拉絲機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)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(jī)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計[D]：南昌:南昌大學(xué)，2010.