某型號傳統拉絲機的優化設計與研究

彭定文

（柳州城市職業學院 機電與汽車工程系，廣西 柳州 545036）

拉絲機是特種鋼精線生產線的主要設備，拉絲機的制造工藝水平越來越受重視，其優化也日益成為人們關注的焦點，但是國內生產的拉絲機呈現普遍落后的狀態[1]。在國內生產的拉絲機中，在關鍵運行工況參數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化，提高拉絲機的拉絲精度、自動化程度，對國內鋼精線生產線行業有較大的借鑒意義。這就需要保持系統運行的穩定，同時保證提高產品質量，在資本運轉周期方面得到了縮短，可以實現低投入、高產出的目標。

1 傳統拉絲機的問題研究

直線式拉絲機是金屬加工行業制造鋼絲的專用設備。鋼精線生產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、潤滑油供給系統、冷卻水系統以及液壓站等[2]。

1.1 傳統拉絲機工作原理

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。將完成標準的產品9繞在產品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將會帶動產品10卷盤轉動完成收卷工作，完成整個生產過程。

圖1 傳統拉絲機的基本構造

1.2 傳統拉絲機工作時易出現問題

傳統的直進式拉絲機在生產作業時，生產過程中會出現幾個常見的問題[3]：

（1）生產出來的不銹鋼絲重量普遍較輕，無法生產大重量鋼絲產品；

（2）在生產出的鋼絲中，不銹鋼絲是圓柱度很低；

（3）生產產品軸線方向的一致性低。

2 總體優化方案設計

2.1 優化目標

在總體方案設計中要求生產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，平穩實現啟停；

（2）能夠實現任一臺拉絲機進行前點動，也能從任一臺拉絲機實現后點動，方便實現跑頭和穿線的作業要求；

（3）能夠用傳感器控制空卷筒在10 s以內自動進行停車，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動，點動腳踏開關；

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

（6）跳道功能實現任意跳道切換。

2.2 優化方案

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阻尼器23和傳感器，并且在工作狀態時，PLC根據后道的工序速度指令，對阻力大小進行調整，完成穩定的放線工作；

（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定摩擦力，增加其拉絲速度和穩定性；

（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便可以根據張力變化發給變頻器指令。改變收線速度，從而調節其他電機速度。

3 控制模式的優化設計

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。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，響應速度非常快，示意圖具體如圖3.

圖3 拉絲機的整體控制系統示意圖

4 拉絲機的調試與試驗

4.1 拉絲機的調試

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試，保證整體運行時能符合設計要求。

在進行調試的空機試驗前，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。空機試驗實際上是對拉絲機正常運轉的檢查過程，每一個速度節點需要連續工作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控，如遇問題，需要及時調試并重新試驗。完成上面的空機運轉調準備之后，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，每一個速度節點必須穩定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，在沒有出現任何問題的條件下才可以進行后續的測試試驗。其試驗圖如圖4、圖5所示。

圖4 調試現場

圖5 試驗現場圖

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

對傳統不銹鋼拉絲機的研究基礎上，在機械結構上進行改進優化，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。以此提高設備的穩定性、自動化程度等，根據PLC發送的指令進行可控收線速度，并且調節不銹鋼絲張力，根據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，大大優化了傳統不銹鋼產品中存在的一些關于產品長度短和質量輕的問題。

[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設計[J].現代制造工程，2008（8）：23-26.

[3]劉新萍.活套調諧式拉絲機生產線控制系統設計[D]：南昌:南昌大學，2010.