鋼簾線扭轉控制系統探討

王欣宇

摘要：通過對鋼簾線的扭轉控制方法的分析，主要論述了虛捻器對扭轉控制的理論分析及應用方法和實例分析。

Abstract： Based on the analysis of the torsion control method of steel cord， this paper mainly discusses the theoretical analysis， application method and example analysis of false twister.

關鍵詞：鋼簾線;雙捻機;扭轉;虛捻器

Key words： steel cord;double twister;torsion;false twister

中圖分類號：TG355.1+8 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）07-0082-02

0 ?引言

鋼簾線是子午線輪胎的主要骨架材料，1948年米其林公司發明子午線輪胎以來，鋼簾線緊隨著輪胎的發展而進步，內部復合鋼簾線的子午線輪胎具有使用壽命長，行駛速度快，耐穿刺、彈性好、安全舒適節約燃料等優點。其質量差異影響著輪胎的強度和彈性。目前加工鋼簾線的主要設備是鋼絲雙捻機，本文主要探討雙捻機對簾線的扭轉控制方式的理論分析。

1 ?設備的主要功能介紹

雙捻機是一種高效的鋼簾線捻制設備，其效率是單捻機的2倍以上，由于其高效的捻制方式，備受關注。雙捻機由放線機構、牽引輪、主捻過捻、收排線、扭轉控制系統、記米器等部分組成;通過牽引輪及高速旋轉的飛輪環將鋼絲捻成的簾線成品或半成品。虛捻是由可調中心距的驅動輪帶動虛捻器將主捻后的簾線股進行先加捻后解捻或先解捻后加捻，在此過程中消除殘余應力，同時步進電機帶動磁力耦合器及皮帶調整機構可自動加減扭轉調整。虛捻器的變頻電機的轉速由主機電機轉數輸出信號及在線測量系統的輸出值來確定，而在線測量系統輸出值由簾線的飽和扭轉和實際扭轉的差值來控制的。虛捻器轉速過快或過慢對簾線的扭轉值影響非常大，虛捻器轉速偏小或偏大會影響鋼簾線成品或半成品的扭轉值，如果虛捻器的轉速過高超過鋼絲的剪切應力時會發生斷裂，因此要設定虛捻器的極限轉速限制機構，即預先設定磁力耦合器的磁吸距離。所以鋼簾線的扭轉合格取決于虛捻電機的轉速，即虛捻控制系統及在線測量系統是整個控制系統的核心。

2 ?扭轉對簾線及輪胎的影響

扭轉會造成輪胎廠截斷對接困難，影響汽車輪胎質量和汽車輪胎生產率，甚至會損壞設備，目前輪胎廠全部為自動化生產線，手工拼接及設備的時斷時續的運作，嚴重影響了生產效率。

3 ?扭轉的控制方式

根據金屬材料的應力應變曲線，鋼絲在設備中的力學性能改變如圖1所示，在彈性應力下鋼絲的應變是線性的，因此我們調整扭轉值是通過線性設定方法來進行的。

鋼絲在設備中纏繞時，始終受到捻制的作用力而產生了切應力，因而在鋼絲的末端（自由端）由切應力的作用產生了扭轉，見圖2所示。該扭轉值可由校直器及虛捻器控制。

雙捻機的扭轉控制方式：①校直器;②虛捻器。

①校直器的作用是通過對鋼絲的滾壓作用對鋼絲表面的殘余應力進行消除，可以降低扭轉值，但不能改變扭轉值，不能用于自動扭轉系統的控制。

②虛捻器的作用，虛捻器在設備中使用時不會改變最終捻距，僅改變鋼絲的扭轉值，一般是先加捻使捻距增加，之后同時解捻使捻距恢復到之前的捻距值，僅改變鋼絲的扭轉值，理論上可以達到任意設定值。加捻是由加捻電機帶動過捻器將主捻后的簾線股進行加捻，解捻為同樣的裝置反向作用簾線來實現解捻過程，鋼絲在虛捻器中反復作用，已處于塑性變形狀態，可以按設定值增加或減小扭轉值，并去除殘余應力，因此鋼簾線在進出虛捻器時簾線的捻距沒有發生變化，唯一有改變的僅是簾線的扭轉值。

改變扭轉的作用原理如圖3所示，當設備捻制鋼絲的扭轉值達到飽和值時，此時殘余扭轉值已不發生變化，虛捻器從A點開始作用，開始加捻直到B點結束，從B點到C點解捻，虛捻器的作用結束于C點，由圖示可以看到，扭轉值較A點時降低了很多，可以通過虛捻器的轉速將鋼絲的扭轉值精確地控制在一定值范圍內。

虛捻器的結構為主動輪組、從動輪組和一只鋼制皮帶及鏈輪鏈條調節組構成，每個輪組由可動盤和固定盤組成，是兩個椎形盤組成的V形結構，驅動側連接小滑輪，透過鋼制皮帶帶動大滑輪。鋼制皮帶由兩束金屬環和若干金屬片構成，輪組分成活動的左右兩半，可以相對接近或分離。錐型盤可在鏈輪鏈條帶動的螺桿向內向外運動進行收緊或張開，擠壓鋼片鏈條以此來調節V型槽的寬度。當錐型盤向內側移動收緊時，鋼片鏈條在錐盤的擠壓下向圓心以外的方向（離心方向）運動，相反會向圓心以內運動。這樣，鋼片鏈條帶動的圓盤直徑增大，傳動比也就發生了變化，就可以改變虛捻器的轉速，可以快慢調節。又由于輪組的工作半徑可以連續調節，因此使用該結構可實現無極調速。

虛捻器的驅動是由主機提供的，與捻制的主機使用同一傳動系統，通過從動輪組及主動輪組可以增加或減小虛捻器相對于主機的輸出轉速。因此它與自動測量系統一起構成了閉環控制系統，在工藝參數設定好之后，可以自動調節自動運行，進行批量生產鋼簾線。

③自動測量系統。設備中自動測量系統為閉環系統，為虛捻器的輸入端，自動扭轉測量系統可以控制虛捻器的作用力并于虛捻器一起構成簾線的扭轉自動控制系統。

自動測量系統如圖4所示，由上部自由轉動的大的定滑輪及下部的兩個測量小導輪組成，可以在線實時測量局部簾線的扭轉值。頂部的大定滑輪的直徑大小要適中，保證在線所測簾線的夾角小于8度;大滑輪的安可以繞固定軸旋轉，但為了限制虛捻器的過度調節，通常在滑輪的徑向增加適當的阻尼，即根據鋼簾線的結構大小，需要安裝不同彈性系數的扭轉鋼絲固定在大滑輪上，該鋼絲通常使用截面為長方形的扁的彈簧鋼絲。

該系統地輸出信號是由在大滑輪上部固定一個與其垂直布置的偏心輪完成的，在偏心輪的后部安裝了接近開關，可以不間斷的測量大滑輪的扭轉量，即簾線的在線的扭轉值，再將輸出值反饋到控制器中，來調整虛捻器變頻電機的轉數，使其加快或者減慢原有的轉速，調整到設定的扭轉目標值。

由于制作鋼絲的盤條的生產廠家的不同及生產過程的工藝參數的波動，以及拉拔熱處理時工藝參數的波動造成鋼絲的拉應力及剪切應力的變化，這意味著同一條鋼絲的扭轉值也會階段的發生變化，在線測量系統即可以實時反饋這種變化值。

過捻電機與加捻主機可以使用同一驅動系統，過捻速度由簾線的飽和扭轉和實際扭轉的差值來控制，過捻轉速快慢對簾線的影響非常大，扭轉值偏小或偏大會影響產品的使用壽命，嚴重時會發生斷裂，若過低則過捻后的鋼簾線股達不到捻合工藝要求，所以鋼簾線股的扭轉合格取決于過捻電機的轉速，虛捻器的控制是整個控制系統的核心。

4 ?虛捻器的轉速計算

鋼簾線扭轉值的變化。鋼簾線的扭轉飽和值隨鋼絲的直徑和張力的變化而變化。扭轉值，RT=σ/（360×？覫），σ—鋼絲張力，Φ—鋼絲直徑。例1：鋼絲的張力不變，鋼絲的直徑變化，若鋼絲直徑實測值分別為0.3mm及0.305mm時，鋼絲的扭轉值的差值為3RT/6m，那么2*0.30HT鋼簾線的扭轉差值為2.12RT/6m（鋼絲扭轉值/）。例2：鋼絲的直徑不變，鋼絲的張力變化，若鋼絲的直徑為0.3mm，張力分別為2942N/mm2、3366N/mm2，則鋼絲的扭轉值的差值為24RT/6m，2*0.30HT鋼簾線的扭轉值的差值為16.8RT/6m。因此可以看出在實際捻制中由于換芯換股及更換鋼絲是簾線的扭轉值的變化是很大的。在大規模量產時進行實時控制是非常有必要的。

虛捻器的轉速計算，轉速rpm=V*鋼簾線的扭轉飽和值，如1*0.35/14S的簾線在轉速為5000rpm的雙捻機中設定虛捻器的轉速時，即為V=×24.2=3388。在該機器上，虛捻器的轉速在此范圍進行調整，但不能超過鋼絲的斷裂極限。

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