鎢絲“燒青”設(shè)備的設(shè)計與制作

施娟娟，顧偉

（江蘇省啟東中等專業(yè)學(xué)校，江蘇南通，226220）

1 傳統(tǒng)鎢絲“燒青”設(shè)備

通過對鎢絲企業(yè)的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在鎢絲加工到“燒青”環(huán)節(jié)時，會使用電動機傳到帶動鎢絲，使鎢絲繞在排絲軸上。該鎢絲抽絲機的生產(chǎn)自動化程度較高。但由于該設(shè)備的研制時間在20世紀(jì)90年代，所以該設(shè)備還存在著許多的不足，主要有以下幾個方面不足地方：

（1）由于三相鼠籠式異步電動機的轉(zhuǎn)速和電壓有關(guān)，所以抽絲時，電動機的角速度恒定，隨著鎢絲繞在軸上的半徑不斷增大，鎢線在“燒青”時，經(jīng)過燒青爐時的速度會越來越快（如圖1所示）。鎢絲“燒青”爐中溫度是恒定的，1150℃至1200℃，鎢絲在“燒青”爐中需要加熱15S左右，時間過短或過長，鎢絲的韌性和鋼性值會不一致。所以要求鎢絲通過“燒青”爐中的時間恒定，否則會導(dǎo)致鎢絲過韌或過鋼，形成廢品。

圖1 高溫“燒青”爐

（2）在一些小型的企業(yè)的傳統(tǒng)“燒青”設(shè)備中，抽絲裝置簡單，沒有自動化檢測裝置（如圖2所示），當(dāng)鎢絲加工過程中出現(xiàn)鎢絲斷絲或者鎢絲生產(chǎn)完成后，鎢絲“燒青”設(shè)備不會停止工作或報警，需要生產(chǎn)工人現(xiàn)場操作，增加了勞動成本。

圖2 傳統(tǒng)鎢絲“燒青”爐設(shè)備

（3）鎢絲“燒青”爐設(shè)備的外殼和工作臺是由鐵管和鐵板制成的，因此，在鎢絲加工過程中，若通電導(dǎo)線在高溫情況下，絕緣層破損發(fā)生漏電，容易發(fā)生安全事故。

2 鎢絲“燒青”爐設(shè)備的設(shè)計

針對傳統(tǒng)鎢絲“燒青”抽絲機在生產(chǎn)中存在的功能不足和生產(chǎn)不方便，根據(jù)企業(yè)的要求，在功能上進行了重新設(shè)計。設(shè)計后的鎢絲“燒青”爐設(shè)備，提高了鎢絲生產(chǎn)的自動化程度，降低了鎢絲生產(chǎn)過程中廢品的產(chǎn)生，極大地提高了生產(chǎn)效率。圖3所示改進后的鎢絲“燒青”爐設(shè)備。

圖3 改進后的鎢絲“燒青”爐設(shè)備

現(xiàn)我從以下幾個方面對鎢絲“燒青”爐設(shè)備進行技術(shù)改進。

2.1 鎢絲“燒青”爐設(shè)備操作臺設(shè)計

因原來的設(shè)備的操作臺由圓鋼管和鋼板焊接而成，現(xiàn)在操作臺改為不銹鋼框架，外面覆蓋一層亞克力板。不銹鋼金屬框架具有較強的強度，而亞克力板的絕緣性能較好，也具有一定的耐磨性。這樣的操作臺，既美觀，又結(jié)實，而且安全。原來裸露在外面的控制電路，現(xiàn)在放到箱體里面，這對于PLC等一些電氣元件來說，可以防塵防振動。

2.2 鎢絲“燒青”爐設(shè)備中抽絲電路的設(shè)計

根據(jù)前面對鎢絲“燒青”爐設(shè)備中的抽絲機進行技術(shù)改進，設(shè)計了一個鎢絲“燒青”爐設(shè)備的電路框架圖，如圖4所示。整個電路分為三大部分，用三菱FX3U-48MR型的PLC來控制。第一部分是控制恒速度裝置。主要由測長（速）傳感器組成。鎢絲由抽絲同步電動機拉動，進入高溫“燒青”爐進行高溫“燒青”爐粹火處理，這個環(huán)節(jié)要控制鎢絲在高溫“燒青”爐中通過的時間恒定。所以通過測長（速）傳感器檢測鎢絲的傳動速度，把檢測的傳動速度反饋到PLC進行，形成負反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。第二部分是鎢絲卷繞裝置。該部分由三菱E740變頻器、三菱PLC和匯川步進電機組成。步進電機由PLC來控制傳動速度。隨著鎢絲軸上的鎢絲越繞越多時，鎢絲軸的直徑也會逐漸變大。所以鎢絲傳動的線速度也會加快，這個線速度由測長（速）傳感器檢測送到PLC，經(jīng)PLC處理后，由PLC降低輸送脈沖給步進電動機，從而降低步進電動機的轉(zhuǎn)速，達到恒線速度的目的。第三部分是報警電路。由一個電子控制電路組成。電路通過鎢絲形成一個閉合回路，當(dāng)電路中有鎢絲時，電路會正常工作，當(dāng)鎢絲斷絲時或鎢絲繞絲結(jié)束，電路檢測不到鎢絲，報警電路會發(fā)出報警信號，若無人處理，2分鐘后會把信號送到PLC，由PLC停止整個電路。

圖4 鎢絲“燒青”爐設(shè)備的框架圖

2.3 鎢絲“燒青”爐設(shè)備排絲裝置的設(shè)計

鎢絲“燒青”爐設(shè)備中的排絲裝置分為控制系統(tǒng)、排絲系統(tǒng)兩個部分。

（1）控制系統(tǒng)設(shè)計

排絲系統(tǒng)是電路的核心部分，這個電路由一個步進電動機和兩個24V的接近開關(guān)等電氣元器件組成。原來的設(shè)備中排絲電動機我們采用55ZYT54型號的直流電動機，由SKZ-02型號的直流電機調(diào)速器來控制直流電動機的速度。但在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，直流電動機控制的正反轉(zhuǎn)電路在運行時，容易受到外界的影響，如供電電壓、負載大小等。因此，在鎢絲“燒青”爐的排絲裝置中，我們采用86BYG250H的步進電動機和MA860H的控制器來控制排絲系統(tǒng)。

（2）排絲系統(tǒng)設(shè)計

在設(shè)計排絲系統(tǒng)時，為了使鎢絲均勻的繞在鎢絲軸上，我們需要設(shè)計一個擺絲系統(tǒng)。因為擺絲系統(tǒng)把精度的要求不高，為了節(jié)省成本，我們使用一臺單相的交流電機。交流電動機由調(diào)壓器控制運行。把單相交流電動機和絲桿座固定在一起，當(dāng)絲桿作正反轉(zhuǎn)運行時，擺絲系統(tǒng)也會左右擺動，使鎢絲均勻地繞在鎢絲軸上。擺絲系統(tǒng)的正反轉(zhuǎn)由兩個接近開關(guān)來控制。在絲桿的兩個限位處裝在兩個感應(yīng)頭，當(dāng)感應(yīng)頭到達接近開關(guān)位置時，就會改變電路的正反轉(zhuǎn)，從而會自動實現(xiàn)正反控制。電路中采用LJ12A系列三線常開NPN金屬感應(yīng)的接近開關(guān)。

導(dǎo)輪是控制鎢絲運行方向的一個裝置，設(shè)計不好會使得鎢絲在排絲時，卷繞在鎢絲軸上不均勻或重疊。原有的導(dǎo)輪是用一個金屬的凹輪裝在金屬架上作為鎢絲的導(dǎo)輪，好處是鎢絲繞絲時在導(dǎo)輪中傳動，但由于金屬導(dǎo)輪比較硬，傳動中容易被磨損。安裝時導(dǎo)輪和金屬架接觸比較緊，當(dāng)出現(xiàn)卷繞需要偏移一定的角度時，不夠靈活，鎢絲在傳動時會有磨損，較細的鎢絲容易斷絲。為了使鎢絲在擺絲時有一定的角度偏移，我們在電路中設(shè)計有導(dǎo)輪，鎢絲擺絲通過導(dǎo)輪，能很好實現(xiàn)鎢絲纏繞在鎢絲軸上，而不會出現(xiàn)亂絲。設(shè)計導(dǎo)輪時，采用膠木材料，導(dǎo)輪安裝在一個軸承上，能實現(xiàn)較好的旋轉(zhuǎn)。為了防止導(dǎo)輪磨損鎢絲和防止高溫的鎢絲損壞導(dǎo)輪，在導(dǎo)輪的中間加入高溫石棉材料，這樣，從“燒青”爐中出來的高溫鎢絲，不會對導(dǎo)輪造成損壞。

工作時，因不同規(guī)格的鎢絲繞線時，繞絲的角度也不完全相同，所以繞線時偏轉(zhuǎn)角度會有一定期微調(diào)。導(dǎo)輪角度可以自由偏轉(zhuǎn)和人工調(diào)整。通過導(dǎo)輪架上的螺絲，來調(diào)節(jié)導(dǎo)輪的偏轉(zhuǎn)角度。

2.4 鎢絲“燒青”爐設(shè)備中報警裝置的設(shè)計

鎢絲“燒青”爐設(shè)備能對各種規(guī)格的鎢絲進行“燒青”加工。在加工比較細的鎢絲時，容易發(fā)生斷絲故障。設(shè)計后的鎢絲“燒青”過程，自動控制程度較高，沒有工人現(xiàn)場操作，如發(fā)生鎢絲斷絲，設(shè)備不會報警，這樣會影響生產(chǎn)效率。

在鎢絲“燒青”爐設(shè)備上設(shè)計了一個斷絲報警裝置。在鎢絲繞絲時，發(fā)生斷絲故障，設(shè)備會自動報警，發(fā)出報警聲音，若2分鐘內(nèi)無人操作設(shè)備，設(shè)備會自動停止生產(chǎn)。該電路利用鎢絲“燒青”爐設(shè)備中加入一個獲特不銹鋼圓柱，利用其導(dǎo)電性能和鋁盤、鎢絲形成一個回路。鎢絲通與斷相當(dāng)于一個開關(guān)，鎢絲斷絲時，這個回路就斷開，此時把斷絲信號傳輸?shù)絇LC，由PLC控制電路發(fā)出報警信號和切斷電路的信號，從而實現(xiàn)電路的自動控制。

2.5 鎢絲“燒青”爐設(shè)備的編程設(shè)計

PLC是整個電路的控制核心。根據(jù)整個電路工作需求，進行電路的功能編程設(shè)計。在電路中，先確定PLC的輸入/輸出地址分配表，再來設(shè)計輸入/輸出的PLC接線圖，根據(jù)PLC的輸入/輸出地址分配表和接線圖來編程。

3 鎢絲同步抽絲機的安裝

3.1 箱體材料的選用和制作

鎢絲同步繞線機設(shè)計完成后，接下來就要對它進行安裝。我選用40mm×40mm×3mm的角鐵，焊接了一個120cm×70cm×65cm的長方體。再選用4mm厚的亞克力板做操作臺面和箱體的面板。用鉆頭在亞克力板和角鐵上打孔，用螺栓固定住。為了安裝和維修方便，工作柜用對開門，對開門用30mm×30mm的方管焊成一個門框，再把亞克力板固定在上面，用鉸鏈固定在操作臺上。

3.2 排絲裝置系統(tǒng)材料的選用和安裝

排絲機構(gòu)包括了一臺排絲用的步進電動機和步進電動機支架、來回運動的滑塊和滑塊支架、絲桿、接近開關(guān)、導(dǎo)輪和導(dǎo)輪支架。

3.3 電動機的選擇和安裝

排絲裝置的電動機選用了漢鼎電機廠生產(chǎn)的型號為57BYGH5601步進電動機。該種電機的基本步距角為1.8°/步，額定電流為3A。為了使得步進電動機能牢固地安裝在操作臺面上，用萬能安裝鋁架做為電動機的安裝支架。步進電動機的尺寸為55mm×55mm×54mm，萬能安裝鋁架的尺寸為57mm×80mm×805mm。在萬能鋁塊上用手槍鉆打直徑為φ8的孔，用內(nèi)六角螺栓把電動機固定在支架上。

3.4 滑塊和滑塊支架材料的選擇和安裝

導(dǎo)輪的往返運動裝置，采用絲桿順時針和逆時針旋轉(zhuǎn)來帶動滑塊作往返運動。滑塊的尺寸為50mm×90mm×35mm，材料為鋁。因為鋁的質(zhì)量比較輕，易加工。在滑塊的中心位置鉆有φ20的內(nèi)螺紋，和絲桿形成螺紋傳動。滑塊下端兩側(cè)鉆有φ20.6的孔，由兩根直徑為φ20的光滑不銹鋼金屬桿穿過，以保證滑塊能用較小阻力滑動。不銹鋼金屬桿固定在整個排絲裝置兩端的萬能鋁塊上。

3.5 絲桿材料的選用和安裝

絲桿的材料和選用φ25的圓鋼加工而成。因考慮到鎢絲的線軸尺寸寬度為380mm，所以選擇的絲桿長度為400mm，絲桿直徑為φ20。為了使速度適合抽絲工作需要，做了多次實驗，確定絲桿螺紋間距為2.4mm。絲桿穿過滑塊的內(nèi)螺紋孔，帶動滑塊作往返運動。絲桿一端固定在萬能鋁塊上，可以作旋轉(zhuǎn)運動，另一端和步進電動機的轉(zhuǎn)軸固定在一起，由步進電動機帶動絲桿作正反轉(zhuǎn)運動。

排絲電路的調(diào)試整時，先調(diào)整接近開關(guān)的間距。由于鎢絲繞線盤的寬度在400mm左右，所以兩個接近開關(guān)的間距我也調(diào)整為400mm。接近開關(guān)安裝時，是通過兩個螺母固定在塑料片上，而接近開關(guān)上面的螺紋長度在50mm，接近開關(guān)間距我也可以通過調(diào)節(jié)整固定螺母來調(diào)整。

3.6 導(dǎo)輪材料的選用和安裝

導(dǎo)輪有兩個，一個是鎢絲經(jīng)測速傳感器導(dǎo)輪過來的排絲導(dǎo)輪，另一個是繞絲盤的導(dǎo)輪。兩個導(dǎo)輪通過固定支架用螺絲固定在滑塊上，其上下角度可調(diào)整。經(jīng)測速傳感器導(dǎo)輪過來的排絲導(dǎo)輪由一個直徑φ40塑料凹圓輪組成，凹圓輪中間為耐磨橡膠，槽深3mm，以保證鎢絲卡在里面不會滑出。導(dǎo)輪裝在金屬螺桿上，由彈簧固定，保證在鎢絲抽絲可以轉(zhuǎn)動一定的角度。繞絲盤的導(dǎo)輪由兩個φ40，厚3mm的圓鐵盤組成。導(dǎo)輪中間是耐磨石棉，抽絲時，鎢絲夾在耐磨石棉中間經(jīng)過，由彈簧緊固在金屬螺桿上，在抽絲時可以旋轉(zhuǎn)一定的角度。兩個導(dǎo)輪由可調(diào)節(jié)角度的金屬片固定在滑塊上。

導(dǎo)輪高度的調(diào)整。先調(diào)整發(fā)線盤導(dǎo)輪的高度。發(fā)線盤導(dǎo)輪的高度要根據(jù)發(fā)線盤的高度和報警接觸裝置的高度來調(diào)整。

3.7 接近開關(guān)的選用和安裝

接近開關(guān)的型號有很多種，通過比較，選擇了德力西型號為LJ12A3-4-2/EX的接近開關(guān)，是一個常開的接近開關(guān)。接近開關(guān)固定安裝在萬能鋁塊上端。在滑塊上裝有擋鐵，當(dāng)滑塊靠近接近開關(guān)時，擋近距接近開關(guān)0.5cm后，接近開關(guān)工作。

3.8 抽絲電動機裝置的選用和安裝

（1）電動機的選擇和安裝

抽絲電動機選用了漢鼎電機廠生產(chǎn)的型號為57BYGH5601步進電動機。抽絲電動機和排絲電動機型號相同。固定時，直流電動機固定在一個7字型的角鐵支架上，支架用多孔金屬片固定在操作臺上。

（2）線軸及支架材料的選擇和安裝

根據(jù)鎢絲企業(yè)中線軸的實際情況，線軸的尺寸為寬130mm，直徑為65mm。線軸中心有一個直徑為6mm的圓孔，生產(chǎn)時套在步進電動機的轉(zhuǎn)軸上。另一端用萬能金屬片固定在操作臺上。

（3）PLC、測速傳感器、步進電動機控制器和電源的安裝

測速傳感器在安裝時，導(dǎo)輪的測速傳感器的距離為18mm，導(dǎo)輪的尺寸為4mm×18，由兩個導(dǎo)輪組成，每個導(dǎo)輪中間有一個1mm的凹槽，導(dǎo)輪由彈簧固定住，保證兩個導(dǎo)輪緊密地接觸在一起。整個裝置用萬能金屬片固定在操作臺面上。

PLC、測速傳感器、步進電動機控制器和電源安裝在一塊配電板上，放入操作臺的柜子中，并用木螺絲固定。

4 小結(jié)

本文是對鎢絲企業(yè)中的鎢絲“燒青”爐設(shè)備技術(shù)改進，通過控制恒線速度、自動擺絲、報警等技術(shù)改進，實現(xiàn)鎢絲“燒青”爐的自動生產(chǎn)。在鎢絲企業(yè)的使用中，極大了節(jié)約勞動成本，取得了較好的經(jīng)濟效益。新設(shè)計的鎢絲“燒青”爐設(shè)備雖然解決了鎢絲企業(yè)在鎢絲“燒青”和繞絲生產(chǎn)過程中的不足，但該設(shè)備在鎢絲企業(yè)中剛試用，需要在生產(chǎn)中不斷完善。