垂直输入变频调速直进式拉丝机的研制

2016-08-26于承波

山东冶金 2016年3期

关键词：压缩率线速度卷筒

于承波

（威海银兴预应力线材有限公司，山东威海264204）

经验交流

垂直输入变频调速直进式拉丝机的研制

于承波

（威海银兴预应力线材有限公司，山东威海264204）

威海银兴集团通过采用变频调速的新技术，研制垂直输入变频调速直进式拉丝机。介绍了拉丝机的基本工作原理、系统组成及技术参数的制定。生产应用表明，研制的拉丝机能够实现连续拉拔。

直进式拉丝机；变频调速；技术参数

1　前言

威海银兴集团原采用拉丝机卷筒直径是900 mm，直流调速。每个卷筒的动力是110 kW的直流电机，电耗较高。由于卷筒小，线速度小，日产单丝35 t。为了适应市场需求，扩大生产规模，采用变频技术研制新拉丝机。LZ-9/1200垂直输入变频调速直进式拉丝机成功应用于生产，电机功率90 kW，每个收线轮存储的单丝是2.65 t，日产55 t单丝。新拉丝机的研制成功，为赢得市场奠定了基础。

2　直进式拉丝机的试制开发

2.1拉丝机基本工作原理

直进式拉丝机是生产低松弛、高强度预应力钢绞线的前工序设备，拉拔出的钢丝机械性能的好坏直接影响到钢绞线的质量。威海银兴公司用于生产1 860 MPa高强度低松弛预应力钢绞线的原料是直径Φ12.5 mm和Φ13 mm的热轧控冷盘条，将通过拉丝机多道次拉拔成所需要的钢丝直径。

拉丝机依据的原理是塑性材料受拉时产生的拉伸变形。拉拔道次的设置将直接影响到设备装机容量的大小、设备运行的平稳性。而多道次拉丝机要实现连续拉拔，其基本条件是在整个拉拔过程中保持钢丝的体积秒流量相等。在制定好工艺配模后，拉拔卷筒的速度匹配将完全由电气系统来实现。通过在线自动检测技术，将在拉伸变形时测得的角度张力信号实时反馈给控制系统，形成闭环控制，通过PLC控制下的变频调速实现的，见图1。

拉丝机的9个卷筒在统一的给定速度下运行拉丝，角度张力传感器1将卷筒1的转速扰动取出，送至变频器2，驱动电机2在运行中跟踪着电机1，保持着与电机1的动态同步。类似地，电机3在角度张力传感器2的反馈下，跟踪着电机2……电机9在角度传感器8的反馈下，跟踪着电机8，从而使本机9个卷筒协调一致。

图1　变频调速原理

2.2系统组成

LZ-9/1200垂直输入直进式拉丝机由卷筒、张力装置、拉丝模、变频电机、减速器、电控部分组成。变频电机通过减速器将动力传给卷筒，钢丝穿过拉丝模在卷筒的作用下完成拉拔动作，张力装置和变频电机在电控部分的控制下保证钢丝通过各模具体积流量相等。拉丝机结构如图2所示。

图2　拉丝机结构

2.3拉丝机技术参数

在拉丝机中，拉拔道次的设置直接关乎拉拔出钢丝的综合机械性能和设备的性能。而平均道次压缩率的大小对钢丝抗扭转、弯曲性能，进而提高钢丝合格率具有十分重要的意义。总压缩率的大小直接影响着钢丝的抗拉强度。经验表明，拉拔的总压缩率控制在88%左右，平均道次压缩率确定在20%左右，会使钢丝获得较为理想的综合力学性能。

1）拉拔压缩率qn：

式中dn为拉拔后钢丝直径，dn-1为拉拔前钢丝直径。

2）平均道次压缩率q：

式中d0为第一道钢丝直径，n为拉拔道次。3）钢丝冷拉后的强度σbn（MPa）：式中σ0为拉拔前原料的抗拉强度，MPa；k为系数，为0.95～1.05。

4）钢丝所需拉拔力P（N）：

式中qn为压缩比。

5）钢丝所需拉拔功率Nn（kW）：

式中Vn为钢丝线速度，m/s；Pn为拉拔力，N。

在理想状态下，钢丝的线速度等于卷筒的线速度，钢丝被拉拔。而实际上，钢丝在卷筒上拉紧后，钢丝和卷筒表面会产生很大的摩擦力，这个摩擦力使得钢丝通过拉丝模不断地被拉长。所以，钢丝和卷筒之间具有相对滑动，也就是说钢丝的线速度小于卷筒的线速度。

2.4关键技术的解决

保证钢丝通过各模具的体积流量相等是研制拉丝机需要解决的关键技术，是通过采用传感器技术、变频技术，在PLC的控制下实现闭环控制来实现的。

钢丝经卷筒拉拔收卷，经靠线辊进入模盒，到下一卷筒拉拔。靠线辊装在由气缸连接的杠杆转轴上，转轴上安装角度传感器。该传感器随着转轴的旋转，改变转角从而改变电气参数，经驱动装置令下一卷筒加速或减速。若卷筒转速忽然加快，则钢丝因松弛而使杠杆转轴顺时针旋转一角度，传感器则输出1个电气信号，通过驱动装置令卷筒加速，从而使钢丝绷紧回复。反之，当卷筒转速突然减慢时，则钢丝因绷紧而使杠杆转角逆时针旋转一角度，传感器又输出一个电气信号，经驱动装置令卷筒相应减速，使钢丝松弛，随靠线辊回复。在运行中，有了传感器的信号调节，下一卷筒或快或慢，始终跟踪着卷筒，保持平衡，实现了钢丝的直进联拉。

2.5设备特点

采用9道卷筒拉拔，降低了拉拔钢丝平均压缩率，对于提高钢丝扭转、弯曲性能，进而提高钢丝合格率具有十分重要的意义。采用1 200 mm的卷筒直径，积线高度达350～400 mm，提高了钢丝在卷筒上的停留时间。拉丝速度可达5～7 m/s，提高了设备的生产率。卷筒冷却采用中空轴全封闭冷却水，卷筒内壁采用电镀锌保护层，避免了长时间运转后的积垢，提高了卷筒的冷却效果。电气上应用PLC控制的变频调速技术，实现了比同类产品更节约能耗，降低成本。卷筒采用合金钢制造，并经调质处理后再进行机械加工，保证了最终热处理工序所需要的硬度要求，提高了卷筒的耐磨性。