钢丝拉拔气动悬臂立式放线架的设计应用

陈宏伟，李晓明，王 博，贾 越，杜 胜

(新疆八钢金属制品有限公司)

1 问题的提出

新疆八钢金属制品有限公司的主要产品为冷拔丝、镀锌丝等，现场共有40余条拉丝生产线进行高线深加工拉拔。钢丝拉拔的主要生产工序为：上料穿线作业→拉拔作业→收线作业→下线作业→打包作业等6道工序。在上原料穿线时，所使用的放线模式为大提篮式放线，因此须使用固定立式放线架放线。立式放线架总高度为4660mm，在生产上料穿线作业的过程中，操作人员必须全程佩戴安全带，攀爬扶梯至4m高的平台上完成原料穿线作业，高处空间交叉作业频繁，作业环境较为复杂，该工序平均耗时约为15.025min，严重影响生产效率。

生产上料穿线作业流程耗时较长、员工劳动强度较大，高处空间作业存在极大安全隐患，对现场生产效能及员工的本质化安全造成了一定的影响。因此，通过对现场情况研究分析，设计制作了气动悬臂立式放线架，现场操作人员在地面完成原料穿线作业，既提高了穿线效率，同时避免了人员高空作业，操作人员可以安全作业。

2 气动悬臂立式放线架的设计

在拉丝机前配备盘圆放线装置。根据盘圆捆缠绕形成的过程，反向操作进行放线，即采用上抽的方式进行放线[1～2]。将盘圆捆放置在放线架下，钢料在牵引力作用下通过立式放线架上各导轮进入机械除磷装置后进行拉丝。原固定立式放线操作工必须登高作业，新设计的悬臂立式放线架放线架可在不改变盘圆放线方式的前提下实现地面作业，可以减少作业时长，提升生产效率。

2.1 整体结构设计

仍然采用立式放线结构，将原立式放线架立柱从距离地面3m处位置进行截取，分成上下两段式，两段中间用铰链进行连接，立柱下半段固定在地面，上半段为曲形悬臂结构，并以铰链为支点上下旋转[3]。同时用气缸连接上段悬臂与下段底座立柱形成固定结构，通过伸缩气缸控制上段悬臂的升降，从而促使放线架具备升降功能。改进后的立式放线架如图1、图2所示。

图1 立式放线架

图2 气动悬臂立式放线架

2.2 悬臂设计

悬臂装置的结构设计是影响悬臂机构升降作业的主要环节之一，在原料穿引线的操作过程中，上段曲臂需频繁升降，原料在顶端导线轮走线的同时，悬臂顶端会受到一定的力冲击，悬臂易发生变形断裂现象。因此，对悬臂顶端处进行改进，形成700mm与地面平行的结构，形成曲臂结构的悬臂，改进后的曲臂结构简单、轻巧、实用，也有效保障了曲臂的牢固性。改进后的曲形悬臂见图3。

图3 曲形悬臂

2.3 曲臂聚线装置设计

对现场作业指导书、工程师机械手册的要求进行了分析，在现场高架放线架上，分别制作了喇叭口、万向导线轮两种聚线装置，并进行拉拔试验。根据实际使用情况：使用喇叭口装置从提篮抽线、分线、引线时，钢丝的旋向力顺喇叭口逐渐缩小，通过与滑道间的摩擦作用分解，导致喇叭口出现严重磨损，易发生打结、断线等情况；使用万向导线轮装置上料时，顶部支撑杆具备弹簧及平面轴承，能够使导线轮360度旋转，从而将钢丝的旋向力化解，使钢丝顺畅出入，可有效降低钢丝打结、断线情况的发生[4]。

2.4 举升气缸型号的选择

举升气缸型号是影响放线架升降作业的重要环节，为了选取能够达到预期效果的气缸,进行了精密测算，并通过现场测试，确定使用SC125×600型气缸(具体参数见表1)。

表1 SC125×600型气缸相关参数

SC125×600型气缸承压力计算：

F=A×P=π×(D2/4)×P

式中：F—压力，N；

A—受力面积，m2；

P—压强 ,Pa

则F=3.14×(0.1252/4)×0.6×106

=7.359kN

SC125×600型号气缸承压力为7.359kN，大于放线架的最大拉力(6.5kN)，该气缸承压力完全满足放线架的升降作业要求。

2.5 气缸铰链设计

气缸铰链是悬臂支撑降受力的关键结构，为了选取能够达到预期效果的气缸铰链材质,对45#、60#、65#材质进行反复对比验证，认为45#钢的抗冲击能力可以满足所需的工序条件，因此采用45#钢作为连接立柱上下段的铰链材质。气缸铰链如图4所示。

图4 气缸铰链

2.6 气动控制阀的选择

气动悬臂式放线架穿引线时，需先进行升降操作，如使用电磁阀操作控制，操作简单，但受现场环境影响，故障较多，升降速度、气量大小都需事先设定。使用手转阀，比较直观，简单、轻巧、实用，既能满足升降操控的硬性指标，也能满足举升机构的使用特性。

3 使用效果分析

3.1 气动悬臂立式放线架使用情况分析

通过对气动悬臂立式放线架使用情况分析，发现使用原有立柱，既坚固实用、截取方便，也节省制作耗时、降低加工成本。当3000mm处截取时，上段悬臂下降后，地面的操作空间适当，可保证安全距离，同时不影响提篮摆放位置，易于操作。

3.2 曲臂使用情况分析

通过对曲臂使用情况进行分析，发现带有万向导线轮的曲臂装置较为轻便，符合SC125×600型气缸的承压能力，满足经济实用的特点。同时，原料走线流畅，不易发生断线、乱线的情况，有效地提升了生产的连续性，保障了拉丝订单及后续镀锌工序的基本供料。

3.3 整体效果分析

气动悬臂立式放线架自投入使用以来，工作状况良好，操作人员在地面操作，作业现场消除了一项登高作业的三级危险源，改善了现场安全环境；同时，提高了作业效率，通过连续数月对原料的上料穿引线工序耗时追踪，发现使用气动悬臂立式放线架穿引线的平均用时减少，平均用时3.6min，比固定式立式放线架穿引线的的作业效率提高了4.17倍。

4 结语

通过气动悬臂立式放线架设计应用，有效改善了操作人员的作业环境，实现了消除三级危险源，达成本质化安全作业过程。员工地面操作穿引线，减少了系安全带、登高等流程，使穿引线工序的操作规程减少，平均用时3.6min，较原有模式效率提高了4.17倍。同时钢丝生产过程中的断线、乱线频率降低，生产的连续性提高，生产节奏效率加强，更符合现场的拉拔加工。