直进式拉丝机的开发和应用

总第156期2007年6月南 方 金 属SOUTHERN METALSSum .156June 2007收稿日期:2006-07-15作者简介:李向伟(1966-),男,1988年毕业于广州有色金属工业学校机械专业,工程师.文章编号:1009-9700(2007)03-0046-02直进式拉丝机的开发和应用李向伟(广东鹤山恒基钢丝制品有限公司,广东鹤山529700)摘 要:概述自主开发的直进式拉丝机的控制原理、结构及其性能.通过对变频调速直进式拉丝机与滑差调速滑轮式拉丝机的技术指标和经济指标分析比较,特显直进式拉丝机的优越性,阐明直进拉丝机是钢丝拉拔设备的发展方向.关键词:直进式拉丝机;滑轮式拉丝机;变频调速中图分类号:TG 355 文献标识码:BD evel op m ent and application of straight -li ne draw i ng machi neL I X i ang-w e i(H eshan H angke i Stee lW ire P roduc ts Co .,L td ,H eshan 529700,Guangdong)Abstrac t :The pri nc i ple ,design and perfor m ance of a se l-f deve l oped stra i ght -li ne draw i ng m achi ne are descr i bed i n the d i scuss i on .A co m parison o f the straigh t -li ne draw i ng m achi ne equipped w it h a frequency -converter speed regulator w ith tha t equipped w ith a slip -ri ng speed regu lati ng b l ock in ter m of t he ir technical and econo m ical i nd ices show ed t hat the stra i ght -li ne draw i ng machine w as super i or to the o t her one .T he deve l op m en t trends o f the stra i ght -line draw ing machine as a stee lw ire dra w i ng equip m ent is ill ustrated as we l.lK ey word s :stra i ght li ne dra w i ng m achi ne ;b l ock draw i ng machine ;frequency converte r speed regulator.直进式拉丝机是一种高速、高效、无弯曲、无扭转、强冷却、性价比非常卓越的无滑动连续式拉丝机,在欧美等发达国家或地区早已经得到广泛的应用.国内金属制品行业由于种种原因,目前的干式拉拔设备仍以滑轮式拉丝机为主,其产品性能与直进式拉丝机的相比,不可同日而语.尽管直进式拉丝机较滑轮式拉丝机在生产效率、生产成本、产品质量等方面存在绝对的优越性,但其昂贵的一次性投资,使许许多多国内金属制品企业望而却步.要降低一次性投资,冲破维修维护方面的制约,就必须自主开发,走国产化的路子.鉴此,广东鹤山恒基钢丝制品有限公司充分消化吸收国外先进经验,融合自己的实际使用情况,并借助国内军工企业强大的机加工能力和自动控制编程实力,自主开发出符合我国国情的直进式拉丝机.1 直进拉丝机组的组成如图1所示,该直进拉丝机组由放线、拉拔和收线三部分组成.放线部分由两个鸭嘴式大盘重放线机构组成,每个最大容重215,t 使用时,正在使用的一盘坯料的线尾与另一备用坯料的线头相接,当正在使用的坯料用完后,就自动转到另一盘,实现不停机放线.此外,还配备大盘重工字轮放线装置,以适合不同的放线要求;拉拔部分由9个干式拉拔单元组成,为方便大盘重工字轮放线时有足够换盘的时间,不必停机换轮,将第一个拉拔单元设计为滑轮式,其余的均为直进式.传动方面,1~4号较低速的拉拔单元,拉拔力较大,初级采用XPB 强力齿形三角带传动,次级采用硬齿面平面二次双包络弧面蜗轮副传动方式,结构紧凑,负载能力强.5~9号较高速的拉拔单元,采用二级XPB 强力齿形三角带传动,大大地降低高速的噪音和减少机械故障.卷筒外表面喷焊耐磨硬质合金硬化处理,表面硬度HRC \63,内壁采用小腔式大流量紊流水冷,具有自动除垢功能,确保有充分的冷却能力.模具采用强迫水冷,能迅速将模具热量带走,保证高速拉拔时模具的硬度,总而言之,有效的冷却,是实现高速拉拔的先决条件之一;收线方面,能实现工字轮大盘重收线、线架大盘重收线、普通小盘捆扎兼容,可根据不同的收线要求随时切换,收线设备的传动均采用一级XPB 强力齿形三角带传动,传动方式极为简洁精练.图1 直进式拉丝机示意1-1号拉拔单元;2-2号拉拔单元;3-9拉拔单元;4-张力机构;5-工字轮收线机;6-象鼻式收线机动力源自三相交流变频电动机,低速起动时有较大的起动力矩.系统采用西门子PLC 可编程序控制器和交流变频调速器,结合电机轴上的编码器,组成一个PI D 闭环控制系统,实现各级卷筒速度的高精度调整.操控方面通过彩色触摸屏建立生动直观的操作界面,人机直接对话完成整机各种动、静态参数的设置和监控,如:设定拉拔工艺、实时工艺变化、计米预置、动态拉拔速度、整机速度给定、电源故障、变频器故障、断乱线故障、电控温度显示、工艺历史、故障历史等多种电气参数和工艺参数.完全汉化的操作界面利用密码操作可实现两个层面的功能,其一,工人操作层面:工人利用功用键对成品卷筒的拉拔速度、计米定长、工字轮轮芯直径、排宽、排距进行数字调整,并观察系统的运行情况;其二,管理设定层面:该层面只允许经授权的技术及管理人员实现有关工作参数的更改和设置操作.2 直进式拉丝机的工作原理直进式拉丝机的工作原理,就是控制各卷筒的金属秒流量时刻相等.直进式拉丝机在钢丝拉拔过程中,钢丝从一个卷筒上缠绕一定圈数后,经过调谐辊进入下一道拉丝模,由于拉丝模的不均匀磨损、电机速度的波动或其他原因,破坏金属秒流量的平衡,势必引起钢丝张力的变化,这种变化反映为调谐辊的小辐摆动,位移电流传感器将调谐辊的摆动位移量转化为电信号,通过数据采集A /D 板传递到PLC ,经算法模型运算,其输出值通过数据采集D /A 板传递给变频器,调节变频器的速度给定值,达到前后卷筒速度匹配的目的.成品卷筒的转速为领航速度,是控制整台设备速度的灵魂,起着承前启后的作用,以成品卷筒的调谐辊来控制前一级卷筒的速度,再以前一级卷筒的调谐辊来控制再前一级卷筒的速度,依此向前类推.而后面工字轮收线机和象鼻式收线机也是以成品卷筒速度为基准,通过成品卷筒与工字轮收线机之间的张力控制机构的位移传感器,使收线机的收线速度时刻与成品速度相匹配,最终秒流量相等.即:S 1V 1=S 2V 2,,=S 8V 8=S 9V 9式中S 1,S 2,,S 9)))各拉丝模出口处的钢丝截面积;V 1,V 2,,V 9)))各拉丝模出口处的钢丝的前进速度.3 直进拉丝机组的主要性能1)设备能力:最大进线直径5615mm,抗拉强度[1350M Pa ;最小出线直径<112mm .2)最高拉拔速度:720m /m i n .3)制动能力:极限速时,正常制动[50s ,快速制动[15s ,紧急制动[3s .4)收线方式:工字轮大盘重收线、线架大盘重收线、普通小盘捆扎兼容.4 使用效果以70号钢5515mm ~5212mm 为例,比较使用直进式拉丝机(以下简称/直进式0)和普通滑轮式拉丝机(以下简称/滑轮式0)生产的效果.411 成品钢丝的力学性能1)抗拉强度.使用直进式生产的钢丝平均强度为1750M Pa ;而滑轮式的平均强度为1880M Pa ;直进式生产的钢丝平均强度降低率为:(1880~1750)/1750@100%=714%.2)扭转值.使用直进式生产的钢丝平均扭转次数为36次;而滑轮式的平均扭转次数为27次;直进式生产的钢丝平均扭转次数增加率为:(36-27)/27@100%=3313%.(下转第60页)47总第156期李向伟:直进式拉丝机的开发和应用图6提速前后精轧电机电流波形(上接第47页)3)强差范围.直进式生产的钢丝强差范围[90 M Pa;而滑轮式生产的钢丝强差范围[150MPa.4)直进式生产的产品的一次合格率比滑轮式提高915%.4.2单位吨电耗70号钢5515mm钢丝拉拔至5212mm成品,成品钢丝速度为918m/s.直进式单耗为150k W h/ ;t滑差调速滑轮式拉丝机单耗为232k W h/;t直进式拉丝机较滑差调速滑轮式拉丝机节电率为:(232-150)/232@100%=3513%.4.3生产效率按每班8h,每人操作1台设备,生产5212mm 成品钢丝,直进式的产量为715t/班.人;滑轮式的产量为118t/班.人;直进式的班产是滑轮式的412倍.5结束语1)直进式拉丝机在生产过程中,无弯曲、无扭转,并且采用强劲的冷却方式,钢丝的加工硬化率非常低,具有优良的韧性和塑性,强度波动范围较小,产品性能稳定,这些优良特性在下工序用户中更能体现.2)直进式拉丝机以其高效低耗的生产模式,倍受用家的青睐,单从电耗、合格率、成材率、生产功效来计算,每吨可节约成本约175元,为企业带来较大的经济效益.3)要充分发挥直进式拉丝机潜能,还须在坯料的表面处理,模具的孔设计、高速润滑剂的选用和减振措施方面下功夫,此外,确定最佳的金属变形速度,也是很关键的一环.综上所述,直进式拉丝机一方面可提升产品的性能,另一方面可降低成本,增加效益,具有优异的性价比,是今后钢丝拉拔设备的发展方向,在金属制品行业中,具有良好的推广应用前景.60南方金属S OUTH ERN M ETA LS2007年第3期。