跳繩式與管式組合型1×7及1×19低松弛預(yù)應(yīng)力絞線捻股機(jī)的同步裝置

李洪亮（天津冶金集團(tuán)中興盛達(dá)鋼業(yè)有限公司，天津301616）

跳繩式與管式組合型1×7及1×19低松弛預(yù)應(yīng)力絞線捻股機(jī)的同步裝置

李洪亮
（天津冶金集團(tuán)中興盛達(dá)鋼業(yè)有限公司，天津301616）

為滿足1×7和1×19絞線的生產(chǎn)工藝要求，在現(xiàn)有鋼絞線生產(chǎn)線基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種跳繩式與管式組合型1×19低松弛預(yù)應(yīng)力絞線捻股機(jī)同步裝置，在同一生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)了1×7與1×19兩種規(guī)格產(chǎn)品的分段運(yùn)行生產(chǎn)，降低了頻繁更換產(chǎn)品規(guī)格的生產(chǎn)成本和操作難度，提高了1×19低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線的捻制生產(chǎn)速度及成品鋼絞線的長度。

低松弛預(yù)應(yīng)力絞線；捻股機(jī)；同步裝置

1 引言

隨著國內(nèi)大規(guī)格礦用預(yù)應(yīng)力鋼絞線的開發(fā)利用和應(yīng)用領(lǐng)域的逐步拓展，特別是1×19低松弛預(yù)應(yīng)力大規(guī)格鋼絞線各規(guī)格國標(biāo)的制定之后，該絞線在國內(nèi)需求不斷攀升。由最初的捻制后再重新單獨(dú)中頻回火處理演變到使用框絞股機(jī)或管式捻股機(jī)捻制在線中頻回火處理。無論是框絞式還是管式捻股機(jī)，無論是帶張力回火還是無張力回火，雖然產(chǎn)品質(zhì)量均能達(dá)到用戶要求，但在生產(chǎn)組織過程中都存者一些缺點(diǎn)。

2 1×19框絞式股機(jī)存在的問題

1 ×19框絞式股機(jī)存在的問題歸納為以下五點(diǎn)：

由于框絞是多個(gè)工字輪分布于絞籠或絞盤上，整體設(shè)備過于龐大，斷絲整理、對焊接頭、裝軸操作均帶來不便。

由于旋轉(zhuǎn)盤直徑較大，上滿軸后整體重量很大，且受地軸限制很難提高生產(chǎn)線的捻制速度，國內(nèi)專業(yè)廠家捻制速度一般不超過30 m/min，因此制約了鋼絞線生產(chǎn)的效率。

由于傳動(dòng)變速箱的傳動(dòng)比一定，其捻距只能在有限范圍內(nèi)變化，無法滿足特殊規(guī)格產(chǎn)品工藝要求。

如用其生產(chǎn)1×7絞線時(shí)需絞籠整體旋轉(zhuǎn)，能耗高、成本大等原因，一般不安排兼顧生產(chǎn)該類產(chǎn)品。

由于絞籠龐大且需旋轉(zhuǎn)，限制了工字輪的直徑及滿軸單絲長度，也就是限制了絞線成品的長度，造成換軸頻繁，進(jìn)而增加了起車施加張力回火時(shí)的廢線總量。

3 1×19管式股機(jī)存在的問題

1 ×19管式股機(jī)存在的問題歸納為以下兩點(diǎn)：

因每個(gè)工字輪要放于旋轉(zhuǎn)體內(nèi)，19件工字輪放線，如按一字縱向布置，使股機(jī)總長度非常之大。也就使旋轉(zhuǎn)體長度加大，對制造精度要求很高，筒體托輥或筒體主軸承及傳動(dòng)系統(tǒng)要求承載能力大，加大了設(shè)備制造難度和投入。

在生產(chǎn)低松弛預(yù)應(yīng)力生產(chǎn)線需要在不同階段生產(chǎn)不同規(guī)格的鋼絞線產(chǎn)品，成品結(jié)構(gòu)的不同，捻制時(shí)所需的放線軸數(shù)不同。即生產(chǎn)1×19絞線時(shí)，合股機(jī)需要在19個(gè)放線裝置上放置打滿單絲的工字輪，并對19絲進(jìn)行旋轉(zhuǎn)捻制合股，生產(chǎn)1×7絞線時(shí)只需7個(gè)放線裝置放線并旋轉(zhuǎn)捻制，無法斷開未被使用的部分放線機(jī)構(gòu)，造成生產(chǎn)1×7絞線時(shí)能源的極大浪費(fèi)，操作復(fù)雜，生產(chǎn)成本成倍增加。

4 1×19絞線的聯(lián)合式捻股機(jī)的研制思路

鑒于以上兩種股機(jī)生產(chǎn)單一性和存在的缺點(diǎn)，為滿足1×7和1×19絞線的生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，結(jié)合兩種不同結(jié)構(gòu)絞線市場份額，即1×7相對于1×19產(chǎn)品市場需求占比較大，并且有可能會(huì)存在市場無訂貨情況。為節(jié)約生產(chǎn)成本，也為了在1×19產(chǎn)品訂單不充足的情況下致使設(shè)備閑置，造成浪費(fèi)，設(shè)計(jì)一種跳繩式捻股機(jī)和管式股機(jī)相結(jié)合的既能夠有選擇性的分段運(yùn)行生產(chǎn)1×7絞線，又能夠兩段結(jié)合整體運(yùn)行生產(chǎn)1×19絞線的聯(lián)合式捻股機(jī)非常必要。跳繩式捻股機(jī)、管式捻股機(jī)、中頻回火爐等設(shè)備都是行業(yè)中運(yùn)行多年的成熟設(shè)備，在此不再贅述。兩種股機(jī)的旋轉(zhuǎn)體聯(lián)合運(yùn)行時(shí)必須在整體啟動(dòng)、快速急停等突發(fā)狀態(tài)下，必須不產(chǎn)生轉(zhuǎn)角差，否則造成絞線變?yōu)槁榛ň€或扭斷。由于跳繩式的弓子板旋轉(zhuǎn)體和管式的筒體其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量差距很大，制動(dòng)力矩相差很大，對聯(lián)合運(yùn)行時(shí)各種動(dòng)作的確保同步是該設(shè)備能夠正常運(yùn)行生產(chǎn)的關(guān)鍵。

5 1×19絞線的聯(lián)合式捻股機(jī)同步裝置的設(shè)計(jì)

為解決該難題，將設(shè)計(jì)的一款簡單實(shí)用的聯(lián)合股機(jī)的同步裝置進(jìn)行簡單介紹，見圖1。

圖1 同步傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖

同步傳動(dòng)裝置的構(gòu)成及其相互連接關(guān)系。本同步傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，包括驅(qū)動(dòng)跳繩式捻股機(jī)的變頻式交流電機(jī)5、驅(qū)動(dòng)管式捻股機(jī)變頻式交流電機(jī)12、分合式同步齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)8、萬向節(jié)軸1、管式捻股機(jī)傳動(dòng)軸13、跳繩式捻股機(jī)傳動(dòng)軸6、第一彈性聯(lián)軸器11、第二彈性聯(lián)軸器9和第三彈性聯(lián)軸器4，管式捻股機(jī)傳動(dòng)軸13的兩端分別與第一彈性聯(lián)軸器11和第二彈性聯(lián)軸器9一端連接，第一彈性聯(lián)軸器11的另一端與所述驅(qū)動(dòng)管式捻股機(jī)變頻式交流電機(jī)12的輸出軸連接，所述第二彈性聯(lián)軸器9的另一端與所述分合式同步齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)8的輸入軸連接，所述管式捻股機(jī)傳動(dòng)軸13通過齒形皮帶及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與管式捻股機(jī)的筒體連接。跳繩式捻股機(jī)傳動(dòng)軸6的兩端分別與所述驅(qū)動(dòng)跳繩式捻股機(jī)變頻式交流電機(jī)5的輸出軸和第三彈性聯(lián)軸器4一端連接，第三彈性聯(lián)軸器4的另一端與恒扭矩摩擦制動(dòng)盤7連接，跳繩式捻股機(jī)傳動(dòng)軸通過齒形皮帶及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與跳繩式捻股機(jī)地軸連接。萬向節(jié)軸1的兩端分別與恒扭矩摩擦制動(dòng)盤7和分合式同步齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)8的輸出軸通過連接法蘭連接。驅(qū)動(dòng)跳繩式捻股機(jī)變頻式交流電機(jī)輸出軸和驅(qū)動(dòng)管式捻股機(jī)變頻式交流電機(jī)輸出軸上分別鉸接，并安裝測速編碼器。

同步傳動(dòng)裝置與管式捻股機(jī)的連接方式。管式捻股機(jī)傳動(dòng)軸13與管式捻股機(jī)的筒體之間的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可以采用常規(guī)的齒形皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等。本實(shí)施例中的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括與管式捻股機(jī)傳動(dòng)軸13通過鍵連接的主動(dòng)齒形皮帶輪，主動(dòng)齒形皮帶輪通過齒形傳動(dòng)皮帶10與齒形被動(dòng)皮帶輪連接，齒形被動(dòng)皮帶輪與管式捻股機(jī)的筒體連接。

同步傳動(dòng)裝置與跳繩式捻股機(jī)的連接方式。跳繩式捻股機(jī)傳動(dòng)軸與跳繩式捻股機(jī)地軸之間的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可以采用常規(guī)的皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等。本實(shí)施例中的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括與跳繩式捻股機(jī)傳動(dòng)軸6通過鍵連接的主動(dòng)齒形皮帶輪3，主動(dòng)齒形皮帶輪3通過齒形傳動(dòng)皮帶2與齒形被動(dòng)皮帶輪連接，齒形被動(dòng)皮帶輪與所述跳繩式捻股機(jī)的地軸連接。

單獨(dú)驅(qū)動(dòng)跳繩式捻股機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)行原理。單獨(dú)驅(qū)動(dòng)如單獨(dú)驅(qū)動(dòng)跳繩式捻股機(jī)，需撥動(dòng)分合式同步齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)8的手柄到“分開”位置。驅(qū)動(dòng)跳繩式捻股機(jī)變頻式交流電機(jī)5的輸出軸通過第三彈性聯(lián)軸器4帶動(dòng)跳繩式捻股機(jī)傳動(dòng)軸6，從而帶動(dòng)齒形皮帶輪3，通過齒形傳動(dòng)帶2傳動(dòng)跳繩式捻股機(jī)。在實(shí)現(xiàn)本動(dòng)作的同時(shí)，通過主控制系統(tǒng)的控制，斷開了驅(qū)動(dòng)管式捻股機(jī)變頻式交流電機(jī)12的電力，只供給驅(qū)動(dòng)跳繩式捻股機(jī)變頻式交流電機(jī)5的電能，并通過控制回路對其控制，實(shí)現(xiàn)單一驅(qū)動(dòng)跳繩式捻股機(jī)，實(shí)現(xiàn)1×7鋼絞線產(chǎn)品的生產(chǎn)。

同時(shí)運(yùn)行兩段股機(jī)的運(yùn)行原理。如同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩部捻股機(jī)，需撥動(dòng)分合式同步齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)8的手柄到“合”的位置，兩個(gè)電機(jī)經(jīng)中間的各個(gè)聯(lián)軸器、傳動(dòng)軸等形成閉合傳動(dòng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)兩部捻股機(jī)電機(jī)的同步聯(lián)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)跳繩式捻股機(jī)變頻式交流電機(jī)5驅(qū)動(dòng)安裝在跳繩式捻股機(jī)傳動(dòng)軸6上的齒形皮帶輪3經(jīng)齒形傳動(dòng)皮帶2傳動(dòng)跳繩式捻股機(jī)。驅(qū)動(dòng)管式捻股機(jī)變頻式交流電機(jī)12驅(qū)動(dòng)安裝于管式捻股機(jī)傳動(dòng)軸13上的齒形皮帶輪傳動(dòng)齒形皮帶10傳動(dòng)管式捻股機(jī)，即兩個(gè)電機(jī)在齒輪箱10的連接狀態(tài)下共同驅(qū)動(dòng)各自所連接的股機(jī)。經(jīng)傳動(dòng)比的不同通過分合式同步傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使管式捻股機(jī)的旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)數(shù)同步于跳繩式捻股機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)實(shí)現(xiàn)同步捻制。通過主控制系統(tǒng)分別控制兩部變頻電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，實(shí)現(xiàn)兩部變頻電機(jī)同時(shí)分別驅(qū)動(dòng)兩部捻股機(jī)同步旋轉(zhuǎn)，經(jīng)生產(chǎn)線整合，實(shí)現(xiàn)1×19鋼絞線產(chǎn)品的生產(chǎn)。

兩段捻股機(jī)啟動(dòng)和快速急停時(shí)的無轉(zhuǎn)角差制動(dòng)原理。當(dāng)快速急停時(shí)，兩部由同步系統(tǒng)機(jī)械連接的變頻電機(jī)通過電器控制系統(tǒng)分別向電網(wǎng)饋電，將不同轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的余量以發(fā)電形式回饋電網(wǎng)，產(chǎn)生主制動(dòng)力矩，起到主制動(dòng)作用。在同步系統(tǒng)中的液壓摩擦制動(dòng)盤起到制動(dòng)的輔助作用。

6 同步傳動(dòng)裝置中同步齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

同步齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的組成。本實(shí)施例中的分合式同步齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的示意圖如圖2所示，包括與第二彈性聯(lián)軸器9連接的分合式同步齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸入軸20、與分合式同步齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸入軸20連接且能夠沿軸向雙向滑動(dòng)的連接齒輪19、與萬向節(jié)軸連接的分合式同步齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出軸14、中間傳動(dòng)軸17、中間傳動(dòng)齒輪18、相互嚙合的兩個(gè)換向齒輪15和16，兩個(gè)換向齒輪15 和16的齒數(shù)相同且直徑相同。

同步齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的相互連接關(guān)系及原理。與連接齒輪19相應(yīng)位置的中間傳動(dòng)軸17上安裝有中間傳動(dòng)齒輪18，換向齒輪15安裝于分合式同步齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出軸14上，換向齒輪16安裝于中間傳動(dòng)軸17上，所述連接齒輪19與撥叉連接。當(dāng)撥叉撥到“分”位置時(shí)，連接齒輪19與中間傳動(dòng)齒輪18分開，驅(qū)動(dòng)跳繩式捻股機(jī)變頻式交流電機(jī)5單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)撥叉位于“合”位置時(shí)，連接齒輪19與中間傳動(dòng)齒輪18嚙合，通過兩個(gè)換向齒輪15、16和中間傳動(dòng)齒輪18將驅(qū)動(dòng)管式捻股機(jī)變頻式交流電機(jī)12與驅(qū)動(dòng)跳繩式捻股機(jī)變頻式交流電機(jī)5連接起來，實(shí)現(xiàn)兩部捻股機(jī)同步運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖2 分合式同步齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的示意圖

7 結(jié)論

該組合型1×19鋼絞線生產(chǎn)線是在現(xiàn)有鋼絞線生產(chǎn)線基礎(chǔ)上的改進(jìn)，在管式捻股機(jī)及跳繩式捻股機(jī)之間增加了一部簡單實(shí)用的同步傳動(dòng)裝置，在同一生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)了1×7與1×19兩種規(guī)格產(chǎn)品的可分段運(yùn)行生產(chǎn)。

本文講述了實(shí)現(xiàn)管式捻股機(jī)和管式捻股機(jī)的同步傳動(dòng)裝置的原理和各部件之間的連接機(jī)理，經(jīng)實(shí)踐實(shí)用是可行并穩(wěn)妥可靠的。

本實(shí)例的實(shí)現(xiàn)，降低了在頻繁更換產(chǎn)品規(guī)格時(shí)的生產(chǎn)成本、極大的降低了大規(guī)格1×19產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)的操作難度。特別是同步傳動(dòng)裝置、跳繩式捻股機(jī)和管式捻股機(jī)的組合，加大了放線工字輪的直徑，也就是增加了放線半成品單絲的長度，提高了成品鋼絞線的長度。

同步傳動(dòng)裝置是跳繩式和管式捻股機(jī)能夠有機(jī)結(jié)合的關(guān)鍵設(shè)備，能夠起到同步啟動(dòng)和快速急停時(shí)而不產(chǎn)生兩段旋轉(zhuǎn)體之間產(chǎn)生轉(zhuǎn)角差的有效作用。提高了1×19低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線的捻制生產(chǎn)速度，其最大直徑∮21.8產(chǎn)品生產(chǎn)速度達(dá)到64m/ min。堪稱能夠?qū)崿F(xiàn)高速度生產(chǎn)大規(guī)格1×19預(yù)應(yīng)力鋼絞線產(chǎn)品里程碑式的革命。

［1］常治斌，張京輝.機(jī)械原理［M］.北京：北京大學(xué)出版社，2007.

［2］楊天明，陳杰.電機(jī)與拖動(dòng)［M］.北京：中國林業(yè)出版社，2006.

Synchronous Device of Rope Skipping Type and Tube Type Combined Stranding Machine for 1×7 and 1×19 Low Relaxation Pre-Stressed Steel Strand

LI Hong-liang
（Tianjin Metallurgy Group Zhongxing Shengda Steel Industry Co.，Ltd.，Tianjin 301616，China）

In order to meet the production process requirement by 1×7 and 1×19 steel strand，a synchronous device of rope skipping type and tube type combined stranding machine for 1×19 low relaxation pre-stressed steel strand was designed on existing strand production line，realizing divided section production of products of two sizes of 1×7 and 1×19 on the same production line，reducing production cost and operation difficulties because of frequent product size changes and increasing the spinning production speed and finish product length of 1×19 low relaxation pre-stressed steel strand.

low relaxation pre-stressed steel strand；stranding machine；synchronous device

10.3969/j.issn.1006-110X.2016.02.013

2015-11-13

2015-11-30

李洪亮（1964—），男，高級工程師，主要從事設(shè)備動(dòng)力方面的研究工作。