400型双捻机的技术分析
来源:用户上传
作者:
摘 要：进入二十一世纪，我国的国民经济进入了高速发展的时代。同样以长线材深加工为主的金属制品行业同样呈现出蓬勃发展的态势。在金屬制品行业中，原先钢丝绳一般使用的是普通捻股机进线捻制的，传统的捻股机机筒体旋转1周的话，只能出1个捻距，捻股机效率一般。为提高生产效率，人们开发出了双捻机，甚至开始考虑三捻机等更加高级的设备。
关键词：双捻机;外过捻;编码器;位置跟随;485通讯;伺服电机
一、双捻机的工作原理和基本结构
双捻机的基本原理是筒体机身旋转一周，捻制出2个捻距的绳子或者股子，双捻机的效率是捻股机的2倍。双捻机的一般主体结构就是摇篮筒体部分。采用双捻机进线捻股生产，具有速度快，效率高，设备占用场地小，捻成的股或者绳子质量好。当然，双捻机生产对于制绳用的钢丝的稳定性要求极高，对于捻成不同类型的股子和绳子，要求的原料钢丝的应力值也有不同的要求。制绳原料钢丝的稳定，取决于各个生产环节中的质量控制。因此，各个环节质量控制好的话，就能确保双捻机的正常生产，从而提高钢丝绳的生产效率和综合成材率。
二、国外有名的双捻机制造商
（1）德国SKET，SKET公司生产的几乎所有机械设备都很先进，它生产了许多各种规格类型的双捻机，法尔胜特钢公司在2011年进口了一批SKET的MSDC7×250型生产胶带钢丝绳的内放外收的双捻机，生产效率和质量一直非常稳定。
（2）意大利GCR公司，GCR公司是西欧生产设备制造商的后起之秀，其生产的各类双捻机的技术水平也比较高，技术实力较强，因此同样的，特钢公司在2007年进口了3台 DTUF630/36盘的大型外放内收的双捻机，外放内收型相对于内放外收型而言，捻制使用的股数，选择的余地明显要大的多。
三、国内设备制造商的崛起
随着金属制品制造业的迅猛发展，国内一批企业都能独立设计生产各种双捻机了，其中法尔胜泓昇重工就能生产400，500，630等系列双捻机。下面重点介绍DTB400×7+1的设备。
这是1台外放内收，用于生产特钢胶带钢丝绳的双捻机（众所周知，法尔胜特钢公司，一直是世界最大的胶带绳生产企业），a.放线装置是工字轮装载式，分固定式和穿轴式。放线上配置了机械阻尼盘及阻尼块+链条的可调节方式，从而保证了放线张力的恒定。b.合线与压模装置。合线轮的四周均布1+6+12，圆周轮槽底直径250mm，合线轮底径85mm，淬火硬度58～62HRC。c.外置伺服过捻装置，使用形式：非“8”型绕法，“O”型绕法。d.主机摇篮部分，摇篮支撑：双主动主轴支撑，使用过度定位方式，回转体：飞轮形式，铸钢件，ZG310-570，调质热处理，无捻制用绞弓，低风阻设计，回转体制动：两套气动碟刹制动，气压0.5Mpa主机自带，回转体过线轮：槽底直径55mm/R3，主轴内过线轮可按捻向与轴线有刻度偏移±12度。排线装置：光杆排线，GP30，排拒按GP30本身性能，动力来源于收线电机动力。
四、DTB400×7+1的电控设计
根据双捻机的工作原理，摇篮捻股部分由主电机驱动飞轮旋转体实现主捻和扭转伺服电机驱动过捻器实现过捻（即完成双稔）;收线部分为电机转矩运行和排线部分为电机速度运行;此外还有摇篮电机控制摇篮翻转;冷却电机对机器内部进行冷却。根据工艺要求，摇篮电机的速度可以根据需求改变，外过捻、内过捻、排线电机的速度可根据工艺要求更改系数进行变化且各电机根据比例系数同步运行。同时系统还要求具有运行控制、工艺参数设置、成品长度计数、设备状态监测、故障报警处理等功能。
（一）电气硬件配置
通过结构图，可以看出本双捻机的控制方案。系统核心是使用西门子PLC S7-200SMART，通过485通讯对主捻电机、内过捻电机、收线电机、排线电机进行同步控制。外过捻则由PLC通过485通讯来改变电子齿轮比，同步通过编码器信号来实现。使用西门子触摸屏提供操作界面以及监控界面。
（二）各个电机的运行控制
a.主机控制采用开环速度运行，速度给定值有操作工在触摸屏上进行设置，而后触摸屏将速度值给PLC，PLC再转换为相应的频率值，通讯给主机变频器;b.外过捻控制，外过捻控制几乎是整个电控系统的核心部分。外过捻采用了交流伺服系统，在双捻机的生产工艺中，我们选择的伺服运行模式是位置模式（位置模式使伺服电机能瞬时转到需要的位置），设备启停时，外过捻必须时刻与主黏电机保持同步，这影响到钢丝绳的捻制质量;c.内过捻变频器的速度运行要求就低多了，其速度主给定是跟随主机的主速度即可;d.收线控制，收线电机的运行方式是带PG的闭环转矩控制模式。保持收线张力，牵引送过来多少钢丝绳，收线盘就瞬时收卷掉，防止钢丝出现松弛现象;e.排线控制，采用变频器控制排线电机的换向。排线瞬时速度会与收线实际速度保持一定的比例，从而保持工字轮上的钢丝排距在允许范围之内。
（三）PLC的控制设计
根据双捻机的工作要求，控制系统需具备以下功能：a.5台主要电机的启动、停止、正转、反转以及速度的动态调节都由PLC对变频器进行控制，从而实现电机的控制。电机的同步控制由PLC程序根据工艺参数计算，而后分别控制相应的变频器或者伺服控制器加以实现;b.逻辑控制：系统的逻辑控制由PLC检测设备的各种开关信号、传感器信号实现，把这些信号作为PLC程序中关于启动、停止、各种故障和工作状态的条件触点;c.工艺参数的设置：各种工艺参数的设定、显示都通过触摸屏完成;d.设备状态监测和故障显示：在触摸屏上显示各种状态参数，包括各个电机的实际情况以及当设备出现故障时，触摸屏上必须显示出系统的故障信息等，以方便客户的电气维修工作。
（四）触摸屏的设计
在人机界面中，我们设计了设计了人性化的操作界面。使得特钢客户能根据自己的工艺要求，输入相应的数值。举例如下的主画面。
总之，在对7盘400型双捻机的设计制造过程中，我们感到该装备的机械工作原理和工作过程并没有新奇之处，但是电气控制的硬件配置性价比极高。我们并没有配置昂贵的DP通讯系统或者西门子的以太网通讯系统，我们充分利用了变频器及PLC的强大功能完成了双捻机的电气控制要求，顾这种降本节耗的技术理念正是值得我们学习和努力去实践的。
参考文献：
[1]向晓汉，钱晓钟.变频器与伺服驱动技术应用.高等教育出版社，2017，8.
[2]刘春霞.高精度编码器细分误差分析及快速评估方法.黑龙江大学出版社有限责任公司，2015-12.
[3]颜嘉男.伺服电机应用技术.科学出版社有限责任公司，2017-12.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14947267.htm
