鎢絲同步抽絲機(jī)的設(shè)計(jì)

施娟娟

【內(nèi)容摘要】通過對鎢絲企業(yè)調(diào)研，提出一種新型鎢絲抽絲機(jī)裝置——鎢絲同步抽絲機(jī)。該裝置由機(jī)械部分、電氣部分、PLC構(gòu)成，其中以PLC為核心，各電氣部分控制排絲電動機(jī)作自動往返運(yùn)行，步進(jìn)電動機(jī)作繞絲運(yùn)行，電路有斷絲報(bào)警裝置和繞絲完成自動停機(jī)且報(bào)警裝置。

【關(guān)鍵詞】鎢絲同步抽絲機(jī) ?PLC 編程 ?排絲 ?同步電動機(jī)

一、研究背景

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各行各業(yè)對鎢絲的需求和性能要求也越來越高。我國鎢絲企業(yè)正處于調(diào)整階段。據(jù)調(diào)研，國內(nèi)大多中小型鎢絲加工企業(yè)所使用的鎢絲抽絲機(jī)在生產(chǎn)運(yùn)行時，鎢絲在導(dǎo)絲管偏擺裝置及卷繞裝置的牽拉下，進(jìn)行抽絲、繞制和切斷。這種生產(chǎn)設(shè)備技術(shù)落后，以手工操作為主，自動化程度低，成材率低;在質(zhì)量上導(dǎo)致鎢絲長度不夠精確或出現(xiàn)高溫淬火時間控制不精確，鎢絲容易脆、韌性不足或鎢絲繞制圈數(shù)不均勻。

二、傳統(tǒng)鎢絲抽絲機(jī)裝置

傳統(tǒng)鎢絲抽絲機(jī)工作流程是：卷繞裝置采用三相異步電動機(jī)帶動鎢絲傳動，把鎢絲卷繞在鎢絲軸上。該裝置存在幾點(diǎn)不足：

1.鎢絲抽絲機(jī)裝置的目的是讓鎢絲以恒定的速度穿過高溫?zé)酄t，鎢絲通過1150℃至1200℃范圍內(nèi)的高溫“燒青”。鎢絲卷繞到鎢絲軸上時，由于交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速恒定，電動機(jī)在帶動卷繞軸轉(zhuǎn)動時，角速度也恒定。當(dāng)鎢絲軸直徑變大時，鎢絲的線速度會越來越快，這使得鎢絲經(jīng)過高溫爐的時間越來越短，最終導(dǎo)致鎢絲過鋼，產(chǎn)生廢品。

2.傳統(tǒng)鎢絲抽絲機(jī)在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)斷絲或者鎢絲卷繞完成時，不會停止或報(bào)警，需要人工觀察設(shè)備運(yùn)行情況。

3.鎢絲抽絲機(jī)的架子和工作臺都用角鐵進(jìn)行焊接。在生產(chǎn)使用過程中，若電路破損或漏電，容易發(fā)生觸電事故。

三、鎢絲同步抽線機(jī)裝置的設(shè)計(jì)

針對傳統(tǒng)鎢絲抽絲機(jī)存在的缺陷進(jìn)行改進(jìn)，使該裝置能實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)，降低廢品產(chǎn)生率，節(jié)約了鎢絲生產(chǎn)的成本。命名改進(jìn)后的裝置為鎢絲同步抽絲機(jī)。

1.操作臺設(shè)計(jì)

操作臺改用金屬框架搭建，外覆蓋一層亞克力板。這樣制成的操作臺，用起來結(jié)實(shí)，使用時安全。操作臺設(shè)計(jì)成箱體結(jié)構(gòu)。除了必須用的電動機(jī)和支架放在操作臺面上，其余的控制電路和電器，全部放入操作臺內(nèi)的箱體中。

2.抽絲電路設(shè)計(jì)

鎢絲抽絲機(jī)裝置的框架圖

設(shè)計(jì)鎢絲同步抽絲機(jī)裝置的電路為三部分，由一個PLC來控制。第一部分是測長（速）傳感器部分。未加工鎢絲進(jìn)入高溫爐進(jìn)行高溫處理后，通過空氣冷卻，經(jīng)過導(dǎo)輪盤并帶動其轉(zhuǎn)動，由測長傳感器檢測鎢絲的傳動速度并將檢測結(jié)果傳送給PLC進(jìn)行處理。第二部分是鎢絲卷繞裝置部分，由PLC、變頻器和步進(jìn)電機(jī)組成。步進(jìn)電機(jī)由變頻器來控制其轉(zhuǎn)動速度，隨著鎢絲軸上的鎢絲越繞越多，鎢絲軸直徑越來越大，而鎢絲軸的角速度恒定，使得鎢絲轉(zhuǎn)動的線速度將越來越快。通過測長（速）傳感器將檢測結(jié)果送到PLC中，由PLC控制步進(jìn)電機(jī)控制器，降低步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。第三部分是報(bào)警電路裝置，由一個獨(dú)立的報(bào)警電路和報(bào)警喇叭組成。報(bào)警電路傳送信號到PLC，控制直流電動機(jī)停止并發(fā)出報(bào)警聲。

3.排絲裝置設(shè)計(jì)

鎢絲同步抽絲機(jī)的排絲裝置分為控制電路、排絲裝置和導(dǎo)輪三個部分。

（1）排絲電路部分的設(shè)計(jì)

排絲電路是整個電路的重要部分，由一個步進(jìn)電動機(jī)、兩個接近開關(guān)、步進(jìn)電動機(jī)控制器和按鈕組成。排絲電動機(jī)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的控制方式。

（2）排絲裝置部分設(shè)計(jì)

單相交流電動機(jī)固定在絲桿座上，電動機(jī)的軸和排絲裝置絲桿連在一起，絲桿的正反運(yùn)轉(zhuǎn)控制運(yùn)動桿的左右往返運(yùn)動，形成了排絲。電動機(jī)控制的左右排絲運(yùn)動速度是恒定的，比手工操作更均勻，且此操作較枯燥，更適合代替人工操作。

（3）導(dǎo)輪部分

導(dǎo)輪是控制鎢絲運(yùn)行方向的裝置。設(shè)計(jì)時，使用出線和進(jìn)線兩個導(dǎo)輪，保持原先導(dǎo)輪凹輪的形狀，但進(jìn)線導(dǎo)輪采用膠木材料，出線導(dǎo)輪采用金屬材料。在進(jìn)線時，在導(dǎo)輪的中間加入高溫石棉材料，這樣從高溫爐中出來的還沒有完成冷卻的鎢絲不會對抽絲機(jī)造成損壞。出線導(dǎo)輪安裝在架子上時不固死，使其可以偏轉(zhuǎn)一定的角度。兩個導(dǎo)輪對操作臺的角度可以自由調(diào)整。通過導(dǎo)輪架上的固定螺絲，來調(diào)節(jié)導(dǎo)輪的角度。因不同規(guī)格的鎢絲繞線時，繞線時會有一定的微調(diào)。

4.報(bào)警裝置設(shè)計(jì)

規(guī)格較細(xì)的鎢絲在抽絲時，容易發(fā)生斷絲故障。故在抽絲機(jī)裝置上設(shè)計(jì)斷絲報(bào)警裝置。鎢絲抽絲時，發(fā)生斷絲故障后5秒，自動報(bào)警裝置工作，發(fā)出報(bào)警聲音。該裝置的設(shè)計(jì)利用了電路中最簡單的基爾霍夫電壓定律。在鎢絲經(jīng)過導(dǎo)輪接觸金屬的不銹鋼圓柱時，鎢絲通過不銹鋼圓柱的金屬和電源、鋁盤形成一個回路。金屬桿由不銹鋼材料制成，不易磨損和氧化，固定在絲桿上時，中間隔有一層絕緣紙，再由導(dǎo)線和箱體內(nèi)的電路相連接。整個鎢絲自動繞線機(jī)裝置由220V的電源供電，給報(bào)警電路設(shè)計(jì)了一個9V的穩(wěn)壓電源，給蜂鳴器供電。

5.編程設(shè)計(jì)

PLC是整個電路的核心控制裝置。根據(jù)電路設(shè)計(jì)，用PLC對整個電路的功能進(jìn)行編程設(shè)計(jì)。在電路中，先規(guī)定PLC的輸入/輸出地址分配表，再來設(shè)計(jì)輸入/輸出的PLC接線圖，根據(jù)PLC的輸入/輸出地址分配表和接線圖來編程。

四、小結(jié)

本文是對中小型鎢絲企業(yè)中的鎢絲抽絲裝置進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，制作一種自動化生產(chǎn)設(shè)備。新設(shè)計(jì)的鎢絲抽絲機(jī)雖解決了鎢絲企業(yè)在鎢絲產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的不足，但該設(shè)備在鎢絲企業(yè)中試用時間不長，還有待于生產(chǎn)的檢驗(yàn)，需要在生產(chǎn)中不斷完善。

（作者單位：江蘇省啟東中等專業(yè)學(xué)校）