跳繩式與管式組合型1×7及1×19低松弛預應力絞線捻股機的同步裝置

李洪亮（天津冶金集團中興盛達鋼業有限公司，天津301616）

跳繩式與管式組合型1×7及1×19低松弛預應力絞線捻股機的同步裝置

李洪亮
（天津冶金集團中興盛達鋼業有限公司，天津301616）

為滿足1×7和1×19絞線的生產工藝要求，在現有鋼絞線生產線基礎上，設計了一種跳繩式與管式組合型1×19低松弛預應力絞線捻股機同步裝置，在同一生產線上實現了1×7與1×19兩種規格產品的分段運行生產，降低了頻繁更換產品規格的生產成本和操作難度，提高了1×19低松弛預應力鋼絞線的捻制生產速度及成品鋼絞線的長度。

低松弛預應力絞線；捻股機；同步裝置

1 引言

隨著國內大規格礦用預應力鋼絞線的開發利用和應用領域的逐步拓展，特別是1×19低松弛預應力大規格鋼絞線各規格國標的制定之后，該絞線在國內需求不斷攀升。由最初的捻制后再重新單獨中頻回火處理演變到使用框絞股機或管式捻股機捻制在線中頻回火處理。無論是框絞式還是管式捻股機，無論是帶張力回火還是無張力回火，雖然產品質量均能達到用戶要求，但在生產組織過程中都存者一些缺點。

2 1×19框絞式股機存在的問題

1 ×19框絞式股機存在的問題歸納為以下五點：

由于框絞是多個工字輪分布于絞籠或絞盤上，整體設備過于龐大，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線的捻制速度，國內專業廠家捻制速度一般不超過30 m/min，因此制約了鋼絞線生產的效率。

由于傳動變速箱的傳動比一定，其捻距只能在有限范圍內變化，無法滿足特殊規格產品工藝要求。

如用其生產1×7絞線時需絞籠整體旋轉，能耗高、成本大等原因，一般不安排兼顧生產該類產品。

由于絞籠龐大且需旋轉，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，進而增加了起車施加張力回火時的廢線總量。

3 1×19管式股機存在的問題

1 ×19管式股機存在的問題歸納為以下兩點：

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

在生產低松弛預應力生產線需要在不同階段生產不同規格的鋼絞線產品，成品結構的不同，捻制時所需的放線軸數不同。即生產1×19絞線時，合股機需要在19個放線裝置上放置打滿單絲的工字輪，并對19絲進行旋轉捻制合股，生產1×7絞線時只需7個放線裝置放線并旋轉捻制，無法斷開未被使用的部分放線機構，造成生產1×7絞線時能源的極大浪費，操作復雜，生產成本成倍增加。

4 1×19絞線的聯合式捻股機的研制思路

鑒于以上兩種股機生產單一性和存在的缺點，為滿足1×7和1×19絞線的生產工藝特點，結合兩種不同結構絞線市場份額，即1×7相對于1×19產品市場需求占比較大，并且有可能會存在市場無訂貨情況。為節約生產成本，也為了在1×19產品訂單不充足的情況下致使設備閑置，造成浪費，設計一種跳繩式捻股機和管式股機相結合的既能夠有選擇性的分段運行生產1×7絞線，又能夠兩段結合整體運行生產1×19絞線的聯合式捻股機非常必要。跳繩式捻股機、管式捻股機、中頻回火爐等設備都是行業中運行多年的成熟設備，在此不再贅述。兩種股機的旋轉體聯合運行時必須在整體啟動、快速急停等突發狀態下，必須不產生轉角差，否則造成絞線變為麻花線或扭斷。由于跳繩式的弓子板旋轉體和管式的筒體其轉動慣量差距很大，制動力矩相差很大，對聯合運行時各種動作的確保同步是該設備能夠正常運行生產的關鍵。

5 1×19絞線的聯合式捻股機同步裝置的設計

為解決該難題，將設計的一款簡單實用的聯合股機的同步裝置進行簡單介紹，見圖1。

圖1 同步傳動裝置的結構示意圖

同步傳動裝置的構成及其相互連接關系。本同步傳動裝置的結構示意圖如圖1所示，包括驅動跳繩式捻股機的變頻式交流電機5、驅動管式捻股機變頻式交流電機12、分合式同步齒輪傳動機構8、萬向節軸1、管式捻股機傳動軸13、跳繩式捻股機傳動軸6、第一彈性聯軸器11、第二彈性聯軸器9和第三彈性聯軸器4，管式捻股機傳動軸13的兩端分別與第一彈性聯軸器11和第二彈性聯軸器9一端連接，第一彈性聯軸器11的另一端與所述驅動管式捻股機變頻式交流電機12的輸出軸連接，所述第二彈性聯軸器9的另一端與所述分合式同步齒輪傳動機構8的輸入軸連接，所述管式捻股機傳動軸13通過齒形皮帶及傳動機構與管式捻股機的筒體連接。跳繩式捻股機傳動軸6的兩端分別與所述驅動跳繩式捻股機變頻式交流電機5的輸出軸和第三彈性聯軸器4一端連接，第三彈性聯軸器4的另一端與恒扭矩摩擦制動盤7連接，跳繩式捻股機傳動軸通過齒形皮帶及傳動機構與跳繩式捻股機地軸連接。萬向節軸1的兩端分別與恒扭矩摩擦制動盤7和分合式同步齒輪傳動機構8的輸出軸通過連接法蘭連接。驅動跳繩式捻股機變頻式交流電機輸出軸和驅動管式捻股機變頻式交流電機輸出軸上分別鉸接，并安裝測速編碼器。

同步傳動裝置與管式捻股機的連接方式。管式捻股機傳動軸13與管式捻股機的筒體之間的傳動機構可以采用常規的齒形皮帶傳動機構等。本實施例中的傳動機構包括與管式捻股機傳動軸13通過鍵連接的主動齒形皮帶輪，主動齒形皮帶輪通過齒形傳動皮帶10與齒形被動皮帶輪連接，齒形被動皮帶輪與管式捻股機的筒體連接。

同步傳動裝置與跳繩式捻股機的連接方式。跳繩式捻股機傳動軸與跳繩式捻股機地軸之間的傳動機構可以采用常規的皮帶傳動機構等。本實施例中的傳動機構包括與跳繩式捻股機傳動軸6通過鍵連接的主動齒形皮帶輪3，主動齒形皮帶輪3通過齒形傳動皮帶2與齒形被動皮帶輪連接，齒形被動皮帶輪與所述跳繩式捻股機的地軸連接。

單獨驅動跳繩式捻股機的機構運行原理。單獨驅動如單獨驅動跳繩式捻股機，需撥動分合式同步齒輪傳動機構8的手柄到“分開”位置。驅動跳繩式捻股機變頻式交流電機5的輸出軸通過第三彈性聯軸器4帶動跳繩式捻股機傳動軸6，從而帶動齒形皮帶輪3，通過齒形傳動帶2傳動跳繩式捻股機。在實現本動作的同時，通過主控制系統的控制，斷開了驅動管式捻股機變頻式交流電機12的電力，只供給驅動跳繩式捻股機變頻式交流電機5的電能，并通過控制回路對其控制，實現單一驅動跳繩式捻股機，實現1×7鋼絞線產品的生產。

同時運行兩段股機的運行原理。如同時驅動兩部捻股機，需撥動分合式同步齒輪傳動機構8的手柄到“合”的位置，兩個電機經中間的各個聯軸器、傳動軸等形成閉合傳動狀態，實現兩部捻股機電機的同步聯動。驅動跳繩式捻股機變頻式交流電機5驅動安裝在跳繩式捻股機傳動軸6上的齒形皮帶輪3經齒形傳動皮帶2傳動跳繩式捻股機。驅動管式捻股機變頻式交流電機12驅動安裝于管式捻股機傳動軸13上的齒形皮帶輪傳動齒形皮帶10傳動管式捻股機，即兩個電機在齒輪箱10的連接狀態下共同驅動各自所連接的股機。經傳動比的不同通過分合式同步傳動機構使管式捻股機的旋轉體轉數同步于跳繩式捻股機的轉數實現同步捻制。通過主控制系統分別控制兩部變頻電機的轉數，實現兩部變頻電機同時分別驅動兩部捻股機同步旋轉，經生產線整合，實現1×19鋼絞線產品的生產。

兩段捻股機啟動和快速急停時的無轉角差制動原理。當快速急停時，兩部由同步系統機械連接的變頻電機通過電器控制系統分別向電網饋電，將不同轉動慣量的余量以發電形式回饋電網，產生主制動力矩，起到主制動作用。在同步系統中的液壓摩擦制動盤起到制動的輔助作用。

6 同步傳動裝置中同步齒輪傳動機構的設計

同步齒輪傳動機構的組成。本實施例中的分合式同步齒輪傳動機構的示意圖如圖2所示，包括與第二彈性聯軸器9連接的分合式同步齒輪傳動機構的輸入軸20、與分合式同步齒輪傳動機構的輸入軸20連接且能夠沿軸向雙向滑動的連接齒輪19、與萬向節軸連接的分合式同步齒輪傳動機構的輸出軸14、中間傳動軸17、中間傳動齒輪18、相互嚙合的兩個換向齒輪15和16，兩個換向齒輪15 和16的齒數相同且直徑相同。

同步齒輪傳動機構的相互連接關系及原理。與連接齒輪19相應位置的中間傳動軸17上安裝有中間傳動齒輪18，換向齒輪15安裝于分合式同步齒輪傳動機構的輸出軸14上，換向齒輪16安裝于中間傳動軸17上，所述連接齒輪19與撥叉連接。當撥叉撥到“分”位置時，連接齒輪19與中間傳動齒輪18分開，驅動跳繩式捻股機變頻式交流電機5單獨運轉。當撥叉位于“合”位置時，連接齒輪19與中間傳動齒輪18嚙合，通過兩個換向齒輪15、16和中間傳動齒輪18將驅動管式捻股機變頻式交流電機12與驅動跳繩式捻股機變頻式交流電機5連接起來，實現兩部捻股機同步運轉。

圖2 分合式同步齒輪傳動機構的示意圖

7 結論

該組合型1×19鋼絞線生產線是在現有鋼絞線生產線基礎上的改進，在管式捻股機及跳繩式捻股機之間增加了一部簡單實用的同步傳動裝置，在同一生產線上實現了1×7與1×19兩種規格產品的可分段運行生產。

本文講述了實現管式捻股機和管式捻股機的同步傳動裝置的原理和各部件之間的連接機理，經實踐實用是可行并穩妥可靠的。

本實例的實現，降低了在頻繁更換產品規格時的生產成本、極大的降低了大規格1×19產品生產時的操作難度。特別是同步傳動裝置、跳繩式捻股機和管式捻股機的組合，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。

同步傳動裝置是跳繩式和管式捻股機能夠有機結合的關鍵設備，能夠起到同步啟動和快速急停時而不產生兩段旋轉體之間產生轉角差的有效作用。提高了1×19低松弛預應力鋼絞線的捻制生產速度，其最大直徑∮21.8產品生產速度達到64m/ min。堪稱能夠實現高速度生產大規格1×19預應力鋼絞線產品里程碑式的革命。

［1］常治斌，張京輝.機械原理［M］.北京：北京大學出版社，2007.

［2］楊天明，陳杰.電機與拖動［M］.北京：中國林業出版社，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，主要從事設備動力方面的研究工作。