18/610框欄式成繩機的設計

文明 黎明軍 楊高林

摘 要：我公司的合繩設備有蘭架式和管式兩種，對多層股合繩設備，一般都采用蘭架式，為提高捻制質量，擴大產品規格范圍，設計中嚴格計算了蘭架轉動慣量，并采用框欄無級翻身比，合理調整捻距箱公比，實現64個有級捻距，確保多用途特殊鋼絲繩的需要。

關鍵詞：機身；翻身比；捻距箱；變頻器

一、緒論

近年來，由于公司生產的擴大和多層股鋼繩的需求量的增加，成繩設備的生產能力已不能滿足市場產品的要求，為此，公司決定增設一臺18/610框欄式成繩機，并利用自身技術力量進行設計。

框欄式成繩機傳動鏈為：

主傳動——機身

——捻距箱——牽引裝置——收、排線裝置

作為生產多層股鋼絲繩的成繩機，由于工字輪的數量較多，多采用框欄式成繩機。因這樣的成繩機機身較短，可節省較多的空間。

二、18/610成繩機設計

（一）工藝技術參數

捻距范圍：58～280mm

捻距跨度：Ln=1.025·Ln1

繩徑范圍：20～40mm

翻身比：-120～120

機身轉速范圍：30～50r/min

壓線瓦：采用液壓系統控制

（二）成繩機機身的設計

18/610成繩機的關鍵在于機身的設計，它涉及到蘭架的設計和框欄的翻身比的取用。

（三）蘭架部分的設計

根據18/610成繩機的工藝參數，結合12/800、18/500成繩機結構，采取對比方法計算捻制能力，參照12/800成繩機外形尺寸，并考慮到各框蘭與股之間在運轉中互不干涉，和不產生較大變形原則，確保蘭架回轉半徑，故作如下設計。18個工字輪分3組，每組6個，共4片滑道。如下圖所示：

18/610成繩機機身結構圖

滑道間距：從左到右為1400mm、1465mm、1400mm

于是根據上圖設計出機身各部件。

滑道尺寸：

外徑：2260mm 寬160mm 框欄分度圓直徑：1960mm 重量：1575.4kg

框欄：借用6/610成繩機框欄

機身捻制能力的驗算

法向慣性力：Φ法=mω 2r m=G/g

由零件圖計算：

滑道總重：G1=1575.4×4=6301.6kg

框蘭總重：G2=250×18=4500kg

工字輪滿輪總重：G3=750×18=13500kg

工字輪空輪總重：G4=132×18=2376kg

當轉速取N1=30 r/min r1=0.98 m 則ω1=3.141

則滿輪時：Φ法1=（G1 +G2 +G3）/g×ω1 2×r1

=（6301.6 +4500 +13500）/9.81×3.141 2×0.98

≈23951（kg）

則空輪時：Φ法2=（G1 +G2 +G4）/g×ω1 2×r1

=（6301.6 +4500 +2376）/9.81×3.141 2×0.98

≈12987（kg）

當轉速取N2=50 r/min 則ω2=5.236

則滿輪時：Φ法3=（G1 +G2 +G3）/g×ω2 2×r1

=（6301.6 +4500 +13500）/9.81×5.236 2×0.98

≈66556（kg）

則空輪時：Φ法4=（G1 +G2 +G4）/g×ω2 2×r1

=（6301.6 +4500 +2376）/9.81×5.236 2×0.98

≈36088（kg）

根據12/800成繩機在30r/min時，Φ法1′=41927.8kg，Φ法2′=17788kg，12/800成繩機捻制繩經范圍為20～50mm，說明18/610成繩機在捻制20～40mm繩經范圍內捻制能力足夠。

（四） 翻身比的計算

在正常情況下，機身轉一周，框欄隨滑道轉一周的同時，也自轉一周，即翻身比為i=0，如生產特殊鋼絲繩，股需要上勁或退扭，則翻身比i就得改變，以滿足其需要。

當翻身比為i=0時其主減速箱圖如下：

18/610 主減速箱傳動示意圖

此時，框欄的翻身比i=0，即框欄在自轉一周的同時，也圍繞滑道中心轉一周，也就是框蘭作水平運動。

當采用變頻器控制電機調節框欄翻身比時，主電機和框欄翻身電機的關系，這里采用人工調節。

當翻身比為i=0時，主減速箱的兩輸入軸轉速相同，故其轉速與兩標準箱有關，標準箱1速比為i箱1=7.1，標準箱2速比為i箱2=9.9，即i關=9.9/7.1

則V框電機=V主電機×i關

于是有：

機身轉速為30r/min時，主電機轉速是710r/min，框欄翻身電機轉速是990r/min

機身轉速為50r/min時，主電機轉速是1183.3r/min，框欄翻身電機轉速是1650r/min

當生產特殊鋼絲繩時，根據需要首先設定好主電機的轉速V1，然后乘以i關，就得到翻身比為0時的框欄翻身電機轉速，然后在根據特殊鋼絲繩翻身比，調節框欄翻身變頻器，就可以調出所需要的翻身比。

在單獨用電機傳動框欄翻身時，框欄自身平穩性不好，于是在主減速箱框欄翻身輸入軸處加上一制動器，使其開機時打開，停機時抱緊制動，保證框欄的平穩性。

在整機的制動中，機身采用氣動制動，但現場使用效果不太好，為整機保證制動可靠有效，在主減速箱處加上一鉗型制動器，保證其制動效果。

三、主電機的選用

因機身轉速為30～50r/min，為能更好地滿足生產不同規格鋼繩時機身的轉速變化要求，主電機采用變頻電機，并根據其變速箱速比計算，主電機采用6級電機，其功率計算如下：

（一） 牽引部分

根據現場生產情況，取牽引力：F=50000N 牽引輪直徑：D=1620mm

機身最大轉速：n=50r/min 最大捻距：L=280mm

牽引輪轉速：n1=50×280/（πD）=2.75r/min

牽引輪轉矩：T1=50000×0.81=32400N.m

折算到主電機處的轉矩是

T電1= T1 /I總1=40500/426.4≈95 N.m

一般旋轉機械的功率計算

Pz=（n×Tz）/9550

于是，牽引輪功率：P1=（n1×T1）/9550=11.7kw

取2倍安全系數

P牽=11.7×2=23.4kW

T電1′= 95×2=190N.m

（二）機身部分

機身和工字輪滿輪總重：G=16732+13500=30232kg

機身轉動慣量：J=mi2

m=G/g=3084.9N i2=1/2R2=1/2×1.132=0.63845

J=mi2=3084.9×0.63845=1970（N.m.s2）

則機身轉矩：T2=Jε ω=5.236弧度/秒（50r/min）

以20秒從0速加速到50r/min

則ε=ω/20=0.2618弧度/秒2

所以： T2=515.75N.m

折算到主電機處的轉矩是

T電2= T2 /I總2=515.75/23.67≈21.79 N.m

則機身功率：P2=（T2×n）/9550=2.7kW

取2倍安全系數

則機身功率：P7=5.4kW

T電2′= 21.79×2=43.58N.m

所以P1+P2=28.8kW

T電1′+ T電2′=233.58 N.m

取傳遞功率和收線功率為以上的0.5倍

則總功率：P總=28.8×（1+0.5）=43.2kW

總轉矩T電=233.58 ×（1+0.5）=350.37 N.m

故主電機采用45kw的6級變頻電機。

四、改造達到的效果

該機能夠滿足工藝提出的多層股鋼絲繩的生產，并能滿足特殊鋼絲繩的股的上勁或退扭，保證多層股鋼絲繩的正常生產，保證鋼絲繩的產品質量。

參考文獻：

[1]蔡春源.機電液設計手冊.北京：機械工業出版社，沈陽：東北大學出版社，1997.1.

[2]國家發改委，產業結構調整指導目錄[M].北京：國家發改委，2011：8192.

[3]徐建平.鋼絲與鋼繩設備[M].北京：兵器工業出版社，2005.

作者簡介：文明（1972），貴州鋼繩股份有限公司二分廠工程師；黎明軍（1975），貴州鋼繩股份有限公司設備制造分廠工程師；楊高林（1973），貴州鋼繩股份有限公司二分廠工程師。