MSDN500外放內(nèi)收雙捻機(jī)的設(shè)計(jì)

孔杰　馬偉明　黃熙

摘 要：隨著勞動力成本的逐漸提高和勞動力的日益短缺，外放內(nèi)收雙捻機(jī)越來越受市場歡迎。外放內(nèi)收具有大盤重放線，高轉(zhuǎn)速、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，可以有效地解決目前勞動力緊缺的問題。本文重點(diǎn)介紹了我公司制造的MSDN500外放內(nèi)收雙捻機(jī)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)原理。MSDN500雙捻機(jī)包括有以下幾部分：放線組件、外過捻組件、主機(jī)架組件、飛輪組件、牽引齒輪箱組件、排線組件、收線組件、罩殼組件。

關(guān)鍵詞：大盤重放線;生產(chǎn)效率高;放線組件;主機(jī)架組件;飛輪組件;牽引齒輪箱組件;收線組件

1 雙捻機(jī)工作原理

雙捻機(jī)在工作時主軸旋轉(zhuǎn)一圈可以完成2個捻距，而管式捻股機(jī)主軸旋轉(zhuǎn)一圈只能完成1個捻距，所以雙捻機(jī)與管式捻股機(jī)相比，雙捻機(jī)的生產(chǎn)效率高。目前雙捻機(jī)分為兩種類型：外放內(nèi)收雙捻機(jī)和內(nèi)放外收雙捻機(jī)，其區(qū)別就是外放內(nèi)收雙捻機(jī)的放線工字輪布置在主機(jī)外面，收線工字輪位置主機(jī)內(nèi)部，內(nèi)放外收雙捻機(jī)則相反。

2 設(shè)備主要介紹

MSDN500外放內(nèi)收雙捻機(jī)用于金屬絲、股的捻制，主要用來生產(chǎn)線接觸金屬鋼絲股，例如：1-31SW、1+9+9、1+6+12等線接觸結(jié)構(gòu)。設(shè)備主要生產(chǎn)的鋼絲直徑范圍Φ0.2-Φ0.9mm，生產(chǎn)股徑直徑的范圍：Φ1.5-Φ4.2mm。

3 設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)

MSDN500雙捻機(jī)由以下幾部分構(gòu)成：放線組件、外過捻組件、主機(jī)組件、罩殼組件、收線工字輪升降平臺。我們公司設(shè)計(jì)制造的MSDN500外放內(nèi)收雙捻機(jī)的設(shè)備外形圖如下圖所示，圖中放線輪為Φ500型工字輪，工字輪總共37個正反兩側(cè)布置。放線工字輪的數(shù)量可以根據(jù)客戶的生產(chǎn)要求而定。

MSDN500-1/36外放內(nèi)收雙捻機(jī)外形圖

3.1 放線組件

外放內(nèi)收雙捻機(jī)的放線工字輪位于主機(jī)旋轉(zhuǎn)圖外面，所以可以采用尺寸較大的工字輪，從而增大放線絲料的容量，減少操作操作工更換工字輪的頻率。我們公司的MSDN500外放內(nèi)收雙捻機(jī)的放線工字輪一般采用Φ500的工字輪。放線工字輪的布置結(jié)構(gòu)我們設(shè)計(jì)成兩側(cè)臥式懸掛式安裝，每個工字輪組件設(shè)計(jì)有定位輥輪和張力調(diào)節(jié)輥輪，來實(shí)現(xiàn)放線過程中張力的恒定。阻尼盤上的阻尼塊我們采用特殊的銅基耐磨材料制作。組件示意圖如下圖所示，圖中左下角第一個輥輪為定位輪，右下側(cè)為張力擺輪。張力控制系統(tǒng)是由阻尼盤、阻尼塊、鏈條、張力拉手、張力臂、拉簧、鏈條固定塊和彈簧拉手組成（圖中零件33是阻尼盤，零件32是阻尼塊，零件21是張力拉手、零件是25張力臂、零件20是鏈條固定塊、零件24是拉簧）。拉力系統(tǒng)控制的張力范圍要求是：2kg-10kg，所以我們選擇的拉簧的最大張力是20kg。在生產(chǎn)過程中，操作工通過調(diào)節(jié)張力拉手上的螺母來調(diào)整放線張力的大小。圖片中正視圖中箭頭放線即為穿線方向。

放線工字輪組件

3.2 外過捻組件

外放內(nèi)收雙捻中，外過捻器組件起到了預(yù)捻的作用。外過捻器的轉(zhuǎn)速必須和主軸的轉(zhuǎn)速保持一致。在MSDN500雙捻機(jī)中，外過捻器是由2組輪槽底徑95mm的滑輪構(gòu)成，2組件滑輪以一個角度錯開，防止在穿線的時候發(fā)生干涉。生產(chǎn)過程中，外過捻器的轉(zhuǎn)速通常是主軸轉(zhuǎn)速的1.5-1.9倍，這個速比在我們設(shè)備的操作界面上可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定。外過捻器電機(jī)采用伺服電機(jī)傳動，伺服電機(jī)跟隨主電機(jī)保持同步升降速。在MSDN500雙捻機(jī)中，外過捻伺服電機(jī)采用了功率3kW的電機(jī)，伺服電機(jī)與過捻器采用同步帶輪傳動。

3.3 主機(jī)組件

3.3.1 機(jī)架組件

MSDN500外放內(nèi)收雙捻機(jī)主機(jī)架采用Q235A鋼板整體焊接的結(jié)構(gòu)，鋼板厚度20mm。機(jī)架在焊接后，整體做回火消應(yīng)力處理。主機(jī)架軸承座采用上下對半的方式，方便安裝和拆卸。主軸軸承采用NSK品牌的深溝球軸承，軸承采用潤滑脂潤滑。兩側(cè)主軸內(nèi)部安裝有旋轉(zhuǎn)過線滑輪，這兩個滑輪的特點(diǎn)是可以旋轉(zhuǎn)調(diào)整安裝的角度。旋轉(zhuǎn)的方向是根據(jù)生產(chǎn)的股捻向來調(diào)節(jié)，保持滑輪的方向順著股的捻向，滑輪固定軸的旋轉(zhuǎn)角度為左右12°。

3.3.2 飛輪組件

飛輪在雙捻機(jī)中的起到的左右是十分關(guān)鍵的，飛輪設(shè)計(jì)的合理性對雙捻機(jī)轉(zhuǎn)速的提高有很大的幫助。在設(shè)計(jì)飛輪的時候，我們需要盡可能去降低它自身的重量，并且還需要從空氣動力學(xué)的角度去考慮如何降低飛輪在高速轉(zhuǎn)速時產(chǎn)生的噪聲。在MSDN500雙捻機(jī)中，我們借鑒弩的外形，應(yīng)用于飛輪的設(shè)計(jì)中，外形3D圖如下所示;通過這樣的設(shè)計(jì)，我們很大程度上降低了飛輪的重量，整體重量：80kg。

MSDN500飛輪

3.3.3 牽引齒輪箱組件

在雙捻機(jī)中牽引齒輪箱組件是核心部分，牽引齒輪箱通過更換交換牙齒輪來改變生產(chǎn)股的捻距大小。牽引輪齒輪箱的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)生產(chǎn)股的直徑和捻距的大小來定的。MSDN500外放內(nèi)收雙捻機(jī)，生產(chǎn)直徑最大的股徑Φ4.0mm，捻距范圍12-40mm。根據(jù)我們的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，我們采用輪槽底徑Φ220mm的牽引輪，并且我們將牽引輪設(shè)計(jì)成了雙主動牽引的形式。整套牽引組件分為兩個傳動部分，第一部分是齒輪箱組件，第二部分是外置式的牽引齒輪傳動。第一部分齒輪箱結(jié)構(gòu)主要由一組螺旋傘齒輪和多組圓柱直齒輪構(gòu)成，齒輪都采用浸油式潤滑。螺旋齒輪參數(shù)的設(shè)計(jì)，我主要參考了K87-5.5kW標(biāo)準(zhǔn)減速機(jī)里面的螺傘齒輪的參數(shù)（齒輪模數(shù)m=4.5，齒厚h=25mm），齒輪箱內(nèi)部圓柱直齒輪的參數(shù)，我采用了我們公司成熟的400型管式捻股機(jī)捻距箱內(nèi)部圓柱直齒輪的參數(shù)（m=4，齒厚h=30mm）。齒輪箱內(nèi)部添加VG220#齒輪油，并且齒輪箱上設(shè)計(jì)有透氣帽和油鏡。外置的牽引齒輪設(shè)計(jì)模數(shù)m=5，齒厚=40mm，潤滑形式采用封閉式油脂潤滑。[1]我們通過將減速箱齒輪傳動分為兩部分以后，可以降低減速箱內(nèi)部的負(fù)載，從而降低減速箱的故障率。

3.3.4 收線組件

MSDN500外放內(nèi)收雙捻機(jī)的收線方式，我們采用了獨(dú)立電機(jī)驅(qū)動的收線。以前一些國外進(jìn)口的雙捻機(jī)的收線很多都是采用的齒輪箱傳動通過摩擦片驅(qū)動收線的方式，這種結(jié)構(gòu)的弊端是齒輪箱負(fù)載大、故障多，同時摩擦片也很容易出故障。而我們才用獨(dú)立電機(jī)收線可以降低減速箱的負(fù)載，而且通過電氣上的控制，可以用恒定張力進(jìn)行收卷。

4 設(shè)備的電氣原理

根據(jù)雙捻機(jī)的工作原理，搖籃捻股部分由主電機(jī)驅(qū)動飛輪旋轉(zhuǎn)體實(shí)現(xiàn)主捻和扭轉(zhuǎn)伺服電機(jī)驅(qū)動過捻器實(shí)現(xiàn)過捻（即完成雙稔），收線部分為電機(jī)轉(zhuǎn)矩運(yùn)行，排線部分根據(jù)機(jī)械傳動運(yùn)行。內(nèi)過捻、外過捻與主機(jī)同步，速度可根據(jù)工藝要求通過改變比例系數(shù)來改變。系統(tǒng)中還具有故障報(bào)警、各個電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、成品計(jì)米。

通過結(jié)構(gòu)可以看出，核心是PIC，通過485通訊來控制主變頻器、內(nèi)過捻變頻器的運(yùn)行頻率，收線的運(yùn)行轉(zhuǎn)矩。外過捻的伺服速度由主機(jī)上的編碼器來實(shí)現(xiàn)同步，PLC485通訊改變電子齒輪比來實(shí)現(xiàn)對外過捻的速度控制。各個電機(jī)的控制：1）主機(jī)采用開環(huán)速度控制，操作工在觸摸屏上設(shè)置速度給定，在PLC內(nèi)通過計(jì)算，得出對應(yīng)的頻率，再通過485通訊寫進(jìn)變頻器。2）外過捻伺服采用位置模式，由于設(shè)備啟停時，需要保證外過捻與主機(jī)的同步，則采用了位置模式。操作工修改外過捻系數(shù)，PLC計(jì)算出對應(yīng)的電子齒輪比，來決定外過捻捻速度。3）內(nèi)過捻跟隨要求較低，則根據(jù)主機(jī)的實(shí)際速度和內(nèi)過捻系數(shù)來決定運(yùn)行頻率。4）收線則采用的是轉(zhuǎn)矩控制模式，保證收線張力。5）排線則通過收線電機(jī)傳動來實(shí)現(xiàn)。

5 結(jié)語

MSDN500外放內(nèi)收雙捻機(jī)我們基于3D設(shè)計(jì)軟件中望CAD進(jìn)行3D建模設(shè)計(jì)，并且一些主要的零部件，例如主軸、飛輪，我們借用ANSYS進(jìn)行有限元仿真分析。電氣部分我們用通過STEP 7-MicroWIN SMART軟件進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳宗澤.機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010（3版）.

[2]韓鐵繼.對雙捻機(jī)捻制過程的分析.金屬制品，1995，24（22）：35.