鎢絲“燒青”設備的設計與制作

施娟娟，顧偉

（江蘇省啟東中等專業學校，江蘇南通，226220）

1 傳統鎢絲“燒青”設備

通過對鎢絲企業的調研，發現現在鎢絲加工到“燒青”環節時，會使用電動機傳到帶動鎢絲，使鎢絲繞在排絲軸上。該鎢絲抽絲機的生產自動化程度較高。但由于該設備的研制時間在20世紀90年代，所以該設備還存在著許多的不足，主要有以下幾個方面不足地方：

（1）由于三相鼠籠式異步電動機的轉速和電壓有關，所以抽絲時，電動機的角速度恒定，隨著鎢絲繞在軸上的半徑不斷增大，鎢線在“燒青”時，經過燒青爐時的速度會越來越快（如圖1所示）。鎢絲“燒青”爐中溫度是恒定的，1150℃至1200℃，鎢絲在“燒青”爐中需要加熱15S左右，時間過短或過長，鎢絲的韌性和鋼性值會不一致。所以要求鎢絲通過“燒青”爐中的時間恒定，否則會導致鎢絲過韌或過鋼，形成廢品。

圖1 高溫“燒青”爐

（2）在一些小型的企業的傳統“燒青”設備中，抽絲裝置簡單，沒有自動化檢測裝置（如圖2所示），當鎢絲加工過程中出現鎢絲斷絲或者鎢絲生產完成后，鎢絲“燒青”設備不會停止工作或報警，需要生產工人現場操作，增加了勞動成本。

圖2 傳統鎢絲“燒青”爐設備

（3）鎢絲“燒青”爐設備的外殼和工作臺是由鐵管和鐵板制成的，因此，在鎢絲加工過程中，若通電導線在高溫情況下，絕緣層破損發生漏電，容易發生安全事故。

2 鎢絲“燒青”爐設備的設計

針對傳統鎢絲“燒青”抽絲機在生產中存在的功能不足和生產不方便，根據企業的要求，在功能上進行了重新設計。設計后的鎢絲“燒青”爐設備，提高了鎢絲生產的自動化程度，降低了鎢絲生產過程中廢品的產生，極大地提高了生產效率。圖3所示改進后的鎢絲“燒青”爐設備。

圖3 改進后的鎢絲“燒青”爐設備

現我從以下幾個方面對鎢絲“燒青”爐設備進行技術改進。

2.1 鎢絲“燒青”爐設備操作臺設計

因原來的設備的操作臺由圓鋼管和鋼板焊接而成，現在操作臺改為不銹鋼框架，外面覆蓋一層亞克力板。不銹鋼金屬框架具有較強的強度，而亞克力板的絕緣性能較好，也具有一定的耐磨性。這樣的操作臺，既美觀，又結實，而且安全。原來裸露在外面的控制電路，現在放到箱體里面，這對于PLC等一些電氣元件來說，可以防塵防振動。

2.2 鎢絲“燒青”爐設備中抽絲電路的設計

根據前面對鎢絲“燒青”爐設備中的抽絲機進行技術改進，設計了一個鎢絲“燒青”爐設備的電路框架圖，如圖4所示。整個電路分為三大部分，用三菱FX3U-48MR型的PLC來控制。第一部分是控制恒速度裝置。主要由測長（速）傳感器組成。鎢絲由抽絲同步電動機拉動，進入高溫“燒青”爐進行高溫“燒青”爐粹火處理，這個環節要控制鎢絲在高溫“燒青”爐中通過的時間恒定。所以通過測長（速）傳感器檢測鎢絲的傳動速度，把檢測的傳動速度反饋到PLC進行，形成負反饋的閉環控制系統。第二部分是鎢絲卷繞裝置。該部分由三菱E740變頻器、三菱PLC和匯川步進電機組成。步進電機由PLC來控制傳動速度。隨著鎢絲軸上的鎢絲越繞越多時，鎢絲軸的直徑也會逐漸變大。所以鎢絲傳動的線速度也會加快，這個線速度由測長（速）傳感器檢測送到PLC，經PLC處理后，由PLC降低輸送脈沖給步進電動機，從而降低步進電動機的轉速，達到恒線速度的目的。第三部分是報警電路。由一個電子控制電路組成。電路通過鎢絲形成一個閉合回路，當電路中有鎢絲時，電路會正常工作，當鎢絲斷絲時或鎢絲繞絲結束，電路檢測不到鎢絲，報警電路會發出報警信號，若無人處理，2分鐘后會把信號送到PLC，由PLC停止整個電路。

圖4 鎢絲“燒青”爐設備的框架圖

2.3 鎢絲“燒青”爐設備排絲裝置的設計

鎢絲“燒青”爐設備中的排絲裝置分為控制系統、排絲系統兩個部分。

（1）控制系統設計

排絲系統是電路的核心部分，這個電路由一個步進電動機和兩個24V的接近開關等電氣元器件組成。原來的設備中排絲電動機我們采用55ZYT54型號的直流電動機，由SKZ-02型號的直流電機調速器來控制直流電動機的速度。但在生產中發現，直流電動機控制的正反轉電路在運行時，容易受到外界的影響，如供電電壓、負載大小等。因此，在鎢絲“燒青”爐的排絲裝置中，我們采用86BYG250H的步進電動機和MA860H的控制器來控制排絲系統。

（2）排絲系統設計

在設計排絲系統時，為了使鎢絲均勻的繞在鎢絲軸上，我們需要設計一個擺絲系統。因為擺絲系統把精度的要求不高，為了節省成本，我們使用一臺單相的交流電機。交流電動機由調壓器控制運行。把單相交流電動機和絲桿座固定在一起，當絲桿作正反轉運行時，擺絲系統也會左右擺動，使鎢絲均勻地繞在鎢絲軸上。擺絲系統的正反轉由兩個接近開關來控制。在絲桿的兩個限位處裝在兩個感應頭，當感應頭到達接近開關位置時，就會改變電路的正反轉，從而會自動實現正反控制。電路中采用LJ12A系列三線常開NPN金屬感應的接近開關。

導輪是控制鎢絲運行方向的一個裝置，設計不好會使得鎢絲在排絲時，卷繞在鎢絲軸上不均勻或重疊。原有的導輪是用一個金屬的凹輪裝在金屬架上作為鎢絲的導輪，好處是鎢絲繞絲時在導輪中傳動，但由于金屬導輪比較硬，傳動中容易被磨損。安裝時導輪和金屬架接觸比較緊，當出現卷繞需要偏移一定的角度時，不夠靈活，鎢絲在傳動時會有磨損，較細的鎢絲容易斷絲。為了使鎢絲在擺絲時有一定的角度偏移，我們在電路中設計有導輪，鎢絲擺絲通過導輪，能很好實現鎢絲纏繞在鎢絲軸上，而不會出現亂絲。設計導輪時，采用膠木材料，導輪安裝在一個軸承上，能實現較好的旋轉。為了防止導輪磨損鎢絲和防止高溫的鎢絲損壞導輪，在導輪的中間加入高溫石棉材料，這樣，從“燒青”爐中出來的高溫鎢絲，不會對導輪造成損壞。

工作時，因不同規格的鎢絲繞線時，繞絲的角度也不完全相同，所以繞線時偏轉角度會有一定期微調。導輪角度可以自由偏轉和人工調整。通過導輪架上的螺絲，來調節導輪的偏轉角度。

2.4 鎢絲“燒青”爐設備中報警裝置的設計

鎢絲“燒青”爐設備能對各種規格的鎢絲進行“燒青”加工。在加工比較細的鎢絲時，容易發生斷絲故障。設計后的鎢絲“燒青”過程，自動控制程度較高，沒有工人現場操作，如發生鎢絲斷絲，設備不會報警，這樣會影響生產效率。

在鎢絲“燒青”爐設備上設計了一個斷絲報警裝置。在鎢絲繞絲時，發生斷絲故障，設備會自動報警，發出報警聲音，若2分鐘內無人操作設備，設備會自動停止生產。該電路利用鎢絲“燒青”爐設備中加入一個獲特不銹鋼圓柱，利用其導電性能和鋁盤、鎢絲形成一個回路。鎢絲通與斷相當于一個開關，鎢絲斷絲時，這個回路就斷開，此時把斷絲信號傳輸到PLC，由PLC控制電路發出報警信號和切斷電路的信號，從而實現電路的自動控制。

2.5 鎢絲“燒青”爐設備的編程設計

PLC是整個電路的控制核心。根據整個電路工作需求，進行電路的功能編程設計。在電路中，先確定PLC的輸入/輸出地址分配表，再來設計輸入/輸出的PLC接線圖，根據PLC的輸入/輸出地址分配表和接線圖來編程。

3 鎢絲同步抽絲機的安裝

3.1 箱體材料的選用和制作

鎢絲同步繞線機設計完成后，接下來就要對它進行安裝。我選用40mm×40mm×3mm的角鐵，焊接了一個120cm×70cm×65cm的長方體。再選用4mm厚的亞克力板做操作臺面和箱體的面板。用鉆頭在亞克力板和角鐵上打孔，用螺栓固定住。為了安裝和維修方便，工作柜用對開門，對開門用30mm×30mm的方管焊成一個門框，再把亞克力板固定在上面，用鉸鏈固定在操作臺上。

3.2 排絲裝置系統材料的選用和安裝

排絲機構包括了一臺排絲用的步進電動機和步進電動機支架、來回運動的滑塊和滑塊支架、絲桿、接近開關、導輪和導輪支架。

3.3 電動機的選擇和安裝

排絲裝置的電動機選用了漢鼎電機廠生產的型號為57BYGH5601步進電動機。該種電機的基本步距角為1.8°/步，額定電流為3A。為了使得步進電動機能牢固地安裝在操作臺面上，用萬能安裝鋁架做為電動機的安裝支架。步進電動機的尺寸為55mm×55mm×54mm，萬能安裝鋁架的尺寸為57mm×80mm×805mm。在萬能鋁塊上用手槍鉆打直徑為φ8的孔，用內六角螺栓把電動機固定在支架上。

3.4 滑塊和滑塊支架材料的選擇和安裝

導輪的往返運動裝置，采用絲桿順時針和逆時針旋轉來帶動滑塊作往返運動?；瑝K的尺寸為50mm×90mm×35mm，材料為鋁。因為鋁的質量比較輕，易加工。在滑塊的中心位置鉆有φ20的內螺紋，和絲桿形成螺紋傳動。滑塊下端兩側鉆有φ20.6的孔，由兩根直徑為φ20的光滑不銹鋼金屬桿穿過，以保證滑塊能用較小阻力滑動。不銹鋼金屬桿固定在整個排絲裝置兩端的萬能鋁塊上。

3.5 絲桿材料的選用和安裝

絲桿的材料和選用φ25的圓鋼加工而成。因考慮到鎢絲的線軸尺寸寬度為380mm，所以選擇的絲桿長度為400mm，絲桿直徑為φ20。為了使速度適合抽絲工作需要，做了多次實驗，確定絲桿螺紋間距為2.4mm。絲桿穿過滑塊的內螺紋孔，帶動滑塊作往返運動。絲桿一端固定在萬能鋁塊上，可以作旋轉運動，另一端和步進電動機的轉軸固定在一起，由步進電動機帶動絲桿作正反轉運動。

排絲電路的調試整時，先調整接近開關的間距。由于鎢絲繞線盤的寬度在400mm左右，所以兩個接近開關的間距我也調整為400mm。接近開關安裝時，是通過兩個螺母固定在塑料片上，而接近開關上面的螺紋長度在50mm，接近開關間距我也可以通過調節整固定螺母來調整。

3.6 導輪材料的選用和安裝

導輪有兩個，一個是鎢絲經測速傳感器導輪過來的排絲導輪，另一個是繞絲盤的導輪。兩個導輪通過固定支架用螺絲固定在滑塊上，其上下角度可調整。經測速傳感器導輪過來的排絲導輪由一個直徑φ40塑料凹圓輪組成，凹圓輪中間為耐磨橡膠，槽深3mm，以保證鎢絲卡在里面不會滑出。導輪裝在金屬螺桿上，由彈簧固定，保證在鎢絲抽絲可以轉動一定的角度。繞絲盤的導輪由兩個φ40，厚3mm的圓鐵盤組成。導輪中間是耐磨石棉，抽絲時，鎢絲夾在耐磨石棉中間經過，由彈簧緊固在金屬螺桿上，在抽絲時可以旋轉一定的角度。兩個導輪由可調節角度的金屬片固定在滑塊上。

導輪高度的調整。先調整發線盤導輪的高度。發線盤導輪的高度要根據發線盤的高度和報警接觸裝置的高度來調整。

3.7 接近開關的選用和安裝

接近開關的型號有很多種，通過比較，選擇了德力西型號為LJ12A3-4-2/EX的接近開關，是一個常開的接近開關。接近開關固定安裝在萬能鋁塊上端。在滑塊上裝有擋鐵，當滑塊靠近接近開關時，擋近距接近開關0.5cm后，接近開關工作。

3.8 抽絲電動機裝置的選用和安裝

（1）電動機的選擇和安裝

抽絲電動機選用了漢鼎電機廠生產的型號為57BYGH5601步進電動機。抽絲電動機和排絲電動機型號相同。固定時，直流電動機固定在一個7字型的角鐵支架上，支架用多孔金屬片固定在操作臺上。

（2）線軸及支架材料的選擇和安裝

根據鎢絲企業中線軸的實際情況，線軸的尺寸為寬130mm，直徑為65mm。線軸中心有一個直徑為6mm的圓孔，生產時套在步進電動機的轉軸上。另一端用萬能金屬片固定在操作臺上。

（3）PLC、測速傳感器、步進電動機控制器和電源的安裝

測速傳感器在安裝時，導輪的測速傳感器的距離為18mm，導輪的尺寸為4mm×18，由兩個導輪組成，每個導輪中間有一個1mm的凹槽，導輪由彈簧固定住，保證兩個導輪緊密地接觸在一起。整個裝置用萬能金屬片固定在操作臺面上。

PLC、測速傳感器、步進電動機控制器和電源安裝在一塊配電板上，放入操作臺的柜子中，并用木螺絲固定。

4 小結

本文是對鎢絲企業中的鎢絲“燒青”爐設備技術改進，通過控制恒線速度、自動擺絲、報警等技術改進，實現鎢絲“燒青”爐的自動生產。在鎢絲企業的使用中，極大了節約勞動成本，取得了較好的經濟效益。新設計的鎢絲“燒青”爐設備雖然解決了鎢絲企業在鎢絲“燒青”和繞絲生產過程中的不足，但該設備在鎢絲企業中剛試用，需要在生產中不斷完善。