CN104525592B - 无调谐辊的直进拉丝机、电气系统及张力计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无调谐辊的直进拉丝机、电气系统及张力计算方法，涉及直进拉丝机领域。该张力计算方法包括以下步骤：预先设置卷筒电机的运行电流I₁；根据公式计算得出卷筒电机的输出转矩；根据公式F_拉＝T_eI/R计算得出卷筒电机对钢丝的拉力；根据公式F_张＝F_模+F_拉+‑F_拉计算得到钢丝的张力；判断F_张是否符合需求，若是，结束，否则重新设置卷筒电机的运行电流I₁，重新计算钢丝的张力。本发明不仅能够控制和调整钢丝的张力，满足生产需求，而且结构比较简单，使用成本较低，便于人们使用。

Description

无调谐辊的直进拉丝机、电气系统及张力计算方法

技术领域

本发明涉及直进拉丝机领域，具体涉及一种无调谐辊的直进拉丝机、电气系统及张力计算方法。

背景技术

直进式拉丝机是一种常见的金属线材加工设备，直进式拉丝机能够可对高、中、低碳钢丝、不锈钢丝、铜丝、合金铜丝、铝合金丝等进行伸线加工。随着金属制品的发展，直进式拉丝机广泛用于金属制品行业(例如钢帘线、胎圈钢丝、胶管钢丝、钢绞线、钢丝绳和焊材等)中，直进式拉丝机以其金属丝成品速度高、拉拔平稳、钢丝变形小、断丝率低、设备故障率低的特点深受广大用户的喜爱。

直进式拉丝机包括放线设备、若干设置有拉丝模具的卷筒、排线设备和收线设备，相邻卷筒之间设置有调谐辊。直进式拉丝机使用时，放线设备放出的钢丝经过第一个拉丝模具后卷绕在第一个卷筒上，经调谐辊调节张力后，依次经过余下的拉丝模具和卷筒，最后经过排线设备卷绕在收线设备上。

参见图1所示，现有直进式拉丝机的电气系统包括调谐辊的张力调节器、速度调节器、驱动设备(电路调节器、驱动电路)和电机，直进式拉丝机使用时，通过调谐辊和速度调节器和电机控制钢丝的张力，以使得钢丝的张力符合生产要求。

但是，现有的直进式拉丝机使用时，存在以下缺陷：

(1)直进式拉丝机使用时，调谐辊需要在长期状态的情况下调节钢丝的张力，不仅使得直进式拉丝机的结构比较复杂，而且长期运动的调谐辊容易损伤与调谐辊相连的气缸，气缸损坏后的维修费用较高，进而增加了使用成本。

(2)在外部环境恶劣的情况下，调谐辊的张力传感器的工作效率较低(位移传感器和电位器存在信号衰减和干扰问题，使用的张力传感器价格昂贵且易损坏)，不便于人们使用。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种无调谐辊的直进拉丝机、电气系统及张力计算方法，本发明不仅能够控制和调整钢丝的张力，满足生产需求，而且结构比较简单，使用成本较低，便于人们使用。

为达到以上目的，本发明提供的用于无调谐辊的直进拉丝机的张力计算方法，包括以下步骤：

S1：预先设置卷筒电机的运行电流I₁；

S2：根据公式计算得出卷筒电机的输出转矩，公式中T_e为卷筒电机的输出转矩，K为常数，I₀为卷筒电机空载电流，I₁为卷筒电机的运行电流；

S3：根据公式F_拉＝T_eI/R计算得出卷筒电机对钢丝的拉力，公式中F_拉为卷筒电机对钢丝的拉力，I为机械常数，R为钢丝拉轮的半径；

S4：根据公式F_张＝F_模+F_拉+-F_拉计算得到钢丝的张力，公式中F_张为钢丝的张力，F_模为卷筒的拉丝模具的拉拔力，F_拉+为上一段钢丝的张力；

S5：判断F_张是否符合需求，若是，结束，否则重新设置卷筒电机的运行电流I₁，转到步骤S2。

在上述技术方案的基础上，步骤S2中所述K＝3N_rU₁/W₁，其中N_r为卷筒电机极对数，U₁为定子相电压，W₁为供电角频率。

本发明提供的实现上述张力计算方法的用于无调谐辊的直进拉丝机的电气系统，由电流调节器、驱动电路、电流反馈控制电路和卷筒电机组成；所述电流调节器、驱动电路、电流反馈控制电路顺次首尾相连，所述电流调节器通过驱动电路与卷筒电机相连；

所述电流调节器用于：卷筒电机的运行电流；

所述卷筒电机用于：控制卷筒进行拉丝；

所述电气系统计算钢丝所需的张力时，通过电流调节器预先设置卷筒电机的运行电流I₁；根据公式计算得出卷筒电机的输出转矩；根据公式F_拉＝T_eI/R计算得出卷筒电机对钢丝的拉力；根据公式F_张＝F_模+F_拉+-F_拉计算得到钢丝的张力；判断F_张是否符合需求，若是，结束；否则重新设置卷筒电机的运行电流I₁，并重新计算F_张。

本发明实施例提供的基于上述电气系统的无调谐辊的直进拉丝机，由放线设备、排线设备、收线设备、若干设置有电机的卷筒和电气系统组成，每套电气系统与一台卷筒电机相连，每台卷筒均与一台拉丝模具相连，放线设备与邻近的拉丝模具相连，相邻卷筒之间通过拉丝模具相连，与排线设备邻近的拉丝模具通过排线设备与收线设备连接；

所述无调谐辊的直进拉丝机使用时，放线设备放出的钢丝经过第一个拉丝模具后卷绕在第一个卷筒上，经电气系统计算钢丝所需的张力，根据计算得到的张力调节钢丝的张力后，依次经过余下的拉丝模具和卷筒，最后经过排线设备卷绕在收线设备上。

在上述技术方案的基础上，所述无调谐辊的直进拉丝机由放线设备、排线设备、收线设备、8～13台设置有电机的卷筒和8～13套电气系统组成。

在上述技术方案的基础上，所述无调谐辊的直进拉丝机由放线设备、排线设备、收线设备、9台设置有电机的卷筒和9套电气系统组成。

在上述技术方案的基础上，所述每台卷筒均采用功率为15～45KW的电机。

在上述技术方案的基础上，所述每台卷筒均采用功率为30KW的电机。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

与现有技术中通过调谐辊调整钢丝的张力相比，实现本发明方法的电气系统能够在不使用调谐辊的情况下，根据卷筒电机的运行电流实时计算钢丝的张力，进而通过调节卷筒电机的运行电流即可控制钢丝的张力。因此，基于本发明的电气系统的直进拉丝机没有调谐辊，不仅能够控制和调整钢丝的张力，满足生产需求，而且结构比较简单，使用成本较低，便于人们使用。

附图说明

图1为本发明背景技术中直进拉丝机的电气系统的结构框图；

图2为本发明实施例中钢丝受力方向的示意图；

图3为本发明实施例中用于无调谐辊的直进拉丝机的电气系统的结构框图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例中的用于无调谐辊的直进拉丝机的张力计算方法，包括以下步骤：

S1：预先设置卷筒电机的运行电流I₁。

S2：根据公式计算得出卷筒电机的输出转矩，公式中T_e为卷筒电机的输出转矩，K为常数，I₀为卷筒电机空载电流，I₁为卷筒电机的运行电流。

K＝3N_rU₁/W₁，其中N_r为卷筒电机极对数，U₁为定子相电压，W₁为供电角频率。

S3：根据公式F_拉＝T_eI/R计算得出卷筒电机对钢丝的拉力，公式中F_拉为卷筒电机对钢丝的拉力，I为机械常数，R为钢丝拉轮的半径(即力臂)。

S4：根据公式F_张＝F_模+F_拉+-F_拉计算得到钢丝的张力，公式中F_张为钢丝的张力，F_模为卷筒的拉丝模具的拉拔力，F_拉+为上一段钢丝的张力。

S5：判断F_张是否符合需求，若是，结束，否则重新设置卷筒电机的运行电流I₁，转到步骤S2。

本发明实施例中的用于无调谐辊的直进拉丝机的张力计算方法，基于以下原理得来。

参见图2所示，直进式拉丝机使用时，钢丝受力的方向根据卷筒转动的方向(拉拔方向)而改变，在卷筒磨损不明显的情况下，可以认为卷筒电机的输出转矩和线性拉力比保持恒定。

图2中F₁为第一卷筒电机的拉力(即电机的输出转矩)，F₂为第二卷筒电机的拉力，F₃为第三卷筒电机的拉力，F₄为第四卷筒电机的拉力。

F₁₂为第一卷筒和第二卷筒之间的相互作用力(即第一卷筒和第二卷筒之间钢丝的张力)，F₂₃为第二卷筒和第三卷筒之间的相互作用力(即第二卷筒和第三卷筒之间钢丝的张力)，F₃₄为第三卷筒和第四卷筒之间的相互作用力(即第三卷筒和第四卷筒之间钢丝的张力)。

F_c1为第一模具的拉拔力，F_c2为第二模具的拉拔力，F_c3为第三模具的拉拔力，F_c1、F_c2和F_c3的值保持恒定。

F₁＝F_c1-F₁₂ (1)

F₂＝F_c2+F₁₂-F₂₃ (2)

F₃＝F_c3+F₂₃-F₃₄ (3)

从公式(1)、(2)和(3)可以得出：由于拉丝过程中最重要的被控量是钢丝的张力(即F₁₂和F₂₃)，因此只需保证F₁₂和F₂₃在某一范围内变化，即可满足生产工艺的生产要求。

因为F_c1、F_c2和F_c3的值保持恒定，所以钢丝的张力(F₁₂和F₂₃)与卷筒电机的拉力(F₁、F₂和F₃)有关，因此只需将卷筒电机的拉力控制为恒定值，即可将钢丝的张力稳定在张力给定值。

卷筒电机对钢丝的拉力与卷筒电机的输出转矩之间的关系为：

F_拉＝T/R＝T_eI/R (4)

公式(4)中F_拉为卷筒电机对钢丝的拉力，T为卷筒电机的机械总转矩，T_e为卷筒电机的输出转矩，I为机械常数，R为钢丝拉轮的半径(即力臂)。

随着拉丝工艺过程的进行，钢丝拉轮上钢丝外沿与圆心的距离不断增大(即R不断增大)，为了保证F_拉不变，需要不断增大T_e。R能够根据钢丝的直径、长度及钢丝拉轮的初始半径进行估算。

由电机稳态公式得到卷筒电机的输出转矩与电流之间的关系为：

T_e＝P/W＝3N_rU₁I₂/W₁ (5)

公式(5)中的T_e为卷筒电机的输出转矩，P为卷筒电机的功率，W为转子实际角速度，N_r为卷筒电机极对数，I₂为转子电流，U₁为定子相电压，W₁为供电角频率。

由于3N_rU₁/W₁＝K，K为常数，因此公式(5)可以简化为：

$T_e={\mathrm{KI}}_2=K\sqrt{I_1^2-I_0^2}---\left(6\right)$

公式(6)中I₀为卷筒电机空载电流，I₁为卷筒电机的运行电流。

综上所述，本发明通过预先设置的I₁计算出卷筒电机的输出转矩T_e和卷筒电机对钢丝的拉力F_拉，进而得出钢丝的张力。

参见图3所示，本发明实施例中的实现上述方法的用于无调谐辊的直进拉丝机的电气系统，包括电流调节器、驱动电路、电流反馈控制电路和卷筒电机。电流调节器、驱动电路、电流反馈控制电路顺次首尾相连，电流调节器通过驱动电路与卷筒电机相连。

电流调节器是用于调节卷筒电机的运行电流。

卷筒电机用于：控制卷筒进行拉丝。

本发明实施例中的基于上述电气系统的无调谐辊的直进拉丝机，包括放线设备、排线设备、收线设备、若干设置有电机的卷筒和电气系统(本实施例中卷筒和电气系统的数量一般为8～13个，优选为9个)，每套电气系统与一台卷筒电机(卷筒电机的功率一般为15～45KW，优选为30KW)相连，每台卷筒均与一台拉丝模具相连，放线设备与邻近的拉丝模具相连，相邻卷筒之间通过拉丝模具相连，与排线设备邻近的拉丝模具通过排线设备与收线设备连接。

本发明实施例中的无调谐辊的直进拉丝机使用时，放线设备放出的钢丝经过第一个拉丝模具后卷绕在第一个卷筒上，经电气系统计算钢丝所需的张力，根据计算得到的张力调节钢丝的张力后，依次经过余下的拉丝模具和卷筒，最后经过排线设备卷绕在收线设备上。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种用于无调谐辊的直进拉丝机的张力计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：预先设置卷筒电机的运行电流I₁；

S2：根据公式计算得出卷筒电机的输出转矩，公式中T_e为卷筒电机的输出转矩，K为常数，I₀为卷筒电机空载电流，I₁为卷筒电机的运行电流；

S3：根据公式F_拉＝T_eI/R计算得出卷筒电机对钢丝的拉力，公式中F_拉为卷筒电机对钢丝的拉力，I为机械常数，R为钢丝拉轮的半径；

S4：根据公式F_张＝F_模+F_拉+-F_拉计算得到钢丝的张力，公式中F_张为钢丝的张力，F_模为卷筒的拉丝模具的拉拔力，F_拉+为上一段钢丝的张力；

S5：判断F_张是否符合需求，若是，结束，否则重新设置卷筒电机的运行电流I₁，转到步骤S2。

2.如权利要求1所述的用于无调谐辊的直进拉丝机的张力计算方法，其特征在于：步骤S2中所述K＝3N_rU₁/W₁，其中N_r为卷筒电机极对数，U₁为定子相电压，W₁为供电角频率。

3.一种实现权利要求1或2所述张力计算方法的用于无调谐辊的直进拉丝机的电气系统，其特征在于：由电流调节器、驱动电路、电流反馈控制电路和卷筒电机组成；所述电流调节器、驱动电路、电流反馈控制电路顺次首尾相连，所述电流调节器通过驱动电路与卷筒电机相连；

所述电流调节器是用于调节卷筒电机的运行电流；

所述卷筒电机用于：控制卷筒进行拉丝；

所述电气系统计算钢丝所需的张力时，通过电流调节器预先设置卷筒电机的运行电流I₁；根据公式计算得出卷筒电机的输出转矩；根据公式F_拉＝T_eI/R计算得出卷筒电机对钢丝的拉力；根据公式F_张＝F_模+F_拉+-F_拉计算得到钢丝的张力；判断F_张是否符合需求，若是，结束；否则重新设置卷筒电机的运行电流I₁，并重新计算F_张。

4.一种基于权利要求3所述电气系统的无调谐辊的直进拉丝机，其特征在于：由放线设备、排线设备、收线设备、若干设置有电机的卷筒和电气系统组成，每套电气系统与一台卷筒电机相连，每台卷筒均与一台拉丝模具相连，放线设备与邻近的拉丝模具相连，相邻卷筒之间通过拉丝模具相连，与排线设备邻近的拉丝模具通过排线设备与收线设备连接；

所述无调谐辊的直进拉丝机使用时，放线设备放出的钢丝经过第一个拉丝模具后卷绕在第一个卷筒上，经电气系统计算钢丝所需的张力，根据计算得到的张力调节钢丝的张力后，依次经过余下的拉丝模具和卷筒，最后经过排线设备卷绕在收线设备上。

5.如权利要求4所述的无调谐辊的直进拉丝机，其特征在于：所述无调谐辊的直进拉丝机由放线设备、排线设备、收线设备、8～13台设置有电机的卷筒和8～13套电气系统组成。

6.如权利要求5所述的无调谐辊的直进拉丝机，其特征在于：所述无调谐辊的直进拉丝机由放线设备、排线设备、收线设备、9台设置有电机的卷筒和9套电气系统组成。

7.如权利要求4或5所述的无调谐辊的直进拉丝机，其特征在于：所述每台卷筒均采用功率为15～45KW的电机。

8.如权利要求7所述的无调谐辊的直进拉丝机，其特征在于：所述每台卷筒均采用功率为30KW的电机。