CN108126992B - 一种永磁直驱拉丝机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种永磁直驱拉丝机包括机架组件、直驱电机卷筒组件、模具盒、防护罩、物联网系统、冷却系统，机架组件主要左机架和右机架组成，直驱电机卷筒组件由箱体、卷筒、连接法兰、卷筒主轴和永磁同步电机组成；在冷却系统的帮助下，有效地增加了散热面积，提高了散热效果，使得电机在运转过程中产生的热量得以及时交换出去，提高了电机的使用寿命，同时还提高整机工况稳定性。在传统的拉丝机的基础上加入物联网系统，能通过互联网随时查看各机组生产状况，同时也能提供设备管理、工艺管理、生产管理的时实数据。

Description

一种永磁直驱拉丝机

技术领域

本发明属于拉丝机领域，特别涉及一种永磁直驱拉丝机。

背景技术

全球装备制造业向智能制造、智能产品发展的趋势越来越明显，制造业的结构变化和重组集优趋势已经显现。拉丝机设备也将向高性能、高可靠性、智能、节能环保的方向发展，同时将传统型拉丝机设备利用率最大化。

已有的与本设计方案最相近的实现方案：

电机直联式拉丝机是一种把机架、拉丝卷筒主轴箱、拉丝卷筒主轴、拉丝卷筒、驱动拉丝卷筒主轴的动力机构、拉丝模具直接联接组成主机，再与物联网系统连接实现拉拔不同直径金属线材。

如上述内容记载的现有技术存在问题是：1、电机寿命低；2、能耗高；3、结构强度低；4、材料、维修成本高；5、拉丝机工作过程中车间灰尘严重；6、噪声大；7、整机工况稳定性低；8、信息集成度低。

发明内容

本发明的目的是提供一种永磁直驱拉丝机，包括机架组件、直驱电机卷筒组件、模具盒、防护罩、物联网系统、冷却系统，物联网系统由电控系统和远程监控系统组成，其特征在于，在机架组件结构中，从其中一侧开始至另一侧方向依次设置有多个直驱电机卷筒组件，每一个直驱电机卷筒组件上方分别设置有一个模具盒；在机架组件的外部，设置有多个防护罩，每一个防护罩包围在每一个直驱电机卷筒组件和模具盒的外面；在机架组件的其中一端的外侧连接有冷却系统，而另一个端外侧连接电控系统。

优选的机架组件主要由左机架和右机架组成。

优选的机架组件由连续并排连接的多个框架组成，每一个框架分上中下三个部分，上部分别设置有直驱电机卷筒组件和模具盒以及外部包围的防护罩；中间部分设置有控制电缆走线管、动力电缆走线槽和灰尘存储管；下部设置有连接冷却系统的进水管、进水弹性橡胶接头、连接冷却系统的回水管和回水弹性橡胶接头。

优选的直驱电机卷筒组件由箱体、卷筒、连接法兰、卷筒主轴和永磁同步电机组成。

优选的冷却系统主要由箱体、缓冲箱、热交换箱、散热器、离心泵组成。

优选的冷却系统中的箱体由缓冲箱和热交换箱两部分组成，缓冲箱和热交换箱由一隔板分隔开；热交换箱分为前后两个空间，每一个空间内放置一个散热器；在箱体外侧靠近热交换箱的位置设置离心泵。

优选的电控系统包括直驱电机卷筒组件、卷筒控制器、PLC模块、HUB、以太网交换机、收线变频电机、电机控制器、主控操作台。

优选的其中的PLC模块、HUB、电机控制器、主控操作台同时连接一个以太网交换机进行对外数据交互。

另外，冷却系统和直驱电机卷筒组件组成的水循环系统，所述水循环系统的外循环水进入到热交换箱中散热器的入水口中，处理后从散热器的出水口流向一管道泵，管道泵通过连接管道将水输送到直驱电机卷筒组件的入水口中，再经直驱电机卷筒组件的部件后从出水口流出，再次经过热交换箱中散热器后，从散热器的另一个出水口流出。

电控系统中的卷筒控制器实时监控直驱电机卷筒组件的运行状态，将运行数据通过HUB和以太网交换机同时发送到主控操作台和远程服务器，并且通过主控操作台对上述两个部分的状态数据进行显示，使得现场操作人员可以实时进行直驱电机卷筒组件和收线变频电机的状态，并且根据上述显示数据进行操作调整和控制。

本发明的有益效果是：利用本发明提供的永磁直驱拉丝机，可以减少能耗，并且在更低的材料和维修成本下可以生产出结构强度更高的机架结构。同时在拉丝机工作过程中车间能有效地控制灰尘和减小噪声。另外，在冷却系统的帮助下，有效地增加了散热面积，提高了散热效果，使得电机在运转过程中产生的热量得以及时交换出去，提高了电机的使用寿命，同时还提高整机工况稳定性。与传统的拉丝机的基础上加入物联网系统，能通过互联网随时查看各机组生产状况，同时也能提供设备管理、工艺管理、生产管理的时实数据。

附图说明

图1为永磁直驱拉丝机整体结构示意图；

图2为机架组件结构示意图；

图3为直驱电机卷筒组件结构示意图以及直驱电机卷筒组件的剖视图；

图4为冷却系统结构示意图；

图5为物联网系统结构示意图；

图6为冷却工作流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了现有技术存在的问题，本发明提供了一种永磁直驱拉丝机。如图1所示，该永磁直驱拉丝机包括机架组件1、直驱电机卷筒组件2、模具盒3、防护罩4、物联网系统、冷却系统6，物联网系统由电控系统5和远程监控系统7组成。永磁直驱拉丝机中的机架组件1为承载和连接各个组件和系统设备的结构，在机架组件1结构中，从其中一侧开始至另一侧方向依次设置有多个直驱电机卷筒组件2，每一个直驱电机卷筒组件2上方分别设置有一个模具盒3。在机架组件1的外部，以机架组件1框架为支撑，设置有多个防护罩4，每一个防护罩4包围在每一个直驱电机卷筒组件2和模具盒3的外面，起到保护作用。在机架组件1的其中一端的外侧连接有冷却系统6，而另一个端外侧连接有一设备箱体，该箱体内安装有组成拉丝机侧的电控系统5的各个设备部件。

整机要求：机械安装QJ548A-2004；电气安装按工业机械电气设备通用技术条件GB5226.1进行；机台操作盘及电缆符合IP54防护要求；整机功能满足拉丝机JB/T 7910-2010。

如图2所示，机架组件1主要由左机架11和右机架12组成，左右机架均由100mm×100mm×5mm、150mm×200mm×5mm、100mm×200mm×5mm等矩形管和板材焊接成型。机架组件1由连续并排连接的多个框架组成，每一个框架分上中下三个部分，上部分别设置有直驱电机卷筒组件2和模具盒3以及外部包围的防护罩4；中间部分设置有控制电缆走线管13、动力电缆走线槽14和灰尘存储管15；下部设置有连接冷却系统6的进水管16、进水弹性橡胶接头17、连接冷却系统6的回水管18和回水弹性橡胶接头19。在中间部分中，控制电缆走线管13设置在靠近左机架11一侧，动力电缆走线槽14和灰尘存储管15设置在靠近右机架12一侧，并且动力电缆走线槽14设置在灰尘存储管15的上方。在下部中，进水管16设置在靠近左机架11一侧，回水管18设置在靠近右机架12一侧，并且每一段进水管16由进水弹性橡胶接头17连接，每一段回水管18由回水弹性橡胶接头19连接。

机架组件技术要求：材料满足冷拉矩形钢管GB/T3094-2012、优质碳素结构钢GB/T699-1998；焊接表面处理：焊完作喷砂处理，后再涂覆醇酸油漆(C04-42HG/T2576-1994)，颜色按照用要求定(颜色标准GSB05-1426-2001)。

如图3左图所示，直驱电机卷筒组件2由箱体21、卷筒22、连接法兰23、卷筒主轴24和永磁同步电机25组成。箱体21为直驱电机卷筒组件2最外侧框架，在直驱电机卷筒组件2框架最上部设置有卷筒22，卷筒22连接卷筒主轴24的一端，卷筒主轴24的另一个端连接永磁同步电机25。永磁同步电机25设置在直驱电机卷筒组件2框架内部的最下部，在直驱电机卷筒组件2框架中卷筒22和永磁同步电机25中间的位置设置有连接法兰23。

图3中右图为直驱电机卷筒组件2的剖视图。

直驱电机卷筒组件技术要求：箱体与连接法兰组成机座，分别起固定永磁同步电机和卷筒导向轮作用，装配要求满足：机械安装QJ548A-2004、卷筒主轴轴向窜动范围为0.05mm-0.08mm。

如图4所示，冷却系统6为水-水双循环冷却系统，箱体外形尺寸700mm×800mm×1250mm。外循环水箱体有效容积约0.39m³，内循环由2片容积为2×0.045m³＝0.09m³热交散热器组成。

该冷却系统6主要由箱体61、缓冲箱62、热交换箱63、散热器64、离心泵65组成。箱体61由缓冲箱62和热交换箱63两部分组成，缓冲箱62和热交换箱63由一隔板分隔开；热交换箱63分为前后两个空间，每一个空间内放置一个散热器64；在箱体61外侧靠近热交换箱63的位置设置离心泵65。在箱体61中设置有多个用于水循环的管口。其中管口601和管口602设置在前面的空间顶部，分别与该空间内散热器64两端的水管连接，管口603和管口604设置在后面的空间顶部，分别与该空间内散热器64两端的水管连接，管口605设置在离心泵65一侧的箱体左上方，与缓冲箱62中的水管连接，管口606设置在离心泵65一侧的箱体左下方，与缓冲箱62中的水管连接，而管口607和管口608分别设置在离心泵65下部的左右两侧，管口609设置在离心泵65一侧的箱体右上方，管口610设置在远离离心泵65一侧的箱体下侧。

如图5所示，物联网系统中的电控系统5为本发明永磁直驱拉丝机侧的各个物联网相关部件，包括直驱电机卷筒组件2、卷筒控制器71、PLC模块72、HUB73、以太网交换机74、收线变频电机75、电机控制器76、主控操作台77。永磁直驱拉丝机中的多个直驱电机卷筒组件2的每一个分别连接一个卷筒控制器71，多个卷筒控制器71连接同一个HUB73，并且多个控制器以及HUB之间利用RS485通讯协议进行数据交互；多个卷筒控制器71的其中一个连接一个PLC模块72，并且利用CAN通讯协议进行数据交互。收线变频电机75连接电机控制器76，电机控制器76连接以太网交换机74，并且利用MODBUS通讯协议进行数据交互；主控操作台77包括操作按键和人机交互界面，用于进行设备的实时监控和操作控制。PLC模块72、HUB73、电机控制器76、主控操作台77同时连接一个以太网交换机74进行对外数据交互。

另外，物联网系统中的电控系统5通过远程监控系统中工业以太网78进行对外通信，其中通过企业内部网络连接远程监控系统中管理员站的终端以及工程师站的终端，用于进行企业内部的监控和管理，同时通过外部互联网连接远程监控系统中上位计算机和远程监控诊断站的终端，用于远程实时的监控和管理。

永磁直驱拉丝机装配先后顺序为机架组件、冷却系统、直驱电机卷筒组件、模具盒、防护罩、电控系统。

下面具体介绍永磁直驱拉丝机的工作原理：

1)永磁直驱拉丝机工作时，通过第一直驱电机卷筒组件2中的第一台永磁同步电机25驱动卷筒22转动提供的拉拔力，将盘条拉过第一道模具盒3中的模具后缠绕在第一道卷筒22上，此时钢丝直径与模具盒3中的模具孔径相同，再通过第二直驱电机卷筒组件2中的第二台永磁同步电机25驱动卷筒22转动提供的拉拔力，将盘条拉过第二道模具盒3中的模具后缠绕在第二道卷筒22上。以此类推，通过逐级拉拔，一次性把钢丝冷拉到所需要的规格，通过收线变频电机75把钢丝缠绕在工字轮上。

2)直驱电机卷筒组件2中的永磁同步电机25输出低转速大扭矩经卷筒主轴24传递给卷筒22，实现动力输出。直驱电机卷筒组件2所产生拉拔力是其中的永磁同步电机25中的永磁体作为转子产生旋转磁场，三相定子绕组在旋转磁场作用下通过电枢反应，感应三相对称电流，转子动能转化为电能，当定子侧通入三相对称电流，由于三相定子在空间位置上相差120°，所以三相定子电流在空间中产生旋转磁场，转子旋转磁场中受到电磁力作用运动，电能转化为动能，再通过主轴传到拉丝卷筒22上产生拉拔力。

3)机架组件1除具备传统功能承担固定各分系统外，还具备有承载控制电缆走线管13、动力电缆走线槽14、灰尘存储管15、进水管16和回水管18的功能。机架组件1的框架采用不同规格矩形管钢管焊接而成，材料为Q235,厚度为5mm矩形管钢管强度约为30mm的钢板，本方法是充分利用矩形钢管强度高特点，同时将下前横梁管道用作进水管16、下后横梁管道用作回水管18、中前横梁管道及竖管道用作控制电缆走线管13和动力电缆走线槽14、中后横梁管道用作灰尘存储管15。

4)冷却系统是为了解决直驱电机卷筒组件2中永磁同步电机25、卷筒22及模具盒3的散热冷却问题，让冷却电机的水进入散热器，改变了传统的将冷却电机的水进入管道或者管排进行冷却的方式。

如图6所示，冷却系统和直驱电机卷筒组件组成的水循环系统，所述水循环系统的外循环水进入到热交换箱63中散热器64的入水口中，处理后从散热器64的出水口流向一管道泵，管道泵通过连接管道将水输送到直驱电机卷筒组件2的入水口中，再经直驱电机卷筒组件2的部件后从出水口流出，再次经过热交换箱63中的散热器64后，从散热器64的另一个出水口流出。

如图4所示，外循环是室外经冷却的水经过管口609进入热交换箱63内，与散热器64发生热交换后从管口610出来，带走了永磁同步电机25的热量后回到室外冷却系统6中，从而完成了外循环，也就达到了冷却永磁同步电机25的目的；内循环由永磁同步电机25出水口连管口601，经散热器64冷却后从管口602出来，通过管口603，热水再进入另一个散热器64，冷却后从管口604出来，通过管口605，进入缓冲箱62内，从管口606出来进入离心泵65的管口607，从离心泵65的管口608出来后回到永磁同步电机25的入水口中。

5)物联网系统是实现了远程监控、故障诊断、设备管理、工艺管理、生产管理等信息化。永磁直驱拉丝机中物联网系统可以根据客户要求预留具有WEB方式的设备物联网系统接口，能通过互联网随时查看各机组生产状况，同时也能提供设备管理、工艺管理、生产管理的时实数据。

如图5所示，卷筒控制器71实时监控直驱电机卷筒组件2的运行状态，将运行数据通过HUB73和以太网交换机74同时发送到主控操作台77和远程服务器如企业内部网络连接管理员站中的终端或者远程监控诊断站的终端，另外，电机控制器76也实时监控收线变频电机75的运行状态，将运行数据通过以太网交换机74同时发送到主控操作台77和远程服务器如企业内部网络连接管理员站中的终端或者远程监控诊断站的终端，并且通过主控操作台77对上述两个部分的状态数据进行显示，使得现场操作人员可以实时获取直驱电机卷筒组件2和收线变频电机75的状态，并且根据上述显示数据进行操作调整和控制。操作人员进行控制时，主控操作台77将控制信号通过以太网交换机74发送到PLC模块72中，并由PLC模块72根据控制信号通过第一直驱电机卷筒组件2对应的卷筒控制器71，对第一直驱电机卷筒组件2进行控制调整，从而带动后续多个直驱电机卷筒组件2的工作。与此同时，远程服务器中的终端的管理人员，也可以进行设备的实时监视和操作，对应的控制信号通过工业以太网78经以太网交换机74，发送到PLC模块72中，也可以实现对于直驱电机卷筒组件2的控制调整。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种永磁直驱拉丝机，包括机架组件、直驱电机卷筒组件、模具盒、防护罩、物联网系统、冷却系统，其特征在于，在机架组件结构中，从其中一侧开始至另一侧方向依次设置有多个直驱电机卷筒组件，每一个直驱电机卷筒组件上方分别设置有一个模具盒；在机架组件的外部，设置有多个防护罩，每一个防护罩包围在每一个直驱电机卷筒组件和模具盒的外面；在机架组件的其中一端的外侧连接有冷却系统，而另一个端外侧连接物联网系统，所述物联网系统包括直驱电机卷筒组件、卷筒控制器、PLC模块、HUB、以太网交换机、收线变频电机、电机控制器、主控操作台；冷却系统为水-水双循环冷却系统，箱体外形尺寸700mm×800mm×1250mm，外循环水箱体有效容积为0.39m³，内循环由2片容积为2×0.045m³＝0.09m³热交散热器组成；

冷却系统主要由箱体、缓冲箱、热交换箱、散热器、离心泵组成；箱体由缓冲箱和热交换箱两部分组成，缓冲箱和热交换箱由一隔板分隔开；热交换箱分为前后两个空间，每一个空间内放置一个散热器；在箱体外侧靠近热交换箱的位置设置离心泵；冷却系统和直驱电机卷筒组件组成的水循环系统，所述水循环系统的外循环水进入到热交换箱中散热器的入水口中，处理后从散热器的出水口流向一管道泵，管道泵通过连接管道将水输送到直驱电机卷筒组件的入水口中，再经直驱电机卷筒组件的部件后从出水口流出，再次经过热交换箱中散热器后，从散热器的另一个出水口流出。

2.如权利要求1所述的永磁直驱拉丝机，其特征在于，机架组件主要由左机架和右机架组成。

3.如权利要求2所述的永磁直驱拉丝机，其特征在于，机架组件由连续并排连接的多个框架组成，每一个框架分上中下三个部分，上部分别设置有直驱电机卷筒组件和模具盒以及外部包围的防护罩；中间部分设置有控制电缆走线管、动力电缆走线槽和灰尘存储管；下部设置有连接冷却系统的进水管、进水弹性橡胶接头、连接冷却系统的回水管和回水弹性橡胶接头。

4.如权利要求1所述的永磁直驱拉丝机，其特征在于，直驱电机卷筒组件由箱体、卷筒、连接法兰、卷筒主轴和永磁同步电机组成。

5.如权利要求1所述的永磁直驱拉丝机，其特征在于，PLC模块、HUB、电机控制器、主控操作台同时连接一个以太网交换机进行对外数据交互。

6.如权利要求1所述的永磁直驱拉丝机，其特征在于，卷筒控制器实时监控直驱电机卷筒组件的运行状态，将运行数据通过HUB和以太网交换机同时发送到主控操作台和远程服务器，并且通过主控操作台对上述两个部分的状态数据进行显示，使得现场操作人员可以实时进行直驱电机卷筒组件和收线变频电机的状态，并且根据上述显示数据进行操作调整和控制。