CN109809238A - 一种筐篮式成绳机匀速放线过程中股绳张力的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种筐篮式成绳机匀速放线过程中股绳张力的控制方法，所述的控制方法是在筐篮式成绳机放线张力控制系统中，对放线轮施加一个可变的制动力矩，使其满足受力平衡的条件，以达到控制股绳张力大小的目的；以框篮式成绳机的股绳张力控制为研究对象，通过对放线轮制动力矩的计算来实现对成绳机各股绳张力的精确控制。此方法能够大幅度地提高对成绳机股绳张力的控制精度，进而为实现成绳机股绳张力的自动控制打下基础。

Description

一种筐篮式成绳机匀速放线过程中股绳张力的控制方法

技术领域

本发明涉及钢绳成绳机匀速放线过程中股绳张力控制技术领域，特别涉及一种筐篮式成绳机匀速放线过程中股绳张力的控制方法。

背景技术

钢丝绳是由经过特殊处理的高强度钢丝捻制而成的。与国际先进产品相比，我国钢丝绳产品质量仍有较大的差距。造成质量差距的原因除了原材料的质量因素之外，捻股和成绳时的捻制质量也有重要的影响，捻制质量差将导致钢丝绳提前报废或者在低于最小破断力的情况下就发生断绳现象。分析表明，这种现象的发生与钢绳中各钢丝或股绳受力不均，进而导致实际承载能力下降有非常密切的关系。因此，研究筐篮式成绳机放线过程中股绳的恒张力控制已经成为钢绳行业急需解决的重大问题。

公开的现有技术中，专利CN 2007101592586涉及一种保持钢丝绳捻制时各绳股张力均衡的方法及装置，该专利主要设计了手动液压阻尼装置，改变线盘轮上的运动阻力，但未涉及绳股张力的精确控制方法。专利CN 2016105924344涉及一种框蓝式成绳机翻身系统，翻身机构由一个电机驱动，通过两次减速后传递到翻身机构，该装置翻身速度的快慢可通过调整电机运行频率的大小来控制所需翻身比，但并未涉及绳股张力的精确控制方法。

目前，保持钢绳各股绳张力是采用调整螺栓来调整阻尼带松紧的方法来实现的，该方法仅凭操作者的感觉和经验来判断阻尼带的松紧，进而推测各股绳张力的大小。本发明在成绳机匀速放线过程中，针对放线轮线轴瞬间半径的变化，对放线轮施加一个可变的制动力矩，进而实现对成绳机各股绳张力的精确控制。

发明内容

为了解决背景技术中所述问题，本发明提供一种筐篮式成绳机匀速放线过程中股绳张力的控制方法，以筐篮式成绳机的股绳张力控制为研究对象，通过对放线轮制动力矩的计算来实现对成绳机各股绳张力的精确控制。此方法能够大幅度地提高对成绳机股绳张力的控制精度，进而为实现成绳机股绳张力的自动控制打下基础。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种筐篮式成绳机匀速放线过程中股绳张力的控制方法，所述的控制方法是在筐篮式成绳机放线张力控制系统中，对放线轮施加一个可变的制动力矩，使其满足受力平衡的条件，以达到控制股绳张力大小的目的；所述的制动力矩的计算方法如下：

1)计算放线轮自重产生的摩擦力矩M_f

在公式(1)中：

G₀为放线轮自重，单位为kg；ρ为股绳的密度，单位为kg/m³；

λ为股绳缠绕的填充系数；R(t)是放线轮线轴的瞬间半径，单位为m；

R₀为放线轮的内半径，单位为m；

B为放线轮内缘间距，单位为m；

r_b为放线轮穿轴支撑部位轴的半径，单位为m；

f_l为放线轮穿轴支撑部位当量滑动摩擦系数；

2)计算放线轮制动力矩M_zn

股绳从放线轮出来后需经过三次折弯，其中包括两次圆盘集线折弯和一次在预变形器区域的折弯。在折弯过程中，导线孔会对股绳产生摩擦力；放线轮制动力矩为：

在公式(2)中：

F为分线盘出股绳的张力，单位为N；

f为股绳与穿线孔间的摩擦系数；

m₀为单位长度股绳的质量，单位为kg/l；m₀＝6142d²，d为股绳的直径，单位为m；

n为放线轮位置序号，n＝1、2；

l为放线轮之间的距离，单位为m；

ω₀是放线轮轮体的角速度，单位为°/s；

r是穿线孔中心至放线轮轮体轴线的距离，单位为m；

α是股绳与放线轮轮体轴线之间的空间夹角，单位为度；

α₁是α在铅垂面上的投影角，单位为度；

α₂是α在水平面上的投影角，单位为度；

α₃是连接轴处股绳与放线轮轮体轴线的夹角，单位为度；

M_zn是序号为n的放线轮需要提供的制动力矩，单位为N·m。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)通过对放线轮自重产生的摩擦力矩的计算和对放线轮制动力矩的计算，能够保证各个股绳的张力恒定，实现放线轮的匀速放线，提高钢绳捻制的质量，延长钢绳的使用寿命。

(2)通过对放线轮自重产生的摩擦力矩的计算，可以提高放线轮制动力矩的计算精度。

(3)通过对放线轮制动力矩的计算，可以提高股绳张力的控制精度。

附图说明

图1为现有技术的筐篮式成绳机的结构示意图；

图2为现有技术的放线轮股绳恒张力控制装置示意图；

图3为放线轮放线过程示意图；

图4为左侧放线轮的俯视图。

1-放芯架 2-主电机 3-制动装置 4-筐篮 5-放线轮 6-放线轮框架 7-支撑装置8-空心主轴 9-预变形器 10-压线模 11-后变形器 12-牵引轮 13-计米器 14-浸油装置15-排线装置 16-收线装置 17-阻尼轮 18-放线轮 19-牵引轮 20-移动轴 21-调整电机22-导线轮 23-测量传感器 24-钢丝绳股 25-放线轮框架 26-控制单元。

具体实施方式

以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。

一种筐篮式成绳机匀速放线过程中股绳张力的控制方法，所述的控制方法是在筐篮式成绳机放线张力控制系统中，对放线轮施加一个可变的制动力矩，使其满足受力平衡的条件，以达到控制股绳张力大小的目的。

在钢绳捻制过程中，放线轮线轴的半径、重量以及股绳引向筒体的穿线角度都在变化，而且每个线轴距分线盘的距离也不一样。因此，要保持各股绳在分线盘处有恒定的张力，则必须按照相应的变化规律来设计股绳张力的控制方式。

所述的制动力矩的计算方法如下：

1)计算放线轮自重产生的摩擦力矩M_f

在公式(1)中：

G₀为放线轮自重，单位为kg；ρ为股绳的密度，单位为kg/m³；

λ为股绳缠绕的填充系数；R(t)是放线轮线轴的瞬间半径，单位为m；

R₀为放线轮的内半径，单位为m；

B为放线轮内缘间距，单位为m；

r_b为放线轮穿轴支撑部位轴的半径，单位为m；

f_l为放线轮穿轴支撑部位当量滑动摩擦系数；

2)计算放线轮制动力矩M_zn

股绳从放线轮出来后需经过三次折弯，其中包括两次圆盘集线折弯和一次在预变形器区域的折弯。在折弯过程中，导线孔会对股绳产生摩擦力；放线轮制动力矩为：

在公式(2)中：

F为分线盘出股绳的张力，单位为N；

f为股绳与穿线孔间的摩擦系数；

m₀为单位长度股绳的质量，单位为kg/l；m₀＝6142d²，d为股绳的直径，单位为m；

n为放线轮位置序号，n＝1、2；

l为放线轮之间的距离，单位为m；

ω₀是放线轮轮体的角速度，单位为°/s；

r是穿线孔中心至放线轮轮体轴线的距离，单位为m；

α是股绳与放线轮轮体轴线之间的空间夹角，单位为度；

α₁是α在铅垂面上的投影角，单位为度；

α₂是α在水平面上的投影角，单位为度；

α₃是连接轴处股绳与放线轮轮体轴线的夹角，单位为度；

M_zn是序号为n的放线轮需要提供的制动力矩，单位为N·m。

所述的R(t)放线轮线轴的瞬间半径可以采用实时采集的数据，也可以通过股绳模型进行数据推算，具体过程如下：

1)建立股绳交叉缠绕模型，设有m列n行钢丝绳交叉缠绕排列，股绳直径b是均匀的，则在理想情况下，即窗口长l₁＝m×b，窗口宽l₂＝(n-1)×b×sin60°+b，m是股绳缠绕在放线轮上每层的匝数，n是股绳排列的层数；

层数为：

奇数层匝数为：

偶数层匝数为：

式(3)-(5)中：“[]”代表取整数；

2)计算股绳卷径：

放线轮卷绕的最大直径为D_max，放线轮卷绕的最小直径为D_min，放线轮内缘间距为B。根据股绳交叉缠绕模型的排列情况可得：

第i层的直径为：

D_i＝D_max-(2i+1)b (6)

第i层卷绕的长度为：

L_i＝π[nD_max-n(2i+1)b] (7)

在恒张力放线过程中，放线股绳的线速度即放线速度v是恒定的，则在工作时间t时的卷径即放线轮轴线瞬间半径R(t)为：

【具体实施例】

如图1-4所示。已知G₀＝60kg，ρ＝7800kg/m³，λ＝0.75，某一时刻R(t)＝0.825m，R₀＝0.425 m，B＝0.93m，r_b＝0.015m，f_l＝0.02，F＝20N，f＝0.15，d＝0.006m，n＝2，l＝0.5m，放线轮轮体的转速为140r/min，r＝0.24m，α＝16°，α₁＝6°，α₂＝22°，α₃＝20°，则放线轮自重产生的摩擦力矩为：

则放线轮制动力矩为：

上式中的R(t)＝0.825m为实时采集的数据，还可以通过股绳模型进行数据推算，设有 m＝20列，n＝15行钢丝线交叉缠绕排列。股绳线速度v为0.2m/s，放线轮卷绕的最大直径 D_max为480mm，股绳直径b为33mm，则R(t)推算如下：

在t为709秒时，R(t)为0.825m。

以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

Claims (1)

1.一种筐篮式成绳机匀速放线过程中股绳张力的控制方法，其特征在于，所述的控制方法是在筐篮式成绳机放线张力控制系统中，对放线轮施加一个可变的制动力矩，使其满足受力平衡的条件，以达到控制股绳张力大小的目的；所述的制动力矩的计算方法如下：

1)计算放线轮自重产生的摩擦力矩M_f

在公式(1)中：

G₀为放线轮自重，单位为kg；ρ为股绳的密度，单位为kg/m³；

λ为股绳缠绕的填充系数；R(t)是放线轮线轴的瞬间半径，单位为m；

R₀为放线轮的内半径，单位为m；

B为放线轮内缘间距，单位为m；

r_b为放线轮穿轴支撑部位轴的半径，单位为m；

f_l为放线轮穿轴支撑部位当量滑动摩擦系数；

2)计算放线轮制动力矩M_zn

股绳从放线轮出来后需经过三次折弯，其中包括两次圆盘集线折弯和一次在预变形器区域的折弯。在折弯过程中，导线孔会对股绳产生摩擦力；放线轮制动力矩为：

在公式(2)中：

F为分线盘出股绳的张力，单位为N；

f为股绳与穿线孔间的摩擦系数；

m₀为单位长度股绳的质量，单位为kg/l；m₀＝6142d²，d为股绳的直径，单位为m；

n为放线轮位置序号，n＝1、2；

l为放线轮之间的距离，单位为m；

ω₀是放线轮轮体的角速度，单位为°/s；

r是穿线孔中心至放线轮轮体轴线的距离，单位为m；

α是股绳与放线轮轮体轴线之间的空间夹角，单位为度；

α₁是α在铅垂面上的投影角，单位为度；

α₂是α在水平面上的投影角，单位为度；

α₃是连接轴处股绳与放线轮轮体轴线的夹角，单位为度；

M_zn是序号为n的放线轮需要提供的制动力矩，单位为N·m。