中達電通股份有限公司AMD產品處                  王  浩

                                                     Wang Hao

摘  要：本文主要介紹台達變頻器在金屬線材製造行業的應用。通過變頻器完成恒張力控製的調試方法。

關鍵詞：台達變頻器 金屬線材 恒張力控製 並列式連續拉絲機

 

     拉絲機是金屬線材加工中的重要設備，用於將金屬原材加工成各種規格線材。拉絲機由放線、拉絲、水冷
、收(shou)線(xian)及(ji)排(pai)線(xian)等(deng)部(bu)分(fen)組(zu)成(cheng)，其(qi)中(zhong)電(dian)氣(qi)傳(chuan)動(dong)部(bu)份(fen)主(zhu)要(yao)由(you)放(fang)線(xian)電(dian)機(ji)，收(shou)線(xian)電(dian)機(ji)及(ji)排(pai)線(xian)電(dian)機(ji)實(shi)現(xian)，其(qi)生(sheng)產(chan)質(zhi)量(liang)和(he)效(xiao)率(lv)對(dui)於(yu)企(qi)業(ye)來(lai)講(jiang)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)。拉(la)絲(si)機(ji)可(ke)分(fen)為(wei)滑(hua)輪(lun)式(shi)、活套式
、直線式三種。從產品終端來說，拉絲機可以分為大拉機
，中拉機，小拉機，微拉機；而(er)從(cong)拉(la)絲(si)機(ji)內(nei)部(bu)控(kong)製(zhi)方(fang)式(shi)和(he)結(jie)構(gou)來(lai)說(shuo)，可(ke)以(yi)分(fen)為(wei)水(shui)箱(xiang)式(shi)，滑(hua)輪(lun)式(shi)，直(zhi)進(jin)式(shi)等(deng)主(zhu)要(yao)的(de)幾(ji)種(zhong)。對(dui)於(yu)不(bu)同(tong)要(yao)求(qiu)，不(bu)同(tong)精(jing)度(du)不(bu)同(tong)規(gui)格(ge)的(de)產(chan)品(pin)，不(bu)同(tong)的(de)金(jin)屬(shu)種(zhong)類(lei)，可(ke)選(xuan)擇(ze)不(bu)同(tong)規(gui)格(ge)的(de)拉(la)絲(si)機(ji)械(xie)。對(dui)於(yu)銅(tong)鋁(lv)基(ji)材(cai)的(de)電(dian)線(xian)電(dian)纜(lan)生(sheng)產(chan)企(qi)業(ye)，雙(shuang)變(bian)頻(pin)控(kong)製(zhi)的(de)細(xi)拉(la)機(ji)應(ying)用(yong)比(bi)較(jiao)廣(guang)泛(fan)，相(xiang)對(dui)而(er)言(yan)，其(qi)要(yao)求(qiu)的(de)控(kong)製(zhi)性(xing)能(neng)也(ye)較(jiao)低(di)，而(er)對(dui)於(yu)大(da)部(bu)分(fen)鋼(gang)絲(si)生(sheng)產(chan)企(qi)業(ye)，針(zhen)對(dui)鋼(gang)材(cai)特(te)性(xing)，其(qi)精(jing)度(du)要(yao)求(qiu)和(he)拉(la)拔(ba)穩(wen)定(ding)度(du)高(gao)
，因(yin)此(ci)使(shi)用(yong)直(zhi)進(jin)式(shi)拉(la)絲(si)機(ji)較(jiao)多(duo)，不(bu)同(tong)的(de)拉(la)絲(si)機(ji)械(xie)
，其(qi)工(gong)作(zuo)過(guo)程(cheng)基(ji)本(ben)相(xiang)同(tong)：

    放線:l jinshusidefangxiansudu，duiyuzhenggelasijihuanjielaishuo
，qikongzhimeiyouguogaojingduyaoqiu
，duibufenshuangbianpinkongzhidelasijixie，shenzhikeyiliyonglasihuanjiedesixianzhanglitongguoyuanpanlashen。duidabufenlasijixie
，fangxiandekongzhishitongguobianpinqiqudongfangxianjishixiande。

    拉絲:l 拉(la)絲(si)環(huan)節(jie)是(shi)拉(la)絲(si)機(ji)最(zui)為(wei)重(zhong)要(yao)的(de)環(huan)節(jie)。不(bu)同(tong)金(jin)屬(shu)物(wu)料(liao)

，不(bu)同(tong)的(de)產(chan)品(pin)精(jing)度(du)和(he)要(yao)求(qiu)，拉(la)絲(si)環(huan)節(jie)有(you)很(hen)大(da)的(de)不(bu)同(tong)，雙(shuang)變(bian)頻(pin)控(kong)製(zhi)拉(la)絲(si)機(ji)拉(la)絲(si)部(bu)分(fen)與(yu)放(fang)線(xian)部(bu)分(fen)共(gong)用(yong)一(yi)台(tai)電(dian)機(ji)
，金(jin)屬(shu)絲(si)通(tong)過(guo)內(nei)部(bu)塔(ta)輪(lun)的(de)導(dao)引(yin)，經(jing)過(guo)模(mo)具(ju)而(er)逐(zhu)步(bu)拉(la)伸(shen)。而(er)直(zhi)進(jin)式(shi)拉(la)絲(si)機(ji)拉(la)伸(shen)效(xiao)率(lv)較(jiao)高(gao)，對(dui)每(mei)一(yi)道(dao)拉(la)絲(si)工(gong)序(xu)，都(dou)需(xu)要(yao)一(yi)台(tai)電(dian)機(ji)帶(dai)動(dong)
，因(yin)此(ci)其(qi)控(kong)製(zhi)也(ye)最(zui)為(wei)複(fu)雜(za)。

    收線:l 收線環節的工作速度決定了整個拉絲機械的生產效率。

 

    並列式連續拉絲機是一種用於拉拔金屬線材的直進式連續拉絲機，將組成一台或兩台連續拉絲機的所有單拉絲機按２～４列lie並bing排pai分fen布bu並bing以yi水shui平ping形xing式shi同tong時shi安an置zhi在zai一yi個ge帶dai有you垂chui直zhi平ping麵mian的de機ji架jia上shang，將jiang所suo有you的de模mo盒he裝zhuang置zhi也ye設she在zai機ji架jia上shang並bing使shi之zhi與yu水shui平ping麵mian成cheng一yi定ding夾jia角jiao

，產chan品pin具ju有you占zhan地di少shao
、有利於提高勞動生產率及實現衛生和文明化生產。

本文以西安某公司生產的並列式拉絲機為設計案例。並列式連續拉絲機是平行排列成2-4列的直進式連續拉絲機，其傳動、潤滑、冷卻及控製與直立直進式拉絲機相同。整機外觀圖示如圖1所示。

    本機器共有10個塔輪，1個牽引輪，1個收卷輪，11個模具
，以及11根擺杆，最大進線直徑2.4mm，最小出線直徑0.3mm
，最高線速度2.5m/s。塔輪直徑均為250mm，牽引輪直徑為360mm
，收卷輪最小直徑為280mm。原料線材通過11個模具的11級拉伸，變成需要線徑的成品線材。每個塔輪由1台電機控製，牽引輪和收卷輪也分別由1台電機控製。每台塔輪配置擺杆一根，作為恒張力控製時使用。每台電機都通過減速機與機械連接，減速比如下表1所示（減速比G為負載側齒輪/電機側齒輪）。整機結構示意圖如圖2所示。

 

表1 減速機減速比

 

    並(bing)列(lie)式(shi)拉(la)絲(si)機(ji)的(de)變(bian)頻(pin)恒(heng)張(zhang)力(li)驅(qu)動(dong)目(mu)的(de)是(shi)為(wei)了(le)保(bao)證(zheng)在(zai)運(yun)行(xing)過(guo)程(cheng)中(zhong)絲(si)線(xian)的(de)張(zhang)力(li)恒(heng)定(ding)。根(gen)據(ju)機(ji)械(xie)結(jie)構(gou)和(he)材(cai)料(liao)的(de)不(bu)同(tong)
，恒(heng)張(zhang)力(li)控(kong)製(zhi)的(de)方(fang)法(fa)一(yi)般(ban)分(fen)為(wei)兩(liang)種(zhong)：1直接控製電機輸出轉矩
，2通過控製速度恒定來保證張力的恒定。通過對機械結構的分析，本項目采用通過控製速度的方法來間接控製張力的恒定。

由於並列式拉絲機由11組牽伸機構和1組收卷機構組成，所以我們單獨對一組牽伸機構和一組收卷機構來進行控製原理的分析。圖3為一組牽伸機構的結構示意圖。

    在(zai)運(yun)行(xing)過(guo)程(cheng)中(zhong)保(bao)證(zheng)擺(bai)杆(gan)處(chu)於(yu)設(she)定(ding)的(de)平(ping)衡(heng)位(wei)置(zhi)不(bu)出(chu)現(xian)波(bo)動(dong)，就(jiu)可(ke)以(yi)認(ren)定(ding)牽(qian)伸(shen)過(guo)程(cheng)中(zhong)絲(si)線(xian)上(shang)的(de)張(zhang)力(li)是(shi)恒(heng)定(ding)的(de)。所(suo)以(yi)我(wo)們(men)可(ke)以(yi)將(jiang)其(qi)控(kong)製(zhi)分(fen)為(wei)兩(liang)個(ge)過(guo)程(cheng)來(lai)進(jin)行(xing)：穩定過程和自調節過程。

    穩定運行過程中

，我們將條件理想化（排除其他不穩定因素的影響），擺bai杆gan將jiang停ting在zai設she定ding的de位wei置zhi不bu出chu現xian波bo動dong，塔ta輪lun隻zhi需xu要yao按an照zhao計ji算suan出chu來lai的de理li論lun線xian速su度du運yun行xing就jiu可ke以yi保bao證zheng絲si線xian張zhang力li恒heng定ding，此ci過guo程cheng隻zhi需xu要yao知zhi道dao每mei級ji牽qian伸shen機ji構gou中zhong塔ta輪lun的de理li論lun線xian速su度du即ji可ke；由you於yu機ji械xie一yi旦dan製zhi造zao完wan成cheng，塔ta輪lun的de直zhi徑jing以yi及ji電dian機ji端duan的de減jian速su比bi就jiu已yi經jing確que定ding，從cong塔ta輪lun的de理li論lun線xian速su度du就jiu可ke以yi計ji算suan出chu電dian機ji的de實shi際ji運yun行xing轉zhuan速su，也ye就jiu是shi變bian頻pin器qi需xu要yao運yun行xing的de頻pin率lv。

    zaiyunxingguochengzhonghuichuxianhenduodebuwendingyinsu，lirusixiandedahua
，jixiemocalibianhuadengyuanyin，baiganbukenenggudingbudong，yushijiuxuyaobianpinqiduibaigandebianhuazuochuxiangying，tongguosududebianhualaidadaorangbaiganwendingdemude
，zhegejiushizitiaojiedeguocheng。tongguobianpinqiduibaiganxinhaojinxingPID的運算，就可以達到這個目的。圖4為牽引驅動機構參數的詳細示意圖，讓我們看看圖中變量之間的關係。

    圖4中假設塔輪直徑為R，模具1直徑為R1，模具2直徑為R2
，模具3直徑為R3
，進線直徑為R0，電機1減速齒輪比為G1，電機2減速齒輪比為G2
，變頻器1指令頻率為F1，變頻器2指令頻率為F2，塔輪1上的線速度為v1，塔輪2上線速度為v2，n為電機1轉速，s為電機1轉差率，p為電機1級對數，t為時間。G1定義為（負載側齒輪10-24/電機側齒輪10-23）。

牽伸機構中，由於模具大小不一樣，根據單位時間內通過模具的材料體積相等的前提條件
，

我們知道：(R1/2)² *π *v1 *t = (R2/2)² *π * v2 *t

          R1² * v1 = R2² * v2                          …………………………①

由於R1，R2已知，根據v1就可以計算出v2。

而          v1 = π * R * n / G1，  n = F1 * 60 * (1-s) / p

            v1 = π * R * F1 * 60 * (1-s) / (G1 * p)

            F1 = G1 * p * v1 / （60 * π * R * (1-s)）    …………………………②

通過以上①②公式，就可以計算出每一級牽伸的理論線速度和理論頻率。

    圖5為收卷機構的結構示意圖。

圖5 收卷機構的結構示意

    收卷機構的控製原理與牽伸機構有兩點不同：1收卷機構與牽引機構的線速度是同一的；2收卷機構中收卷棍的卷徑是會隨著電機運轉而發生變化的，牽伸機構中的卷徑是固定的。所以對於控製收卷棍的變頻器，還需要將R的變化考慮進去，時時更新R值。原理公式同上式②。