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 金jin屬shu絲si的de放fang線xian速su度du，對dui於yu整zheng個ge拉la絲si機ji環huan節jie來lai說shuo，其qi控kong製zhi沒mei有you過guo高gao精jing度du要yao求qiu
，對dui部bu分fen雙shuang變bian頻pin控kong製zhi的de拉la絲si機ji械xie，甚shen至zhi可ke以yi利li用yong拉la絲si環huan節jie的de絲si線xian張zhang力li通tong過guo圓yuan盤pan拉la伸shen。對dui大da部bu分fen拉la絲si機ji械xie
，放fang線xian的de控kong製zhi是shi通tong過guo變bian頻pin器qi驅qu動dong放fang線xian機ji實shi現xian的de。

    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）

，baiganjiangtingzaishedingdeweizhibuchuxianbodong，talunzhixuyaoanzhaojisuanchulaidelilunxiansuduyunxingjiukeyibaozhengsixianzhanglihengding
，ciguochengzhixuyaozhidaomeijiqianshenjigouzhongtalundelilunxiansudujike
；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。