钨丝同步抽丝机的设计

施娟娟

【内容摘要】通过对钨丝企业调研，提出一种新型钨丝抽丝机装置——钨丝同步抽丝机。该装置由机械部分、电气部分、PLC构成，其中以PLC为核心，各电气部分控制排丝电动机作自动往返运行，步进电动机作绕丝运行，电路有断丝报警装置和绕丝完成自动停机且报警装置。

【关键词】钨丝同步抽丝机  PLC 编程  排丝  同步电动机

一、研究背景

随着经济的快速发展，各行各业对钨丝的需求和性能要求也越来越高。我国钨丝企业正处于调整阶段。据调研，国内大多中小型钨丝加工企业所使用的钨丝抽丝机在生产运行时，钨丝在导丝管偏摆装置及卷绕装置的牵拉下，进行抽丝、绕制和切断。这种生产设备技术落后，以手工操作为主，自动化程度低，成材率低;在质量上导致钨丝长度不够精确或出现高温淬火时间控制不精确，钨丝容易脆、韧性不足或钨丝绕制圈数不均匀。

二、传统钨丝抽丝机装置

传统钨丝抽丝机工作流程是：卷绕装置采用三相异步电动机带动钨丝传动，把钨丝卷绕在钨丝轴上。该装置存在几点不足：

1.钨丝抽丝机装置的目的是让钨丝以恒定的速度穿过高温烧青炉，钨丝通过1150℃至1200℃范围内的高温“烧青”。钨丝卷绕到钨丝轴上时，由于交流电动机的转速恒定，电动机在带动卷绕轴转动时，角速度也恒定。当钨丝轴直径变大时，钨丝的线速度会越来越快，这使得钨丝经过高温炉的时间越来越短，最终导致钨丝过钢，产生废品。

2.传统钨丝抽丝机在生产过程中出现断丝或者钨丝卷绕完成时，不会停止或报警，需要人工观察设备运行情况。

3.钨丝抽丝机的架子和工作台都用角铁进行焊接。在生产使用过程中，若电路破损或漏电，容易发生触电事故。

三、钨丝同步抽线机装置的设计

针对传统钨丝抽丝机存在的缺陷进行改进，使该装置能实现自动化生产，降低废品产生率，节约了钨丝生产的成本。命名改进后的装置为钨丝同步抽丝机。

1.操作台设计

操作台改用金属框架搭建，外覆盖一层亚克力板。这样制成的操作台，用起来结实，使用时安全。操作台设计成箱体结构。除了必须用的电动机和支架放在操作台面上，其余的控制电路和电器，全部放入操作台内的箱体中。

2.抽丝电路设计

钨丝抽丝机装置的框架图

设计钨丝同步抽丝机装置的电路为三部分，由一个PLC来控制。第一部分是测长（速）传感器部分。未加工钨丝进入高温炉进行高温处理后，通过空气冷却，经过导轮盘并带动其转动，由测长传感器检测钨丝的传动速度并将检测结果传送给PLC进行处理。第二部分是钨丝卷绕装置部分，由PLC、变频器和步进电机组成。步进电机由变频器来控制其转动速度，随着钨丝轴上的钨丝越绕越多，钨丝轴直径越来越大，而钨丝轴的角速度恒定，使得钨丝转动的线速度将越来越快。通过测长（速）传感器将检测结果送到PLC中，由PLC控制步进电机控制器，降低步进电机的转速。第三部分是报警电路装置，由一个独立的报警电路和报警喇叭组成。报警电路传送信号到PLC，控制直流电动机停止并发出报警声。

3.排丝装置设计

钨丝同步抽丝机的排丝装置分为控制电路、排丝装置和导轮三个部分。

（1）排丝电路部分的设计

排丝电路是整个电路的重要部分，由一个步进电动机、两个接近开关、步进电动机控制器和按钮组成。排丝电动机采用步进电机驱动器的控制方式。

（2）排丝装置部分设计

单相交流电动机固定在丝杆座上，电动机的轴和排丝装置丝杆连在一起，丝杆的正反运转控制运动杆的左右往返运动，形成了排丝。电动机控制的左右排丝运动速度是恒定的，比手工操作更均匀，且此操作较枯燥，更适合代替人工操作。

（3）导轮部分

导轮是控制钨丝运行方向的装置。设计时，使用出线和进线两个导轮，保持原先导轮凹轮的形状，但进线导轮采用胶木材料，出线导轮采用金属材料。在进线时，在导轮的中间加入高温石棉材料，这样从高温炉中出来的还没有完成冷却的钨丝不会对抽丝机造成损坏。出线导轮安装在架子上时不固死，使其可以偏转一定的角度。两个导轮对操作台的角度可以自由调整。通过导轮架上的固定螺丝，来调节导轮的角度。因不同规格的钨丝绕线时，绕线时会有一定的微调。

4.报警装置设计

规格较细的钨丝在抽丝时，容易发生断丝故障。故在抽丝机装置上设计断丝报警装置。钨丝抽丝时，发生断丝故障后5秒，自动报警装置工作，发出报警声音。该装置的设计利用了电路中最简单的基尔霍夫电压定律。在钨丝经过导轮接触金属的不锈钢圆柱时，钨丝通过不锈钢圆柱的金属和电源、铝盘形成一个回路。金属杆由不锈钢材料制成，不易磨损和氧化，固定在丝杆上时，中间隔有一层绝缘纸，再由导线和箱体内的电路相连接。整个钨丝自动绕线机装置由220V的电源供电，给报警电路设计了一个9V的稳压电源，给蜂鸣器供电。

5.编程设计

PLC是整个电路的核心控制装置。根据电路设计，用PLC对整个电路的功能进行编程设计。在电路中，先规定PLC的输入/输出地址分配表，再来设计输入/输出的PLC接线图，根据PLC的输入/输出地址分配表和接线图来编程。

四、小结

本文是对中小型钨丝企业中的钨丝抽丝装置进行技术改进，制作一种自动化生产设备。新设计的钨丝抽丝机虽解决了钨丝企业在钨丝产品生产过程中的不足，但该设备在钨丝企业中试用时间不长，还有待于生产的检验，需要在生产中不断完善。

（作者单位：江苏省启东中等专业学校）