跳绳式与管式组合型1×7及1×19低松弛预应力绞线捻股机的同步装置

李洪亮（天津冶金集团中兴盛达钢业有限公司，天津301616）

跳绳式与管式组合型1×7及1×19低松弛预应力绞线捻股机的同步装置

李洪亮
（天津冶金集团中兴盛达钢业有限公司，天津301616）

为满足1×7和1×19绞线的生产工艺要求，在现有钢绞线生产线基础上，设计了一种跳绳式与管式组合型1×19低松弛预应力绞线捻股机同步装置，在同一生产线上实现了1×7与1×19两种规格产品的分段运行生产，降低了频繁更换产品规格的生产成本和操作难度，提高了1×19低松弛预应力钢绞线的捻制生产速度及成品钢绞线的长度。

低松弛预应力绞线；捻股机；同步装置

1 引言

随着国内大规格矿用预应力钢绞线的开发利用和应用领域的逐步拓展，特别是1×19低松弛预应力大规格钢绞线各规格国标的制定之后，该绞线在国内需求不断攀升。由最初的捻制后再重新单独中频回火处理演变到使用框绞股机或管式捻股机捻制在线中频回火处理。无论是框绞式还是管式捻股机，无论是带张力回火还是无张力回火，虽然产品质量均能达到用户要求，但在生产组织过程中都存者一些缺点。

2 1×19框绞式股机存在的问题

1 ×19框绞式股机存在的问题归纳为以下五点：

由于框绞是多个工字轮分布于绞笼或绞盘上，整体设备过于庞大，断丝整理、对焊接头、装轴操作均带来不便。

由于旋转盘直径较大，上满轴后整体重量很大，且受地轴限制很难提高生产线的捻制速度，国内专业厂家捻制速度一般不超过30 m/min，因此制约了钢绞线生产的效率。

由于传动变速箱的传动比一定，其捻距只能在有限范围内变化，无法满足特殊规格产品工艺要求。

如用其生产1×7绞线时需绞笼整体旋转，能耗高、成本大等原因，一般不安排兼顾生产该类产品。

由于绞笼庞大且需旋转，限制了工字轮的直径及满轴单丝长度，也就是限制了绞线成品的长度，造成换轴频繁，进而增加了起车施加张力回火时的废线总量。

3 1×19管式股机存在的问题

1 ×19管式股机存在的问题归纳为以下两点：

因每个工字轮要放于旋转体内，19件工字轮放线，如按一字纵向布置，使股机总长度非常之大。也就使旋转体长度加大，对制造精度要求很高，筒体托辊或筒体主轴承及传动系统要求承载能力大，加大了设备制造难度和投入。

在生产低松弛预应力生产线需要在不同阶段生产不同规格的钢绞线产品，成品结构的不同，捻制时所需的放线轴数不同。即生产1×19绞线时，合股机需要在19个放线装置上放置打满单丝的工字轮，并对19丝进行旋转捻制合股，生产1×7绞线时只需7个放线装置放线并旋转捻制，无法断开未被使用的部分放线机构，造成生产1×7绞线时能源的极大浪费，操作复杂，生产成本成倍增加。

4 1×19绞线的联合式捻股机的研制思路

鉴于以上两种股机生产单一性和存在的缺点，为满足1×7和1×19绞线的生产工艺特点，结合两种不同结构绞线市场份额，即1×7相对于1×19产品市场需求占比较大，并且有可能会存在市场无订货情况。为节约生产成本，也为了在1×19产品订单不充足的情况下致使设备闲置，造成浪费，设计一种跳绳式捻股机和管式股机相结合的既能够有选择性的分段运行生产1×7绞线，又能够两段结合整体运行生产1×19绞线的联合式捻股机非常必要。跳绳式捻股机、管式捻股机、中频回火炉等设备都是行业中运行多年的成熟设备，在此不再赘述。两种股机的旋转体联合运行时必须在整体启动、快速急停等突发状态下，必须不产生转角差，否则造成绞线变为麻花线或扭断。由于跳绳式的弓子板旋转体和管式的筒体其转动惯量差距很大，制动力矩相差很大，对联合运行时各种动作的确保同步是该设备能够正常运行生产的关键。

5 1×19绞线的联合式捻股机同步装置的设计

为解决该难题，将设计的一款简单实用的联合股机的同步装置进行简单介绍，见图1。

图1 同步传动装置的结构示意图

同步传动装置的构成及其相互连接关系。本同步传动装置的结构示意图如图1所示，包括驱动跳绳式捻股机的变频式交流电机5、驱动管式捻股机变频式交流电机12、分合式同步齿轮传动机构8、万向节轴1、管式捻股机传动轴13、跳绳式捻股机传动轴6、第一弹性联轴器11、第二弹性联轴器9和第三弹性联轴器4，管式捻股机传动轴13的两端分别与第一弹性联轴器11和第二弹性联轴器9一端连接，第一弹性联轴器11的另一端与所述驱动管式捻股机变频式交流电机12的输出轴连接，所述第二弹性联轴器9的另一端与所述分合式同步齿轮传动机构8的输入轴连接，所述管式捻股机传动轴13通过齿形皮带及传动机构与管式捻股机的筒体连接。跳绳式捻股机传动轴6的两端分别与所述驱动跳绳式捻股机变频式交流电机5的输出轴和第三弹性联轴器4一端连接，第三弹性联轴器4的另一端与恒扭矩摩擦制动盘7连接，跳绳式捻股机传动轴通过齿形皮带及传动机构与跳绳式捻股机地轴连接。万向节轴1的两端分别与恒扭矩摩擦制动盘7和分合式同步齿轮传动机构8的输出轴通过连接法兰连接。驱动跳绳式捻股机变频式交流电机输出轴和驱动管式捻股机变频式交流电机输出轴上分别铰接，并安装测速编码器。

同步传动装置与管式捻股机的连接方式。管式捻股机传动轴13与管式捻股机的筒体之间的传动机构可以采用常规的齿形皮带传动机构等。本实施例中的传动机构包括与管式捻股机传动轴13通过键连接的主动齿形皮带轮，主动齿形皮带轮通过齿形传动皮带10与齿形被动皮带轮连接，齿形被动皮带轮与管式捻股机的筒体连接。

同步传动装置与跳绳式捻股机的连接方式。跳绳式捻股机传动轴与跳绳式捻股机地轴之间的传动机构可以采用常规的皮带传动机构等。本实施例中的传动机构包括与跳绳式捻股机传动轴6通过键连接的主动齿形皮带轮3，主动齿形皮带轮3通过齿形传动皮带2与齿形被动皮带轮连接，齿形被动皮带轮与所述跳绳式捻股机的地轴连接。

单独驱动跳绳式捻股机的机构运行原理。单独驱动如单独驱动跳绳式捻股机，需拨动分合式同步齿轮传动机构8的手柄到“分开”位置。驱动跳绳式捻股机变频式交流电机5的输出轴通过第三弹性联轴器4带动跳绳式捻股机传动轴6，从而带动齿形皮带轮3，通过齿形传动带2传动跳绳式捻股机。在实现本动作的同时，通过主控制系统的控制，断开了驱动管式捻股机变频式交流电机12的电力，只供给驱动跳绳式捻股机变频式交流电机5的电能，并通过控制回路对其控制，实现单一驱动跳绳式捻股机，实现1×7钢绞线产品的生产。

同时运行两段股机的运行原理。如同时驱动两部捻股机，需拨动分合式同步齿轮传动机构8的手柄到“合”的位置，两个电机经中间的各个联轴器、传动轴等形成闭合传动状态，实现两部捻股机电机的同步联动。驱动跳绳式捻股机变频式交流电机5驱动安装在跳绳式捻股机传动轴6上的齿形皮带轮3经齿形传动皮带2传动跳绳式捻股机。驱动管式捻股机变频式交流电机12驱动安装于管式捻股机传动轴13上的齿形皮带轮传动齿形皮带10传动管式捻股机，即两个电机在齿轮箱10的连接状态下共同驱动各自所连接的股机。经传动比的不同通过分合式同步传动机构使管式捻股机的旋转体转数同步于跳绳式捻股机的转数实现同步捻制。通过主控制系统分别控制两部变频电机的转数，实现两部变频电机同时分别驱动两部捻股机同步旋转，经生产线整合，实现1×19钢绞线产品的生产。

两段捻股机启动和快速急停时的无转角差制动原理。当快速急停时，两部由同步系统机械连接的变频电机通过电器控制系统分别向电网馈电，将不同转动惯量的余量以发电形式回馈电网，产生主制动力矩，起到主制动作用。在同步系统中的液压摩擦制动盘起到制动的辅助作用。

6 同步传动装置中同步齿轮传动机构的设计

同步齿轮传动机构的组成。本实施例中的分合式同步齿轮传动机构的示意图如图2所示，包括与第二弹性联轴器9连接的分合式同步齿轮传动机构的输入轴20、与分合式同步齿轮传动机构的输入轴20连接且能够沿轴向双向滑动的连接齿轮19、与万向节轴连接的分合式同步齿轮传动机构的输出轴14、中间传动轴17、中间传动齿轮18、相互啮合的两个换向齿轮15和16，两个换向齿轮15 和16的齿数相同且直径相同。

同步齿轮传动机构的相互连接关系及原理。与连接齿轮19相应位置的中间传动轴17上安装有中间传动齿轮18，换向齿轮15安装于分合式同步齿轮传动机构的输出轴14上，换向齿轮16安装于中间传动轴17上，所述连接齿轮19与拨叉连接。当拨叉拨到“分”位置时，连接齿轮19与中间传动齿轮18分开，驱动跳绳式捻股机变频式交流电机5单独运转。当拨叉位于“合”位置时，连接齿轮19与中间传动齿轮18啮合，通过两个换向齿轮15、16和中间传动齿轮18将驱动管式捻股机变频式交流电机12与驱动跳绳式捻股机变频式交流电机5连接起来，实现两部捻股机同步运转。

图2 分合式同步齿轮传动机构的示意图

7 结论

该组合型1×19钢绞线生产线是在现有钢绞线生产线基础上的改进，在管式捻股机及跳绳式捻股机之间增加了一部简单实用的同步传动装置，在同一生产线上实现了1×7与1×19两种规格产品的可分段运行生产。

本文讲述了实现管式捻股机和管式捻股机的同步传动装置的原理和各部件之间的连接机理，经实践实用是可行并稳妥可靠的。

本实例的实现，降低了在频繁更换产品规格时的生产成本、极大的降低了大规格1×19产品生产时的操作难度。特别是同步传动装置、跳绳式捻股机和管式捻股机的组合，加大了放线工字轮的直径，也就是增加了放线半成品单丝的长度，提高了成品钢绞线的长度。

同步传动装置是跳绳式和管式捻股机能够有机结合的关键设备，能够起到同步启动和快速急停时而不产生两段旋转体之间产生转角差的有效作用。提高了1×19低松弛预应力钢绞线的捻制生产速度，其最大直径∮21.8产品生产速度达到64m/ min。堪称能够实现高速度生产大规格1×19预应力钢绞线产品里程碑式的革命。

［1］常治斌，张京辉.机械原理［M］.北京：北京大学出版社，2007.

［2］杨天明，陈杰.电机与拖动［M］.北京：中国林业出版社，2006.

Synchronous Device of Rope Skipping Type and Tube Type Combined Stranding Machine for 1×7 and 1×19 Low Relaxation Pre-Stressed Steel Strand

LI Hong-liang
（Tianjin Metallurgy Group Zhongxing Shengda Steel Industry Co.，Ltd.，Tianjin 301616，China）

In order to meet the production process requirement by 1×7 and 1×19 steel strand，a synchronous device of rope skipping type and tube type combined stranding machine for 1×19 low relaxation pre-stressed steel strand was designed on existing strand production line，realizing divided section production of products of two sizes of 1×7 and 1×19 on the same production line，reducing production cost and operation difficulties because of frequent product size changes and increasing the spinning production speed and finish product length of 1×19 low relaxation pre-stressed steel strand.

low relaxation pre-stressed steel strand；stranding machine；synchronous device

10.3969/j.issn.1006-110X.2016.02.013

2015-11-13

2015-11-30

李洪亮（1964—），男，高级工程师，主要从事设备动力方面的研究工作。