18/610框栏式成绳机的设计

文明 黎明军 杨高林

摘 要：我公司的合绳设备有兰架式和管式两种，对多层股合绳设备，一般都采用兰架式，为提高捻制质量，扩大产品规格范围，设计中严格计算了兰架转动惯量，并采用框栏无级翻身比，合理调整捻距箱公比，实现64个有级捻距，确保多用途特殊钢丝绳的需要。

关键词：机身；翻身比；捻距箱；变频器

一、绪论

近年来，由于公司生产的扩大和多层股钢绳的需求量的增加，成绳设备的生产能力已不能满足市场产品的要求，为此，公司决定增设一台18/610框栏式成绳机，并利用自身技术力量进行设计。

框栏式成绳机传动链为：

主传动——机身

——捻距箱——牵引装置——收、排线装置

作为生产多层股钢丝绳的成绳机，由于工字轮的数量较多，多采用框栏式成绳机。因这样的成绳机机身较短，可节省较多的空间。

二、18/610成绳机设计

（一）工艺技术参数

捻距范围：58～280mm

捻距跨度：Ln=1.025·Ln1

绳径范围：20～40mm

翻身比：-120～120

機身转速范围：30～50r/min

压线瓦：采用液压系统控制

（二）成绳机机身的设计

18/610成绳机的关键在于机身的设计，它涉及到兰架的设计和框栏的翻身比的取用。

（三）兰架部分的设计

根据18/610成绳机的工艺参数，结合12/800、18/500成绳机结构，采取对比方法计算捻制能力，参照12/800成绳机外形尺寸，并考虑到各框兰与股之间在运转中互不干涉，和不产生较大变形原则，确保兰架回转半径，故作如下设计。18个工字轮分3组，每组6个，共4片滑道。如下图所示：

18/610成绳机机身结构图

滑道间距：从左到右为1400mm、1465mm、1400mm

于是根据上图设计出机身各部件。

滑道尺寸：

外径：2260mm 宽160mm 框栏分度圆直径：1960mm 重量：1575.4kg

框栏：借用6/610成绳机框栏

机身捻制能力的验算

法向惯性力：Φ法=mω 2r m=G/g

由零件图计算：

滑道总重：G1=1575.4×4=6301.6kg

框兰总重：G2=250×18=4500kg

工字轮满轮总重：G3=750×18=13500kg

工字轮空轮总重：G4=132×18=2376kg

当转速取N1=30 r/min r1=0.98 m 则ω1=3.141

则满轮时：Φ法1=（G1 +G2 +G3）/g×ω1 2×r1

=（6301.6 +4500 +13500）/9.81×3.141 2×0.98

≈23951（kg）

则空轮时：Φ法2=（G1 +G2 +G4）/g×ω1 2×r1

=（6301.6 +4500 +2376）/9.81×3.141 2×0.98

≈12987（kg）

当转速取N2=50 r/min 则ω2=5.236

则满轮时：Φ法3=（G1 +G2 +G3）/g×ω2 2×r1

=（6301.6 +4500 +13500）/9.81×5.236 2×0.98

≈66556（kg）

则空轮时：Φ法4=（G1 +G2 +G4）/g×ω2 2×r1

=（6301.6 +4500 +2376）/9.81×5.236 2×0.98

≈36088（kg）

根据12/800成绳机在30r/min时，Φ法1′=41927.8kg，Φ法2′=17788kg，12/800成绳机捻制绳经范围为20～50mm，说明18/610成绳机在捻制20～40mm绳经范围内捻制能力足够。

（四） 翻身比的计算

在正常情况下，机身转一周，框栏随滑道转一周的同时，也自转一周，即翻身比为i=0，如生产特殊钢丝绳，股需要上劲或退扭，则翻身比i就得改变，以满足其需要。

当翻身比为i=0时其主减速箱图如下：

18/610 主减速箱传动示意图

此时，框栏的翻身比i=0，即框栏在自转一周的同时，也围绕滑道中心转一周，也就是框兰作水平运动。

当采用变频器控制电机调节框栏翻身比时，主电机和框栏翻身电机的关系，这里采用人工调节。

当翻身比为i=0时，主减速箱的两输入轴转速相同，故其转速与两标准箱有关，标准箱1速比为i箱1=7.1，标准箱2速比为i箱2=9.9，即i关=9.9/7.1

则V框电机=V主电机×i关

于是有：

机身转速为30r/min时，主电机转速是710r/min，框栏翻身电机转速是990r/min

机身转速为50r/min时，主电机转速是1183.3r/min，框栏翻身电机转速是1650r/min

当生产特殊钢丝绳时，根据需要首先设定好主电机的转速V1，然后乘以i关，就得到翻身比为0时的框栏翻身电机转速，然后在根据特殊钢丝绳翻身比，调节框栏翻身变频器，就可以调出所需要的翻身比。

在单独用电机传动框栏翻身时，框栏自身平稳性不好，于是在主减速箱框栏翻身输入轴处加上一制动器，使其开机时打开，停机时抱紧制动，保证框栏的平稳性。

在整机的制动中，机身采用气动制动，但现场使用效果不太好，为整机保证制动可靠有效，在主减速箱处加上一钳型制动器，保证其制动效果。

三、主电机的选用

因机身转速为30～50r/min，为能更好地满足生产不同规格钢绳时机身的转速变化要求，主电机采用变频电机，并根据其变速箱速比计算，主电机采用6级电机，其功率计算如下：

（一） 牵引部分

根据现场生产情况，取牵引力：F=50000N 牵引轮直径：D=1620mm

机身最大转速：n=50r/min 最大捻距：L=280mm

牵引轮转速：n1=50×280/（πD）=2.75r/min

牵引轮转矩：T1=50000×0.81=32400N.m

折算到主电机处的转矩是

T电1= T1 /I总1=40500/426.4≈95 N.m

一般旋转机械的功率计算

Pz=（n×Tz）/9550

于是，牵引轮功率：P1=（n1×T1）/9550=11.7kw

取2倍安全系数

P牵=11.7×2=23.4kW

T电1′= 95×2=190N.m

（二）机身部分

机身和工字轮满轮总重：G=16732+13500=30232kg

機身转动惯量：J=mi2

m=G/g=3084.9N i2=1/2R2=1/2×1.132=0.63845

J=mi2=3084.9×0.63845=1970（N.m.s2）

则机身转矩：T2=Jε ω=5.236弧度/秒（50r/min）

以20秒从0速加速到50r/min

则ε=ω/20=0.2618弧度/秒2

所以： T2=515.75N.m

折算到主电机处的转矩是

T电2= T2 /I总2=515.75/23.67≈21.79 N.m

则机身功率：P2=（T2×n）/9550=2.7kW

取2倍安全系数

则机身功率：P7=5.4kW

T电2′= 21.79×2=43.58N.m

所以P1+P2=28.8kW

T电1′+ T电2′=233.58 N.m

取传递功率和收线功率为以上的0.5倍

则总功率：P总=28.8×（1+0.5）=43.2kW

总转矩T电=233.58 ×（1+0.5）=350.37 N.m

故主电机采用45kw的6级变频电机。

四、改造达到的效果

该机能够满足工艺提出的多层股钢丝绳的生产，并能满足特殊钢丝绳的股的上劲或退扭，保证多层股钢丝绳的正常生产，保证钢丝绳的产品质量。

参考文献：

[1]蔡春源.机电液设计手册.北京：机械工业出版社，沈阳：东北大学出版社，1997.1.

[2]国家发改委，产业结构调整指导目录[M].北京：国家发改委，2011：8192.

[3]徐建平.钢丝与钢绳设备[M].北京：兵器工业出版社，2005.

作者简介：文明（1972），贵州钢绳股份有限公司二分厂工程师；黎明军（1975），贵州钢绳股份有限公司设备制造分厂工程师；杨高林（1973），贵州钢绳股份有限公司二分厂工程师。