扁丝恒张力密排装置

周华 黄澄 张浩 郑殷超 胡金莲

摘 要：针对在扁线的收卷过程中，易发生拉伸变形，其内部组织结构发生变化，影响其使用性能，维持收卷过程中张力恒定很重要。此外，不同于圆线材，扁线材的收卷和排线要满足一定数学关系，排布精度要求较高。设计一种扁丝恒张力密排装置，改善普通排线层叠及收线张力不稳定现象，提高扁丝产品质量及生产效率。

关键词：扁线材;收排线装置;压力传感器;伺服电机;PLC

随着越来越多研究表明，同规格截面呈扁平的线材在散热性、导电性等方面都优于目前圆截面的线材。因此扁线得到越来越多的应用。在扁线的收卷过程中，易发生拉伸变形，其内部组织结构发生变化，影响其使用性能，维持收卷过程中张力恒定很重要。此外，不同于圆线材，扁线材的收卷和排布要满足一定数学关系，排布精度要求较高。本文主要对扁线材生产设备的各个部分进行了概述，特别是对设备的电气系统和机械机构部分进行了新的设计。根据张力恒定的原理，选用比例阀和压力传感器实现设备高速运行情况下张力大小恒定。针对扁线排布过程易发生叠线的现象，分析不同排线装置特点，选取伺服电机驱动排线丝杠及丝杠定位编码器设计排线机构，为高质量排布提供平台，根据排布的实际情况，对排布程序进行相关优化。系统硬件方面，以西门子ST60型号的PLC作为核心控件，配合EM AE04扩展模块和EM AM03特殊模块作为控件的扩展，将整套系统分为动力放线机构、收卷机构和排线机构等几大部分。选用伺服驱动器作为动力源，通过控制相应电机的转速使系统各个部分稳定运行，达到设备整体稳定运行的目的，保持生产过程中张力恒定和排布均匀。利用触摸屏和PLC通讯，進行相关参数的实时监控和在线修改，实现人机交互。

1 设备组成及原理

1.1设备的组成

设备的组成如图1所示，主要有放线装置、收线装置、排线装置及控制系统等组成。放线装置由放线伺服电机和张力臂组成，张力臂调节放线速度;收线装置由收线伺服电机，比例阀，压力传感器组成，比例阀和压力传感器通过PLC模拟量信号转换调节气压保持压力恒定;排线装置由排线伺服电机，丝杠位移编码器通过PLC读取收线速度计算排线速度以及排线到边时的换向速度。主动放线是比较成熟的技术，本文主要介绍恒张力收线排线结构。

图1至图2所示， 1、压丝气缸2、压板3、压力传感器4、计米编码器51、计米导轮5、计米编码器51、出线夹板调直器6、夹板调节轮7、连接丝杠编码器8、排线丝杠机架9，伺服电机91;连接丝杠编码器8，

1.2使用方式

排线丝杠机架9与排线检测机构，排线检测机构设置排线丝杠机架9上方，排线检测机构包括过线导轮1、压丝气缸2、压板3、压力传感器4、计米编码器51、计米导轮5、出线夹板调直器6、夹板调节轮7、连接丝杠编码器8、排线丝杠机架9以及伺服电机91;过线导轮1安装在排线丝杠机架顶面一端，出线夹板调直器6安装在排线丝杠机架顶面另一端，压丝气缸2与计米编码器51安装在过线导轮1与出线夹板调直器6之间，压丝气缸2顶端设有压板3，计米编码器51内转动连接有计米导轮5，排线丝杠机架9一侧设有伺服电机91，排线伺服电机91控制排线速度，压丝气缸2底端一侧设有压力传感器4，压力传感器4调节比例阀气压控制压力大小，，排线丝杠机架9底端设有夹板调节轮7，夹板调节轮7调节夹板松紧，夹板调节轮7一端设有连接丝杠编码器8，连接丝杠编码器8计算丝杠行走距离。

使用时，扁丝通过过线导轮1，经过压板3由压板3压住，压丝气缸2控制压板3，压力传感器4调节比例阀气压控制压力大小实现对收线张力恒定控制，计米导轮5控制速度，出线夹板调直器6校直扁丝出线角度，可实现对扁丝高速精密排，提升其生产效率，夹板调节轮7调节夹板松紧，连接丝杠编码器8计算丝杠行走距离，排线伺服电机91控制排线速度，在排线伺服电机91配合下可进一步提升扁丝加工效率，有助于降低其生产成本。

1.3电气控制

电气控制系统主要由人机界面（HMI）、PLC[6]、伺服控制器、传感器，比例阀等低压电气组成。人机界面选用SMART700IEV3触摸屏，PLC选用西门子CPUST60，伺服控制器选用台达伺服，检测元件选用模拟量探头DW-AD-509-M18-390，比例阀SMC，ITV2050-312S 0.5兆，压力传感器CM50KG。PLC采集到检测元件信号，对信号进行处理，发送给放线伺服，排线伺服、收线伺服速度使用转矩方式，通过计米编码器测得速度作为主速度。

1.4工作原理

针对不同规格的扁丝，先选择工作模式，有转矩和张力可选;设定排线节距，排线第一次工作需要先找原点，然后设置排线内返和外返的位置;设定放线张力，放线工字轮底径，计算放线初始速度系数;设定收线张力，收线工字轮底径，计算收线初始速度;设备启动后，收线速度根据计米编码器测得的速度与设定速度比较作为主速度，放线速度根据PLC检测张力传感器信号做PID处理，然后控制放线伺服转速，排线速度根据PLC读取收线伺服速度，根据设定排线节距通过PLC运算输出给排线伺服控制器。整套设备放线张力，收线张力，排线速度通过人机见面可控可调，达到恒张力密排效果。

2设备的使用效果

设备在多个客户处使用效果良好，满足不同规格扁丝生产要求，解决了普通排线层叠及收线张力不稳定现象，提高扁丝产品质量及生产效率。

参考文献：

[1]刘全军，何建文，郭钟宁.微细扁线材恒张力绕卷系统[J].机电工程技术，2013，（9）.

[2]张兴宏，张晓林，胡江霞.钢帘线收线机的张力控制装置[J].金属制品，2010，（1）

（江苏法尔胜泓昇集团有限公司，江苏 江阴 214433）