新型框式绞线机气动控制系统的研究与应用.pdf

第 3 9卷 第 4期 2 01 0年 8月 有 色 金 属 加 工 NoNFERROUS METAL S PROCESSI NG VOI ． 39 No ． 4 Augu s t 2 01 0 新型框 式绞线机气动控 制 系统 的研 究与应用 何宏伟 ， 王 勇 ， 马 L ． ff ， 王 琳 1 ． 西北机器有 限公 司， 陕西蔡家坡 7 2 2 4 0 5 2 ． 西安铁路职业技术学院 ， 陕西西安 7 1 0 0 1 6 摘要 介绍了框绞机气动控制系统的功能及原理 ， 以及程序控制 ， 安全 保护 ， 比例 电磁 阀在保证 绞合线芯质 量 上 的应 用 。 关键词 放线盘 、 旋转气接头 、 比例电磁阀 中 图分 类 号 TM2 4 4 文 献 标 识 码 B 文 章 编 号 1 6 7 l一6 7 9 5 2 0 l O 0 40 0 4 5～0 4 在输 电与 供 电线 路 中 ， 为 了连 接 各 种 电 工设 备 ， 需要 大量 的架空 线和 电力 电缆 ， 电力 电缆 与 架 空线 起 着 同样 的 作用 。电 缆 一般 用 于居 民 密 集 的 大 城 市 的 发 电 厂 、 变 电 站 、 以及 工 矿 企 业 。在 线 路 过 江 、 跨 海 处 ， 通 常也 以采用 电力 电缆 为宜 。 电力 电缆 的导 电线 芯通 常是 由 多 根 单 线 绞 合 而 成 的 ， 形状 可 以 圆 形 的 、 半 圆形 的和 扇 形 的 。绞 合 线 芯 ， 可 以采用 非紧 压式 的和 紧压 式 的两 种 。粘 性 浸 渍 纸绝缘 电缆 的 导 电 线芯 通 常采 用 绞 合 结 构 ， 而 1 0 K V 及 以下 的产 品 采 用 紧 压 扇 形 结 构 。交 联 聚 乙烯 绝 缘 电缆都 采用 圆形 的 紧压 线 芯 ； 聚 氯 乙 烯 绝 缘 电缆 ， 应 用 实心 铝导 体 ， 截 面可 达 2 1 0 ram ， 有 的可 达 3 0 0 r n m ； 自容式充 油 电缆 的导线 中 间是 中空油 道 、 外 面 用 圆形 绞线 ， 也有 用 型线 绞合 而成 的 ； 较 大 截 面 的线 芯 还 可 以用 圆形 分 裂 导 体 ， 截 面 可 达 2 0 0 0 ra m ； 钢 管 充 气 电 缆 和三 芯 充 油 电缆 可 采 用 椭 圆 形 导 电线 芯 的 结 构 。 传统 的加工 设 备 在 加 工 绞 合 线 芯 时 会 产 生 各 种 形 式 的废 品 ， 其 表现形 式为 单 线 扭 绞过 度 ， 在 内层 或 外 层 中有单 线断 裂 ， 单 线 或 绞 线 表 面 起 翘 和 擦 伤 ， 单 线 跳 线 或个 别拱 出 ， 不 符合 绞 线 结 构 绞 合 节距 长 度 及 绞 向 要求 ， 以上所 述 某些废 品原 因 ， 通 过 研究 发 现 是 在 放 线张 力控制 上 出了问题 ， 传统 的绞 线机 无法 解决 。 1 加 工 设 备 新型框 式 绞 线 机 是加 工 和 制 造 电 力 电 缆 和 架 空 线 的导 电线 芯 的最理想 设 备 ， 它 可 以 实现 导 电 线芯 的 收 稿 日期 2 0 0 91 11 2 作者简介 何宏伟 1 9 6 8一 ， 男 ， 陕西 省宝鸡 市人 ， 工程师 。 绞合 ， 紧压及 成 型 ， 绞 好 的 导 电线 芯 ， 不会 出现 由于张 力 失恒 造成 的废 品 。它 的 气 动 控 制 系 统 在 保 证 产 品 质 量 ， 提高生 产效 率方 面起 到 了决定 性 的作用 。 1 ． 1 结构组 成和 原理 如 图 l 所 示 ， 新型 框 式 绞线 机 每 组绞 体 是 由 牙箱 和轴 承 座支 撑 着 旋 转 绞 笼 ， 绞 笼 上 装 有 放 线 盘 ， 放 线 盘 的数量 由设 备工 艺 参 数确 定 ， 放 线 盘 在绞 笼 上 四等 分均 匀 分布 ， 放 线 盘 由顶 紧气 缸 装 夹 ， 另 一 端 有 摩 擦 盘与 两个 气缸 上 的摩 擦 片 摩 擦 ， 来 控 制 放 线 张 力 ， 气 缸 的压力 由比例 电磁 阀来 精 密控 制 ， 在 放 线 盘满 盘 至 浅盘 的放线 过 程 中始 终 保 持 放线 张 力 恒定 ； 为 了保 证 运 行 安全 ， 放 线 盘 夹 紧 后 ， 有 一 个 气 缸 推 动 保 险 挡 板 来锁紧各组放线盘夹 紧气 缸， 假如突然停气 ， 放线盘 也 不 会松 动 ， 气 缸 上 装 有 磁 感 应 开 关 ， 当磁 开关 灯亮 时 ， 绞 笼才 能开 动 ； 碳 刷机 构 由碳刷 和导 电铜 环组 成 ， 线 盘上装有计米 装置 ， 将放线 盘的放线长 度通过碳刷 传 送 到 P L C， P L C将 比例 电磁 阀的电压信 号通过碳 刷传送 到 比例电磁 阀 ， 控 制 张力气 缸 ； 放线 盘夹 紧气 缸及 张力 气缸 的气 源 由旋转气 接头供 给 ， 旋 转气接头装置 的结构 由转动 的芯轴 、 机械密 封及 固定外 套等部分组成 。 1 ． 2气动 控 制 系统 如 图 2所 示 ， 由气 源 1 、 储 气 罐 2 、 气 电 转 换 开关 3 、 旋转 气接 头 7供 给 系统气 压 。气源 压力 为 0 ． 9 Mp a ； 储 气 罐 容 积 0 ． 0 2立 方 米 ； 气 电转 换 开关 为 安全 保 护 开 关 ， 当气 源 压力 低 于设 定 值 时 ， 气 电转 换 开关 不能 接 通 ， 机 器将 不 能开 动 ； 旋 转 气 接 头 将 气 体 输 送 到旋 转 的绞 笼 ， 它是 控 制 回路 中 的 主 要 部 件 ， 由转 动 的芯 轴 ， 机械 密 封及 固定 外 套 等 部 分 组 成 ； 它 为 各 个 控 制 回路 提供 气 源 。控 制 回路 分 为 刹 车 回路 、 安 全 锁 紧 回 路 、 线盘 夹 紧 回路 、 张力 控制 回路 。 有色金属加工 第 3 9卷 1 一 旋转气接头 ；2 - 导电碳刷 ；3 - 牙箱 ；4 - 锁紧气缸 ；5 一 张力气缸 ；6 一 顶盘气缸 7 刹车气缸；8 - 绞笼；9 - 轴承座 ；1 O - 并线导轮。 图1 新型 框绞 机1 2 盘绞体 l 一 气源；2 - 储气罐；3 - 气电转换器；4 - 气源_ 三 联件；5 ；三口两位电磁阀；6 - 气模缸 ；7 - 旋转气接头； 8 一 五 口两位手推阀；9 - 磁感应气缸；1 O 五口两位手拉阀；1 1 、1 2 、1 3 - 普通气缸；1 4 ～ 调压阀；1 5 - 比例电磁阀 l 6 、1 7 、1 8 一 单活塞杆缩进气缸 图2 新型框 绞机 1 2 盘绞体 气 动控 制原 理图 1 ． 2 ． 1 刹 车 回路 刹车 回路 如 图 2中 由气 源 l 、 储 气罐 2 、 气 电转换 开关 3 、 气源 三 联件 4 、 三 口二 位 电磁 阀 5 、 单模 气缸 6 组成 。在得到停机信号后 ， 三 口二位 电磁 阀 5通 电， 接通 单模 气缸 6的气 路 ， 对 绞 笼利 车 制 动 。停 机 信 号 分 为正常停 机 、 紧急 停 机 及 断 线 停 机 ， 断 线停 机 是 由 放线 盘上 齿轮摩 擦盘 和速 度 检 测 开关 组 成 的 ， 当断 线 时 ， 放线 盘在 张力 气 缸 的作 用 下 停 止转 动 ， 速度 开 关 给 P L C发送停机信号 ， 三 口二位 电磁 阀 5通电， 接通 单模气缸 6的气路， 对绞笼刹车制动。刹车要迅速及 时 ， 是 新 型框 绞机 要 解 决 的重 要 问题 ， 线 的 断 头 绝 对 不 能进到 并线 模 座 内 ， 如 果 断头 进 到 并线 模 座 内 ， 给 线 头 的焊 接 带来极 大 困难 ， 这 是 不允 许 的 。老 型设备 断 线停 车靠分 线导轮 上 的机械 甩 块来 完成 ， 无法 保证 此 项要求 ， 既 费功 费时 ， 还 给产 品质 量带 来 重大 影 响。 齿 轮摩擦 盘 和 速 度 检测 开 关 以及 气 动 刹 车 组 成 的新 型断线刹车机构的应用， 提高 了生产效率 ， 降低了工 人 劳 动强度 ， 保证 了产 品质量 。 1 ． 2 ． 2安 全 锁 紧 回 路 线盘安全锁紧回路如图 2中由气源 1 、 储气罐 2 、 气电转换开关 3 、 气源三联件 4 、 旋转气接头 7 、 五口二 位手推 阀 8 、 磁感 应气 缸 9组 成 。上盘 时 ， 先 扳 动手推 阀 8手柄 ， 保险板 退 回 ， 再拉 出手拉 阀 1 0手柄 ， 气缸缩 回 ， 用 整体上 盘 工 具 将 放 线 盘 送 入 预 定 位 置 ， 压 人 手 第 4期 有 色 金 属 加 工 4 7 拉 阀 1 0手 柄 ， 夹 紧放 线 盘 ， 退 回 上 盘 工具 ， 扳 回手 推 阀 8 手 柄保 险板 推进 ， 锁 住 放 线盘 夹 紧 气缸 。磁 感 应 气缸 9的感 应开 关起 安 全 保护 作 用 ， P L C程序 设 定 为 磁感 应开关 灯 不 亮 时 ， 机 器 将 无 法 开 动 ， 触 摸 屏 故 障 显示 放线 盘 未锁 。这 样 在操 作 人 员 忘 记 锁 紧 放 线 盘 夹 紧气缸 时 ， 不 会 发 生 重 大 事 故 。使 设 备 免 受 损 害 ， 也保 护 了操 作人 员 的人 身 安全 。 1 ． 2 ． 3放 线盘 夹 紧回路 放线盘夹紧回路如 图 2中由气源 1 、 储气罐 2 、 气 电转换开关 3 、 气源三联件 4 、 旋转气接头 7 、 五 口二位 手拉 阀 1 0 、 普 通 气 缸 1 1 、 1 2 、 1 3组 成 。五 口二 位 手 拉 阀 1 0分为 四组 ， 对如 图 1中 A A截面 上 的四组放 线 盘 进行控 制 ， 一个 气 缸 控 制 一 个 线 盘 ， 每 组 放 线 盘 的数 量 由工 艺 参 数 确 定 ， 对 于 1 2盘 绞 体 来 说 它 每 组 有 3 个放线 盘 ， 均匀分 布 于绞 笼 内 。每个 气 缸 均 装有 调 速 接头 ， 用来 控 制 每 组 气 缸 同 步 运 动 。上 盘 时 ， 先 扳 动 手推 阀 8手柄 ， 保 险 板退 回 ， 再 拉 出 手拉 阀 l 0手柄 ， 气 缸缩 回 ， 用 整 体 上 盘 工 具 将 放 线 盘 送 人 预定 位 置 ， 压人手 拉 阀 1 0手 柄 ， 夹 紧 线 盘 ， 退 回上 盘 工 具 ， 扳 回 手推 阀 8手柄 保 险板 推进 ， 锁 住 线 盘 。完成 一 组 上 盘 动 作 ， 将 绞笼 转 动 9 0度 ， 上 第 二 组 线 盘 ， 如 此 操 作 上 好 各组放 线 盘 ， 在 上 下 放线 盘 过 程 中 ， 刹 车 气 缸 对 绞 笼 的精 确定位 起到 重要作 用 。 1 ． 2 ． 4张 力 控 制 回路 张力 控制 回路 如 图 2由气源 1 、 储 气罐 2 、 气 电转 换开关 3 、 旋转气接头 7 、 调压阀 1 4 、 比例电磁阀 1 5 、 单 作用 气 缸 1 6 、 1 7 、 1 8等组 成 。新 型 框 绞 机 张 力 由 1 6 、 1 7 、 1 8气缸 与摩 擦 盘 产生 的摩 擦 阻 力 给 定 ， 摩 擦 力 的 大小 由气缸压 力来 调 节 。放 线盘 在 满 盘 至浅 盘 时 ， 由 于 线 的不断 放 出 ， 重 量 发 生 了较 大 变 化 ， 放 线 时 的 拉 力 由大 变小 ， 即放 线 张 力 由大 变 小 ， 这 时 就 要 不 断 给 气 缸增压 ， 保 证张力 始 终 不变 ， 为 了解决 这 个 问题 ， 选 用 了 比例 电磁 阀 1 5 ， 在线 调 节 气 缸 压 力 ， 保 证 单 线 张 力 恒定 。老 型框 绞 机 张 力 由 牛皮 摩 擦 产 生 的 阻 力 给 定 ， 每个 盘独 立手 动调 节 ， 很 难保 证 调 节均 匀 ， 所 以调 节好后 ， 各单线之间的张力相差较大 ， 线 绞合后 会出 现在内层或外层中有单线断裂 张力太大 ， 单线或绞 线 表面 起 翘 和 擦 伤 ， 单 线 跳 线 或 个 别 拱 起 张 力 太 小 ， 或者 好几 根 线在 同一 段 拱 起 ， 成 “ 灯 笼 ” 状 ， 严重 影 响产 品质量 ， 这是 不 允 许 的。 而且 放 线盘 从 满 盘至 浅 盘 的运 行过 程 中再 无 法 调节 ， 线 的张 力将 由大 到小 不 断 的变 化 ， 绞 合 线 前 段 和 后 段 紧 密 度 不 一 致 ， 严 重 时会 造成废 品。 比例 电磁 阀 1 5， 可 以无 级 控 制 ， 设定 压 力 与 电气 信号 成 比例 变 化 。其工 作 原理 如 图 3所示 ， 输 入 信号 增大 ， 供气 用 电磁 阀打 开 ， 排 气 用 电磁 阀 关 闭 ， 此 时 ， 供 气 用 电磁 阀作 用 于先 导 阀 ， 先 导 室 内压 力 增 大 ， 作 用在 膜 片上 ， 膜 片 运 动 的 供 气 阀被 打 开 ， 供 给压 力 的 一 部分 就变 成输 出压 力 ， 这 个输 出压 力通 过 压 力传 感 器 反馈 至控 制 回路 ， 在 这 里进 行 修 正 动 作 ， 直 到 输 出 压 力与输 入 压力成 比例 ， 以使得 输 出压 力 总 是 与输 人 信 号成 比例 变化 。输 入 信号 的来 源 ， 放线 盘 上装 有 计 米 装 置 ， 将 放 线 盘 的放 线 长 度 通 过碳 刷 传 送 到 P L C ， P L C将 传送 来 的长 度 值 ， 与 满 盘 时 线 的总 长 度 此数 值 由触 摸屏 预先输 入 比较 ， 转 换 为 电压 信 号 ， 通 过碳 刷传送到比例电磁 阀， 控制张力气缸 ， 实现对张力的 在线 控制 。 ． 供 给压力 图3 比例 电磁 阀工 作原 理 图 1 ． 3旋 转气 接头 如 图 4所示 ， 旋 转 气接 头装 置 的结 构 由转 动 的芯 轴 1 1 ， 机 械密 封及 固定外 套 1 5等 部分 组成 ， 由 l 3 、 1 7 、 1 9 ， 0型 密封 圈和端 面密封 环 1 8 来 密封 工作 气体 。其 密 封系统 由静 密封 和端 面 密封 组 成 ， 端 面密 封 由密封 铜环 和密 封环组 成 ， 密封 铜 环 由一 对 螺 纹销 钉 与 固定 外套 1 5连接 在一 起 ， 使其 不 随 芯轴 转 动 ， 且 在 密封 铜 环 上装 有 2组 压 力 弹 簧 ， 及 时 消 除 铜 环 的 磨 损 间 隙 ， 起 到可 靠保 护静 密封 面 的 作用 及 定 位 作 用 。在 固 定 外套 1 5上装有进气接头 3 ， 与气源连接 ， 另有两个冷 有色金属加工 第 3 9卷 却进气接头 2不断向气腔密封腔外供气 ， 对机构进行 冷 却 ， 保 护密封 圈温 度保 持 在允 许 范 围 内。气 源通 过 进 气头 3和 固定 外 套 1 5上 的孔 ， 与 支撑 套 上 的槽 相 连 ， 最后从 接 头 6送 出 。另外 ， 7和 8组成 电 流传输 机 构 ， 实 现 了电信 号 的传 人传 出 。此装 置结 构 新 颖 ， 可 靠性 高 ， 为新 型 框 绞 机 的 张 力 控 制 ， 断 线 停 车提 供 了 保障 ， 是新型框绞机气动控制中的一个重要部件。 1 一 轴承盖；2 - 冷却气进 r 『 ；3 - 气源进 13；4 - 密封铜环；5 - 轴承；6 - 气源出口；7 一 碳刷；8 - 导电环；9 - 主轴 l O 一 固定罩；1 l 一 芯轴 ；l 2 一 支撑套；1 3 0 型密封圈；1 4 一 弹簧 ；1 5 一 固定外套；l 6 一 固定杆 ；1 7 0型密封圈； 1 8 - 密封环；1 9 0 型密封圈。 图4 新 型框绞 机旋 转气接 头结 构原理 图 工人 的劳动 强度 ， 提高 了 生产 效率 ， 保 证 了产 品质量 ， 2 结束语 同时新型框绞机气动控制系统研究与应用为框式绞 线机 自动化 控制发 展开 创 了道 路 。 新 型框 绞 机气 动控 制 系统 ， 解决 了框 绞 机长 期 以 来 困扰 框绞 机绞线 张力 无法 恒 定 控制 的 问题 ， 提 高 了 参 考文献 绞合线 芯 的产 品 质 量 ， 改 变 了 传 统 的单 盘 上 下 盘 方 [ 1 ] 上海电 缆厂编， 电线电 缆工艺学 ， 机械 工业出 版社 1 9 式， 提高了设备 自动化程度和安全保护功能， 降低 了 S t u d y a n d Ap p l i c a t i on o f t h e Pn e u ma t i c Sy s t e m b y t h e Ne w T yp e Ri gi d F r a me S t r a n d e r HE Ho ng we i ， W ANG Yo n g ， M A Zhi he ， W ANG Li n 1 ． N o r t h w e s t Ma c h i n e C o ． ， L t d． ， C a i j i a p o， S h a a n x i ， 7 2 2 4 0 5， C h i n a 2 ． Xi a n R a i l w a y P r o f e s s i o n a l c o l l e g e， x i a n， S h a a n x i ， 7 l 0 0 1 6， C h i n a Abs t r ac tThe f un c t ion s and pr i n ci ples of t he p neuma t i c s y s t em b y t h e new t y pe r igi d f r ame s t r and er ar e pr e sen t e d an d a n a ly z e d ．Th e a p p l ic a t i o n o f t h e p r o g r a m c o n t r o l ， t h e s a f e t y p r o t e c t i n g a n d t h e r a t io e l e c t r o ma g n e t ic v a l v e a r e a n aly z e d， wh ic h i s t o en sur e t he qu al it y o f s t r an ded wi r e． K e y wo r d sp a y o f f b o b b in；r o t a r y j o i n t ；r a t io e l e c t r o ma g n e t ic v a l v e