（电气工程专业论文）低松弛预应力钢绞线生产线的建设与研究.pdf

a b s t r a c t t h i s p a p e rf i r s t i n t r o d u c e sp e r f o r m a n c e ，p r o d u c t i o nt e c h n o l o g ya n dm a r k e t s i t u a t i o no fl o wr e l a x a t i o np cs t r a n d i ta n a l y s e st h ee q u i p m e n t sf o rm a n u f a c t u r i n go f l o wr e l a x a t i o np cs t r a n da n de x p a t i a t e st h e i rc o n t r o lp r i n c i p l e ，w i r ed r a w i n gm a c h i n e a n ds t a b l ep r o d u c t i o nl i n ea sam a i ne q u i p m e n t 。 s e c o n d l y ，i td e s c r i b e st h ei m p o r to fh o m e - m a d ep r o d u c t i o nl i n e a n da n a l y s e s e x i s t e n tp r o b l e m so fl o wr e l a x a t i o np cs t r a n d ，e s p e c i a l l ys t u d yo nw i n d e rt r a n s f e r a n df i n d st h a tt h em a i np r o b l e m so fh o m e - m a d ew i n d e rt r a n s f e ra r ec o m m u t a t i o na n d m e t e r sc o u n t e r l a s t l y , i ti n t r o d u c e sa ni m p r o v i n gs o l u t i o nf o rh o m e - m a d ep r o d u c t i o nl i n ea n dp u t i ti n t ou s e ，w h i c hh a sag o o de f f e c ta n da c h i e v e de x p e c t a n tp u r p o s e f o rt h ep r o b l e m o fm e t e r sc o u n t e r , w er e c o m m e n dan e ws c h e m e t h a t a d o p t s s i e m e n s p r o g r a m m a b l el o g i cc o n t r o l l e r 口l c ) w i t hh i 曲s p e e dc o u n t i n gf u n c t i o n b y e s t a b l i s h i n gm a t h e m a t i c a lm o d e l ，c o m p i l i n gp r o g r a ma n da c c o r d i n gt o t h ed e s i g n d r a w i n g ，w ei n s t a l lt h ee q u i p m e n ta n dp u ti ti n t oo p e r a t i o n t h ed e g r e eo fa c c u r a c yi s 1 e s st h a n3 t h i ss t u d ys o l v e st h ep r o b l e mo fh o m e m a d ew i n d e rt r a n s f e ra n dm a k e si tn i c e t y , t i m e l y , a c c u r a c ya n da u t o m a t i cc o m p l e t e d a n dt h ew i r ei st i d i n e s s ，c o m p a c ta n d l e v e l i n g t h i ss t u d yi m p r o v e st h eb a s i cc o n t r o lf u n c t i o nf o rt h ee q u i p m e n t sa n dm a k e s t h e s eo p e r a t ec o n v e n i e n c e ，s h o r t c u t ，l e s sl a b o ra n dt i m e t h i ss t u d ye x e r t sf u r t h e s tt h e p o t e n t i a lo ft h e s ee q u i p m e n t sa n dm a x i m i z e st h ep r o d u c t i v i t y t h i ss t u d ys o l v e st h e p r o b l e mo fm e t e r sc o u n t e rs ot h a tf u l f i l l s o u rw i s hw h i c hl a s ts om a n yy e a r sa n d d i s c u s s e df i e l db u s i ts h o w st h a tt h i sp a p e rs t u d i e st h ei n t e g r a t ea p p l i c a t i o n so f p r o f i b u s - d p , p r o g r a m m a b l el o g i cc o n t r o l l e r , c o n t r o ld e v i c e so ff u l ld i g i t a le l e c t r i c a l t r a c t i o na n ds e n s o r si nm o d e mi n d u s t r i a lc o n t r 0 1 i ta l s og i v e sa ni m p o r t a n t t h e o r e t i c a lm e a n i n ga n dp r a c t i c a lv a l u e t h e s er e s u l t sc a na p p l yi nc r a f tb r o t h e r i n t e r i o r l ya n dp r o v i d ec e r t a i ns o c i a lb e n e f i ta n de c o n o m i cb e n e f i t k e y w o r d s ：l o wr e l a x a t i o np cs t r a n d ；w i n d e ra r r a n g e - l i n e ；m e t e r sc o u n t e r ；6 r a 7 0 ； 6 s e 7 0 ；p r o g r a m m a b l el o g i cc o n t r o l l e r n 南昌大学硕二l 学位论文 学位论文独创性声明 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南昌史学或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 一戤( 手渊够稗醐：砂矿年_ 剃日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解直昌盔堂有关保留、使用学位论文的规定，有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人授权直邑太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。同时授权中 国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通 过网络向社会公众提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名( 手瓢嘲丧易 签字日期：砂呀年衫月，罗日 vf ， 导师签名( 手写) ：v 审 签字醐：价营6 月i ，日 ，1 ，、( - 南r 人学硕f ：学位论文 第1 章绪论 自从1 9 8 8 年在江西新余出现了中国第一个低松弛预应力钢绞线工厂之后， 中国的低松弛预应力钢绞线工业，便随着中国预应力技术的推广及相关行业的发 展而发展。特别是1 9 9 3 年交通投资出现高峰和钢铁业的兴旺，促进了低松弛预 应力钢绞线行业的发展，到现在据不完全统计在国内已有近4 0 家具有一定规模 的生产厂家，年生产能力已过2 0 0 万吨。 早期的生产低松弛预应力钢绞线的设备主要是引进意大利、英国、德国和法 国的，基本设计都是类似的，和国际同行水平相当，生产速度最高的可达1 2 0 米分钟( 实际生产速度) 。 我国工业自动化发展的道路，大多是在引进成套设备的基础上，相继引进各 种工控机系统，并开始自己设计控制系统和装置，然后进行消化吸收，再进行二 次开发和应用，钢绞线行业也是如此，在此基础上出现了国产的低松弛预应力钢 绞线生产线，2 0 0 5 年新华金属制品股份有限公司也在原有两条进口生产线的基 础上增加了两条国产生产线，由于国产生产线设备设计单位使使用的可编程控制 器不一样，系统程序和用户程序的设计思想和使使用的语言和进口生产线相比都 存在着差别，再加上对钢绞线生产工艺了解得不够深入，使国产生产线和进口生 产线相比还存在些差距，生产速度只有7 0 米分钟( 指绞线速度) ，差距是多方 面的，特别是机械加工精度和液压系统方面，和国外设备相比差距相对较大。本 文研究的是电气设备，特别针对的是层卷排线和层卷计米。 层卷排线是钢绞线生产过程中的不可缺少的一个环节，层卷排线必须达到排 出来的线整齐、紧密、平整及在换向过程中准确、及时、自动完成，要达到这样 的目的那么在排线的中间过程中就要做到排线电机速度紧跟层卷电机速度并且 导线辊要使绞线在排线的切线方向上有一定的角度，在换向过程中，要使这个角 度从正到负，则排线电机必须要有一个及时的加速过程使导线辊及时到达预定位 置。现有的进i z l 生产线很好地处理了这个问题，符合生产的要求。国产生产线在 换向过程中排线电机没有加速这个过程，使在换向过程中不能很好地完成，经常 需要人工干预，这样既费时又费力，降低了生产效率，增加了工人的劳动强度， 本次研究的目的就是要解决这个问题。 南吕火学硕士学位论文 要建设一条低松弛预应力钢绞线生产线和对层卷进行研究，解决层卷存在的 问题，首先必须了解低松弛预应力钢绞线及其生产工艺，了解其生产设备和整个 控制系统。 南昌大学硕：i ：学位论文 第2 章低松弛预应力钢绞线 2 1 低松弛预应力钢绞线的一般介绍 中国在5 0 年代就有了预应力钢材工业，在天津出现了预应力钢丝，6 0 年代 因南京长江大桥建设的需要有了一个比较大的提高，并出现了消除应力的钢绞 线，1 9 8 4 年在天津开始生产低松弛预应力钢丝，1 9 8 8 年在江西新余丌始出现中 国第一个低松弛预应力钢绞线工厂，之后低松弛预应力钢绞线的生产、质量、使 用领域在中国都得到了迅速的发展，产量从1 9 8 8 年的1 1 0 0 吨，到2 0 0 6 年超过 了2 0 0 万吨。 预应力是通过一定的技术手段，为抵消结构服役期间受到的应力，提高结构 承受载荷能力，在结构服役前对结构施加并长期保持一种反向应力，中国传统的 木桶箍实际上也是一种预应力技术的应用。 材料在长期保持拉应力时，出现应力逐渐缓慢下降的现象为应力松弛，这种 损失量相对初应力的比例就是应力松弛率，通过特殊加工( 钢绞线是通过稳定化 处理) 可以改善这种特性，实现更低的松弛率，这就是低松弛概念的基本含义。 对于低松弛预应力钢绞线，标准的应力松弛试验条件为摄氏2 0 度的室温，初应 力为公称最大力的7 0 ，级别要求1 0 0 0 小时应力松弛率不大于2 5 。 我们通常所说的低松弛预应力钢绞线主要是指7 丝钢绞线，7 丝钢绞线是6 根圆钢丝均匀螺旋紧密地缠绕一根圆钢丝而成，全部经过稳定化处理，具有松弛 低、不松散、弹性极限高等优点，产品主要用于桥梁、岩土锚固、大型建筑、大 型容器、水利工程、核电、重载提升等。产品标准主要有：中国国家标准g b t 5 2 2 4 2 0 0 3 、美国标准a s t ma 4 1 6 m 、国际标准组织标准i s 0 6 9 3 4 4 和英国标 准b s 5 8 9 6 等标准。国内主要按中国国家标准g b t5 2 2 4 2 0 0 3 和美国标准a s t m a 4 1 6 m 生产。 在国内用得比较多的是美国标准的由1 5 2 4 的钢绞线，而出口到美国的主要 是美国标准的凼1 2 7 0 的钢绞线。由1 2 7 0 的钢绞线在国内很少使用，主要原因是 在国内最初推广时使用的是由1 5 2 4 的钢绞线，之后的设计就都使用的是由1 5 2 4 的钢绞线。 2 2 低松弛预应力钢绞线的生产工艺 南吕大学硕士学位论文 2 2 1工艺流程 高碳线材一一原料检验一一原料入库一一线材出库一一表面处理一一连续 拉拔一一半成品检验一一绞合一一稳定化处理一一层卷打包一一成品检验一一 成品包装一一成品入库 2 2 2 厂区平面布置 厂区平面布置如图2 1 所示。 从平面图中可以看到，原料( 也即线材) 由火车通过轨道1 进入仓库，仓 库原料由电平车通过轨道2 进入表面处理厂房，表面处理好的线材由电平车通过 轨道3 和4 进入生产厂房，生产厂房经过拉丝和稳定化处理形成成品，成品由电 平车通过轨道6 和7 进入仓库，仓库中的成品由火车通过轨道1 发往使用地。在 整个转运过程中的上、下都是通过行车来完成。 2 2 3 工艺控制 在低松弛预应力钢绞线的生产过程中影响产品质量最重要的几个环节是： 线材质量、线材表面处理、拉丝和稳定化处理。 ( 1 ) 线材质量 用于生产低松弛预应力钢绞线的原料为s w r h 8 2 b 盘条，早期的原料都是进 口，主要来源于日本，国内最早开发出s w r h 8 2 b 盘条的厂家是宝钢，在宝钢开发 生产s w r h 8 2 b 盘条的过程中新华金属制品股份有限公司给予了很大的支持，所以 到现在新华公司和宝钢还是存在着非常好的合作关系。现在国内生产s w r h 8 2 b 盘条的厂家主要有：宝钢、沙钢、兴澄特钢、首钢、武钢等，到现在为止质量最 稳定的还是宝钢。线材质量指标除化学成分达标外还有：强度、通条性、表缺、 锈斑、网碳、夹杂及椭圆度等指标对生产过程、成材率、和产品质量都有很大的 影响。 ( 2 ) 表面处理 工艺流程为： 酸洗一一高压冲洗一一磷化一一高压冲洗一一涂石灰 为了保证线材表面处理质量，酸洗池、磷化池和石灰池中液体配方是有比较 严格的规定，高压水水压也有严格的规定，但酸洗和磷化的时间就要根据线材表 面情况和当时的工况来确定，这样线材表面的处理质量就和操作工人的技术、经 4 5 捌嚣舛止 划番 匝阻牛盥l 一z 匝 互文要 运耋蓄 凰 “蛏嚣素翻端 匡 一 基 裂l 嚣 乏 裂1 # 瑟 寸 翅1# 料 是 # h 。 舞 巡 妥 钆 噬 潮 “t 1 掣 算 徊 基 b睾 删莲 茹删辄6 囊 霉 * # 暑2 f 墨 k 裂1 姘 铡 s 一 番 # 删。 羹 型 1 n 霎菱 q # #卜 非 n c j c i l哥蠼g 砖i y 因雄因 南昌大学硕士学位论文 验及工作责任心有比较大的关系。 ( 3 ) 连续拉拔 工艺流程： 线材准备一一模具准备加润滑剂穿头一一对焊一一连续拉拔一一收线一 一换工字轮一一半成品检验一一合格钢丝 为了保证拉出的钢丝的质量( 包括表面、强度、弹性、尺寸控制和平整度 质量，这些质量控制项目都有比较严格的规定) ，模具、润滑、对焊、冷却及操 作工人的责任心都非常重要，操作工人的技术水平主要表现在对焊和对突发事件 的处理上，对焊水平的高低直接影响断线，也就是说直接影响成材率和产量，甚 至影响产品质量。对突发事件的处理是否得当直接影响生产效率和工人本身的劳 动强度。 ( 4 ) 绞合和稳定化处理 工艺流程： 合格钢丝一一绞合一一稳定化处理一一收线 稳定化处理是整个低松弛预应力钢绞线生产过程中最重要的一个环节，也 是技术含量最高的一个环节，稳定化处理过程是这样的，经绞合过的钢绞线在中 频炉中均匀加热，同时受到张力，产生约l 2 的伸长，并把拉拔和绞合过程中 产生的应力消除大部分，从而获得低松弛、高弹性、不松散和伸直性好等优点， 在这个过程中必须保证稳定的张力、温度、捻距及适度的冷却和吹干，这个过程 需要的是稳定的设备。 层卷打包 放线一一夹送一一层卷一一成品绞线 在层卷打包过程中，关键的环节是层卷排线，层卷排线必须达到排出来的 线整齐、紧密、平整，要达到这样的目的，需要的是精确控制。层卷排线的好坏 直接影响生产效率，甚至影响产品质量。 2 3 低松弛预应力钢绞线的市场情况 低松弛预应力钢绞线在中国1 9 8 8 年诞生时，设备和技术都来自意大利，通 过硬件、技术的转移及推行美国产品标准的行动，逐渐走向成功，在投产初期， 原材料及设备备件都还必须从欧洲及日本进1 2 1 ，国内市场还处于萌芽期，全国一 6 南昌大学硕士学位论文 年需求只有几千吨，和现在的一座大桥的用量差不多，1 9 9 0 1 9 9 2 年，由于国内 市场需求不足，约8 0 的产品销往国外，但是到了2 0 0 4 年，国内的需求量达到 了7 5 万吨以上，出口量大致在1 5 万吨左右，一段时期内国内还出现供应不足的 情况，中国大陆的预应力钢绞线产业在1 9 9 5 2 0 0 5 年之间处于高速增长时期， 1 9 9 3 1 9 9 4 年及2 0 0 4 2 0 0 5 年之间出现暂时的供应不足，这样就刺激了此产业的 投资规模，2 0 0 4 年国内的产能为1 0 0 万吨，2 0 0 5 年产能达到1 6 0 万吨，而2 0 0 6 年超过了2 0 0 万吨，目前已出现供应能力过剩的局面。产业规模的急速膨胀有几 个方面的原因：一是市场机会的刺激；二是国产设备的投产使投资门槛明显降低； 三是产品的成熟为新进入者提供了挖掘行业人才的可能。 总之，低松弛预应力钢绞线市场已出现了供大于求的局面，工艺也已经是 成熟工艺，生产低松弛预应力钢绞线的企业最终将沦落为加工行业，在这样的行 业中要求得生存，只有苦练内功，在搏杀中求生存。 南昌大学硕士学位论文 第3 章生产低松弛预应力钢绞线的设备 生产低松弛预应力钢绞线的主体设备有拉丝机、稳定化生产线。 3 1拉丝机 3 1 1 拉丝机简单介绍 生产低松弛预应力钢绞线拉丝机是连拉机，冷拉，由8 个中段拉拔卷筒+ 1 个成品卷筒+ 收线机组成，每个卷筒由1 个直流电机控制，后面卷筒电机速度跟 随前面一个卷筒电机的速度，卷筒之间速度微调通过感应臂调节，收线机跟随成 品卷筒电机的速度，生产流程如图3 1 所示。 感应臂模合 图3 1 生产沉程图 卷筒前面的方合是模合，模合内装有模子，线材通过模子受挤压，使线材一 道一道变小，直到达到我们要求的直径。拉丝设备中最重要的是卷筒的表面处理， 卷简表面硬度应在5 8 以上，并且表面要光滑，才不会伤线。还有就是模子，需 要耐磨，内表面要光滑，无损伤。 3 1 2 控制原理 在拉拔过程中卷筒和卷筒之间的速度必须严格跟随，否则就会拉断，收线机 速度要跟随成品卷筒的速度，并且收线机工字轮上的线越收越多，直径越来越大， 为了跟随成品卷筒，则收线轮的速度需要动态补偿。 2 8 拉拔卷筒及成品卷筒电机的电枢电路控制方框图如图3 2 所示。 8 南b 大学硕士学位论文 图3 2 电枢电路控制方框图 速度基准来自于前一个卷筒电机，第一个卷筒的速度基准来自于操作台的给 定速度，第一个卷筒电机电枢控制和前面讲8 个电机的控制方式相似，不同的是 没有感应臂和活套调节器，其它一样。 收线电机电枢控制和成品卷筒电机控制方式相似，不同的是收线电机速度基 础来自成品卷筒电机速度加上动态补偿，其它一样。 收线电机为恒磁调速，卷筒电机在给定速度达到一定程度时电机进入弱磁调 9 南舄人学硕士学位论文 速，各卷筒电机磁场电路控制方框图如图3 3 所示。 图3 3 卷筒电机磁场电路控制方框图 3 1 3 拉丝对焊机 由于原料( 线材) 是一盘一盘的，每盘约2 2 吨，而拉丝是连续拉拔的，一 盘和另一盘间需要焊接起来。对焊的原理是通过变压器使付边产生大电流从而使 金属熔化到一定程度，而使两盘线的头焊接起来，并通过退火、打磨恢复原有的 性能。拉丝对焊机如图3 4 所示。 l o 南吕人学硕【j 学位论文 1 稃、2 拌端接交流3 8 0 v 电源，3 拌、4 拌端是铜夹块，铜夹块用来夹注盘条的头 子，在接通电源的情况下，通过机械动作使两个铜夹块夹注的盘条头相碰，产生 短路电流，产生高温，使盘条头熔化，并通过机械运动挤压且迅速断开电源，使 两个头焊到一起。焊接头的质量直接影响后面的拉拔和稳定化处理，焊接头不好， 会造成后面的断线，直接影响产品产量、成材率和产品质量，而对焊机的好坏直 接影响对焊质量，当然对焊头的好坏和原料本身、操作工的操作技术及工作责任 心都有很大的关系。 3 2 稳定化生产线 3 2 1 稳定化生产线的一般介绍 稳定化生产线主要由捻股机、牵引轮、中频炉、收放线机和层卷机组成， 捻股机是把7 个工字轮上的钢丝捻股成钢绞线，牵引轮起牵引和张拉的作用( 有 前后牵引轮两套) ，中频炉是给钢绞线加热以消除应力，收放线机是把经过加热 和张拉后的钢绞线收起来，再层卷过程中放出来打包( 一条线上有两个收放线 轮，一个在稳定化作业中收线，另一个就在层卷作业中放线) ，层卷机就是把处 理好的钢绞线打包。整个流程图见图3 5 所示。 稳定化作业： 层卷作业 图3 5 流程图 整个生产线共有7 个直流电机，单个直流电机的控制方式和拉丝的相似，只 是外部给定不同，在稳定化作业中，速度给定是给1 群牵引电机控制器，通过1 群 牵引电机控制器求得捻股电机、2 稃牵引电机和收线电机的速度基准并且引向这三 南昌大学硕士学位论文 个电机的控制器，达到整条生产线速度统一的目的；张力给定是给2 群牵引电机 控制器增加电流信号，也就是增加2 撑牵引电机的力矩，随着给定的加大，2 群牵 引电机电流增加，1 撑牵引电机被拉入逆变状态，电流反向，这样在两套牵引轮之 间形成张力；在稳定化作业过程中收线电机需要动态补偿。在层卷作业中，速度 给定是给央送电机控制器，通过夹送电机控制器求得放线电机和层卷电机的速度 基准并且引向这两个电机的控制器，达到整条生产线速度统一的目的，这个过程 中放线电机和层卷电机都需要动态补偿。 3 2 2 稳定化生产线设备 3 2 2 。1 捻股机 从设备的角度来看，捻股是制约生产效率，也就是制约生产线丌机速度的关 键点。原因是： a 捻股机中有7 个摇架，放7 个工字轮，通过捻股后形成7 芯钢绞线，7 个摇 架中的一个叫外放线架，是单独的，其余6 个是连成一体的，6 个摇架7 个 支座，支座的加工精度要求很高，7 个支座安装的同心度也要求很高，稍有 偏差就会造成弓形带在高速运转过程中引起摇架抖动，摇架的重量在4 吨左 右( 摇架上的工字轮含钢丝约3 吨，摇架自重约1 吨) ，4 吨重的东西在抖动， 其它的东西全部会被损坏，在这种情况下只好降速运行以减轻抖动； b 弓形带的弹性也很重要，因为在高速运转过程中弓形带受到很大的离心力的 作用，而钢丝在弓形带上滑动，给弓形带一个向内的力并且这个力不是恒力， 在运行过程中有大有小，这就造成弓形带在运行过程中一张一缩，弹性稍差 就很容易断裂，造成设备事故； c 在捻股过程中断丝( 有线材质量问题也有设备问题造成断丝) 是很危险的， 会造成弓形带断裂，引起严重的设备事故，所以断丝保护( 引起立即停机) 非常重要，反应要快； d 捻股电机的速度要严格跟随1 撑牵引电机的速度并且在整个生产过程中要稳 定，否则会引起捻距变化，不符合质量要求。 3 2 2 2 牵引轮 牵引轮的作用不仅仅是起牵引作用，更重要的是要在l 拌牵引轮和2 群牵引轮 之间形成1 2 吨的张力( 对于代表规格1 5 2 4 的钢绞线，不同规格张力不一样) ， 南昌大学硕士学位论文 在这么大的张力的情况下稳定运行，就要求钢绞线在牵引轮上不能打滑，所以每 个牵引轮都有多个槽，且每套牵引轮都有两个牵引轮，一个主动轮，个从动轮， 主动轮上的槽都是“v ”槽，以增加钢绞线和牵引轮之间的摩擦力，牵引轮的槽 表面硬度都要求在5 8 以上，增加耐摩性，一旦打滑就会引起张力不稳，影响产 品质量并且会引起设备故障，一紧一松对设备的冲击也很大；由于钢绞线缠绕在 牵引轮上，在张力的作用下，牵引轮受到的向心力很大，这就对牵引轮的制作和 使用的材料提出了很高的要求；前后牵引轮安装的同心度，中心高都有比较高的 要求，否则在运行过程中容易造成牵引轮轴承损坏，甚至拉翻牵引轮。 3 2 2 3 中频炉 由于中频感应加热炉具有开关方便、易实现自动控制；加热速度快；能流 水作业、作业率高；对加热件的烧损极低；噪声低、工作环境好：使用寿命长等 优点，近年来，在金属制品行业得到了广泛的运用。特别是生产低松弛预应力钢 绞线的企业全部采用的是中频感应加热炉加热。在低松弛预应力钢绞线行业使用 的中频感应加热炉基本上都是意大利进口的。中频感应加热炉是一种快速稳定的 金属加热装置，它靠变频装置将三相工频交流电能转变为单相中频交流电。目前 国内外应用较为广泛的是交一直一交变频电路，即通过整流电路先将工频交流电 整流成直流电，再通过逆变电路将它变成某一中频频率的交流电。逆变电路输出 的中频电能通过感应线圈加到负载上，而中频电能在金属工件内转化为热能，实 现感应加热。 a 主回路( 见图3 6 ) 三相工频交流电通过整流桥整流成直流，整流桥由六个可控硅s c r l 。 s c r 6 组成，可控硅s c r l 、s c r 3 、s c r 5 的阴极联在一起为整流桥的正输出端，可控 硅s c r 4 、s c r 6 、s c r 2 的阳极联在一起为整流桥的负输出端，可控硅由来自于 电路板c r 的触发脉冲触发，触发顺序为s c r l 、s c r 2 、s c r 3 、s c r 4 、s c r 5 、 s c r 6 ，触发脉冲的相位差为6 0 。 整流后的直流电压经过l 4 、l 5 后进入逆变器变成中频电压，逆变器由可控 硅t h l t h 4 组成，可控硅t h 5 用于逆变器的启动。在启动时，首先触发可控硅 1 1 1 4 和t h 5 ，启动过程结束后转换到触发t h 2 、t h 3 和t h l 、t h 4 而进入工作 状态，触发脉冲来自于电路板c i 。 逆变器的负载由加热线圈a l 、a 2 ，补偿电容器c 1 - c 4 、匹配电感l 1 0 组 1 3 1 4 蛰回捧曼爨七b 匝 蠢争毫罩 、喜薯“ 南昌大学硕上学位论文 成，是一并联谐振电路。当加热线圈( a 1 、a 2 ) 中加热的金属件规格不同时， 适当调整l 1 0 的抽头，以达到l 、c 的最佳匹配。 图3 6 中的l 1 、l 2 、l 3 为滤波电感器，r 1 c 1 、r 2 c 2 、r 3 c 3 组成三角形阻 容吸收电路，l 1 r 1 c 1 、l 2 r 2 c 2 、l 3 r 3 c 3 的作用有两个：一方面防止电网干扰 右面的整流装置，另一方面防止整流装置在换向期间污染电网。电流互感器t a l 、 t a 2 、t a 3 检测主回路电流供控制回路使用。图3 6 中的r f s 电路可以吸收超过 3 8 0 v 的交流正弦电压峰值异常的脉冲电压，如果没有r f s 电路将这些异常电 压抑制掉，可控硅将会由于过电压击穿，造成永久性损坏。r 4 c 4 是直流端的阻 容吸收电路，可吸收由于负载端的异常现象而造成的过电压脉冲，防止整流可控 硅因此而过电压击穿。l 4 、c l a 、c l b 和l 5 、c 2 a 是滤波电路，它一方面可以使 整流桥输出的直流电压的纹波得到平滑，在c 2 a 两端得到一个纹波很小的直流 电压；另一方面还可以滤除逆变器输入端的中频电压，使中频电压不至于窜入整 流桥而影响整流桥的正常工作。r 9 、r 1 0 为c l a 、c l b 的均压电阻，防止c l a 、 c l b 漏电不一样而造成的电压分配不均。d l a 、d l b 可防止电感l 5 及后面的l s 6 、 l 7 释能时可能加在c l a 、c l b 上面的反向电压。l s 6 和l s 9 的作用是启动时防 止d i d t 过大。负载端的r 中的1 1 8 和c l a 、c l b 间的1 1 8 相连，是启动时为谐 振电路提供起振电压。 b 控制回路( 如图3 7 ) 意大利中频炉有两种控制方式( 手动、自动) 。 ( 1 ) 手动方式 在这种方式下，中频炉的功率全靠手动电位器来调整，与生产线的速度无关。 生产线启动后，启动中频炉，中频炉将以一定的功率参数运行，调整手动电位器， 以达到所需温度，当生产线的速度上升时，为达到所需温度，需重新调整手动电 位器，当生产线速度下降到停机时，可直接关断中频炉，也可以调手动电位器到 零，速度下降到一定值时自动关断中频炉。值得注意的是在启动中频炉前手动电 位器一定是在零位。 ( 2 ) 自动方式 在这种方式下，中频炉的功率参数按照预先设定好的特性曲线( 通过g r 板 设定) 跟随生产线的速度，生产线启动达到定速度后中频炉自动启动，随着生 产线速度的增加( 减少) 中频炉功率参数也增加( 减少) ，以保持在整个生产过 1 6 营臣磊轻器一圃 南昌大学硕士学位论文 程中温度恒定。在实际生产过程中，实际温度如和所需温度稍有差距，可通过自 动电位器作适当的调整。停机时生产线速度下降到一定的值时自动关断中频炉， 也可以通过开关关断中频炉。 中频炉控制回路的控制过程见控制方框图( 图3 7 ) ，生产线启动达到一定 速度中频炉自动启动，整流桥输出一电压到c 2 a 上，此电压通过主回路( 图3 6 ) 的1 1 8 线传输到振荡回路为振荡回路起振提供初始电压，同时触发逆变可控硅 t h 4 和t h 5 ，产生最初的振荡电压，振荡电压通过中频电压变换器t v m f 传输到 控制回路使振荡电压得到保持和增加，并且逆变脉冲形成电路采用t v m f 传输 过来的信号作为同步信号，这就使中频电压的频率跟随了负载。当此电压达到一 定的值时，封锁信号封锁t h 4 和t h 5 的触发脉冲，转而触发t h 2 、t h 3 和t h l 、 t l l 4 而进入工作状态。生产线速度增加，在特性曲线的作用下功率参数得到增加， 则整流桥和逆变桥的输出同时得到增加，中频炉的输出功率增加，在生产线达到 一定速度并保持稳定的速度的情况下中频炉的输出功率稳定，这样就保证了加热 温度的稳定。 3 2 2 4 冷却水槽 钢绞线经过加热后，需要冷却，冷却的好坏直接影响钢绞线的质量，冷却不 到位，会造成钢绞线弯度大；冷却过量会造成水分吹不干造成钢绞线生锈，一般 冷却后钢绞线温度在5 0 左右比较合适。 3 2 2 5 收放线机 收线机速度来自于l # 牵引轮，和整条线速度保持一致，在控制上没有特别 的地方，只是需要动态补偿，但有一点是收线过程中存在排线，由单独的一个变 频电机带动排线，速度跟随收线速度，尽管要求不是很严，但排线的好坏会影响 在层卷作业中放线，不能出现错位的情况。 放线机速度来自夹送轮来达到和层卷同步，中间的夹送起调节层卷和放线之 间的张力的作用，只有在一定的张力之下才能把线排紧排好，夹送装置在有些生 产线上被舞臂代替，效果更好。 3 2 2 6 层卷机 层卷是整个生产过程中非常重要的一个环节，直接影响到生产效率和工人的 劳动强度，层卷机本身的控制没有很多特别的地方，主要在排线，对于层卷排线， ，后面将会详细介绍。 南吕火学硕j f ：学位论文 第4 章国产低松弛预应力钢绞线生产线的引进 4 1项目调研 2 0 0 4 年初，根据市场情况和自身发展的需要，新华开始提出增加低松弛预 应力钢绞线生产线的计划，并着手进行调研。新华自投产以来一直具有以下几个 方面的优势： ( 1 ) 长期注重产品质量，质量品牌和影响力名列前茅； ( 2 ) 注重管理，企业规范运作，成本控制好； ( 3 ) 具有素质好、队伍稳定的销售团队； ( 4 ) 具有地缘优势，新华在原料方面存在地缘劣势，但在销售方面，近年 来充分利用好了地缘优势，获得可观的经济效益，新华地处江西中西部，在国家 公路建设飞速发展的情况下，结合新华的品牌优势、管理优势，在江西、广东、 四川、重庆等诸多区域具备一定的竞争优势。 由于具有以上几个方面的优势，使新华在低松弛预应力钢绞线行业一直处于 领先的地位，2 0 0 3 年新华低松弛预应力钢绞线实现年产量7 万吨，销售7 万吨， 在国内同行业综合效益领先。但由于如法尔胜准备上第4 条生产线、申佳和上钢 二厂钢绞线销售的合并，使行业中出现2 家年产量超过新华的企业，其固定成本 大幅度降低，如新华不增加生产线，将使新华在今后的竞争中可能会处于劣势。 另外经济学家认为，中国的经济是以1 0 年为周期周期性发展的。从宏观上看， 钢材价格也具有周期性，国内钢材价格周期与国民经济的发展周期基本吻合。而 低松弛预应力钢绞线价格也基本上符合这种价格规律。低松弛预应力钢绞线上一 轮价格最高峰是1 9 9 3 年初，最低谷是2 0 0 3 年初，在市场的调节和各方面的努力 下2 0 0 4 年价格恢复到近几年最高的6 5 0 0 元吨左右，并且根据预测到2 0 0 4 年底 和2 0 0 5 年低松弛预应力钢绞线将会供不应求，进入新一轮的高峰期，并且如果 按照上述“周期”学说，则在2 0 0 5 年底之后低松弛预应力钢绞线价格有可能将 进入一个长达1 0 年的下降期。在这种情况下，新华为了保持在低松弛预应力钢 绞线行业中的领先地位，并取得比较好的经济效益，新华增加新的低松弛预应力 钢绞线生产线是势在必行，并且越快越好。 4 2 可行性报告 4 2 1 总体情况 南吕大学硕上学位论文 新华是一个股份制公司，新上项目需要经过董事会批准，董事会批准的依据 是可行性报告，这样新华于2 0 0 4 年0 6 月2 4 日成立项目组，对项目进行更详细 的调研和编写可行性报告，工作完成后，报请董事会，董事会于2 0 0 4 年0 7 月 2 4 同正式批准新华增加低松弛预应力钢绞线生产线，但费用自筹，选址必须在 新余。在这种情况下项目组再次对进口设备和国产设备进行考察，为达到费用从 紧，投产时间尽快( 必须在2 0 0 5 年上半年) 的目的，项目组最终决定选用国产 设备( 但其中对产品质量影响最大的中频炉，还是采用意大利的) ，地址选在新 华公司钢绞线厂厂区内，并且于2 0 0 4 年0 9 月1 3 同编写出最终的可行性报告， 报请董事会批准。可行性报告内容： ( 1 ) 项目名称：低松弛预应力钢绞线生产线 ( 2 ) 主办单位：新华金属制品股份有限公司 ( 3 ) 项目负责人：生产付总 ( 4 ) 技术负责人：总工程师 ( 5 ) 项目组组长：钢绞线厂厂长 ( 6 ) 可行性研究总的概况、结论： 4 2 1 1 可行性研究的依据和技术调查情况 新华创立伊始，是以填补国内空白的低松弛预应力钢绞线产品作为自己的创 业品种。经过十多年的发展，钢绞线产量由最初的年产1 5 万吨扩大到年产6 5 万吨的规模，每年的实际产量都达到并且超过设计目标，产销率始终保持在1 0 0 以上( 近几年来，每年必须从同行厂家采购相当数量的钢绞线以满足客户需求) ， 在同行中一直处于领先地位。时至今日，即使在绞线市场竞争异常激烈的情况下， 新华的产量和销量仍然保持住稳定的状态。从此可以认为，现在的新华，不管在 人员、工艺、技术、设备、管理、市场等方面，在钢绞线生产和营销上积累了较 成功的经验，完全有能力面对再次扩大生产规模的挑战，一鼓作气，乘胜发展， 取得更加辉煌的业绩。 新华目前的运作结果仍然在向人们揭示这样一个事实：十八年后的新华， 钢绞线仍然是其赢利的主要产品。尽管它的赢利能力随着国内近三十条生产线的 投产而有较大幅度的下降，但从公司目前的生产和销售形势预计，今年钢绞线产 品的获利能力在同行中也是最好的。它的赢利率在预应力产品甚至在金属制品中 1 9 南吕大学硕士学位论文 也当属较高之列。有理由认为：钢绞线产品仍然具有较大的发展前途：( 1 ) 国内铁 路、公路、桥梁、机场、隧道、水利、核反应堆等基础项目的建设必定会随着国 家经济的发展和适用改革开放的需要而得到进一步的加强和深化，它的应用领域 也会逐渐从传统的大型预应力构件转向工民建，其用量将逐步扩大；( 2 ) 尽管目前 的钢绞线生产厂家众多，呈现供大于求的不利局面，但仔细分析：国内有影响力 的大厂家也就这么三五个，他们控制了国内市场的主流，是钢绞线产品生产和销 售的领头羊。新华由于是国内预应力钢绞线生产的先驱，在国内和国际都有辉煌 的工程业绩，具有稳定可靠的产品质量和良好的市场信誉，这是很好的无形资产， 加上新华在钢绞线产品上运营的优势( 有较好的钢绞线生产和销售经验的技术、 营销、操作、管理队伍) ，从竞争角度比较，新华具有有别于其他厂家的优势： ( 3 ) 国内钢绞线生产实力较强的上海申佳、无锡金羊和法而胜，都曾先后扩大生产 能力，并且都是在近几年实施完成的。也就是在今年，国内部分厂家还在计划引 进第三、第四套设备。这些事实无疑说明了一个观点：钢绞线有发展前途! 理由 很简单，上述厂家扩大生产能力的决策，肯定是基于对市场的深入分析和对市场 持有信心和乐观的前提下做出的。从他们几个厂家的销售形势来看，基本上达到 和接近了预期的目标。从另方面看，由于他们的产量和销量的扩大，市场份额也 逐步向其倾斜，影响也越来越大，相对地新华市场份额逐渐萎缩。这不能不说是 一场危机。 据了解，在近几年，江苏的法而胜、金羊、中冶，吉林的四平等厂家都先后 引进新的绞线生产线，每条生产线的生产能力为四万吨。目前上海的申佳、二厂， 江苏的法而胜、金羊，华新等厂家的年生产能力都在7 5 8 万吨，相对而言， 新华的生产能力处于弱势地位。 新华需要而且必须保持其品牌地位和强大的竞争力、保持由于销价下跌但总 体赢利水平基本不变的企业优势，扩大产品生产规模就成为必然的选择。 低松弛预应力钢绞线在工程上的应用已有几十年的历史，具有稳定而广阔的 应用市场。生产低松弛预应力钢绞线的工艺技术、设备系统也在不断得到改进与 更新，变得越来越成熟。目前，在美国标准中出现了更高级别3 0 0 级( 常用的级 别有2 5 0 和2 7 0 级) 的钢绞线，且发展了1 9 丝( 从单根的钢丝发展到3 丝的绞 线，再到7 丝的绞线) 的大载荷钢绞线，可以预见：随着( 高碳合金盘条) 原材 南r 人学硕士学位论文 料性能的提高，必然会发展更高强度的钢绞线。因此，预应力钢绞线的技术和生 产仍然处在不断向前发展的阶段，它的应用前景是长远和广阔的。 图4 1 是国内钢绞线历年的生产总量，从图中可以看出：钢绞线产量即用量 在9 4 年以后的增长速度( 平均每年增长3 0 以上) 是非常快的，说明市场的容 量仍然在不断扩大。 万吨 一。”l ? 。“。“一? 。、二”一j _ ! | _ j j 7 q 1。 一 一 一 一 1 。l 一 一 几 - 一 鼍 te 1 一一一一一用丹同 ，k 。 图4 1 国内钢绞线历年的生产总量 图4 2 是新华自投产以来历年的产量( 即销量) 。由于受设备能力的限制， 产销量的增长远远跟不上市场需求的发展比例，因而不能有效的发挥新华绞线的 品牌优势，进而制约了新华绞线产品的实际盈利能力的稳定和提高。 图4 2 新华自投产以来历年的产量 4 2 1 2 可行性研究结果概要 ( 1 ) 钢绞线的应用领域在不断扩大，为我们提供了较好的市场基础。钢绞 线目前仍然是大型重载混凝土构件的主要用钢，有着低松弛、高强度，不松散、 柔性好等优点，在工程中有施工方便、节约钢材、缩短工期、构件轻巧等特点， 几乎具有不可取代的地位。这就决定了它长远而广阔的应用前景； ( 2 ) 随着同行厂不断扩大生产能力，新华公司的市场占有率逐年降低，对 市场的控制能力下降。照此趋势发展将面临生存问题，为保持在同行占领先的地 南昌大学硕士学位论文 位，新华应扩大产量； ( 3 ) 新华公司需要发展更高强度级别的钢绞线，以适应市场发展的需求： ( 4 ) 新华具有较好的品牌形象，有较强的市场竞争能力； ( 5 ) 钢绞线是一种高效预应力产品，其生产工艺、设备、技术等都是成熟 可靠的，加上新华十八年在绞线生产运作上积累的经验，因此没有生产上的任何 风险。 ( 6 ) 生产钢绞线用的原料国内都有供应且有丰富的来源。 ( 7 ) 总投资( 万元人民币) 表4 - 1 方案总投资其中固定资产投资其中流动资金 a5 8 6 0 2 5 6 03 3 0 0 b1 0 2 1 5 4 2 3 55 9 8 0 a ：在绞线厂上一条生产线；b ：在绞线厂上二条生产线 说明 资金来源全部为银行贷款，各经济指标计算已消化了贷款的利息费用。 经济分析表明，本项目b 方案经济效益合理，主要经济指标为： 表4 - 2 所得税屙全部所得税前全部 所得税后投资所得税后全部投 方案