毕业设计钢绞线生产及工艺流程——拉丝机工作原理模

1、一、产品介绍1.1预应力的概念： 指为了改善结构或构件在各种使用条件下的工作性能和提高其强度而在使用前预先施加的永久性内应力。1.2预应力钢绞线是预应力混凝土结构配筋用钢绞线的简称。它是把多根冷拉预应力钢丝成螺旋装绞合在一起，并经消除应力处理而得到的，大致可分为以下几类：1) 按其结构分： 12；13；17（1+6）；119； 1 37.2) 按生产方法分 : 捻制 +消除应力回火；捻制 +稳定化处理；模拔成型。3) 按表面无镀层分：表面无镀锌的预应力钢绞线；镀锌预应力钢绞线；环氧涂层预应力钢绞线；锌、铝、稀土镀层预应力钢绞线。4) 按松弛级别分：普通松弛级（ I 级松弛）预应力钢绞线；低松弛

2、级（ II 级松弛）预应力钢绞线。1.3预应力混凝土构件的构造要求主要包括以下几个方面:1) 截面形式和尺寸 ;2) 预应力纵向钢筋及端部附加竖向钢筋的布置 ;3) 非预应力纵向钢筋的布置 ;4) 钢筋 , 钢丝 , 钢绞线净间距 ;5) 预应力钢筋的预留孔道 ;6) 锚具 ;7) 端部混凝土的局部加强 .二、通用规程：2.1工艺流程：原料表面处理拉拔检验层缠机取放线机捻股、稳定化机组成品盘卷检包装机验2.2 、原料检验应符合 YBT146预应力钢丝及钢绞线用热轧盘条的要求。2.2.1化学成分牌化学成分（ %）号CSiMnPSCu77MnA0.750.800.120.320.600.900.0

3、250.0250.2080A0.780.830.120.320.360.600.0250.0250.02580MnA0.780.830.120.320.600.900.0250.0250.02582A0.800.850.120.320.360.600.0250.0250.02582MnA0.800.850.120.320.600.900.0250.0250.02582B-20.800.850.150.350.600.900.0250.025Cr0.13V0.040.080.22说明：1, 与日标 JISG3502-1996对照，如 77MnA 对应 SWRS77B，82A 对应 SWRS82A

4、. 2，82B-2 牌号为宝钢企业标准产品。、力学性能牌号直径（ mm ）强度（ MPa）断面收缩率77MnA8.010.0104080A10.513.0102025%80MnA8.010.0106082A10.513.0104082MnA8.010.0108010.513.0106082B-212.513.0125030%、其他金相组织：盘条金相组织应主要为索氏组织， 不应有马氏组织、 网状渗碳体等对性能有害的组织存在。表面质量： 盘条应将头尾有缺陷的部分切除，表面光滑、不应有多头、折叠、耳子、结疤、分层及肉眼可见的裂纹、杂质等缺陷。时效 :盘条直径在 12mm 一下，时效时间应大于20 天

5、，盘条直径在12mm 以上，时效应大于30 天，冬季生产盘条的时效相应延长10 天。冶炼方法： 必须经过炉外精炼。原料经常必须按照规格、产地码放。2.3 、辅料拉丝时用润滑剂（拉丝共九道工艺，前四道用粗润滑剂，后五道用细润滑剂）技术要求指标名称脂肪含量水分含量软化点粘度指标要求60% 3.0%180中等高速拉丝模具（如图3.1 ）（图 3.1）1) 硬质合金拉丝模坯（模心） ，硬质合金牌号为 YG8.2) 模套与模心的装配必须达到过盈配合。3) 模套外形尺寸： 7540mm。表面看光滑、锐角倒钝。4) 模心外形尺寸与定径带直径对照表（D表示模孔定径带直径）模心外形尺寸 (mm) 22 1830

6、21 4025、 3525定径带直径 (mm)D6DD 9 6 92.4 、盘条表面处理工艺工艺流程：盘条酸洗水洗高压水冲洗自然干燥皂化高压水冲洗磷化参数表盘条直径 9.016.0钢号 77B-82B盐酸池盐酸 (g/L) 120含铁 (g/L) 250清水池摆动（次）2-3高压水冲洗将残酸冲净总酸度（点）120-180游离酸（点）10-20磷化池总锌量 (g/L)40-60温度（）大于65磷化时间（分）310清水池摆动（次）2-3温度（） 85皂化池PH值 8三、拉丝工艺通则1 钢丝定尺长度可根据情况进行调整，但 7 个钢丝捻制后的总重量不超过 18 吨. 最小长度以下的钢丝直接返轴处理。2

7、 每轴必须拴纸痱子，并注明“钢号（原料产地） 、生产序号、轴号、直径、长度、重量、生产日期、班别（次）；破断力（KN）伸长率（%）、弯曲（次）、判断”等内容。序列号每月重新排列。3 只允许保留原料接头，罐间接头必须切除。4 以每轴的尾丝的性能及特性（比如钢号、炉号、产地、检测数据等），做为整轴钢丝的结果记录在生产记录表上。5 为保证钢丝的冷却，每个卷筒上钢丝的缠绕高度约为卷筒高度的 1/3-2/3 ，并应与拉丝模入口并行为准。6 开车前，检查设备水系统、空气系统、供电系统是否正常，及时调整和检查钢丝的矫正排辊 。四 . 捻制工艺通则1 配线的钢丝长度应符合边丝与芯丝配合的比例要求。2 使用已检

8、验并且合格的钢丝。长时间存放的钢丝使用前必须经过再次的检验。除非能够明确其检验为合格。3 每套钢绞线使用 1 轴芯丝、6 轴边丝，芯丝放在第一个摆船中 （从合成绞盘数），其余放边丝。4 捻制工艺参数的修改必须通过工艺员或班长进行。5 严格按照配线单的轴号、序号上线，并核对、测量、记录每轴钢丝的实际直径、长度、检验情况。6 开车前必须检查设备的冷却水、空气系统以及绞线的冷却水系统是否工作正常，检查每个摆船的制动带的松紧程度是否一致，检查工艺设定的参数是否正常。7 捻制过程中，凡是没有经过稳定化处理（回火、张力）的钢绞线均为废线，并用白漆在钢绞线上喷涂标记。 捻制记录表上要用 “”表示废线，用“”

9、表示成品线，以及要记录计米器的数值。8 捻制过程的回火过程为特殊过程。开车前要对红外测温仪进行检查确认，捻制过程中随时观察温度变化， 并每小时一次或每三套线三次记录温度值。五、层缠工艺通则1 按照各规格的绞线的标准层缠长度执行，最大盘卷重量小于4000kg。客户有盘卷层缠长度要求， 在不违反公司规定的情况下，按照客户要求的长度执行。2 在每卷绞线（包括大盘卷钢绞线轴）必须拴纸痱子，注明“层缠编号、长度、重量、规格、强度级别、日期、班组”等内容（如图 7.1 ）。“炉号”不必填写。（图 7.1）3 在每个盘卷 ( 包括大盘卷钢绞线轴） 的尾端，取力学试样 1-2 支，试样长度 1.0-1.2 米

10、。4 层缠编号为十位，第一位字母 A、B、C、D 表示四班，第二位数字表示捻股机编号，第三、四位表示年份，第五、六位表示月份，第七、八、九、十表示顺序号。顺序号每个月重新排列。六、包装工艺通则1 逐盘核对盘卷上的标识 （纸痱子）的内容是否与成品包装记录相符合。2 逐盘重量复磅核对，在 2 公斤以内的重量偏差为合理范围， 以成品包装记录的重量为准，否则要报生产技术部，待核实后在包装。3 每个绞线盘卷使用二层复合编织带包装，周向二道钢带、 轴向六道钢带。盘卷内侧拴二个成品标牌。4 大盘卷钢绞线不使用复合编织带， 直接在轴向打 4-8 道钢带，并拴二个成品标牌。 重量较小的盘卷可以合并为一卷， 但各

11、个盘卷的标牌必须同时存在。合并的大盘卷重量应不超过 1000kg。（如图8.1）（图 8.1）5 标牌填写内容：执行标准、许可证号、层缠编号、规格、强度级别、曾缠长度、重量、检验日期、生产日期等。6 客户对包装有特殊要求的，按照客户要求进行包装。以上就是钢绞线生产的几个主要步骤的工艺流程及工艺通则下面我将着重对拉拔这一步骤进行设计：拉拔需要一种特殊的机器拉丝机如图 (1.1.)（图 1.1直线式拉丝机）七、直线式拉丝机1 极其简介： 直线调谐式拉丝机一般称为： 直线拉丝机 。它以交/ 直流变频电控系统为依托实现了自适应PID 等先进控制算法，利用现场总线或数模转换技术，实现设备的高性能、 高可

12、靠性全自动化运行。其减少了钢丝弯曲程度进而提高线材抗扰能力而得以盛行。2 产品特点： 有效减少了钢丝的扭转、 并且高速、高效、低能耗、操作简捷，可根据用户要求任意组合， 工艺适应性强，自动化程度高。3 适用范围： 钢帘线、胎圈钢丝、弹簧钢丝、制绳钢丝、不锈钢丝、伞股钢丝、药芯焊丝、气保焊丝、预应力钢丝及双金属线的生产。4 拉丝机的类型： 拉丝机行业，涉及的设备种类非常多，常见的拉丝机有水箱式拉丝机、直进式拉丝机、滑轮式拉丝机、倒立式拉丝机等，拉丝机主要应用在对铜丝、不锈钢丝等金属线缆材料的加工，属线缆制造行业极为重要的加工设备。八、变频器简介随着变频调速技术的不断发展，变频调速器已经被广泛应用

13、在拉丝机行业，承担着拉丝调速、张力卷取、多级同步控制等环节，变频器的应用，大大提高了拉丝机的自动化水平与加工能力、 有效降低了设备的单位能耗与维护成本，得到了行业的广泛认同。从机械上，可以分解为拉丝部分与收线部分， 从电气控制上可以分解为拉丝无级调速控制与卷取的恒张力同步控制， 通过张力摆杆的位置变化，回馈控制系统，经过自动运算，改变卷取电机运行速度，从而达到卷取与拉丝两个环节体现出恒张力与速度同步， 并通过排线导轮电机，可以随着卷取速度的不同， 均匀地将成品金属丝缠绕在卷取工字轮上，以实现对金属材料的拉伸加工。行业现状：行业的现状，本材料只限于针对电气控制部分的陈述，请读者谅解！小型拉丝机的

14、控制模式， 是目前主流的控制方式， 拉伸与卷取控制由 PLC 或者工控机 IPC 来完成，变频器接受 PLC 或者 IPC 的指令，实现拉伸级的无级调速与卷取的恒张力控制。 该系统解决方案将直接导致成本高昂、系统复杂、维护难度大、维修成本高、系统控制响应差等问题。8.1 推荐方案：向您推荐的控制方式，该两种中型、小型、微型伸线机电气控制方式，将卷取的同步与张力控制、系统开动与停车控制、故障报警等功能集成在变频器内部， 与机械系统融为一个整体， 外部信号直接送入变频器，经内部算法快速反应在对系统的直接控制， 大大提高了系统的响应速度，省去 PLC 、HMI 、IPC，节省系统成本，降低故障点，并

15、可根据用户需求配置 LED 或者 LCD 操作盘，体现人机操作的人性化，方便用户的操作、维护、调试与使用。 产品介绍： INVT-CHV130 专用型变频器INVT-CHV130 专用型变频器，是在INVT-CHV100 高性能矢量变频器的硬件平台与核心控制算法的基础上，结合双变频中型、 小型及微型拉丝机控制的要求， 开发出来一款专门针对双变频控制拉丝机的变频器，为适应行业应用的要求，在硬件、软件算法、结构上都做了许多特殊处理，特别针对耐高温、 防金属粉尘、防潮湿、防腐蚀等处理，大大增强了变频调速器在拉丝机行业的可靠性。8.2 、电流矢量控制INVT-CHV130 专用型变频器采用ARM（ 3

16、2 位） +DSP（ 16 位）双 CPU控制系统，功能控制与性能控制完全分离，底层高性能电机控制模块采用电流矢量控制算法，即把定子电流按照坐标变化分解成励磁电流分量与转矩电流分量，分别进行控制，从而实现转矩的高精度控制。与 V/F 控制比较，矢量控制的优势（ 1）低频转矩特性优秀（ 2）动态响应特性好，能快速响应负载的变化（ 3）速度控制精度高，能实现高精度的同步控制（ 4）能进行直接转矩控制， 无 PG反馈转矩控制精度高， 实现低成本的张力控制8.3 主要技术输出频率范围： 0.00 600.00Hz；速度控制方式： SVC、VC、 V/F 控制、转矩控制；指令通道方式：操作面板、端子控制

17、、远程通讯控制；频率给定方式：数字键盘给定、模拟量给定（电流、电压信号）、脉冲频率给定、远程通讯给定、 PID 闭环给定等。可实现给定的组合和给定方式的相互切换，方便现场调试及复杂工艺的要求；起动转矩大： 0.5Hz/150% (SVC) 、0Hz/180% (VC)；过载能力： 150%额定电流 60s ； 180%额定电流 10s ；调速比： SVC：1： 100，VC： 1： 1000；载波频率范围： 1.0K 16.0KHz；可根据温度和负载特性自动调整；速度控制精度： 0.5%最高速度 (SVC)； 0.1%最高速度 (VC)；自动电压调整（ AVR）：当电网电压变化时，能自动保持输

18、出电压恒定；转矩控制：多种转矩指令设定方式，可实现有PG与无 PG的转矩控制；高速脉冲输入功能：可实现定长控制；停机处理：停机刹车抱闸输出功能；断线故障检测功能：提供数字信号检测与模拟量信号检测方式；提供两套 PID 参数：可依据线速度、半径、运行频率自动调节PID 控制；显示功能：能显示拉丝长度、拉丝线速度，显示范围广；定长自动停车：定长自动停车功能；设计 PID 调节限幅功能：实现同步控制系统平稳起停；同步速增益：方便同步控制的调试；配置卷径计算功能：实现高精度张力卷取控制；卷径复位功能：可通过端子实现工字轮卷径复位；排线电机控制功能：带FDT频率检测8.4 外围配置可编程数字输入： 6

19、路输入，其中 1 路可作高速脉冲输入 (HDI1) ，I/O 卡可扩展 4 路输入； 可编程模拟量输入： AI1 ：010V输入， AI2 ：010V 或 020 mA输入，扩展卡可扩展 2 路输入 (AI3:-10V 10V 输入， AI4 ：010V 或 0 20m A 输入)；可编程开路集电极输出： 1 路输出，扩展卡可扩展 1 路输出（开路集电极输出或高速脉冲输出）；继电器输出： 2 路输出，扩展卡可扩展1 路输出；模拟量输出： 1 路输出，扩展卡可扩展1 路（ 0/4 20mA或 0/2 10V）；提供两种控制电源： +24V，COM； +10V， GND；8.5 可靠性设计全系列独

20、立风道设计 全系列独立风道 散热器安装方式为柜体内、柜体外可选，风扇更换方便，变频器维护简单 极大提高了变频器在拉丝等行业不同的应用环境下长期运行的可靠性、宽电网电压设计 电网输入电压在 -15%15%，变频器可安全运行，用户无须其他处理、18.5KW90KW标准配备直流电抗器 提高输入侧功率因数 提高整机效率及热稳定 有效消除输入侧的高次谐波对变频器的影响，减少对外围的干扰、安全自检功能 变频器上电，系统对软、硬件进行完备的安全自检 系统对功能参数的修改及设置进行安全的钳制，防止用户对功能参数的误设置、超强的保护功能 提供多达 20 多种的保护功能， 可实现变频器、 电机、外围设备的全方位保

21、护 提供故障自动复位功能，方便常规故障的自动排除 内置雷击过流保护装置，有效提高对于感应雷的自我保护功能、标准的制造平台 具有防静电、防腐蚀、防金属粉尘的三防烤漆处理工艺 专业化流水生产线 严格的生产管理制度国产拉丝机拉拔速度理论上能达到7 米 / 秒，但实际上为了保护机器， 每台拉丝机限速最高 4.5 米/ 秒。每台拉丝机共有九个罐体（卷筒），每个罐体直径900mm（进口罐体直径 1200mm）。九台交流电机、九台变频器、九项暴扎（夹紧盘线）、九项模盒组成，其中每个罐体都有控制按钮：罐体联动/ 单动、正传 /反转、启动 / 停止、暴扎放松 / 夹紧、模盒旋转开 / 关、冷却水开 / 关等，罐

22、体的转动是通过电机的链传动工作的， 在机器正常工作时，每个罐体的速度是不一样的，（一罐体转速最低、 九道罐体转速最高） 那么它们的速度是如何改变的呢？那就是靠 PLC 控制的变频调速电控系统来控制的，该系统结构简单、操作方便，简化维护成本，较原来系统节约20%成本， 是基于降低机械成本、提高产品竞争力的设计思想最心新推出的机电一体化高科技产品。 该机使用通用型 PLC 和国产变频器控制， 利用高精度感应式传感器检测各路拉丝过程中的张力大小， 自动控制变频器的输出频率， 实行平稳平滑控制， 增加线材的稳定性和光洁度。 它克服了集线式拉丝机在拉拔过程中存在有不规则的旋转扭力，这种不规则的内应扭力将

23、直接影响了丝的质量， 增加线材的损耗。 本直线式拉丝机电控系统的研制成功，给国内使用与生产拉丝机行业的技术改造和新产品开发闯出了一条新路，不但在工艺上得到了保证， 与以往的直线式拉丝机相比，成本大为下降， 满足工艺要求，适合中国国情，是拉丝机行业的首选机型。8.6 工作原理 :直进式拉丝机是有多个拉拔头组成的小型的连续生产设备，通过逐级拉拔， 可以一次性地把钢丝冷拉到所需的规格，所以工作效率比较高。 但是，由于通过每一级的拉拔后，钢丝的线径发生了变化，所以每个拉拔头工作线速度也应有变化。根据拉模配置的不同， 各个拉拔头的拉拔速度也要变化。拉拔速度的基准是每个时刻通过拉模的钢丝的秒流量体积不变，

24、即使以下公式成立： R2 V1= r2 V2其中 R：进线钢丝的直径V1：进线钢丝的线速度r ： 出线钢丝的直径V2：出线钢丝的线速度直进式拉丝机的各个拉拔头的工作速度就是基于以上的公式，保证各个拉拔头同步运行。但是，以上的说明是基于理想状态的稳态工作过程，由于机械传动的误差以及机械传动的间隙，还有在起动、加速、减速、停止等动态的工作过程中，各个拉拔头就无法保持同步， 所以，现在大多数的直进式拉丝机上都有张力传感器，动态测量各个拉拔头间的钢丝的张力，再把张力转换成标准信号(020mA或010V)，用这个标准信号反馈给调速变频器，变频器用这个信号作闭环PID 过程控制，在主速度上叠加上PID 计

25、算的调整量，保持各个张力检测点的张力恒定，也就保证了直进式拉丝机工作在同步恒张力的工作状态。以深圳龙岗生产的400 型直线式不锈刚拉丝机为例，对该机控制原理加以阐述。本机采用三菱 PLC和星河变频器为控制系统核心，用 9 台变频器分别控制9台交流电动机， 将高精度位移传感器用于8 个卷筒拉拔丝的张力涉取装置, 取人机界面为直观控制。 在充分分析了拉丝机工艺的基础上，着中考虑了以下几个方面对系统的影响：拉丝机启动时，拉拔力较大，随着速度的逐渐增加拉拔力迅速减小，在达到一定的转速后，拉拔力便只有微小增加。原料进丝时，本身会有一些缺陷，表面处理不完全等，这些都将影响拉丝机的稳定性。电机的转差率会由于

26、负载的变化而变化。拉丝过程中最重要的被控量是丝的张力，而断丝和积线是张力变化的两种极端情况，所以只要保证张力在某一范围内变化， 就可保证拉丝机的稳定运行。系统的领航速度是由最后一台拉拔变频器决定的，再根据每道拉模的压缩比与减速比，计算其它每个机台的主给定速度，由于机械上的误差和拉模的磨损，使得给定的参数与实际的数值有一定的差异，这个差异就通过张力臂来纠正。 事实上，张力臂下面连接着一只位置传感器，该传感器测量出张力臂的转动角度，输出一个 010V 的模拟量信号给变频器，变频器再根据设定的位置值（一个相对与 10 V 的百分比值），经过 PID 计算，在输出频率上叠加上一个纠偏量，消除上述的差异

27、。系统中，触模屏作为人机界面，起着人机接口的作用，每道拉模的压缩比，就是通过触模屏输入的， 并且，触模屏还能存储若干套不同的拉模参数， 方便用户快速选择成套拉模参数，而不必每次都要输入参数，方便了用户，提高了效率。触模屏还显示工作中各道拉模的实际工作参数，包括电压、电流、速度等等，在系统出现报警时， 触模屏上及时显示系统故障问题， 以便尽快排除， 使机器尽快正常运行。九、 旋转模盒的设计图1旋转模盒是用来破解其钢绞线在冷拔时的弯曲弹力的，它一共大体可分三个区：旋转区、冷却区、粉盒区。2 冷却区通有循环水，用来降低其模体在拔丝过程中产生的热量，以便延长模体的使用寿命。3 粉盒区装有滑粉，用于润滑

28、，有助于提高拉丝表面光滑度，其中前四道装粗滑料，后四道装细滑料。如下图（粉盒、图A1）4 下面将是旋转模盒各部件的结构简图：（中间轴、图A2 ）（主轴、图A3）（长轴、图A4）（大齿轮；图A5）（齿轮箱、图A6 ）（小齿轮、图A7）（隔套一、图A8）（隔套二、图A9 ）（ 大螺母：图A10）（小螺母：图A11）（轴承套：图A12）（轴承透盖图、A13 ）（轴承端盖、图A14）（骨架密封套：图A15）（支套一：图A16）（支套二：图A17）装配图（图A18）十旋转模盒的改进直线式拉丝机旋转模盒在工作时往往在安装模具时使模具与旋转模盒之间留有空隙，致使在拉丝过程中滑料跟随外流造成滑料浪费，由于模具

29、安装松懈致使冷却水随空隙流入粉盒之中，导致滑料时效，达不到预想效果，如有一种专门安装模具的工具，一方面可以节省换模具时的时间另一方面也可弥补以上缺陷。结论在生产拉丝过程中，有些停车是由于模具造成的，在这段在线实习过程中我总结机器停车有如下几个方面：1. 由于缺少滑料，在拉丝过程中没有润滑剂导致钢绞线在过模具时摩擦力较大致使断裂。2. 循环水循环不畅通，水温过高，钢绞线表面温度过高，达不到冷却效果，导致断裂。3. 模具磨损过大。4. 调频器不能正常工作，导致卷筒不能正常转动。5. 原料不好，导致断裂。谢词首先要感谢，我的母校老师们对我的辛勤栽培与关爱，没有你们的教育我就不能茁壮成长， 其次，要感

30、谢天津轧三金属制品有限公司给我这次实习的机会，让我学习，让我实践，在追求人生的道路上使我不断成长。通过这次毕业设计， 我有很大的收获， 在轧三金属制品有限公司实习的这段时间里， 我学到了很多课本上没有的知识， 安全意识不断增强，做事更加细心，对工作充满了激情，对未来充满了希望， 在成长的道路上当然是需要他人的帮助，需要向优秀的同志学习，在公司有很多学习的榜样，学习的东西也很多，也使我真正的懂得“兴趣是最好的老师” 。如今就业形势较为严峻，使我们即将毕业的大学生身负沉重的压力，但是，在公司，我会将这种压力变为动力，更高、更好的完成自己的本质工作。最后祝愿我的母校明天更加美好！参考文献【 1】戴宝昌 . 重要用途线材制品生产新技术。冶金工业，2001.10 ： 102119【 2】 工艺操作规程（受控文件）控制号： 013 天津冶金