钢丝绳双捻机传动系统配置方法与流程

本发明涉及钢丝绳双捻机传动设计技术领域，具体涉及一种钢丝绳双捻机传动系统配置方法。

背景技术：

钢丝绳双捻机是将一定数量的单根钢丝，按一定的规律缠绕成螺旋状态的钢丝绳。钢丝绳的强度高、自重轻、工作平稳、不易骤然整根折断且工作可靠，是建筑、汽车、石油、矿山、港口、冶金及机械等领域广泛使用的金属制品。因钢丝绳双捻机具有生产效率高、占地面积小、工人操作便捷、产品成绳质量和成品率高等优点，国外早在上世纪末就实现了采用钢丝绳双捻机生产钢丝绳。而在国内因进口钢丝绳双捻机设备价格昂贵，使众多中小型钢丝绳企业望而却步，目前90％以上的企业仍采用传统的管式机在生产钢丝绳。

通过对钢丝绳企业的调研和行业交流情况了解到，制约国产钢丝绳双捻机发展的主要因素是钢丝绳双捻机传动比的设计，基于此问题，对钢丝绳捻制工艺和规格标准进行深入研究，设计出传动比配置合理的钢丝绳双捻机不仅能降低钢丝绳行业的生产制造成本、提高钢丝绳产品品质、实现钢丝绳高速合股设备的国产化，同时还可以满足钢丝绳行业制造装备的升级需求。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种钢丝绳双捻机传动系统配置方法，使用该传动系统配置方法设计出来的钢丝绳双捻机具有能耗低、捻距范围广及残余应力可调可控等优点，使钢丝绳产品品质大幅提高。

为实现上述目的，本发明所设计的钢丝绳双捻机传动系统配置方法，包括如下步骤：

1)根据所生产钢丝绳的规格参数、钢丝绳生产速度v校核股绳在合股运行中的失稳力f；

2)当失稳力f小于钢丝绳放线张力f时，结合收线摇篮内校值器、减速箱、过捻器及排线器布局所需的最小空间占用尺寸，来修正飞轮盘跨距和飞轮盘回转半径，得到飞轮盘修正后跨距b’和飞轮盘修正后回转半径r’；

3)根据所生产钢丝绳生产速度v、收线扭矩n计算钢丝绳双捻机所需电机的配制功率w；

4)根据所生产钢丝绳生产速度v、捻距t计算飞轮转速n；

5)确立电机至两根飞轮轴采用主传动轴过渡联接，电机到主传动轴为一级带轮传动，主传动轴通过相同传动比的一级带轮传动分别与两根飞轮轴连接，且其中第一根飞轮轴到减速箱输入端为第一级带轮传动；

根据电机的额定转速n1和飞轮转速n计算出电机至主传动轴、主传动轴至第一根飞轮轴的传动比i＝n1/n；当n>n1>900r/min时，电机到主传动轴的带轮传动采用减速传动，主传动轴到飞轮轴的带轮传动采用增速传动，当n1>900r/min>n时，电机到主传动轴的带轮传动和主传动轴到飞轮轴的带轮传动均采用减速传动；

6)确立第一根飞轮轴到减速箱牵引输出端为五级传动，其中，第一级传动与步骤5)中的第一级带轮传动共用带轮传动，第二级传动至第五级传动均为齿轮传动，且第五级传动采用可变速比的齿轮方式传动；

根据捻距t、牵引轮直径d1、输入转速na计算出减速箱牵引输出端传动比ia＝(na·t)/(π·d1)，捻距t为10～40mm；

7)确立第一根飞轮轴到减速箱过捻输出端为二级带轮传动，其中，第一级传动与步骤5)中的第一级带轮传动共用带轮传动，第二级传动采用带轮传动，且减速箱过捻输出端与过捻器采用可变速比的带轮方式传动；

根据输入转速na、过捻输出轴转速nb，计算减速箱过捻输出端传动比ib＝na/nb，减速箱过捻输出端传动比为0.3～1.2；

8)确立第一飞轮轴到减速箱收线输出端为八级传动，其中，第一级传动与步骤5)中的第一级带轮传动共用带轮传动，第二级传动至第五级传动分别与步骤6)中第一根飞轮轴到减速箱牵引输出端的第二级传动至第五级传动共用齿轮传动，第六级传动至第七级传动均为齿轮传动，第八级传动为带轮传动与差速器；

根据输入转速na、钢丝绳生产速度v、收线工字轮外径d，计算减速箱收线输出端传动比ic＝na·v/(π·d)。

进一步地，所述步骤1)中，所述所生产钢丝绳的规格参数包括钢丝绳直径、线密度。

进一步地，所述步骤1)中，失稳力的计算公式为：

其中，b为飞轮盘预设跨距、a为弧形系数、d为钢丝绳单位长度离心力、p为修正力、r为飞轮盘预设回转半径；x飞轮盘跨距的坐标值。

进一步地，所述飞轮盘预设跨距b为飞轮盘预设回转半径r的1.5～1.8倍，飞轮盘预设回转半径r为收线工字轮直径的1.8～2.0倍，弧形系数a不超过0.5。

进一步地，所述步骤3)中，电机的配制功率计算公式为：

其中：j1为主传动轴转动惯量、j2为飞轮轴转动惯量、ε1为主传动轴角加速度、ε2为主传动轴角加速度、ε3为主传动轴角加速度、r’为飞轮盘修正后回转半径、m为飞轮盘质量、t为加速时间、f为钢丝绳放线张力、v为钢丝绳生产速度、n为收线扭矩、r为收线工字轮底径、k为功率损耗修正系数。

进一步地，所述功率损耗修正系数k的取值范围为1.3～1.8。

进一步地，所述步骤4)中，飞轮转速n计算公式为n＝v/(2t)。

进一步地，所述步骤6)中，根据捻距t的取值计算减速箱牵引输出端传动比，从而确定可变速比的齿轮方式传动中齿轮a的齿数za和齿轮b的齿数zb。

进一步地，根据减速箱过捻输出端传动比的取值，确定可变速比的带轮方式传动中带轮齿数z1和z2。

进一步地，所述步骤8)中，收线输出端传动比的范围需满足1.05<ic<1.2。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明的钢丝绳双捻机传动系统配置方法能充分优化传动装置的结构，减少传动级数，提高钢丝绳双捻机的生产效率和产品质量，降低能耗。

附图说明

图1为本发明钢丝绳双捻机传动系统配置示意图。

图中各部件标号如下：电机1、主传动轴2、飞轮轴3、减速箱4(其中：减速箱牵引输出端4.1、减速箱过捻输出端4.2、减速箱收线输出端4.3)、过捻器5、收线工字轮6、差速器7、第一级带轮传动8、第二级齿轮传动9、第三级齿轮传动10、第四级齿轮传动11、第五级齿轮传动12、第六级齿轮传动13、第七级齿轮传动14、第八级带轮传动15。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示的钢丝绳双捻机传动系统配置方法，如下步骤：

1)根据所生产钢丝绳的钢丝绳直径、线密度及钢丝绳生产速度v校核股绳在合股运行中的失稳力f；

失稳力的计算公式为：

其中，b为飞轮盘预设跨距、a为弧形系数、d为钢丝绳单位长度离心力、p为修正力、r为飞轮盘预设回转半径、x飞轮盘跨距的坐标值；

在计算时，飞轮盘预设跨距b根据经验选取1.5至1.8倍飞轮盘预设回转直径范围内的值进行初步选值计算，即飞轮盘预设跨距b为飞轮盘预设回转半径r的1.5～1.8倍；

a为弧形系数指钢丝绳在飞轮盘之间受离心力作用下形成的稳定圆弧的陡峭层度，一般取值不超过0.5；

由于收线工字轮的直径一般由用户方直接提出，在计算时，飞轮盘预设回转半径r根据经验取1.8至2.0倍收线工字轮直径范围内的值进行初步选值计算，即飞轮盘预设回转半径r为收线工字轮6直径的1.8～2.0倍；

2)当失稳力f小于钢丝绳放线张力f时，结合收线摇篮内校值器、减速箱、过捻器及排线器布局所需的最小空间占用尺寸，来修正飞轮盘跨距和飞轮盘回转半径，得到飞轮盘修正后跨距b’和飞轮盘修正后回转半径r’；

3)根据所生产钢丝绳生产速度v、收线扭矩n计算钢丝绳双捻机所需电机的配制功率w；

电机的配制功率计算公式为：

其中：j1为主传动轴转动惯量、j2为飞轮轴转动惯量、ε1为主传动轴角加速度、ε2为飞轮轴角加速度、ε3为飞轮盘角加速度、r’为飞轮盘修正后回转半径、m为飞轮盘质量、t为加速时间、f为钢丝绳放线张力、v为钢丝绳生产速度、n为收线扭矩、r为收线工字轮6底径(r为用户提供的已知参数)、k为功率损耗修正系数，功率损耗修正系数k的取值范围为1.3～1.8；

4)根据所生产钢丝绳生产速度v、捻距t计算飞轮转速n，飞轮转速n计算公式为n＝v/(2t)；

5)确立电机至两根飞轮轴3采用主传动轴2过渡联接，即电机1到主传动轴2为一级带轮传动，主传动轴2通过相同传动比的一级带轮传动分别与两根飞轮轴3连接，因此，电机1到飞轮轴3之间采用两级传动，两级传动均采用带轮传动，不仅有运行平稳、低噪音、低振动、能缓和载荷冲击的优点，还便于总体结构布局设计；且其中第一根飞轮轴到减速箱输入端为第一级带轮传动8；

根据电机的额定转速n1和飞轮转速n计算出电机至主传动轴、主传动轴至第一根飞轮轴的传动比i＝n1/n；电机至两根飞轮轴采用两级传动，调整传动比保证传动轴转速最高不超过900r/min；当n>n1>900r/min时，电机1到主传动轴2的带轮传动采用减速传动，主传动轴2与飞轮轴3之间的带轮传动采用增速传动，当n1>900r/min>n时，电机1到主传动轴2的带轮传动和主传动轴2与飞轮轴3之间的带轮传动均采用减速传动；

另外，减速箱4内部采用齿轮传动有三级输出，第一级输出为牵引输出、第二级输出为内过捻输出、第三级输出为收线输出，三级输出依次为同轴连接牵引轮，带轮传动连接内过捻器，带轮连接收线，具体传动如步骤6)至步骤8)所示；

6)确立第一根飞轮轴3到减速箱牵引输出端4.1为五级传动，其中，第一级传动与步骤5)中的第一级带轮传动8共用带轮传动，第二级传动至第五级传动均为齿轮传动(即第二级齿轮传动9、第三级齿轮传动10、第四级齿轮传动11、第五级齿轮传动12)，且第五级传动采用可变速比的齿轮方式传动，通过更换可变速比的齿轮方式传动中齿轮a和齿轮b来改变传动比，从而实现多种捻距的变换；

根据捻距t、牵引轮直径d1、输入转速na计算出减速箱牵引输出端传动比ia＝(na·t)/(π·d1)，捻距t为10～40mm；另外，根据捻距t的取值计算减速箱牵引输出端传动比，从而确定可变速比的齿轮方式传动中齿轮a的齿数za和齿轮b的齿数zb；

7)确立第一根飞轮轴3到减速箱过捻输出端4.2为二级带轮传动，其中，第一级传动与步骤5)中的第一级带轮传动8共用带轮传动，第二级传动采用一级带轮传动，且减速箱过捻输出端与过捻器采用可变速比的带轮方式传动，通过更换减速箱4输出端带轮和过捻器5带轮来改变传动比，从而实现内过捻速比的调整；

根据输入转速na、过捻输出轴转速nb，计算减速箱过捻输出端传动比ib＝na/nb，减速箱过捻输出端传动比为0.3～1.2；另外，根据减速箱过捻输出端传动比的取值，确定可变速比的带轮方式传动中带轮齿数z1和z2；

8)确立第一飞轮轴3到减速箱收线输出端4.3为八级传动，其中，第一级传动与步骤5)中的第一级带轮传动8共用带轮传动，第二级传动至第五级传动分别与步骤6)中第一根飞轮轴到减速箱牵引输出端的第二级传动至第五级传动共用齿轮传动(即第二级齿轮传动9、第三级齿轮传动10、第四级齿轮传动11、第五级齿轮传动12)，第六级传动至第七级传动均为齿轮传动(即第六级齿轮传动13、第七级齿轮传动14)，第八级传动为带轮传动(即第八级带轮传动15)与差速器7；

根据输入转速na、钢丝绳生产速度v、收线工字轮外径d，计算减速箱收线输出端传动比ic＝na·v/(π·d)，减速箱收线输出端传动比的范围需满足1.05<ic<1.2，既可满足恒扭矩收线，同时差速器磨损消耗最小。