张仕翔 吴彦钊
柳州欧维姆机械股份有限公司，广西 柳州 545005）
摘要：由于运输的需要，预应力钢绞线需成盘运输，到场使用时，需进行放线及计米裁断。采用该工艺方法，能够实现长距离钢绞线的自动放线及精确长度控制，准确裁取所需长度，提高放线效率，提高放线裁断准确性，解决了长距离放线裁断测量的准确性不高问题，可实现送线精度0.01%，放线长度在1~500米长度钢绞线的送线及裁断。
关键词：双重方式尺寸控制；自动落料；无线信号传输。
Automatic winding and length precision control of steel strand
Zhang Shi-xiang Wu yan-zhao
（Technology Division, OVM Machinery Co., Ltd.545005）
Abstract: Because of the need of transportation, the prestressed steel strand needs to be transported in a tray. When it is used in the field, it needs to release the line and meter cutting. The introduction of the technological process, can realize long-distance control accuracy and automatic alignment of the steel strand length, accurately cut the required length, improve the efficiency of pay-off, improve the pay-off cutting accuracy, solved the long steel cutting measurement accuracy is not high, which can realize wire feeding accuracy is 0.01%, the feeding length in 1 ~ 500 m length of steel strand wire feeding and cutting.
Key words: Dual mode size control; Automatic blanking; Wireless signal transmission.
作者简介：张仕翔（1986.02），男，广西柳州人，工程师，柳州欧维姆机械股份有限公司。主攻方向:机械设计制造及自动化
0引言
预应力钢绞线广泛用于预应力混凝土结构中，诸如桥梁、屋架梁、框架梁、大型渡槽、边坡治等工程施工中，钢绞线以成盘方式运输，使用时需进行放线、计米、裁断等操作。由于钢绞线是由多根钢丝绞合构成的钢铁制品，其截面为不规则圆形，采用激光计米，接触式计米方式，误差都难以达到0.1%（见图）。
目前钢绞线使用放线，多采用卷扬机牵引进行拉动方式进行放线，牵引固定繁琐，放线效率低，中间辅助动作多，裁断后难以整理等问题。本文对目前加工方法的局限性作了分析，并对放线节拍进行相关研究，设计出了新的工装以提高此类产品加工的加工效率、精度及便利性。
1.目前钢绞线放线主要存在的难点
1.1.钢绞线长距离放线的计米问题：
因钢绞线本身的截面形状，采用传统计米方式，难以达到精确计米，误差太大。
1.2.长距离放线后钢绞线的移动整理问题：
当超过一定长度的钢绞线，若需移动必须再次成盘，要整理整齐更难以实现。
针对以上问题，专门针对钢绞线放线及计米进行了工艺设计。
2.工艺路线设计
2.1.工艺路线：放线及送线-计米裁断-自动落料-收线成盘。
2.2.工艺流程：上料---牵引送线---计米停止送线---裁断---自动落料---加工成盘。
钢绞线为成盘状态，解包后放到放线盘，放线盘通过连杆控制可调缓冲阻力放线盘，并用气动控制急停，通过履带式牵引机拉动钢绞线，牵引机假装编码式计米装置作为第一层计米系统，并把钢绞线送入带槽的放线架，放线架有防止因料长后钢筋线的挠度翘曲的压料结构，在放线架后端加装无线信号传输装置，放线到位到位检测开关把信号通过无线传输装置把信号传到牵引机，牵引机停机，精准控制送线长度，裁断后，对钢绞线进行相关的加工操作后，通过成盘机分段进行收线成盘。完成钢绞线的放线及收盘。
3.生产线规划设计
3.1 生产线工艺布局规划，采用直线式布局，前端推送，前端回收成盘布局（见图1）。
3.2 根据放线速度+操作时间，设置成盘速度，尽量匹配放线及成盘节拍，保持平衡。
3.3 生产线设计年产能≥8000吨。
图1
4.工艺装备及参数设计
4.1 牵引送线
①牵引送线装置。牵引机技术已经广泛运用机械加工行业，该类设备在国内都是很成熟的产品。选择设备主要性能指标有，推送力要克服数百米的钢绞线在料槽内的摩擦力。钢绞线表面粗糙度Ra≤3.2μm，料槽为尼龙材质。
②工艺参数设计：
钢绞线重量1.23kg/m，长L=500m，尼龙摩擦系数μ≈0.2。
线盘直径，线盘+钢绞线重量K=2t，送线速度为80m/min，0~80m/min加速时间为10s，则惯性力F计算如下。
其中m-线盘重量；-线盘转动角加速度：
其中，-角加速度；-正常送线时角速度；=启动时送线角速度
=0.65rad/s；=0rad/s
则：=0.065rad/s
通过计算可知：F=130kg。
因此，牵引机牵引力须＞253kg，选用牵引机时需满足此项条件。
为实现基本计米，在牵引机牵引轮加装编码计米器，通过牵引轮转动直径计算送线长度。
4.2 送线架
①送线架主要为拼焊连接架子，根据钢绞线直径，设计送线槽尺寸，并在送线槽内部安装尼龙作为钢绞线送线时的缓冲保护，同时，考虑钢绞线的柔性，长距离（500m）送线，前端容易出现翘曲，送线槽上方需增加压料结构。
同时，为了保证送线到位的精确控制，在后端加装钢绞线到位感应开关，当钢绞线接触感应开关后，通过无线信号传输器，把信号传输到主控系统，进行停机控制，送线架料槽结构示意图，见图2。
图2
②工艺参数设计：
根据实际生产需求，钢绞线直径为18~19.3mm，为保证钢绞线送线直线度，料槽槽宽及深度为21mm，单边余量为1mm，感应开关选择非接触式的漫反射光电红外开关。
4.3 自动落料
①自动落料结构，为了一次性把送线槽内的钢绞线移出来，靠人力效率非常慢。如果选择气动落料，需要的气缸梳理非常多，且长距离供气，气缸的同步性太差，落料时间很长，无法达到高效，因此，在压料结构上每3m焊接一个隐藏式勾料结构，在把压料结构升起时，一起把钢绞线勾出料送线槽，结构设计如下图2。
为了实现同步把数百米的压料结构托举起来，又不能使用多个气缸作为动力源，因此，设计了连杆结构，使用单个气缸就可以实现压料机构的托举，其结构如下图。
落料结构连杆示意图
②工艺参数设计：
其中，500m压料结构重量为825kg，500m钢绞线重量为615kg。压料机构+钢绞线整体重量为1440kg。
选用缸径200缸径气缸作为动力源，气源气压0.6Mpa，在气缸推力P(N)为：
P(N)=
其中：D-气缸内径(cm)；p-气缸工作压力(MPa)
则气缸推力为：P(N)=1885Kg
根据力的平行四边形法则，画出平面二力合成图如下：
平面二力合成图
其中，F1=1440kg；F2=1885kg。
根据三角函数计算：CD=×F1=720
F=CD/sin48.17°=966kg
受力分析结果示意图
则作用在铰链上的选择力为：
F3=cos48.1°×F
则：F3=645kg，可实现500m压料机构及钢绞线的落料托举。
4.4 成盘收线
进行放线及必要的加工后，需再次收线成盘，便于发往工地进行使用，改造后，放线效率得到很大提升，通过分析目前生产节拍，如下图：
.png)
从上图可知，放线为收线效率达不到要求，因此，收线提速，才能对钢绞线整体效率进行提速，因此，根据钢绞线放线及收线的节拍进行匹配，设计成盘机的效率，以满足放/收线节拍平衡，减少产能浪费，改造后节拍分析如下：
改造后，使用两台成盘机，刚好匹配目前的一条放线生产线节拍，达到平衡，可提高设备有效利用。
4.5 尺寸精度验证
只使用旋转编码器进行放线长度计米控制，未执行双重方式尺寸控制前，进行了对应尺寸放线验证，放线设定长度及实际放线结果如下：
通过数据得出，使用旋转编码器的单方式尺寸控制，尺寸控制精度约在0.2%，难以达到0.01%尺寸精度。
通过增加尾部非接触式的漫反射光电红外开关，形成双重方式尺寸控制，进行了对应尺寸放线验证，放线设定长度及实际放线结果如下：
从数据可看出，采用双重方式尺寸控制后，实际放线尺寸精度基本打的0.01%。
5.结语
该设计通过送线方式进行放线，采用双重方式进行尺寸控制，生产过程自动放线及自动落料，实现了预应力钢绞线的半自动生产，提高了放线效率，提高放线裁取准确性，解决了长距离放线裁断测量的准确性不高的问题。同时，通过对节拍平衡的分析，进行设备匹配，充分利用设备的有效时间进行加工，实现了更高的经济效益。相对现有预应力钢绞线的放线及收线加工能力有较大的提高。
[1]王三民．机械设计计算手册[M]．北京：化学工业出版社，2009.1
作者简介：张仕翔（1986.02），男，广西柳州人，工程师，主攻方向:机械设计制造及自动化