高速线材厂吐丝机吐圈过程分析及圈形保证

高速线材厂吐丝机吐圈过程分析及圈形保证

摘要：吐丝机是高速线材生产的关键设备之一，吐丝的好坏直接影响高速线材的实物质量。本文从吐丝机的吐丝原理入手，分析了吐丝过程的主要数据及吐丝圈形不稳定的原因，并对如何保证圈形质量提出了方案。

关键词：吐丝原理、吐丝机、吐丝盘、吐丝管、圈形、夹送辊、精轧机

1、前言

高速线材轧机一般是指最大轧制速度高于40m/s的线材轧机，是冶金技术、电控技术和机械制造技术的综合产物，在高速线材生产线上，线材在经过轧制后，需要通过吐丝机吐丝成圈，才能完成由直线状线材向盘卷的转化。

吐丝机是高速线材生产的关键设备之一，也是制约高速轧机进一步提速的一个重要瓶颈，吐丝的好坏直接影响高速线材的实物质量。吐丝机以其特殊形状的结构与一定的转速配合，把高速运动的直现状线材变成圈型稳定、间距均匀的线圈。随着线材轧制速度和产量的提高，对吐丝机的要求也越来越高，因此许多高速线材生产企业在生产中都会出现因吐丝圈不稳定，而影响到产品质量和生产顺行。

2、吐丝原理

2.1吐丝机的结构

高速线材厂吐丝机为卧式结构，位于精轧机后控制冷却线的水冷箱与冷控辊道之间。吐丝机由传动装置、空心轴、吐丝盘、吐丝管、锥齿轮等零部件组成。吐丝机由一台电机驱动，通过齿轮箱内一对锥齿轮啮合带动空心轴旋转，吐丝管安装在吐丝盘上，吐丝盘与空心轴通过螺栓连接，吐丝机的结构（如图1所示）。

图表 1

2.2吐丝机吐丝过程分析

吐丝机工作时，通过吐丝机前的夹送辊由吐丝机入口导管送入吐丝机的空心轴内，空心轴带动吐丝盘和吐丝管一同旋转，使进入空心轴内的线材通过旋转的吐丝管沿着吐丝管出口圆周切线方向吐出线圈，并平稳的倾倒在风冷辊道上，形成连续不断的线圈。

线材通过高速旋转的吐丝管时，受到吐丝管管壁的正压力、滑动摩擦力、精轧机和夹送辊的推力、自身的离心力的作用下，随着吐丝管的形状逐渐弯曲变形，有直线运动逐渐弯曲，并在吐丝管出口达到所要求的曲率，形成螺旋线圈，均匀平稳的成圈吐出。

3、吐丝机常见故障及问题

(1)甩尾，线材尾部经吐丝机吐出时易出现线圈紊乱、成圈不圆，大小不均、排列不齐，甩尾幅度随轧制速度提高而越趋严重。

(2)吐圈不圆，吐丝机开始吐圈后，部分圈形不好或吐丝的圆度不够，导致控冷轨道和集卷站经常发生堆钢、卡钢影响生产正常进行。

(3)吐丝左右摆动，在吐丝的过程中，出现吐出线圈左右摆动的现象，在一定程度上增加集卷难度，并严重影响盘卷包装质量。

(4)吐丝管寿命短，吐丝管使用寿命短不但会增加生产成本，严重时吐丝管壁还会被摩穿，发生堆钢事故。

(5)振动，由于吐丝机是高速旋转设备，因此振动也是吐丝机比较常见的故障之一。振动使支撑轴承易受冲击载荷而损坏，使用寿命缩短，设备固定基础被

压碎，固定螺栓易断，吐丝盘变形。备件费用增加，使用周期短，影响产量，甚至人身安全。

4、吐丝机吐圈主要参数分析

根据对吐丝机原理的分析，影响吐丝机吐圈质量的因素主要包括吐丝管的曲线，精轧机、夹送辊、吐丝机的速度匹配。

4.1吐丝管的空间曲线

吐丝管曲线可分成三部分：（1）导入部分：为保证线材在进入吐丝管变形部分前充分进入吐丝管，减小变形受力引起的轨迹偏移。（2）变形区：吐丝管的中间段是按阿基米德螺旋线展开（如图2所示）。

图表 2 螺旋线从回转轴线方向开始，并且与回转轴线法向平面的夹角由90°逐渐减少，到螺旋线末端吐丝管出口处α=1.6°~1.9°，吐丝管轴线上各点到回转轴的距离，即该点的回转半径R逐渐增大，出口段一定范围内R=R

。

4.2线材对吐丝管的相对速度

图表 3

在连续工作条件下，线材进出吐丝管遵守秒流量相等原理，故线材在吐丝管中的速率均为V ，方向为沿相应点的吐丝管的切线方向。由于吐丝管喂螺旋曲线方向是变化的，线材相对吐丝管速度的分量也随吐丝管的方向变化（如图3所示）。根据吐丝管螺旋曲线计算。

线材相对吐丝管的速度V 分解为轴向V X 、切向V Y 、径向V Z ，设回转轴法向

上的速率为V B 。

22222X B z y x B V V V V V V +=++=

设X 为线材速度V 与吐丝机回转轴法向平面的夹角，则

x V V X sin =

x V V B cos =

吐丝管出口处线材对吐丝管的轴向速度分别为

)9.1~6.1sin(00V V XO =

)9.1~6.1cos(00V V BO =

因为B x V B V V B Y sin cos sin ==

B x V B V V B Z cos cos cos ==

所以)9.1~6.1cos(0cos )9.1~6.1cos(00o o YO V V V ==

0sin )9.1~6.1cos(00V V ZO =

吐丝管沿着线材吐出的相反方向旋转，由于只作定轴的圆周运动，所以吐

丝管上各点只有其所在圆周的切向速度ωR Y Y ='（R 为相应各点的回转半径，

ω为吐丝机的回转角速度）。

得出结论吐丝管各点相对吐丝管的轴向速度X V 、径向速度Z V 均为0。 由于吐丝机出口0R R =，故ω0'0R Y Y =

4.3线材相对地面的速度

根据矢量合成原则，线材对地的速度地V 等于线材对吐丝机的速度V 与吐丝

机对地速度'V 的矢量和。

→

→→→→=+=+=X X X X X V V V V V 0'

地 ωR V V V V Y Y Y Y +=+=→

→→→'地

→→→→=+=Z Z Z Z V V V V '地

X V 地、Y V 地、Z V 地为线材对地速度地V 的轴向分量、切向分量与径向分量，在吐丝管出口处，线材相对地面的速度为：

)9.1~6.1sin(00V V XO =地

0Z =O V 地

ω000'Y )9.1~6.1cos(R V V V V YO YO O +=+=地

5、吐丝机吐圈不稳的因素及影响

5.1吐丝管的原因

（1）吐丝管在加工过程中成形不好或安装时位置不当，将会吐丝管空间曲线和线材运行轨迹的改变，线材在吐丝管内的速度及受力都将改变，而且将大大降低吐丝管使用寿命；

（2） 吐丝管内壁产生的磨损，使线材在吐丝管内的运行轨迹发生变化，造成圈形变差，严重时还会造成吐丝盘偏心吐丝机振动值增大。根据经验，一根吐丝管应使用与不同规格的线材生产，从而在保证吐圈达到一定的整齐度时，并大大降低生产成本。