第４６卷 第６期金 属 制 品２０２０年１２月 Ｖｏｌ ４６ Ｎｏ ６ＭｅｔａｌＰｒｏｄｕｃｔｓＤｅｃｅｍｂｅｒ２０２０ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３－４２２６．２０２０．０６．００９
杨高林， 任明刚
（贵州钢绳股份有限公司， 贵州 遵义 ５６３０００）
摘要：原有拉丝设备生产的钢丝不满足市场发展和小规格钢丝绳生产要求，设计ＬＴ２１／２７０翻转式水箱拉丝机，原料钢丝直径１．５０ｍｍ，成品钢丝直径０．４０ｍｍ。根据工艺要求，进线钢丝抗拉强度为１３５０ＭＰａ，成品钢丝线速度为９００．００ｍ／ｍｉｎ。通过计算各道次钢丝抗拉强度、拉拔力和拉拔功率，最终选用电机功率为３０ｋＷ。为了降低噪声和解决拉丝机在传动过程中密封问题，箱体内部采用同步带传动方式。经生产试用，该拉丝机运行平稳，完全可达到设计要求。 关键词：水箱拉丝机；压缩率；抗拉强度；同步带；传动参数
中图分类号：ＴＧ３５５ 文献标识码：Ａ
ＤｅｓｉｇｎｏｆＬＴ２１／２７０ｕｐｓｉｄｅ ｄｏｗｎｗａｔｅｒｔａｎｋｗｉｒｅｄｒａｗｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ
ＹａｎｇＧａｏｌｉｎ，ＲｅｎＭｉｎｇｇａｎｇ
（ＧｕｉｚｈｏｕＷｉｒｅＲｏｐｅＩｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄＣｏｍｐａｎｙ，Ｚｕｎｙｉ５６３０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｔｅｅｌｗｉｒｅｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｏｒｉｇｉｎａｌｗｉｒｅｄｒａｗｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｃａｎｎｏｔｍｅｅｔｃｈａｎｇｅｏｆｍａｒｋｅｔａｎｄｓｍａｌｌｄｉａｍｅｔｅｒｗｉｒｅｒｏｐｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．ＬＴ２１／２７０ｕｐｓｉｄｅ ｄｏｗｎｗａｔｅｒｔａｎｋｗｉｒｅｄｒａｗｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｗｈｉｃｈｉｓｍａｉｎｌｙｕｓｅｄｆｏｒｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｆｉｎｉｓｈｅｄｓｔｅｅｌｗｉｒｅｄｉａｍｅｔｅｒ０．４０ｍｍｗｉｔｈｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｄｉａｍｅｔｅｒ１．５０ｍｍｓｔｅｅｌｗｉｒｅ，Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｐｒｏｃｅｓｓｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｔｈｅｉｎｃｏｍｉｎｇｗｉｒｅｓｔｒｅｎｇｔｈｉｓ１３５０ＭＰａ，ｔｈｅｆｉｎｉｓｈｅｄｗｉｒｅｓｐｅｅｄｉｓ９００．００ｍ／ｍｉｎ．Ｂｙｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｓｔｅｅｌｗｉｒｅｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｄｒａｗｉｎｇｆｏｒｃｅａｎｄｄｒａｗｉｎｇｐｏｗｅｒｏｆｅａｃｈｐａｓｓ，ｔ
仿呢料ｈｅｆｉｎａｌｍｏｔｏｒｐｏｗｅｒｉｓ３０ｋＷ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅｄｕｃｅｎｏｉｓｅａｎｄｓｏｌｖｅｓｅａｌｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｏｆｗｉｒｅｄｒａｗｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｉｎｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ，ｃａｂｉｎｅｔａｄｏｐｔｓｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｂｅｌｔｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｍｏｄｅ．Ａｆｔｅｒｔｒｉａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｗｉｒｅｄｒａｗｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｍｅｅｔｓｄｒａｗｉｎｇｓｐｅｅｄｏｆｆｉｎｉｓｈｅｄｓｔｅｅｌｗｉｒｅ，ｒｕｎｎｉｎｇｓｍｏｏｔｈｌｙ，ａｎｄｃａｎｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙｍｅｅｔｄｅｓｉｇｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗａｔｅｒｔａｎｋｗｉｒｅｄｒａｗｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ；ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｒａｔｉｏ；ｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈ；ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｂｅｌｔ；ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒ
钢丝拉拔设备主要有滑轮式拉丝机、直进式拉丝机和水箱拉丝机等。根据生产经验，对生产直径０．６ｍｍ以下小规格钢丝，水箱拉丝机具有结构紧凑，占地面积小，钢丝拉拔密集度较高，在整个拉拔过程中钢丝浸泡在润滑液里，钢丝冷却较好，在拉拔时钢丝不会出现扭转等优点，特别适合高速小规格钢丝生产。根据公司生产和市场需求，设计ＬＺ２１／２７０翻转式水箱拉丝机，以满足小规格钢丝生产的需要。
１ 设计要求
钢框胶合板模板
拟设计的翻转式水箱拉丝机用于拉拔原材料直径１．５０ｍｍ，抗拉强度１３５０ＭＰａ的钢丝。成品钢丝直径为０．４０ｍｍ，收线速度９００．００ｍ／ｍｉｎ。
钢丝拉拔工艺路线： １．５０－１．４２－１．３３－１．２５－１．１７－１．１０－１．０３－０．９７－０．９１－０．８５－０．８０－０．７５－０．７０－０．６６－０．６２－０．５８－０．５４－０．５１－０．４８－０．４５－０．４２－０．４０ｍｍ。
２ 设计参数的确定
根据设计要求和拉拔路线，进行相应的工艺、设备参数计算［１－３］，主要有各道次压缩率、各道次拉拔速度、各道次抗拉强度、各组塔轮直径、各道次塔轮（塔轮轴）转速、钢丝各道次拉拔力、钢丝拉拔功率等的计算。
２．１ 计算各道次压缩率
钢丝各道次压缩率计算如下，
ｑ
ｉ
＝（ｄ
ｉ－１
２－ｄ
ｉ
２）／ｄ
ｉ－１
２×１００％，（１）
式（１）中：ｑ淋幕机
ｉ
—拉拔第ｉ道次时的压缩率；ｄ
ｉ
—
拉拔第ｉ道次前的钢丝直径，ｍｍ；ｉ—钢丝拉拔所在的拉拔
第６期杨高林，等：ＬＴ２１／２７０翻转式水箱拉丝机设计
道次；当原料钢丝直径１．５０ｍｍ，第１道次拉拔后的钢丝直径ｄ１＝１．４２ｍｍ时，ｑ１＝１０．３８２％。根据公式依次可计算出各拉拔道次钢丝的压缩率。２．２ 计算各道次拉拔速度
根据钢丝在拉拔前后体积不变可得
１／４πｄｉ－１２×Ｖｉ－１＝１／４πｄｉ２
×Ｖｉ
，（２）
式（２）中：Ｖｉ—拉拔第ｉ道次时的拉拔速度，ｍ／ｍｉｎ；π－
圆周率。当ｄ２１＝０．４０ｍｍ，ｄ２０＝
０．４２ｍｍ，收线速度为Ｖ２１＝９００．００ｍ／ｍｉｎ时，Ｖ２０＝（ｄ２１２×Ｖ２１）／ｄ２０２
＝
８１６．３３ｍ／ｍｉｎ。根据公式依次可计算出其他道次钢丝的拉拔速度。
钢管扩口机２．３ 计算各道次拉拔强度
钢丝拉拔后的抗拉强度
σｂｉ＝σｂ（ｉ－１）×ｄｉ－１／ｄ槡ｉ，（３）式（３）中：σｂｉ—拉拔第ｉ道次时的抗拉强度，ＭＰａ；当原料钢丝的抗拉强度σｂ０＝１３５０ＭＰａ，则σｂ１＝槡１３５０×１．５０／１．４２≈１３８８ＭＰａ。同理可计算出其他道次钢丝拉拔后的抗拉强度。２．４ 计算各组塔轮直径
因为成品塔轮６与牵引轮的直径相等（即Ｄ６＝２７０．０ｍｍ），根据各道次的压缩率和拉拔钢丝线速度分别计算出各塔轮的直径Ｄｉ。塔轮１：Ｄ１＝７７．０ｍｍ；塔轮２：Ｄ２＝９９．５ｍｍ；塔轮３：Ｄ３＝１２８．５ｍｍ；塔轮４：Ｄ４＝１６６．０ｍｍ；塔轮５：Ｄ５＝２１４．５ｍｍ；塔轮６：Ｄ６＝２
７０．０ｍｍ。２．５ 计算各道次塔轮（塔轮轴）转速
根据钢丝在拉拔前后的线速度，得等式薯片加工设备
［４］
：πＤｉ×ｎｉ＝１０００Ｖｉ
，（４）
式（４）中：Ｄｉ
—拉拔第ｉ道次时的塔轮直径，ｍｍ；ｎｉ—拉拔第ｉ道次时的塔轮（塔轮轴）转速，ｒ／ｍｉｎ；当Ｄ２１＝２７０．０ｍｍ，Ｖ２１＝９００．００ｍ／ｍｉｎ时，ｎ２１＝
１０００Ｖ２１／（π·Ｄ２１
）＝１０６１．０３ｒ／ｍｉｎ。同理依次可计算出其他道次塔轮（塔轮轴）的转速。２．６ 计算钢丝各道次拉拔力
钢丝各道次拉拔力
Ｆｉ＝０．６·σｂ（ｉ－１）×ｄｉ－１２
×ｑ槡
ｉ，（５）
式（５）中：Ｆｉ—拉拔第ｉ道次时的拉拔力，Ｎ；则：Ｆ１＝５８７．２２８Ｎ。同理依次可计算出其他道次钢丝的拉拔力。２．７ 计算钢丝拉拔功率
钢丝拉拔功率计算采用公式，Ｐｉ×（６０×１０００）＝Ｆｉ·Ｖｉ
，（６）式（６）中：Ｐｉ—拉拔第ｉ道次时的拉拔功率，ｋＷ；当Ｆ１＝５８７．２２８Ｎ，Ｖ１＝７１．４１ｍ／ｍｉｎ时，Ｐ１
≈０．７０ｋＷ。同理依次可计算出其他道次钢丝的拉拔功率Ｐｉ
。于是得到该翻转式水箱拉丝机的总拉拔功率：
Ｐ总＝∑２１
ｉ＝１
Ｐｉ
，（７）
式（７）中：Ｐ总—拉拔总功率，ｋＷ；计算后得，Ｐ总≈２２．２０ｋＷ。考虑到同步带箱传动的机械效率，取
η＝９５％，则可得到设计功率为Ｐ设＝Ｐ总÷９５％＝２３．３７ｋＷ。
为了适应不同规格、不同强度钢丝的生产和钢丝在拉拔过程中存在拉丝模孔磨损变大等现象，选用电机功率为３０ｋＷ，４极电机即满足该产品的生产需要。ＬＴ２１／２７０拉丝机拉拔过程参数计算结果见表１。
表１ ＬＴ２１／２７０拉丝机拉拔过程参数计算结果
Ｔａｂｌｅ１ ＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｏｆｄｒａｗｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆＬＴ２１／２７０ｗｉｒｅｄｒａｗｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ
拉拔道次
钢丝直径／ｍｍ压缩率／％
拉拔速度／（ｍ·ｍｉｎ－１
）
钢丝抗拉强度／ＭＰａ
拉拔力／Ｎ拉拔功率／ｋＷ
０１．５０６４．００１３５０１１．４２１０．３８２７１．４１１３８８５８７．２２８０．７０２１．３３１２．０１６８１．１７１４３４５８１．８８８０．７９３１．２５１２．０１６９２．２５１４７９５２９．０１８０．８１４１．１７１２．０１６１０４．８５１５２９４８０．１２８０．８４５１．１０１２．０１６１１９．１７１５７７４３６．６３４０．８７６１．０３１２．０１６１３５．４４１６２９３９６．２０８０．８９７０．９７１２．０１６１５３．９４１６７９３６０．２１００．９２８０．９１１２．０１６１７４．９６１７３３３２６．５７９０．９５９
０．８５
１２．０１６
１９８．８６
１７９３
测试探针２９６．６５０
０．９８
·
３３·
金 属 制 品第４６卷
续表１拉拔道次钢丝直径／ｍｍ压缩率／％拉拔速度／（ｍ·ｍｉｎ－１）钢丝抗拉强度／ＭＰａ拉拔力／Ｎ拉拔功率／ｋＷ１００．８０１２．０１６２２６．０１１８４８２７０．０４３１．０２１１０．７５１２．０１６２５６．８８１９０９２４４．８８４１．０５１２０．７０１２．０１６２９１．９６１９７６２２２．５２５１．０８１３０．６６１２．０１６３３１．８３２０３５２０２．６６０１．１２１４０．６２１２．０１６３７７．１５２０９９１８３．６３４１．１５１５０．５８１２．０１６４２８．６５２１７０１６６．６８４１．１９１６０．５４１２．０１６４８７．１９２２４９１５１．６１６１．２３１７０．５１１２．０１６５５３．７３２３１４１３８．２５５１．２８１８０．４８１２．０１６６２９．３５２３８５１２５．１５９１．３１１９０．４５１２．０１６７１５．２９２４６３１１３．４９９１．３５２００．４２１２．３７７８１６．３３２５５０１０４．６３６１．４２２１０．４０９．２９７９００．００２６１２８２．２７４１．２３
３ 结构设计
考虑水箱拉丝机的工作特点，为了便于操作，设计时将水箱箱体和拉拔传动箱进行分体设计，并将拉拔传动箱两端通过轴承座进行翻转。为确保翻转方便和减轻操作工的劳动强度，翻转箱增设有配重。当操作工在穿线配模时，通过搬动手柄，翻转箱处于水平位置，此时各塔轮与液面分开脱离液面，以确保操作工操作方便。当水箱拉丝机工作时，搬动手柄，翻转箱处于竖立位置，此时各塔轮浸没在水箱液面下，以确保拉拔钢丝润滑和冷却良好。水箱拉丝机主机结构示意图如图１
所示。
ａ
）塔轮轴水平时
ｂ）塔轮轴竖立时
图１ 水箱拉丝机主机结构示意图
Ｆｉｇ．１ Ｄｉａｇｒａｍｏｆｍａｉｎｅｎｇｉｎｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｗａｔｅｒｔａｎｋｗｉｒｅｄｒａｗｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ
为了降低噪声和解决拉丝机在传动过程中密封
问题，拉拔箱体传动采用联组窄Ｖ带加同步带传动
方式，即电机通过联组窄Ｖ带带动拉拔箱体输入
轴，输入轴带动拉拔箱体内部同步带传递各塔轮轴
转动，以实现钢丝的逐级拉拔。
４ 结语
ＬＴ２１／２７０翻转式水箱拉丝机投产使用，解决了
成品直径０．４０ｍｍ小规格钢丝的生产，质量合格，
运行稳定，达到了设计目标，投入使用后效果良好，
满足了公司小规格钢丝绳生产的需要，ＬＴ２１／２７０翻
转式水箱拉丝机已在公司推广使用。
参考文献
［１］ 潘志勇，邱煌明．钢丝绳生产工艺［Ｍ］．长沙：湖南大
学出版社，２００８．
［２］ 华文渊．钢丝绳生产［Ｍ］．北京：冶金工业部技工学校
教程编审办公室，１９８４．
［３］ 蔡春源．机电液设计手册［Ｍ］．北京：机械工业出版
社，１９９７．
［４］ 徐灏．机械设计手册［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９９１．
（收稿日期：２０２０－０４－２２）
作者简介
杨高林 １９７３年生，贵州钢绳股份有限公司二分厂工程师。
任明刚 １９６９年生，贵州钢绳股份有限公司技术质量部工
程师。
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４
３
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豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
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