太陽(yáng)能硅片用高強(qiáng)切割線水箱拉絲機(jī)之我見(jiàn)

王春武 劉衛(wèi)國(guó)

（中色〈寧夏〉東方集團(tuán)有限公司 寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司，寧夏 石嘴山753000）

0 引言

切割鋼絲是一種高質(zhì)量鍍鋅銅鋼絲，具有穩(wěn)定、均勻、高精度、高強(qiáng)度等眾多特點(diǎn)[1]?？捎糜谇懈罡鞣N高精度硬脆產(chǎn)品，可充當(dāng)多線鋸的磨料載體，用途廣泛，尤其是在太陽(yáng)能硅片切割生產(chǎn)中起到十分關(guān)鍵的作用。水箱拉絲機(jī)由放線機(jī)，拉絲機(jī)，和收線機(jī)組成，使用PLC可編程智能控制系統(tǒng)，可通過(guò)控制面板設(shè)定參數(shù)，按照所需工藝將處理完成的鍍銅中絲拉拔成材并均勻繞卷在工字輪上供應(yīng)客戶。

1 設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成

水箱拉絲機(jī)采用功能單元組合式結(jié)構(gòu)，依次由放線機(jī)、拉絲機(jī)（又稱拉絲主機(jī)或主機(jī)）和收線機(jī)（見(jiàn)圖1）以及電器控制柜組成。

圖1 拉絲機(jī)結(jié)構(gòu)組成

1.1 放線機(jī)

放線機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，因各地線材廠家的不同生產(chǎn)工藝，其結(jié)構(gòu)形式多種多樣，張力積線機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，是為確保恒張力放線，同時(shí)考慮線材在高速拉拔出現(xiàn)空盤斷頭現(xiàn)象，放線端在設(shè)備正常生產(chǎn)停機(jī)時(shí)，應(yīng)有一定的停機(jī)儲(chǔ)線量，儲(chǔ)線量的多少應(yīng)根據(jù)線材生產(chǎn)的線速度而確定[2]。

1.2 拉絲機(jī)

國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能硅片用切割線水箱拉絲機(jī)生產(chǎn)廠，拉絲設(shè)備的平均壓縮率通常為 13.4～14.8%,鋼絲成品壓縮率為 9.5～10.2%,采用 23 道次拉絲機(jī),常見(jiàn)的中間塔輪的分布如圖2。

圖2 塔輪結(jié)構(gòu)圖

通常拉絲機(jī)主機(jī)分為雙主動(dòng)式和單側(cè)被動(dòng)式拉拔兩種種方式，兩種拉拔方式在實(shí)際使用過(guò)程中，各有利弊：對(duì)于雙主動(dòng)式拉拔，模具及塔輪的冷卻采用浸入式，冷卻效果較好，整機(jī)穿線調(diào)整方便，電機(jī)功率可充分利用，但是由于線材要在不等徑塔輪之間進(jìn)行拉拔，故鋼絲的直線性較差；對(duì)于單側(cè)被動(dòng)式拉拔，整機(jī)采用全封閉結(jié)構(gòu)，設(shè)備的環(huán)保性良好，且噪音較低，線材采用等徑塔輪拉拔方式，鋼絲的直線性較好，圈徑易控制,但由于模具及塔輪采用噴淋式，冷卻效果較差，鋼絲與塔輪滑動(dòng)量相對(duì)較大，電機(jī)功率損耗相對(duì)較大。對(duì)于被動(dòng)式拉拔塔輪，塔輪通常采用整體式結(jié)構(gòu)，單片磨損后，需整件更換，而雙主動(dòng)式拉拔的塔輪，通常采用分體式，以便于維修和更換。目前切割鋼絲多采用單側(cè)被動(dòng)式拉拔方式。

1.3 工字輪收線機(jī)

根據(jù)線材加工廠家的不同工藝需要,可提供各種工字輪收線機(jī)，整機(jī)可采用一體式或拉絲機(jī)與張力機(jī)構(gòu)并聯(lián)的方式；工字輪的裝卸采用漲緊套式、機(jī)械雙頂尖式、氣動(dòng)雙頂尖式等結(jié)構(gòu)；工字輪的排線形式可采用光桿排線、絲桿排線、氣動(dòng)排線、伺服排線等，對(duì)于不同的工字輪和線徑可采用等排距和等角兩種方式，采用等角排線時(shí)，用獨(dú)立的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，對(duì)不同的排距可任意設(shè)定，同時(shí)與拉絲機(jī)主機(jī)線速度保持同步。通過(guò)更換配件，可在一臺(tái)收線機(jī)上使用多種工字輪收線。

2 工作原理

水箱拉絲機(jī)是由多個(gè)拉拔頭組成的小型連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備，通過(guò)逐級(jí)拉拔，并將拉拔頭置于水箱中，最后將鋼絲拉到所需的規(guī)格。就國(guó)內(nèi)幾個(gè)主要水箱拉絲機(jī)生產(chǎn)商來(lái)看，一般配置了20個(gè)左右的拉拔頭。通過(guò)每一級(jí)的拉拔后，鋼絲的線徑發(fā)生了變化，所以每個(gè)拉拔頭工作線速度也應(yīng)有變化。在整個(gè)拉拔過(guò)程中，只需要1臺(tái)電動(dòng)機(jī)通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)或齒輪箱來(lái)驅(qū)動(dòng)。根據(jù)拉模配置的不同，各個(gè)拉拔頭的拉拔速度也要變化。拉拔速度的基準(zhǔn)是每個(gè)時(shí)刻通過(guò)拉模的鋼絲的秒流量體積不變，即要使下式成立。πD 2v1＝πd 2v2式中D為進(jìn)線鋼絲的直徑，v1是進(jìn)線鋼絲的線速度，d是出線鋼絲的直徑，v2是出線鋼絲的線速度。水箱式拉絲機(jī)的各個(gè)拉拔頭的工作速度就是基于以上的公式，保證各個(gè)拉拔頭同步運(yùn)行。由于水箱式拉絲機(jī)的拉絲過(guò)程完全通過(guò)機(jī)械軸拉拔完成，并且這些機(jī)械軸是在同一主軸下傳動(dòng)的，因此整個(gè)拉伸系統(tǒng)各級(jí)之間依靠拉伸輪的轉(zhuǎn)速差別和線上張力來(lái)控制同步協(xié)調(diào)工作。

3 電氣控制系統(tǒng)

水箱拉絲機(jī)主機(jī)與收線系統(tǒng)采用變頻調(diào)速控制方法，控制回路采用可靠性、穩(wěn)定性高的SIEMENS PLC編程控制，整機(jī)拉絲和收線采用全交流變頻控制系統(tǒng)，排線采用伺服控制系統(tǒng)，硬件上配備變頻器，可編程控制器（PLC），觸模屏(HMI)及電子計(jì)數(shù)開(kāi)關(guān)，PLC高速脈沖捕捉，計(jì)米精度控制在 0.1%以內(nèi)，在每一臺(tái)電控系統(tǒng)中安裝通訊接口，通過(guò)PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，將每臺(tái)設(shè)備的PLC以太網(wǎng)模塊組成工業(yè)以太網(wǎng)。 鋼絲在拉拔過(guò)程中，乳化液的溫度通常應(yīng)低于 38±2℃，因此對(duì)于水箱中的乳化液通過(guò)控制流量調(diào)節(jié)大小,整機(jī)具有正常和快速停車，預(yù)置速度和定長(zhǎng)，數(shù)字加減速，故障報(bào)警及張力自動(dòng)跟蹤等功能[3]。

4 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展趨勢(shì)

水箱拉絲機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)為高速、低噪音、低能耗等[4]。目前國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)能硅片用切割鋼絲水箱拉絲機(jī)主要有以下幾種類型：

4.1 翻轉(zhuǎn)式水箱拉絲機(jī)

此種類型的水箱拉絲機(jī)，塔輪傳動(dòng)模式有皮帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)兩種，各有優(yōu)缺點(diǎn)，高速運(yùn)行時(shí)帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,傳動(dòng)平穩(wěn)無(wú)噪聲,能緩沖、吸振，但不能保證精確的傳動(dòng)，齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)是能保證瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定,平穩(wěn)性較高,傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，但成本高，高速運(yùn)轉(zhuǎn)噪音大，目前國(guó)內(nèi)兩種形式均有使用，對(duì)于水箱拉絲機(jī)調(diào)車中最難的是成品模前后三點(diǎn)一線的調(diào)節(jié)，設(shè)備結(jié)構(gòu)形式最好的是將牽引輪設(shè)計(jì)在成品模后的過(guò)線輪處，并取消此處過(guò)線輪，降低了調(diào)車難度，三點(diǎn)一線的對(duì)中性好，翻轉(zhuǎn)式水箱拉絲機(jī)為傳統(tǒng)的水箱拉絲機(jī)，此種結(jié)構(gòu)應(yīng)用的最廣。

4.2 雙聯(lián)式水箱拉絲機(jī)

此種類型的水箱拉絲機(jī)，將兩臺(tái)拉絲機(jī)的主機(jī)潤(rùn)滑液水箱制作在一起，潤(rùn)滑液共用，兩臺(tái)主機(jī)機(jī)架制作在一起，并且15臺(tái)左右雙聯(lián)式水箱拉絲可以連體安裝，設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是占地面積小，連體后設(shè)備的振動(dòng)小，收線頂針通用性好，采用彈性裝卡，對(duì)于NTC,BS200工字輪均適用；設(shè)備的缺點(diǎn)塔輪直徑小，鋼絲的內(nèi)應(yīng)力增大，增加成品鋼絲圈徑調(diào)整的困難。

4.3 立式水箱拉絲機(jī)

此類型拉絲機(jī)不需翻轉(zhuǎn)，主機(jī)操作口處設(shè)有折疊密封門，穿絲前將潤(rùn)滑液放凈，穿絲時(shí)將折疊門打開(kāi)，穿絲之后將折疊門關(guān)閉，注入潤(rùn)滑液后開(kāi)機(jī)進(jìn)行拉拔，并且塔輪、成品模和牽引輪均在一個(gè)平面，調(diào)車時(shí)三點(diǎn)一線的調(diào)節(jié)非常簡(jiǎn)單，此類型水箱拉絲機(jī)占地面積小，穿絲簡(jiǎn)單，噪音小振動(dòng)小，但設(shè)備造價(jià)高，塔輪直徑小，鋼絲的內(nèi)應(yīng)力增大，增加成品鋼絲圈徑調(diào)整的困難，比較成熟進(jìn)口此類型水箱拉絲機(jī)的價(jià)格是國(guó)產(chǎn)的翻轉(zhuǎn)式水箱拉絲機(jī)兩倍以上。

5 結(jié)束語(yǔ)

在光伏領(lǐng)域，水箱拉絲機(jī)設(shè)備的不斷地升級(jí)改造，高強(qiáng)度鋼絲通過(guò)拉拔絲徑越來(lái)越小，縮小了硅片厚度并降低了切割過(guò)程中的材料損耗，從而減少了光伏用硅材料消耗量。 選擇水箱拉絲機(jī)時(shí)要根據(jù)自身工藝的選擇，地理環(huán)境的特點(diǎn)，綜合各類型設(shè)備優(yōu)缺點(diǎn)，選擇合適的水箱拉絲機(jī)，才可取得理想的效果。

［1］毛可勇.切割鋼絲發(fā)展方向及生產(chǎn)注意事項(xiàng)探討[C]//紀(jì)念《金屬制品》創(chuàng)刊40周年暨2012年金屬制品行業(yè)技術(shù)信息交流會(huì)論文集.2012,45-46.

［2］李輝.多功能智能化高速水箱拉絲機(jī)[C]//金屬制品新技術(shù)新工藝新裝備會(huì)議論文.2006,51-52.

［3］姜錫嘏,安鐵.水箱拉絲機(jī)的研究與開(kāi)發(fā)[J].金屬制品，2001(3)：27.

［4］王自森.拉拔時(shí)發(fā)熱現(xiàn)象的探討[J].金屬制品，2005，31（4）：14-15

［5］蔣克昌.鋼絲的拉拔技術(shù)[M].北京：輕工業(yè)出版社，1984：35.