ЭЛЕКТРОПРИВОД ДЛЯ ПРОКЛАДКИ УТОЧНОЙ НИТИ В БЕСЧЕЛНОЧНЫХ ТКАЦКИХ СТАНКАХ Российский патент 1995 года по МПК H02P7/62 D03D49/44 

Изобретение относится к текстильному машиностроению и может быть использовано в бесчелночных ткацких станках.

Известны устройства для прокладки уточной нити в ткацких станках, содержащие индуктор, прокладчик и источник питания для питания индуктора. В этих устройствах индуктор выполнен в виде соленоида. Источник питания представляет собой конденсаторную батарею. Прокладчик выполняется из ферромагнитного материала или используется промежуточный ферромагнитный элемент "гонок" для приведения в движение прокладчика, выполненного из неферромагнитного материала [1] Разряд конденсаторной батареи через соленоид создает в нем импульс магнитного поля, вследствие чего прокладчик или "гонок", имеющий механическую связь с прокладчиком, втягивается в соленоид, приобретая некоторую скорость. Один из недостатков этих устройств состоит в импульсном характере силового воздействия магнитного поля на прокладчик или "гонок" с прокладчиком, что может приводить к обрыву уточной нити. Другим серьезным недостатком является непостоянство (неоднородность) силы тяги, действующей на прокладчик или "гонок" вдоль всего пути разгона, и вследствие этого низкое значение средней силы тяги по сравнению с ее максимальным значением, завышение требуемого пути разгона и габаритов разгонного устройства, недостаточно эффективное использование в нем электротехнических материалов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для прокладки уточной нити, содержащее многофазный индуктор с ферромагнитным сердечником, прокладчик из электропроводящего немагнитного материала и источник питания индуктора в виде многофазной сети переменного тока. Данное устройство работает по принципу линейного асинхронного двигателя, причем прокладчик является подвижной частью (бегуном) этого двигателя [2] Основным недостатком этого устройства, вытекающим из самого принципа его работы, является реальная возможность нагрева прокладчика вихревыми токами, индуцированными в нем бегущей волной 2 магнитного поля индуктора до относительно высокой температуры, что может вызывать оплавление и обгорание тканей. Другой неустранимый недостаток устройства состоит в неоднородности силы тяги вдоль пути разгона прокладчика. Это связано с присущим линейному асинхронному двигателю свойством, которое заключается в том, что развиваемая им сила тяги при изменении скольжения (т.е. разности скоростей бегущей магнитной волны и прокладчика, отнесенной к скорости магнитной волны) не остается постоянной, но существенно меняется. С другой стороны, величина скольжения в процессе разгона прокладчика изменяется во времени и по пути от единицы до существенно меньшей величины. Это влечет за собой соответствующие изменения силы тяги.

Кроме того, поскольку частота источника питания постоянна (она должна соответствовать максимальному значению скорости, которое необходимо обеспечить), то при подключении к нему обмотки индуктора токи в ней и в прокладчике очень быстро, за малое время переходного процесса возрастают и, соответственно, почти скачкообразно во времени возникает конечная сила тяги, что может приводить к резкому натяжению и обрыву уточной нити.

В основе изобретения лежит задача создать устройство для прокладки уточной нити, обеспечивающее плавный, регулируемый разгон прокладчика и отсутствие его нагрева в процессе разгона.

Решение этой задачи достигается тем, что предлагаемое устройство содержит многофазный индуктор линейного электродвигателя, многофазный источник переменного тока для питания индуктора с регулируемыми частотой тока и напряжением и прокладчик с ферромагнитными тяговыми элементами.

Отличительными от прототипа признаками являются использование в качестве источника питания многофазного источника переменного тока с регулируемыми частотой тока и напряжением, а также использование в конструкции прокладчика ферромагнитных тяговых элементов.

Наличие многофазного индуктора, питаемого от многофазного источника переменного тока с регулируемыми частотой и напряжением, и прокладчика с ферромагнитными элементами в его конструкции, позволяет организовать плавный, регулируемый разгон прокладчика в таком режиме, когда многофазный индуктор и прокладчик с ферромагнитными элементами работают совместно как неподвижная и подвижная части линейного синхронного двигателя.

В многофазном индукторе, питаемом от многофазного источника переменного тока, создается бегущая волна магнитного поля. Ферромагнитные элементы прокладчика втягиваются магнитными силами в области максимальных значений магнитной индукции и при перемещении магнитной волны движутся синхронно вместе с ней. Скорость бегущей магнитной волны пропорциональна частоте питающего тока. Поэтому, плавно повышая частоту тока по некоторому закону, можно осуществлять плавное, регулируемое увеличение скорости бегущей магнитной волны и прокладчика, движущегося синхронно с нею. Этим объясняется необходимость специального источника питания, позволяющего плавно регулировать частоту генерируемого тока, т. е. плавно перестраивать, изменять ее во времени по некоторому целесообразному закону. Так решается первая часть поставленной задачи.

Далее. Поскольку прокладчик движется синхронно с бегущей магнитной волной, скольжение равно нулю и вихревые токи в электропроводящих деталях конструкции прокладчика отсутствуют. Поэтому прокладчик в процессе разгона не нагревается. Так решается вторая часть поставленной задачи.

Как известно, с увеличением частоты питающего тока пропорционально увеличивается индуктивное сопротивление обмотки индуктора, составляющее основную часть полного сопротивления обмотки. Поэтому, если величина напряжения, подводимого к обмотке индуктора, сохраняется постоянной при увеличении частоты, то величины тока и магнитной индукции снижаются. Вследствие этого уменьшаются сила тяги и ускорение прокладчика. Поэтому для сохранения силы тяги на достаточно высоком, желательно постоянном уровне необходимо в процессе разгона прокладчика одновременно с увеличением частоты повышать и напряжение на зажимах обмотки индуктора по закону, соответствующему поставленной здесь цели. Этим объясняется требование к специальному источнику питания о том, что он должен обеспечивать плавное регулирование напряжения, т.е. его плавное изменение на выходных зажимах одновременно с изменением частоты.

В изобретении предлагаются следующие возможные исполнения ферромагнитных тяговых элементов прокладчика:
из магнитомягкого материала;
из магнитотвердого материала, не подвергнутого предварительному намагничиванию;
в виде постоянных магнитов.

В первом случае разгонное устройство работает как реактивный линейный синхронный электродвигатель, во втором случае как гистерезисный линейный синхронный электродвигатель, в третьем как линейный синхронный электродвигатель с постоянными магнитами. В третьем случае для разгона прокладчика могут быть использованы как силы магнитного притяжения, так и силы отталкивания полюсов индуктора и прокладчика. (Свечарник Д.В. Линейный электропривод. М. Энергия, 1979, с. 152).

На чертеже представлена схема устройства.

Она имеет многофазный источник питания (ИП) переменного тока с регулируемыми частотой и напряжением 1, многофазный индуктор для линейного синхронного двигателя 2, прокладчик, в конструкции которого содержится ферромагнитные тяговые элементы 3 и конструктивные элементы из немагнитных материалов 4. Возможно выполнение прокладчика как с несколькими, так и с одним ферромагнитным тяговым элементом (по гомополярной схеме). В последнем случае прокладчик может быть выполнен полностью из ферромагнитного материала.

Электропривод прокладчика работает следующим образом.

Режим работы повторно-кратковременный. Очередной цикл работы начинается при условии нахождения прокладчика в исходной позиции, в начальной части канала индуктора. Если прокладчик стартует из неподвижного состояния, без предварительного ускорения каким-либо механизмом, то источник питания подключается к обмотке индуктора при нулевой частоте тока, т.е. с настройкой на генерацию постоянного тока. Происходит переходный процесс нарастания тока в обмотке до установившегося значения, магнитное поле проникает в ферромагнитные элементы прокладчика. Регулируемый многофазный источник питания позволяет обеспечить такую настройку этого процесса, что в исходной позиции при нулевой частоте тока тяговая сила и резкое натяжение уточной нити не возникают.

По окончании переходного процесса нарастания тока начинается плавный подъем частоты тока и напряжения на зажимах индуктора по закону, определяемому специальным генератором функций в составе регулируемого многофазного источника питания. Вследствие этого бегущая волна магнитного поля также плавно ускоряется. Появляется угол сдвига между осями полюсов бегущей магнитной волны и ферромагнитных тяговых элементов прокладчика. Сила тяги, физически представляющая собой сумму сил притяжения ферромагнитных тяговых элементов прокладчика к движущимся полюсам бегущей магнитной волны, приобретает некоторое конечное значение, и прокладчик разгоняется синхронно с бегущей магнитной волной.

Темп возрастания частоты питающего тока во времени должен быть плавным и возможно более высоким для уменьшения пути разгона и длины индуктора, но в то же время он должен быть ограничен сверху величиной, при которой еще не происходит обрыва уточной нити или выпадения прокладчика из синхронизма.

По окончании разгона прокладчика индуктор отключается от источника питания на время паузы, до запуска очередного прокладчика. Благодаря этому уменьшаются расход электроэнергии и нагрев обмотки индуктора.

Торможение прокладчика может осуществляться произвольным способом (в частности, механическим тормозом-ловителем). В случае дополнения датчиками положения прокладчика для осуществления обратной связи предлагаемый электропривод может использоваться и в режиме торможения прокладчика на конечном отрезке его пути.

Предлагаемое устройство для прокладки уточной нити состоит из частей, разработка и изготовление которых средствами современной техники возможны. Многофазный индуктор широко известен и применяется в конструкциях линейных асинхронных и синхронных двигателей (см. Веселовский О.Н. Коняев А.Ю. Сарапулов Ф. Н. Линейные асинхронные двигатели. М. Энергоатомиздат, 1991, 256 с. Свечарник Д. В. Линейный электропривод. М. Энергия, 1979, 152 с. Ижеля Г.И. Ребров С.А. Шаповаленко А.Г. Линейные асинхронные двигатели. Киев, Технiка, 1975, 136 с.).

Специальный многофазный источник питания переменного тока с регулируемыми частотой и напряжением может быть осуществлен, например, на основе известных схем автономных инверторов (см. Букреев С.С. Головацкий В.А. Гулякович Г.Н. и др. Источники вторичного электропитания. Под ред. Ю.М.Конева. М. Радио и связь, 1983, 280 с.)
В состав регулируемого многофазного источника питания входит задающий генератор, формирующий на выходе напряжение, изменяющееся во время по заданному закону и предназначенное для управления темпом нарастания частоты и напряжения на зажимах многофазного источника. Такие задающие генераторы ("генераторы функций") также могут быть реализованы средствами современной электронной техники (см. Зиборов С.Р. Маригодов В.К. Функциональные преобразователи с дискретным компандированием сигнала. М. Энергоатомиздат, 1988, 144 с.)
Методы изготовления ферромагнитных элементов для прокладчика из электротехнических сталей или специальных сплавов, включая сплавы с редкоземельными элементами, также хорошо отработаны (см. Преображенский А.А. Бишард Е. Г. Магнитные материалы и элементы. М. Высшая школа, 1986, 352 с.)

Использование: в электроприводах бесчелночных ткацких станков. Сущность изобретения заключается в том, что индуктор и прокладчик работают совместно как линейный синхронный двигатель-реактивный, гистерезисный или с постоянными магнитами, что обеспечивает отсутствие нагрева прокладчика в процессе разгона. Плавное повышение скорости бегущей магнитной волны в индукторе и скорости синхронно движущегося прокладчика обеспечивается путем плавного увеличения частоты тока по закону, задаваемому специальным генератором функций. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. ЭЛЕКТРОПРИВОД ДЛЯ ПРОКЛАДКИ УТОЧНОЙ НИТИ В БЕСЧЕЛНОЧНЫХ ТКАЦКИХ СТАНКАХ, содержащий многофазный индуктор линейного электродвигателя, прокладчик и источник питания индуктора, отличающийся тем, что в качестве источника питания использован многофазный источник переменного тока с регулируемыми частотой тока и напряжением, а прокладчик выполнен с ферромагнитными тяговыми элементами и является подвижной частью линейного синхронного двигателя. 2. Электропривод по п.1, отличающийся тем, что ферромагнитные тяговые элементы в конструкции прокладчика выполнены из магнитомягкого материала. 3. Электропривод по п.1, отличающийся тем, что ферромагнитные тяговые элементы в конструкции прокладчика выполнены из магнитотвердого ненамагниченного заранее материала. 4. Электропривод по п.1, отличающийся тем, что в качестве ферромагнитных тяговых элементов в конструкции прокладчика использованы постоянные магниты.