ВЫТЯЖНОЙ ЦИЛИНДР Российский патент 1996 года по МПК D02J1/22 D01H13/28 

Изобретение предназначено для использования в машинах по производству химических волокон, в частности по производству ковровых жгутов и капроновых технических нитей.

Конструкция и принцип работы вытяжных цилиндров современных машин совмещенного формования и вытягивания технических нитей описаны, например, в книге Матюшева И.И. и др. Агрегаты и машины для формования химических нитей из расплавов. М. Машгиз, 1989. Несколько пар вытяжных цилиндров разогревают нить до 220^оС и за счет разности скоростей вращения рабочих цилиндров вытягивают ее и транспортируют дальше для намотки на бобину.

Из-за очень жестких требований к стабильности скорости вращения (6000±1 об/мин) рабочего цилиндра, на который наматывается нить, и к равномерности температуры ( ±1^оС) по его поверхности вытяжной цилиндр является технически сложным и дорогостоящим устройством.

Наиболее известны и обладают наилучшими характеристиками вытяжные цилиндры фирм "Barmag" (ФРГ) и "Teijin Seiki" (Япония).

Вытяжной цилиндр фирмы "Barmag: (см. патенты N Р3701077.8, ФРГ кл. D 02 J 1/20, 1987, N Р3714447.2, ФРГ кл. D 02 J 1/22, 1987) отличается, в основном, автономным конструктивным исполнением электродвигателя, вращающего консольно выступающий рабочий цилиндр.

Стабильность скорости вращения обеспечивается применением синхронного двигателя. Рабочий цилиндр обогревается индуктором. Заданная температура поддерживается системой автоматического регулирования. Равномерность температуры обеспечивается вапотермом (системой сообщающихся продольных каналов в рабочем цилиндре, заполненных пароводяной смесью). Эта конструкция имеет следующие недостатки:
большие габариты и масса всего устройства, обусловленные наличием корпуса двигателя, корпуса остальной части, массивного общего основания и узла соединения двигателя с валом рабочего цилиндра;
наличие соединительного узла, в частности, необходимость точной выставки вала двигателя относительно вала рабочего цилиндра, а также затруднения при съеме информации о температуре рабочего цилиндра с конца вращающегося вала, который занят деталями привода;
сложный синхронный частотно-управляемый электродвигатель с дорогостоящими постоянными магнитами и асинхронным запуском.

Более предпочтительным по мнению авторов является вытяжной цилиндр фирмы Teijin Seiki" (см. патент N 61-235329, Япония, кл. D 02 J 1/22, D 02 J 13/00, 1988), который имеет встроенный электродвигатель.

В этой конструкции частично устранены указанные выше недостатки, однако:
габариты и масса всего устройства остаются большими;
применен такого же типа сложный синхронный электродвигатель с дорогостоящими постоянными магнитами, имеющими массу до 20% от массы ротора;
вращающаяся на ш/п опорах часть устройства стала тяжелее, так как добавился ротор и вал стал длиннее, что повлекло за собой необходимость применения сдвоенных ш/п и масляного тумана для их смазки;
-удлиненный вал требует особой технологии сверления продольного отверстия.

Целью изобретения является устранение всех указанных недостатков, уменьшение габаритов, металлоемкости и себестоимости вытяжного цилиндра при сохранении достигнутого уровня его эксплуатационных характеристик.

Указанная цель достигается тем, что в отличие от прототипа:
корпус выполнен в виде неподвижной оси с фланцем, на которой в ш/п опорах размещен рабочих цилиндр;
привод рабочего цилиндра размещен внутри цилиндра, причем в качестве привода использован регулируемый по скорости асинхронный электродвигатель обращенного исполнения;
внутри рабочего цилиндра установлен дополнительный индуктор;
крышка рабочего цилиндра выполнена в виде вентилятора электродвигателя, на торце которого закреплен корпус электронного блока съема и бесконтактной передачи температурной информации.

Расположение двигателя внутри цилиндра позволило использовать переходящие в тепло электромагнитные потери в роторе для обогрева рабочего цилиндра. Эффективность такого обогрева достаточно высока, поскольку тепловые потери в роторе асинхронного двигателя во много раз больше, чем в роторе синхронного двигателя. Для достижения требуемой стабильности скорости вращения рабочего цилиндра применяется, например, индукционный датчик скорости, выходной сигнал которого передается во внешнюю систему управления электродвигателем.

На чертеже представлен предлагаемый вытяжной цилиндр в разрезе, общий вид.

Роль корпуса выполняет неподвижная ось 2 с фланцем 10, который без каких-либо переходных деталей привинчивается к облицовочному листу 12. На оси 2 размещены статор 9 асинхронного двигателя обращенного исполнения, два индуктора7, неподвижная часть электронного блока 5 съема и бесконтактной передачи температурной информации и внутренние кольца ш/п опор 1. На ш/п опорах 1 вращается рабочий цилиндр 8 с запрессованным в него ротором 3 электродвигателя, подвижной частью блока 5 и крышкой 4. Крышка 4 цилиндра 8 выполнена с прорезями и лопастями и одновременно служит осевым вентилятором, охлаждающим индукторы 7, статор 9 и ш/п опоры 1. Продольное отверстие в оси используется для проводов, подводящих электрический ток к статору 9, индукторам и неподвижной части блока 5. В цилиндре 8 имеется термодатчик 6 и система вапотерм 11. Корпус неподвижной части блока 5 закреплен на торце крышки 4 цилиндра 8.

Устройство работает следующим образом. Вытяжной цилиндр через крепежный фланец 10 устанавливается на свое рабочее место в машине. Производится запуск электродвигателя. По выходной информации расположенного в блоке 5 датчика скорости вращения рабочего цилиндра 8 внешняя система управления двигателем выводит цилиндр 8 на заданную скорость. При этом за счет потерь тепла в роторе 3 нагревается приблизительно до половины необходимой температуры рабочий цилиндр 8, особенно его средняя часть, где расположен ротор 3. Одновременно вентилятор 4 выходит на максимальную производительность по расходу воздуха, охлаждая статор 9 двигателя, ш/п опоры 1 и сердечники индукторов 7. Затем включается система термостатирования. Блок 5 передает информацию с температурного датчика 6 во внешнюю систему управления индукторами 7, осуществляющими дополнительный обогрев рабочего цилиндра 8 до заданного значения температуры. Одновременно вапотерм 11 выравнивает температуру по поверхности цилиндра 8. Далее на рабочий цилиндр 8 наматывается нить, которая нагревается, вытягивается и транспортируется для намотки на бобину. Системы управления двигателем и индукторами 7 в рабочем режиме поддерживают заданные технологическим регламентом значения скорости вращения и температуры поверхности рабочего цилиндра 8 при изменении факторов, влияющих на скорость и температуру. В таком режиме вытяжной цилиндр должен работать без замены узлов и элементов непрерывно в течение длительного времени (в современных машинах до 2-х лет).

Расположение электродвигателя внутри рабочего цилиндра и совмещение функций вращения и обогрева рабочего цилиндра двигателем уменьшает габариты и массу вытяжного цилиндра в два с лишним раза.

Исключается самая большая, сложная в изготовлении и тяжелая деталь литой чугунный корпус. Исключаются сдвоенные ш/п опоры и система их смазки масляным туманом, вместе с маслораспылителем, фильтратом и пневматикой.

Упрощается технологическая оснастка и подъемно-транспортные средства, уменьшаются размеры транспортировочной тары, облегчается монтаж и эксплуатация вытяжного цилиндра. Исключается промежуточная балансировка вала с ротором, что повышает точность балансировки изделия в сборе.

Вдвое уменьшается металлоемкость всего изделия и, что особенно важно, вес вращающейся части. Приблизительно в 1,7 раза становится жестче подвес вращающейся части, что вместе с уменьшением ее массы и повышением точности балансировки улучшает динамические характеристики вытяжного цилиндра, а также создает предпосылки увеличения скорости вращения рабочего цилиндра, т. е. в конечном итоге, увеличения производительности всей машины.

Наконец, еще одно существенное преимущество предлагаемого вытяжного цилиндра заключается в том, что вместо сложного синхронного электродвигателя с дополнительной короткозамкнутой пусковой обмоткой, а также с дорогостоящими постоянными магнитами, требующими предельно осторожного обращения, применен простой и дешевый асинхронный электродвигатель обращенного типа, в котором большая часть выделяемого в роторе тепла используется для обогрева рабочего цилиндра. При этом исключается необходимость использования дорогостоящих редкоземельных постоянных магнитов, которые существенно снижали надежность электродвигателя и требовали принятия дополнительных мер по их закреплению и предотвращению размагничивания.

Все вышесказанное, включая экономию электроэнергии за счет утилизации тепловых потерь двигателя, снижает приблизительно в 1,5 раза суммарные затраты на изготовление, транспортировку и эксплуатацию вытяжного цилиндра. Достигнутое снижение себестоимости изделия приобретает особую значимость, если участь, что цена одного вытяжного цилиндра на мировом рынке составляет 12 тыс. долларов США, а на одну машину, например типа Т-556 японской фирмы "Teijin Seiki", их требуется 128 штук.

Таким образом, существенные отличия предлагаемого устройства позволили превзойти известные образцы конструкций вытяжных цилиндров по таким эксплуатационно-техническим показателям, как габариты, масса, металлоемкость, себестоимость, надежность, технологичность изготовления, транспортировки, монтажа и эксплуатации изделия.

Изготовление и испытания предлагаемого вытяжного цилиндра планируются в соответствии с программой конверсии в сроки и рамках договоров с предприятиями-разработчиками машин по производству химволокна.

Изобретение относится к производству химических волокон и предназначено для использования в машинах по производству ковровых жгутов и капроновых технических нитей. Сущность изобретения: вытяжной цилиндр содержит корпус, рабочий цилиндр с вапотермом и датчиком температуры. Внутри рабочего цилиндра установлен индуктор для обогрева, привод цилиндра, имеющий вентилятор, электронный блок съема и бесконтактной передачи температурной информации, имеющий корпус. 1 ил.

ВЫТЯЖНОЙ ЦИЛИНДР, содержащий корпус, рабочий цилиндр с вапотермом и датчиком температуры и расположенным внутри индуктором для обогрева цилиндра, привод цилиндра, имеющий вентилятор, электронный блок съема и бесконтактной передачи температурной информации, имеющий корпус, отличающийся тем, что корпус цилиндра выполнен в виде неподвижной оси с фланцем, на которой размещен рабочий цилиндр, при этом внутри последнего установлен привод и дополнительный индуктор, причем в качестве привода использован асинхронный электродвигатель обращенного исполнения, вентилятор которого выполнен заодно с крышкой рабочего цилиндра, соединенной с корпусом электронного блока.