УСТРОЙСТВО ДЛЯ КРЕСТОВОЙ НАМОТКИ НИТИ НА ПАКОВКУ Российский патент 1996 года по МПК B65H54/28 

Изобретение относится к текстильной промышленности и может быть использовано на текстильных машинах для получения паковок крестовой намотки.

Известны устройства для наматывания нити на паковку крестовой намотки [1] содержащие мотальный вал для привода паковки фрикционным способом, механизм раскладки нити кулачкового типа, штангу с нитеводителями, приводимую от управляющего кулачка. Мотальный вал и механизм раскладки нити кинематически жестко связаны и оснащены устройством для ликвидации жгутовой намотки и разуплотнения торцов паковки. Для получения паковки заданной формы управляющий кулачок спроектирован так, что нитеводитель движется вдоль паковки с постоянной скоростью, а на ее краях перемещение нитеводителя производится по синусоидальному (или близкому к нему), закону, чтобы исключить максимальное ускорение нитеводителя в его крайнем положении и предотвратить слет витка нити за торец паковки.

Основной недостаток этих устройств в том, что наработанная паковка всегда имеет уплотненные торцы и седлообразную форму, так как жесткая кинематическая связь между мотальным валом и нитераскладчиком не позволяет корректировать режим раскладки нити на паковке и оптимизировать ее форму, поскольку все кинематические параметры рассчитаны на средние свойства наматываемой нити и в случае их изменения приводят к искажениям формы паковки.

Другим недостатком механизмов раскладки с кулачковым приводом является динамическая напряженность работы пары ролик-кулачок, возрастающая с увеличением скорости раскладки и приводящая к преждевременному износу поверхности кулачка образование увеличенных зазоров и нарушению прямолинейности торцов паковки.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранное в качестве прототипа, устройство для наматывания паковок крестовой намотки [2] содержащее мотальный вал для привода паковки фрикционным способом, штангу с нитеводителями, совершающую возвратно-поступательное движение параллельно мотальному валу, управляемый электродвигатель для привода штанги, микроЭВМ для управления электродвигателем. Штанга снабжена зубчатой рейкой, находящейся в зацеплении с шестерней, установленной на валу электродвигателя. МикроЭВМ соединена с регулятором электродвигателя и имеет с ним обратную связь через датчик, установленный на валу электродвигателя и передающий информацию о кинематических параметрах его работы (угол поворота, угловая частота, ускорение). В микроЭВМ заложены типовые величины угла поворота, частоты вращения и ускорения ротора электродвигателя, которые через регулятор подаются в управляющую обмотку электродвигателя, обеспечивая заданный закон движения нитенаправителей через шестерню на валу электродвигателя и рейку, соединенную со штангой нитеводителей. Датчик передает параметры движения нитенаправителей регулятору, в котором эти параметры сравниваются с заданными от микроЭВМ и в случае необходимости корректируются. Для изменения каких-либо параметров движения нитенаправителей необходимо через клавиатуру микроЭВМ внести соответствующие корректировки, используя данные о работе нитенаправителей, которые поступают на микроЭВМ от датчика на валу электродвигателя. Поскольку отсутствует жесткая связь между приводом мотального вала и приводом нитенаправителя, программой микроЭВМ можно обеспечить изменение величины хода нитенаправителей, что необходимо при разуплотнении торцов паковки, обеспечить периодические изменения угла скрещивания нитей на паковке, позволяющие ликвидировать жгутовую намотку, а также изменять скорость движения нитенаправителей с целью создания равномерной плотности паковки по ее длине.

Основной недостаток прототипа заключается в том, что в случаях резкого изменения технологического усилия на штанге с нитеводителями (например, массовый обрыв нитей, рассоединение секций штанги с нитеводителями, пуск машины после длительного простоя, когда сопротивление движению штанги с нитеводителями уменьшается или увеличивается в несколько раз) ход штанги с нитеводителями изменяется за цикл раскладки, что приводит к осыпанию крайних витков нити на паковке, образованию так называемых хорд, приводящих к обрыву нити при переработке паковки на последующих переходах.

Другой недостаток заключается в том, что при применении зубчатой передачи приведенный момент инерции от движущихся органов механизма раскладки к валу электродвигателя за цикл раскладки остается постоянным, имеет максимальную величину, и в случае возвратно-поступательного вращения ротора электродвигателя, когда разгон его производится по тригонометрическому закону, обусловленному технологическим процессом, крутящий момент и мощность на валу электродвигателя превышают номинальное значение в 2-3 раза.

Следующий недостаток прототипа в том, что зубчатые зацепления шестерни и рейки работают на одном строго определенном участке как шестерни, так и рейки и при большой части раскладки неизбежно приведут к выработке крайних участков обоих элементов, т.е. к увеличению холостого хода и браку намотки, как и на аналогичных устройствах с кулачковым приводом.

Недостаток прототипа заключается также в том, что в прототипе отсутствует какая-либо связь между частотой вращения мотального вала, определяющая скорость вращения паковки и скорость наматывания нити, что приведет к искажению заданных параметров наматывания, как, например, угла раскладки, т.к. всегда имеется трудно учитываемый дрейф скорости наматывания, зависящий от изменения параметров сети питания электродвигателя, приводящего мотальный вал во вращение.

Недостатком прототипа является необходимость заключения шестерни и рейки в редуктор, чтобы обеспечить надежность зацепления и качества смазки.

В основу изобретения поставлена задача создания устройства для наматывания паковок, которое обеспечивает улучшение качества намотки, упрощение его конструкции, повышение надежности работы устройства и снижение энергозатрат привода.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для наматывания нити на паковку крестовой намотки, содержащем мотальный вал для привода паковки фрикционным способом, штангу с нитеводителями, совершающую возвратно-поступательное движение параллельно мотальному валу, управляемый электродвигатель для привода штанги, микроЭВМ для управления электродвигателем, согласно изобретению штанга шарнирно соединена с шатуном кривошипно-шатунного механизма, кривошип которого выполнен с возможностью вращения в одном направлении и кинематически связан с управляемым электродвигателем, причем длина кривошипа равна половине длины паковки, отношение длин кривошипа и шатуна не превышает 0,2, а мотальный вал снабжен датчиком угла его поворота, связанным с микроЭВМ.

Кроме того, кривошип выполнен в виде диска, установленного на валу управляемого электродвигателя и снабженного отверстиями, размещенными от центра вала на расстояниях, выбранных в зависимости от ширины паковок, в виде кинематически связанной с управляемым электродвигателем шестерни, ось которой размещена в водиле, установленном на валу управляемого электродвигателя и шарнирно связанном с валом дополнительного электродвигателя. В следующем варианте управляемый электродвигатель установлен на кронштейне, закрепленном на подвижной стойке, шарнирно связанной с валом дополнительного электродвигателя.

Шарнирное соединение нитеводительной штанги с шатуном кривошипно-шатунного механизма исключает появление холостого хода штанги, поскольку такие соединения имеют большую точность и значительно меньший износ сочленений из-за соприкосновения их элементов по поверхности, а не по линии, как это имеет место в зубчатой передаче прототипа, а также упрощает конструкцию из-за отсутствия редуктора. Поскольку ширина паковки точно равна удвоенной длине кривошипа, устраняется осыпание ее краев и появление хорд, т.к. исключаются неконтролируемые изменения хода штанги. Преимущество кривошипно-шатунного механизма еще в том, что приводимый к валу управляемого электродвигателя момент инерции движущихся масс на участке реверса штанги уменьшается пропорционально квадрату передаточной функции и приближается к нулю в момент реверса штанги, что позволяет значительно снизить мощность управляемого электродвигателя (см. Кожевников С.Н. Теория механизмов и машин. М. Машиностроение, 1973, с.123).

Другое преимущество заключается в том, что исключается возвратно-поступательное вращение ротора электродвигателя и в момент реверса ротор вращается с максимальной частотой, близкой к номиналу, что значительно облегчает преодоление технологических усилий в момент реверса штанги.

Оснащение мотального вала датчиком угла его поворота, электрически связанным с микроЭВМ, управляющей работой приводного электродвигателя, исключает искажение заданных параметров наматывания, т.к. в случаях дрейфа скорости наматывания микроЭВМ автоматически откорректирует эти параметры. Наличие дополнительных отверстий в диске, служащем кривошипом, позволяет легко изменять ход нитеводительной штанги и ширину паковки, что необходимо при наработке паковок различных типов. Поскольку отношение длин кривошипа и шатуна не превышает 0,2, практически исключается несимметричность прямого и обратного ходов нитеводительной штанги и какие-либо искажения формы паковки (см. Кожевников С.М. Теория механизмов и машин. М. Машиностроение, с.126).

Установка управляемого электродвигателя с возможностью перемещения или использование в качестве кривошипа шестерни с возможностью перемещения ее оси позволяет в случае необходимости дополнительно разуплотнить торцы паковки.

Таким образом, заявленное устройство для наматывания нити на паковку крестовой намотки соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1 показан общий вид устройства; на фиг.2,3 варианты его исполнения; на фиг.4 принципиальная электрическая схема управления устройством; на фиг.5 графики скоростей нитеводителей штанги и вала электродвигателя.

Устройство для наматывания нити на паковку (фиг.1) содержит мотальный вал 1 для привода паковок 2 фрикционным способом, установленных в бобинодержателях 3. Параллельно мотальному валу размещена с возможностью возвратно-поступательного движения штанга 4 с нитеводителями 5 для каждой паковки. Штанга 4 шарнирно соединена с шатуном 6 кривошипно-шатунного механизма, кривошип 7 которого выполнен в виде диска, который закреплен на валу электродвигателя 8, вращающемся в одном направлении, причем отношение длин кривошипа 7 и шатуна 6 не превышает 0,2. Диск кривошипа 7 оснащен отверстиями 9, размещенными от центра вала электродвигателя на расстояниях, выбранных в зависимости от ширины паковки, для размещения второго шарнира шатуна 6.

В варианте исполнения (фиг. 2) кривошип выполнен в виде кинематически связанной с управляемым электродвигателем 8 шестерни 10, находящейся в зацеплении с шестерней 11. Ось 12 шестерни 10 размещена в водителе 13, установленном на валу управляемого электродвигателя 8, причем водило 13 посредством кривошипно-шатунного механизма 14 связано с дополнительным электродвигателем 15.

В варианте исполнения (фиг.3) управляемый электродвигатель 8 установлен на кронштейне 16, закрепленном на подвижной стойке 17, шарнирно связанной с валом дополнительного электродвигателя 18.

Мотальный вал 1 снабжен датчиком 19 его положения. Для управления работой устройство (фиг.4) содержит микроЭВМ 20 и 21, блок 22 информации и управления, коммутатор 23, электропривод 24 мотального вала 1, датчик 25 положения вала электродвигателя 8, силовой блок 26 для управления электродвигателем 8, аналоговый датчик 27 и дополнительный канал 28 связи между микроЭВМ 20 и 21.

Устройство работает следующим образом.

Вырабатываемая прядильным блоком нить наматывается на паковку 2, удерживаемую бобинодержателем 3 и приводимую во вращение мотальным валом 1 за счет трения боковой поверхности паковки 2 о поверхность мотального вала 1. В процессе наматывания происходит смещение нити вдоль боковой поверхности паковки 2 с помощью нитеводителей 5, установленных на штанге 4, совершающей возвратно-поступательное движение по стрелке А. Привод штанги 4 осуществляется посредством кривошипа 7 и шатуна 6 от управляемого электродвигателя 8, вал которого вращается в одном направлении. Ширина паковки равна удвоенной длине кривошипа 7. Поскольку кривошип оснащен несколькими отверстиями 9, то перестановкой шарнира шатуна 6 в отверстиях 9 можно легко изменять ширину паковки.

В случае необходимости, например для наработки паковок для крашения с мягкими торцами, применяются варианты исполнения, показанные на фиг.2 и 3.

На фиг.2 медленное дополнительное смещение штанги 4 производится за счет колебательного движения оси 12 шестерни 10 вокруг вала электродвигателя 8, причем ось 12 приводится в колебательное движение кривошипно-шатунным механизмом 14 от электродвигателя 15. Шестерня 10 вращается в одном направлении и приводит в возвратно-поступательное движение штангу 4 аналогично основному варианту.

Другой вариант исполнения устройства показан на фиг.3, где дополнительное движение штанги 4 создается за счет колебательного движения кронштейна 16, закрепленного на подвижной стойке 17 и шарнирно связанного с валом электродвигателя 18.

В качестве управляемого электродвигателя 8 выгодно использовать высокомоментные электродвигатели с постоянными высокоэнергетическими магнитами, например, вентильные, у которых отношение развиваемого момента к моменту инерции ротора максимально, а коммутация обмоток осуществляется по сигналам бесконтактного датчика положения ротора.

Работа системы управления устройством осуществляется следующим образом (фиг.4).

Перед началом работы в память микроЭВМ 20 и микроЭВМ 21 с клавиатуры блока индикации и управления 22 через коммутатор 23 последовательно вводятся параметры движения мотального вала 1 и штанги 4 (скорость, ускорение разгона, угол скрещивания витков и др.). Информация о текущем положении мотального вала 7 с его датчика положения 19 поступает на вход микроЭВМ 20, которая по определенному закону, введенному алгоритмом работы, управляет движением мотального вала 1 через электропривод 24. Так как для обеспечения заданного угла скрещивания витков скорость нитеводителя должна быть определенным образом связана со скоростью мотального вала 1, то одновременно с управляемым электроприводом 24 микроЭВМ 20 по дополнительному каналу связи 28 передает значение текущего положения (угол поворота) мотального вала 1 на вход микроЭВМ 21. Последняя в функции угла поворота вала рассчитывает требуемую скорость электродвигателя 8, сравнивает ее с текущей, определяемой по частоте вращения датчика положения 25 на валу электродвигателя 8, и вырабатывает сигнал, который через силовой блок 26 управляет электродвигателем 8. Для улучшения динамических свойств электропривода штанги дополнительно может использоваться аналоговый датчик скорости 27, например тахогенератор, сигнал с которого подается на второй вход силового блока 26. Текущие параметры движения как мотального вала 1, так и нитеводителя через коммутатор 23 могут индицироваться на табло блока индикации и управления 22 и корректироваться в случае необходимости.

Теоретический закон движения нитеводителей штанги 4 (фиг.5) характеризуется участками I, III, IV, VI, на которых производится разгон ее и замедление, и участками II, V, на которых штанга 4 движется с постоянной скоростью Vтш

. Такой закон обеспечивает цилиндрическую или коническую форму паковки с прямыми торцами.

При вращении вала электродвигателя 8 с постоянной скоростью штанга 4 будет двигаться по закону, представляющему синусоиду, определяемую размерами кривошипа 7 и шатуна 6.

Для создания постоянной скорости Vтш

на участках II, V частота вращения ω_д вала электродвигателя 8 должна изменяться таким образом, чтобы скорость штанги изменялась также по синусоиде, но в противофазе с V_ш. Таким образом компенсируется заштрихованная часть на обоих участках и скорость штанги V_ш будет совпадать с теоретической Vтш.

На участках I, III, IV, VI частота вращения вала двигателя должна изменяться от ω₂ до ω₁ и наоборот по закону косинуса, чтобы получить косинусоидальный знак изменения скорости штанги при ее разгоне и торможении, необходимой для правильной укладки на паковке крайних витков. При этом можно изменять длину участков и, как следствие, плотность намотки на краях паковки без изменения ее ширины, увеличивая или уменьшая ω₂, т.к. чем больше ω₂, тем короче длины участков, тем меньше плотность паковки на краях.

Таким образом можно исключить применение механизмов разуплотнения торцов паковки, показанных на фиг.2 и 3. Алгоритм изменения частоты ω_двала электродвигателя содержит основные параметры работы механизма в функции угла поворота мотального вала: скорость наматывания, угол скрещивания, конусность паковки, текущий угол поворота мотального вала. Этот алгоритм реализуется программой, заложенной в память микроЭВМ, при этом некоторые параметры, имеющие дискретные значения, например угол скрещивания, можно изменить во время процесса наматывания.

Для ликвидации жгутовой намотки следует плавно изменять угол скрещивания нитей на паковке в пределах, обусловленных равновесием витка на паковке с периодом в 6-12 циклов наматывания, что достигается изменением ω₁. Для исключения седлообразности паковки достаточно в течение цикла плавно уменьшить величину ω₁ на участках II и V.

Технические преимущества изобретения по сравнению с прототипом заключаются в том, что устройство позволяет улучшить качество намотки, обеспечить постоянство плотности намотки по ее ширине, упростить конструкцию, исключив необходимость установки редуктора для зубчатой рейки и шестерни, уменьшить энергозатраты привода.

Использование: для наматывания упаковок крестовой намотки на текстильных машинах. Сущность изобретения: устройство содержит мотальный вал 1, штангу 4 с нитеводителями 5, управляемый электродвигатель 8 для привода штанги, микро-ЭВМ для управления электродвигателем, датчик 19 угла поворота мотального вала. Штанга шарнирно соединена с шатуном кривошипно-шатунного механизма, кинематически связанного с управляемым электродвигателем. Кривошип имеет длину, равную половине длины паковки, и вращается в одном направлении. Датчик угла поворота мотального вала электрически связан с микроЭВМ. Кривошип выполнен в виде диска или шестерни с отверстиями для изменения его длины. Вал кривошипа имеет возможность перемещаться вдоль машины за счет дополнительного электродвигателя. Отношение длин кривошипа и шатуна не превышает 0,2. 3 з. п. ф - лы, 5 ил.

1. Устройство для крестовой намотки нити на паковку, содержащее мотальный вал для фрикционного привода паковки, штангу с нитеводителями, установленную с возможностью возвратно-поступательного движения параллельно мотальному валу посредством механической передачи, связанной с электродвигателем, и микроЭВМ для управления электродвигателем, отличающееся тем, что механическая передача выполнена кривошипно-шатунной, длина кривошипа которой соответствует половине длины паковки и не превышает 0,2 длины шатуна, а мотальный вал имеет датчик угла его поворота, связанный с микроЭВМ. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что кривошип выполнен в виде диска, установленного на валу электродвигателя и снабженного отверстиями, размещенными от центра вала на расстояниях, выбранных в зависимости от ширины паковки. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что привод штанги имеет дополнительный электродвигатель, а механическая передача шарнирно связанное с ним водило, установленное на валу основного электродвигателя, при этом кривошип выполнен в виде шестерни, размещенной на водиле. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что основной электродвигатель установлен на кронштейне, закрепленном на подвижной стойке, шарнирно связанной с валом дополнительного электродвигателя.