СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПЛОТНОСТИ НАМОТКИ РУЛОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1998 года по МПК B65H23/04 B65H77/00 

Изобретение относится к способу регулирования плотности намотки длинномерных материалов в рулон, например текстильных и трикотажных полотен при их периферическом сматывании на скалку.

Известен способ регулирования плотности намотки материалов (А.с. 990623 СССР, МКИ B 65 H 25/28, 1980), заключающийся в стабилизации давления между рулоном и накатными валиками, в измерении натяжения материала перед намоткой, текущего диаметра и скорости вращения рулона и в расчете по измеренным параметрам регулирующего воздействия, определяющего плотность намотки.

Основными недостатками способа следует считать неконтролируемое, а следовательно, неуправляемое натяжение наматываемого слоя материала между линиями контакта рулона с намоточными валиками вследствие изменяющихся углов их касания с рулоном и неравенства между собой реакций на вращающийся рулон со стороны опорно-намоточных валиков. В результате этого возникают неуправляемое силовое воздействие на рулон и деформация материала, непосредственно влияющая на плотность намотки рулона.

Известен способ (А.с. 1102759 СССР, МКИ B 65 H 77/00, 25/28, 1984 - прототип), заключающийся в стабилизации давления между рулоном и несущими валиками, в измерении фактического натяжения материала перед намоткой, текущего диаметра, скорости рулона и первого по ходу движения материала несущего вала, определении отношения их скоростей и расчете регулирующего воздействия по приведенной формуле.

В описании способа отмечается, что величина, характеризующая скольжение между валом и рулоном и определяющая регулирующее воздействие, является постоянной как в установившемся, так и в переходном режимах работы намоточного станка.

Но, основываясь на классической теории трения, следует заметить, что коэффициент трения зависит от относительной скорости взаимодействующих объектов, которые значительным образом изменяются в переходных динамических режимах. С увеличением диаметра рулона меняются приведенный коэффициент трения, плечо трения качения и возникает разное силовое воздействие на рулон со стороны каждого несущего вала. Вследствие этого несмотря на стабилизацию давления режим взаимодействия между несущими валами и рулоном не может быть постоянным, что неуправляемо будет влиять на деформацию материала в зоне намотки и, соответственно, на плотность рулона. Анализируемый способ регулирования достаточно сложен и нетехнологичен, так как управляющее воздействие формируется по расчетным значениям, получаемым на основе измерения натяжения материала, текущего диаметра, скоростей вращения рулона и первого несущего вала. Кроме того, неучитываемые в расчете ошибки измерения этих технологических параметров вносят дополнительные погрешности в определение необходимого регулирующего воздействия и, соответственно, влияют на качество регулирования процессом намотки материала в рулон.

Цель изобретения - повышение качества процесса сматывания материала в рулон и упрощение технологии регулирования его плотности.

Поставленная цель достигается тем, что в процессе намотки регулирующее воздействие на рулон формируют по заранее заданному закону изменения деформации материала, реализуемого посредством изменения окружных усилий, передаваемых рулону опорно-намоточными валиками с взаимодействием без относительного проскальзывания, их поверхностей, причем место приложения регулирующего воздействия на полотно совпадает с зоной его намотки, находящейся между линиями контакта рулона с опорно-намоточными валиками по ходу движения материала, а численные значения необходимых окружных усилий определяют расчетным путем посредством микропроцессора из условий заданного закона изменения деформации с учетом исходных конструктивных параметров системы намотки и физико-механических характеристик материала.

Регулирование плотности намотки рулона по заданному закону посредством управления деформацией материала в зоне намотки осуществляется гибкой системой генерации силы тока, питающего фрикционные муфты скольжения, передающих опорно-намоточным валикам крутящие моменты (окружные усилия), значения которых рассчитываются посредством микропроцессора по математической модели с учетом исходных физико-механических параметров материала и конструктивных характеристик исполнительного механизма устройства, реализующего способ регулирования.

На фиг. 1 изображена блок-схема системы регулирования плотности намотки рулона для реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 - расчетная модель сил, действующих на рулон материала и опорно-намоточные валики; на фиг. 3. представлены графики изменения во времени окружных усилий (приводных моментов) для одного из вариантов заданного закона изменения деформации.

Способ реализуется с помощью устройства, которое состоит из электродвигателя 1, кинематически связанного через редуктор 2 и муфты 3 и 4 с опорно-намоточными валиками 5, 6, совершающих вращательное движение от крутящих моментов М₁ и М₂.

Крутящие моменты опорно-намоточных валиков М₁ и М₂ могут изменяться как от технологической скорости транспортирования материала в перемоточной машине, так и от заданного закона изменения деформации материала в зоне намотки его в рулон.

Информация для расчета управляющего воздействия формируется в блоке ввода исходных данных 7, обрабатывается в микропроцессоре 8 с учетом заданного закона изменения деформации и через преобразователь 9 передается в виде электрического тока в обмотки управления фрикционными муфтами.

Таким образом, рулон материала 10 контактирует с опорно-намоточными валиками, имеющими разные цепи управления и, соответственно, возможности передачи разных и регулируемых окружных усилий рулону.

Способ регулирования плотности намотки материала в рулон осуществляется следующим образом.

Изменение окружного усилия, передаваемого рулону от второго по ходу движения материала опорно-намоточного валика, задают законом изменения деформации.

Реализацию закона изменения деформации, формируемого в зависимости от технологических требований и физико-механических характеристик материала, достигают соответствующим изменением окружного усилия прикладываемого к рулону в зоне намотки АВС.

Значение окружного усилия определяют расчетным путем по формулам

Τ₁= T₂e^fα;

ΔT₁ = ε(t)EhH,
где
J - момент инерции рулона со скалкой;
угловое ускорение рулона;
P - вес рулона со скалкой;
α - угол касания рулона с опорно-намоточными валиками;
R - текущий радиус рулона;
a - плечо трения качения;
f - коэффициент трения между слоями материала;
H, h, E - соответственно ширина, толщина и условный модуль упругости материала;
ε(t) - задаваемый закон изменения деформации материала в процессе его намотки в рулон.

При этом момент от окружного усилия T₂ уравновешивает момент от силы сопротивления вращению рулона материала при изменяющихся параметрах R, P, α и a. Окружное усилие дополнительно преодолевает силы трения между рулоном и наматываемым материалом при их относительном сдвиге и обеспечивает требуемую деформацию полотна в зоне намотки.

Величина прикладываемого дополнительного окружного усилия ΔT₁ компенсируется силами условной упругости материала. Изменяющиеся в процессе намотки параметры, используемые при расчете регулирующего воздействия, определяют следующим образом:

P = (m_o + M)g;

M = ρ₁π(R²- r2o

)H;


a = Rfпр.тр.


где
m_o - масса скалки;
r_o - радиус скалки;
M - текущая масса рулона;
ρ₁ - плотность наматываемого материала;
t - текущее время процесса намотки;
скорость вращения рулона материала с первоначальным радиусом рулона, равным радиусу скалки;
g - гравитационная константа;
fпр.тр. - приведенный коэффициент трения качения материала по опорно-намоточным валикам;
V_o - линейная скорость движения материала на входе в систему намотки;
r - радиус опорно-намоточных валиков (r₁=r₂=r);
l - половина расстояния между осями опорно-намоточных валиков;
f₁ - коэффициент трения рулона по валику.

Таким образом, задавая закон изменения деформации материала в зоне намотки ε(t), микропроцессор 8 определяет необходимое управляющее воздействие, преобразуемое в окружные усилия и T₂ (приводные моменты M₁ и M₂), передаваемые на опорно-намоточные валики от полумуфт скольжения.

Например, для того чтобы исключить влияние веса рулона на плотность его намотки, исходно заданная деформация (ε₃) на участке АВС должна убывать во времени по линейному закону [Галынкер И.И. Подготовка и настилание тканей. - М.: Легкая индустрия, 1969, с. 84-85].

Реализация окружного усилия на валике 5 осуществляется посредством фрикционной индукторной муфты 4 следующим образом. От двигателя 1 через редуктор 2 передаются постоянный крутящий момент M₁ и угловая скорость ω₁ на входную полумуфту скольжения.

Изменяющаяся сила тока, генерируемая преобразователем 9, создает переменную силу трения в муфте 4 в соответствии с законом изменения деформации, формируемого микропроцессором 8.

При этом крутящий момент, передаваемый от муфты 4 к опорно-намоточному валику 5, потенциально меньше по величине, чем момент, передаваемый редуктором 2 на 10...15%.

Через блок 7 вводят физико-механические характеристики материала, конструктивные параметры системы, первоначальное значение деформации (ε₃) и коэффициент изменения его в ходе процесса.

Микропроцессор выполняет расчеты по разработанной математической модели и формирует закон изменения окружных усилий (приводных моментов), т.е. рассчитывается закон изменения регулирующего воздействия, который реализуется через преобразователь 9 и фрикционную муфту 4.

Величины требуемых крутящих моментов M₁ и M₂, передаваемых от редуктора 2, рассчитываются известными методами по значениям окружных усилий и T₂, сил трения качения и в зоне контакта A и C рулона с валиками и моментов сопротивления и в опорах валиков.

Изобретение относится к способу регулирования плотности намотки длинномерных материалов в рулон. Для повышения качества, упрощения технологии и системы управления процессом намотки рулона регулирующее воздействие формируют по заранее заданному закону изменения деформации материала в зоне намотки. Регулирование осуществляется посредством изменения окружных усилий, передаваемых рулону со стороны опорно-намоточных валиков и взаимодействующих без их относительного проскальзывания. Окружные усилия определяют расчетным путем посредством микропроцессора, встроенного в систему намотки. 3 ил.

Способ регулирования плотности намотки рулонных материалов, заключающийся в расчете регулирующего воздействия на рулон, отличающийся тем, что в процессе намотки регулирующее воздействие на рулон формируют из условий заданного закона изменения деформации материала, реализуемого посредством регулируемых окружных усилий, передаваемых рулону опорно-намоточными валиками без относительно проскальзывания их поверхностей, причем место приложения регулирующего воздействия на материал совпадает с зоной его намотки, находящейся между линиями контакта рулона с опорно-намоточными валиками по ходу движения материала, а численные значения окружных усилий определяют посредством встроенного в схему регулирования микропроцессора расчетным путем с учетом исходных конструктивных параметров системы намотки, физико-механических характеристик материала и закона изменения деформации по следующим формулам:

T₁=T₂e^fα;

ΔT₁=ε(t)EhH;
где
соответственно окружные усилия на первом и втором опорно-намоточных валах;
J - момент инерции рулона со скалкой;
ϕ- угловое ускорение рулона;
P - вес рулона со скалкой;
R - радиус рулона;
f - коэффициент трения скольжения между слоями материала;
a - плечо трения качения рулона по валику;
α- угол касания рулона с валиком;
ε(t)- закон изменения деформации в зоне намотки;
E, h, H - соответственно условный модуль упругости, толщина и ширина материала.