УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАМОТКИ В РУЛОН ЛЕГКОДЕФОРМИРУЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2004 года по МПК B65H18/00 

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения для легкой промышленности и может быть использовано в швейном или текстильном производстве для намотки материала в рулон.

Известно устройство (патент США №2743065, опубл. 24.04.56 г.), содержащее приводные валики, опорные ленты, поворотные кронштейны, на которых закреплены оси валиков и привод. Оси вращения двух валиков закреплены неподвижно и представляют собой составную часть наклонного транспортера, причем один из валиков является опорным для рулона. Два других валика закреплены на качающихся кронштейнах и выполняют функции компенсирующей схемы для эластичной ленты, огибающей рулон материала. Недостатком этого устройства является то, что основная часть веса рулона распределяется на жесткую поверхность одного из валиков с неподвижной осью, а силы сцепления с эластичной лентой выполняют вспомогательную роль для обеспечения заправки материала на скалку и поддержания устойчивого положения рулона. Вследствие этого поверхность основного контактного взаимодействия механизма с материалом не гарантирует равномерного распределения сил, что отрицательно сказывается на качестве намотки рулона, в частности, на неравномерности его плотности в радиальном направлении.

Известно устройство, предназначенное для регулирования плотности намотки рулонных материалов (патент РФ №2120400, опубл. 20.10.98 г.), содержащее два опорно-намоточных барабана с приводом, причем одному из барабанов сообщается постоянный крутящий момент с неизменной угловой скоростью, а другому - изменяющийся момент по заранее заданному закону. Закон изменения крутящего момента формируется микропроцессором на основании обработки вводимых данных о физико-механических свойствах материала и требуемой его деформации в зоне намотки. Основным недостатком данного устройства является появление дополнительного момента сопротивления качению рулона, вызванное нарастанием деформации поверхности рулона в зоне его контакта с опорно-намоточными барабанами в ходе процесса намотки и неравномерностью ее распределения.

Наиболее близким к заявляемому является горизонтальное катушечное мотальное устройство для намотки бумажного полотна с приводом и двумя приводными барабанами, включающее приемную скалку для намотки бумажного полотна с прижимным роликом и натяжное звено, выполненное в виде ролика, расположенного с внутренней стороны эластичного приводного ремня (опорно-намоточной ленты), охватывающего барабаны и свободно провисающего под ними, при этом ролик снабжен специальным натягивающим устройством (патент США №5150850, опубл. 29.09.92 г.).

Недостатком известного устройства является недостаточно высокое качество намотки длинномерных легкодеформируемых материалов в рулон, связанное с тем, что с возрастанием диаметра наматываемого рулона уменьшается угол его касания с опорными барабанами, что негативно сказывается на устойчивости его положения и равномерности распределения намотки в радиальном направлении. Кроме того, избыточная длина эластичной опорно-намоточной ленты и расстояние между барабанами в известном устройстве обеспечивают постоянство площади ее контакта с рулоном независимо от изменения диаметра последнего, вследствие чего в начальный период намотки рулона силы его сцепления с опорно-намоточной лентой являются недостаточными, что требует наличия в устройстве дополнительного прижимного механизма, который, в свою очередь, способствует нарастанию деформации в ходе процесса намотки, а также усложняет конструкцию.

Технической задачей предлагаемого изобретения является уменьшение деформации рулона при намотке длинномерных легкодеформируемых материалов за счет увеличения площади контакта наматываемого рулона с опорно-намоточной лентой по мере увеличения его диаметра и сохранения при этом постоянного давления на поверхность рулона, а также упрощение устройства.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для намотки длинномерных легкодеформируемых материалов в рулон, включающем привод и два приводных барабана, а также эластичную опорно-намоточную ленту избыточной длины, охватывающую барабаны, и содержащем приемную скалку и натяжное звено, в отличие от известного устройства, приемная скалка является одновременно и натяжным звеном, для чего указанная приемная скалка для намотки полотна свободно установлена в направляющих, при этом ее ось вращения расположена ниже осей вращения приводных барабанов, а межосевое расстояние между барабанами превышает радиус кривизны приемной части контактной поверхности опорно-намоточной ленты.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана кинематическая схема заявляемого устройства; на фиг.2 - схема намотки материала в рулон.

Устройство содержит привод, состоящий из электродвигателя 1, ременной передачи 2, червячного редуктора 3 и цепной передачи 4; два приводных барабана 5 и 6, кинематически связанных между собой ременной передачей 7; прижимное устройство, состоящее из трех раздельных валиков 8, закрепленных на общей планке 9 посредством кронштейнов 10; направляющий валик 11 с двумя дисками 12; замкнутую опорно-намоточную поверхность, представляющую собой эластичную ленту 13, и направляющие 14 для скалки 15.

Устройство работает следующим образом. Материал 16 вручную заправляется на скалку 15, которая устанавливается в направляющих 14. Сила веса скалки с материалом воздействует на поверхность замкнутой эластичной ленты 13 и обеспечивает предварительные натяжения ее сбегающей и набегающей ветвей в зонах контакта с приводными барабанами 5 и 6. Необходимая сила сцепления эластичной ленты с приводным барабаном 5 обеспечивается за счет веса прижимных валиков 8. При включении электродвигателя 1 равномерное вращательное движение через ременную передачу 2, червячный редуктор 3 и цепную передачу 4 передается приводному барабану 5. Так как барабаны 5 и 6 связаны между собой ременной передачей 7 с передаточным отношением i=1, то и барабан 6 синхронно с барабаном 5 совершает вращательное движение. За счет сил сцепления между поверхностями барабанов 5 и 6 и замкнутой эластичной лентой 13 равномерное движение передается последней. Диски 12, расположенные с обеих сторон от эластичной ленты и закрепленные на свободно вращающемся валике 11, предотвращают поперечное смещение опорно-намоточной ленты. Сила сцепления (F_сц) между эластичной лентой и рулоном (см. фиг.2) создает крутящий момент, обеспечивающий его вращение с постоянной окружной скоростью V. Радиус рулона материала R₂ и радиус опорно-намоточной поверхности ленты в зоне контакта с рулоном R₁ равны между собой (R₁=R₂). Тем самым обеспечивается равномерное контактное взаимодействия рабочих поверхностей опорно-намоточной ленты и рулона, стабилизация удельного давления на материал в зоне намотки, уменьшение момента трения качения, а также устойчивое положение рулона в намоточной зоне.

Известно, что деформация поверхности рулона в радиальном направлении приводит к деформации непосредственно наматываемых слоев материала. При этом происходит неуправляемое растяжение, сжатие и сдвиг слоев материала внутри рулона относительно друг друга.

Величина деформации объекта (у₀) в радиальном направлении (Бурмистров А.Г. Основы расчета машин кожевенно-мехового производства. М.: МТИЛП, Конспект лекций, 1988, c.75) определяется как:

где q - удельное давление поверхности рулона на опорно-намоточную ленту; С - модуль жесткости материала; R - радиус рулона. Удельное давление есть отношение реакции (N) опорной поверхности, являющееся функцией от веса рулона (G), к площади контакта (S) взаимодействующих объектов, т.е. , S=R1α, где l - ширина материала в рулоне; α - угол обхвата рулона опорной поверхностью. Отсюда следует, что для уменьшения деформации рулона в радиальном направлении необходимо по мере нарастания его веса увеличивать опорную поверхность.

Рассмотрим два варианта взаимодействия рулона с рабочими органами системы намотки при одинаковом значении его веса (G), радиуса (R) и ширины материала (1).

Согласно схеме взаимодействия рулона с опорно-приводной лентой в устройстве по прототипу (см. фиг.3) рулон опирается на цилиндрическую поверхность приводного вала. Удельное давление распределяется в пределах угла обхвата (α=α₁+α₂). Увеличить площадь контакта взаимодействующих поверхностей можно за счет увеличения диаметра опорного барабана. Но даже при условии его увеличения до бесконечности угол обхвата не приблизится к значению π, что могло бы способствовать уменьшению удельного давления и, соответственно, уменьшению деформации поверхности рулона в радиальном направлении.

Согласно схеме взаимодействия рулона с опорно-приводной лентой в предлагаемом техническом решении (см. фиг.4), очевидно, что угол обхвата (α=α₁+α₂) при нарастании диаметра рулона приближается к значению π.

Следовательно, площадь контакта в этом случае возрастает, а удельное давление на поверхность рулона в ходе процесса его намотки практически остается постоянным. Это создает условия для уменьшения деформации (у’₀) поверхности рулона в радиальном направлении, т.е. у₀’<<у₀, что главным образом и способствует повышению качества намотки.

При указанных выше конструктивных соотношениях обеспечивается устойчивое положение рулона, а увеличение площади контакта его наружной поверхности с опорно-намоточной лентой способствует стабилизации удельного давления на рулон, снижению момента сопротивления вращению рулона и его деформации в радиальном направлении, чем достигается поставленная техническая задача.

Использование: изобретение относится к области машиностроения для легкой промышленности и может быть использовано в швейном или текстильном производстве для намотки материала в рулон. Сущность изобретения: устройство содержит электропривод, два кинематически связанных между собой вала, замкнутую эластичную ленту избыточной длины, прижимное звено и натяжное звено, представляющее собой приемную скалку, ось вращения которой расположена ниже осей вращения приводных барабанов, причем межосевое расстояние между барабанами превышает радиус кривизны контактной поверхности опорно-намоточной ленты. Скалка свободно установлена в направляющих. Технический результат: сохранение постоянного давления на поверхность наматываемого рулона по мере роста его диаметра. 4 ил.

Устройство для намотки в рулон легкодеформируемых материалов, содержащее привод, два приводных барабана, охватываемых эластичной опорно-намоточной лентой избыточной длины, приемную скалку и натяжное звено, отличающееся тем, что натяжное звено одновременно представляет собой приемную скалку, свободно установленную в направляющих, ось вращения которой расположена ниже осей вращения приводных барабанов, при этом межосевое расстояние между барабанами превышает радиус кривизны приемной части контактной поверхности опорно-намоточной ленты.