Устройство для стабилизации натяжения нитей при перемотке Советский патент 1986 года по МПК B65H59/00 D02H13/14 

1

Изобрете ше относится к устройствам для регулирования натяжения, конкретнее к устройствам для стабилизации натяжения нитей при перемотке.

Цель изобретения - повышение стабилизации натяжения.

На фиг,1 изображена структураня схема устройства; на фиг.2 - то же, замкнутого контура регулирования.

Питающие паковки 1 установлены в несколько горизонтальных и верти- капь ных рядов в шпулярнике 2. Нити 3 с питающих паковок 1 переметывают на наматывающий ролик 4, в результате чего формируют наматываемую паковку 5, например сновальный валик. ежду питающими паковками 1 и наматываемой паковкой 5 установлен ните- натяжитель 6, взаимодействующий с нитями 3. Нитенатяжитель 6 имеет натяжные ролики 7, которые выполнены с возможностью вращения за счет охвата поверхности роликов движущимися без проскальзывания относительно них нитями 3. Натяжные ролики 7 механически связаны с тормозом 8, ко торый может быть-разли 1ной конструкции, например в качестве тормоза 8 может быть использован электродвигатель постоянного тока в тормозном режиме. Тормоз 8 подключен к выходу блока 9 управления нитенатяжителем 6, вход которого подключен к задатчику 10, Конструкция блока 9 управления нитенатяжителем 6 зависит от конструкции нитенатяжетиля 6 и тормоза 8, Этот блок может быть выполнен, например, в виде стабилизатора тока на основе тиристорного инвертора с обратной связью по току с датчика 1 тока тормоза 8. Наматывающий ролик 4 с паковкой 5 кинематически связан с электродвигателем 12 и датчиком 13 угловой скорости электродвигателя (например, тахогенератором), Электродвигатель 12 подключен к выходу блока 14 управления приводом, который может быть выполнен, например, . в виде типовой двухконтурной системы подчиненного регулироватшя угловой скорости электродвигателя по- -стоянного тока с обратными связями по току с датчика 15 тока электродвигателя 12 и по угловой скорости с датчика скорости 13. Датчик 16 диаметра паксвки 5 выполнен в виде ролика 17, ОСУ: вращения 18 которого

W

12799342

посредством зубчатой рейки 19 и зубчатой щестерни 20 механически связана с первым 21 и вторым 22 делителями напряжения. В качестве датчика диаметра 16 могут быть использованы, например, на сновальной ма шине элементы конструкции укатывающего вала. Ролик 17 прижат к поверхности паковки 5 с помощью дополнительного средства (не показано), например с помощью пневмоприжима, и имеет возможность линейного лере- мещения в диаметральной плоскости паковки 5 по мере изменения ее метра (радиус R). Устройство содержит задатчик линейной скорости 23 паковки 5 и последовательно включенные сумматор 24, релейный элемент 25 и интегратор 26, при этом входы сумматора 24 подключены к задатчику линейной скорости 23 и к управляющему элементу второго делителя на- ртряжения 22, Выход релейного элемента 25 подключен к входу первого делителя напряжения 21, управляющий элемент которого через электрический фильтр 27 связан с входом блока 9 управления нитенатяжителем 6, а выход интегратора 26 подключен к входу второго делителя 22 напряжения и к входу блока 14 управления приводом паковки 5. Сумматор 24, релейный элемент 25, интегратор 26 и электрический фильтр 27 могут быть реализо35 ваны, например, на основе операционных усилителей.

Устройство работает следующим образом,

Для структурной схемы,- приведен ной на фиг.2 справедливы уравнения

20

25

30

м

45

50

S V, - .

и UQ sign S; UQ const,; (1)

W I,T - ,7 - rp f dt T,

где ТI - постоянная времени интегратора 26 i

Up - величина напряжения релейного элемента 25,

Если коэффициент передачи делителей 21 и 22 напряжения прямо пропор- ционален паковки 5, то

Uo

k,- k,

R

(2)

«7

J2 - R U| 55 где К j - коэффициент пропорциональности,

В рассматриваемом замкнутом контуре возникает скользящий режим, если обеспечены условия, при которых S

м

5

0

S V, - .

и UQ sign S; UQ const,; (1)

W I,T - ,7 - rp f dt T,

где ТI - постоянная времени интегратора 26 i

Up - величина напряжения релейного элемента 25,

Если коэффициент передачи делителей 21 и 22 напряжения прямо пропор- ционален паковки 5, то

Uo

k,- k,

R

(2)

«7

J2 - R U| 5 где К j - коэффициент пропорциональности,

В рассматриваемом замкнутом контуре возникает скользящий режим, если обеспечены условия, при которых S

разные знаки,

(1) с учетом

dxjL dV

dt

Из систе- (2) елеHIS Ck ..о J dt dWz dt

+ k,- (0.

dR. (3)

Если текущий радиус R паковки 5 меня ется значительно медленнее, чем V (например, при разгоне), что и имеет место при намотЛе тонких нитей, то dR

-- О и тогда, с учетом (1) dt

dS dt

dV „ dt

p.iPj: dt

dVz k,R-, d

(A)

Из(1) и (A) следует, что условия возникновения скользящего режима для {рассматриваемой cxeNbi сводятся к выполнению условия

Ji . EYi

и.

k,R

dt

(5)

Выполнение этого условия можно

обеспечить путем выбора U,

f I

К

при известных радиусе наматывающего ролика 4 и максимальном радиусе R паковки 5, а также путем ограничения скорости измеиения V, Последнее можно обеспечить практически, например, путем установки пассивного фильтра на входе V сумматора 24 или путем использования задатчика интенсивности. При выполнении условия (5) S«0, и, следователь- с учетом (2)

но,

W,

-IS k,R

(6)

Из (6) видно, что выходной сигнал U интегратора 26 представляет собой частное от деления сигнала задатчика линейной скорости 23 на величину, пропорциональную радиусу паковки 5, Выходной сигнал не зависит от возмущений, поскольку деление происходит в замкнутой системе с организацией в ней скользящего режима. Если разрывную выходную величину U первого делителя 21 подать на вход электрического фильтра 27, то на выходе последнего при идеальном скользящем режиме будет выполняться условие

lira X, и,„. k,T.-2.(7)

О

ЭКБ

k т --

где и

9KB

dS решение уравнения

(см, (4)) относительно U, с учетом (2);

Kj - козф(|ициент передачи электрического фильтра 21i Tj - постоянная времени электрического фильтра 27. Из (7) следует, что выходная величи- на X электрического iJembTpa 27 пропорциональна производной от сигнала заданного значения линейной скорости, задаваемой задатчиком 23, Для пояснения работы устройства рассмотрим теперь известные основные соотношения для нитенатяжителя 6, Уравнение динамики для нитенатяжителя 6

М MOМ,

dQp dt

(8)

5

М

Fo Rp

0

5

0

5

0

где М FR - момент, coздaвae ый силой натяжения нитей F между нитенатяжителем 6 и наматываемой паковкой 5

Rp - радиус натяжных ролигч ков 7 i

момент, создаваемый силой натяжения нитей FP между питающими паковками и нитенатя- жителем 6 М - момент, создаваеь| 1Й

тормозом 8, при использовании в качестве тормоза электродвигателя, при постоянном потоке возбуждения М М + +

- момент, обусловленный механическими потерями в нитенатяжителе 6; К - коэффициент пропорциональности между моментом и током I электродвигателя;

I - суммарный момент инерции элементов нитенатяжителя 6|

СОр - угловая скорость роликов 7 нитенатяжителя 6,

в

55

(9)

(10)

где V - линейная скорость натяжных роликов 7, которая при отсутствии проскальзывания совпадает со скоростью движения (перематывания) нитей.

Из (10) при -а dt

О вытекает уравнение статики нитенатяжителя 6

- Г„

12. SSM

R

Р

f

О,

(П)

Для перематывания нитей 3 при

известных величинах F.

М,

о то р М

задатчиком 10 натяжения устанавлива.- ют такое значение тока электродвигателя 8, которое, в соответствии с уравнением (11), обеспечивает заданное натяжение F нитей 3, В дальнейшем это значение тока по,вдерживают постоянным с помощью блока 9 управления нитенатяжителем 6 и датчика тока 11 тормоза 8, Затем включают бЛок 14 управления приводом и задатчиком 23 устанавливают заданное значение линейной скорости V2 const, При этом на выходе интегратора 26, в соответствии с уравнением (6), устанавливается здданное значение угловой скорости COj, а с помо1цью блока 14 управления приводом - соответствующая этому значению фактическая, угловая скорость электродвигателя 12 и паковки 5, Необходимую для этого статику и динамику регулирования угловой скорости формируют с помощью блока 14 управления приводом, датчика тока 15 электродвигателя и датчика скорости 13, Таким образом, устанавливают соответствие между заданной и фактической линейной скоростью нитей 3. При V2 const, согласно уравнению (), выходной сигнал электрического фильтра 27 равен нулю. В начале намотки паковки 5 ролик 17 датчика диаметра 16 занимает (фиг.1 положение соответствующее радиусу наматывающего ролика 4. По мере наматывания паковки 5 ее радиус возрастает, что вызывает увеличение линейной скорости нитей 3. Однако увеличение радиуса паковки 5 приводит к перемещению ролика 17, связанной с его осью 18 зубчатой рейки 19, зубчатой шестерни 20 и

управляющих элементов первого и второго делителей 21 и 22, При этом перемещение управляющего элемента второго делителя 22 напряжения, согласно уравнению (6), приводит к уменьщению выходного сигнала интегратора 26, угловой сокрости электродвигателя 12 и паковки 5, т.е. к восстановлению заданного значения линейной скорости. Таким образом, стабилизация линейной скорости нитей 3 в процессе перематывания осуществляется автоматически. Перемещение управляющего элемента делителя 21 напряжения не приводит к изменению сигнала на выходе электрического фильтра 27, поскольку V const и, следовательно

вательно.

ЙУ

dt

О. При необходимости

изменения линейной скорости, например при переходе с заправочной на рабочую скорость, изменяют выходное напряжение задатчика 23 линейной

скорости паковки 5 с темпом, который определен условиями (5) существования скользящего режима. При изменении линейной скорости .нитей в системе регулирования натяжения возникает динамическая ошибка, обусловленная правой частью уравнения (10),Однако одновременно при изменении линейной скорости нитей на выходе электрического фильтра 27 и, следовательно, на входе блока регулирования нитенатяжителем 9 появляется сигнал, величина которого определена уравнением (7). Сравнивая (7) и (10) и учитывая, dV dV dt dt

что

, очевидно, что дина0

мическая ошибка натяжения автоматически компенсируется. Это происходит путем изменения (в данном случае 5 уменьшения) тока якоря электродвиI

R

гателя 8 при условии Р

k .Т

Kj i, ,

которое при известных I, Кь и выбранном раннее Tj может быть легко выполнено путем установки коэффициента передачи Kj электрического фильтра 27;

4 т,

23

фиг./

И2

f4S

X1

KtK

г

Z6

Шг

(