Станок для намотки катушек Советский патент 1992 года по МПК H02P5/06 H01F41/04 

Изобретение относится к технологическому оборудованию для изготовления электрических катушек, в основном сверхпроводящих, и может быть использовано в электротехнической, радиоэлектронной промышленности.

Известен станок для намотки катушек (авт. ев, № 1191961), содержащий станину, первый шпиндель, кинематически связанный с приводом и установленный на первой раме в подшипниковых опорах, второй шпиндель, установленный на второй раме в подшипниковых опорах, проводоводитель с винтовой упругой спиралью, кинематически связанный с приводом, механизм реверса проводоводителя с фрикционной муфтой, управляемой электромагнитами, смоточно- натяжное устройство в виде барабана с ленточным тормозом и связанного с лентой тормоза поворотного одноплечего рычага, выполненного на свободном конце в виде винта с шестерней-гайкой и жестко связанным с ней барабаном с тросом и грузом на его конце, вала со шлицами, на одном конце

несущего шестерню, установленную на шлицах и находящуюся в зацеплен и с шестерней-гайкой, и шкив с тормозным механизмом в виде подпружиненной колодки и связанного с ней электромагнита и храповым механизмом с двумя электромагнитами, колесо и качающийся рычаг которого установлены на дру. ом конце шлицового вала. Собачка связана через гибкую нить с одним электромагнитом, а свободный конец качающегося рычага подпружинен и связан с другим электромагнитом храпового механизма. При этом электромагниты снабжены подвижным контактом, связанным с электромагнитом тормозного механизма шкива и электромагнитом качающегося .зга хра пового механизма, два контакта электрически связаны с электромагнитом тормозного механизма шкива и электромагнитом храпового механизма, соединенным с собачкой.

Однако в данном устройстве вследствие принятой схемы регулирования натяжение провода на катушке при переходе от внутреннего ряда к внешнему возрастает, что не

(Л

С

, vi О xj

О XI Os

всегда приемлемо, Кроме того, при намотке сверхпроводящих катушек по ряду причин необходимо осуществлять останов или даже реверс двигателей приводов. Причем эти операции должны производиться при со- хранении заданного режима натяжения провода на данном слое.,

Наиболее близок ТГпр едлагаемому станок для намотки катушек по авт. св. № 1607660, содержащий станину, первую и вторую рамы, первый и второй приводы, установленные на первой и второй рамах соответственно, первый и второй шпиндели, установленные в подшипниковых опорах на первой и второй рамах соответ- ственно и кинематически связанные с первым и вторым приводами соответственно, установленный на станине проводоводи- тель, выполненный с возможностью реализации только одной степени свободы движения наматываемого провода в направлении намотки-смотки, первый, второй, третий, четвертый концевые переключатели, первые контакты которых заземлены, третий и четвертый согласую- щие приводы, установленные на станине и связанные парами винт-гайка с первой и второй рамами соответственно, первый и второй блоки задания, первый и второй блоки вычисления, первые входы которых сое- динены с выходом первого блока задания, вторые входы - с выходом второго блока задания, а выходы соответственно подключены к электрическим входам первого и второго приводов, третий и четвертый блоки вычисления, выходы которых соответственно соединены с электрическими входами третьего и четвертого приводов, первый вход третьего блока вычисления соединен с выходом первого блока задания, а первый вход четвертого блока вычисления - с вторым выходом второго блока вычисления, первый блок реверса и пятый блок вычисления, первый и второй входы которых соответственно соединены с первыми контактами первого и второго переключателей, выход первого блока реверса соединен с вторым входом третьего блока вычисления, а выход пятого блока вычисления - с третьими входами первого и второго блоков вычисления, второй блок реверса и шестой блок вычисления, первые и вторые входы которых соответственно соединены с первыми контактами третьего и четвертого переключателей, выход второго блока реверса подключен к второму входу четвертого блока вычисления, а выход шестого блока вычисления - к четвертому входу второго блока вычисления, инвертор, компаратор нуля, первый вход которого заземлен, второй соединен с выходом первого блока задания, а выход подключен к третьим входам пятого блока вычисления и первого блока реверса и через инвертор - к третьим входам шестого блока вычисления и второго блока реверса.

Данный станок позволяет реализовать намотку катушек только при заданном постоянном натяжении провода, что при переходе от внутренних слоев катушки к внешним приводит к увеличению момента натяжения провода на приемной катушке. Это обусловливает концентрацию напряжений на внутренних слоях катушки и, как следствие, снижает ее технические характеристики.

Цель изобретения - повышение качества намотки.

При использовании предлагаемого изобретения снижается концентрация напряжений на внутренних слоях кагушки. Это обеспечивается поддержанием постоянства заданного момента натяжения провода на приемной катушке, что приводит к уменьшению натяжения провода при переходе от внутреннего слоя катушки к внешнему.

Цель изобретения достигается тем, что в станке, содержащем станину, первую и вторую рамы, первый (ведущий) и второй (ведомый) приводы, установленные на первой и второй раме соответственно, первый и второй шпиндели, установленные в подшипниковых опорах на первой и второй рамах соответственно и кинематически связанные с первым и вторым приводами соответственно, установленный на станине- проводоводитель, выполненный с возможностью реализации только одной степени свободы движения наматываемого провода в направлении намотки-смотки, первый, второй, третий и четвертый концевые переключатели, первые контакты которых заземлены, третий и четвертый согласующие приводы, установленные на станине и связанные парами винт-гайка с первой и второй рамами соответственно, первый и второй блоки задания, компаратор нуля, инвертор, первый и второй блоки реверса, первые входы которых соответственно соединены с первыми входами блока вычисления текущего радиуса обмотки катушки и блока вычисления текущего радиуса обмотки подающей катушки и с вторыми контактами первого и третьего концевых переключателей соответственно, вторые входы соответственно подключены к вторым входам указанных блоков вычисления и вторым контактам второго и четвертого концевых переключателей соответственно, третьи входы первого блока реверса и блока

вычисления текущего радиуса обмотки катушки соединены с выходом компаратора нуля непосредственно, а третьи входы второго блока реверса и блока вычисления текущего радиуса обмотки подающей катушки -через инвертор, первый вход компаратора нуля заземлен, выходы первого и второго блоков реверса соответственно соединены с вторыми входами блоков вычисления вращающего момента согласующих приводов, выходы которых подключены к электрическим входам третьего и четвертого приводов соответственно, выход первого блока задания соединен с электрическим входом первого привода и первым входом блока вычисления вращающего момента ведомого привода, второй вход которого подключен к выходу второго блока задания, третий и четвертый входы соединены с выходами блоков вычисления текущего радиуса обмотки катушки и текущего радиуса обмотки подающей катушки соответственно, первый выход подключен к электрическому входу второго привода, второй - к второму входу компаратора нуля и первому входу блока вычисления момента третьего согласующего привода, а третий выход - к первому входу блока вычисления момента четвертого согласующего привода.

Блок вычисления вращающего момента ведомого привода содержит первый и второй делители, первый и второй входы которых встречно соединены и являются третьим и четвертым входами блока, первый инвертор, вход которого является вторым входом блока, первый сумматор, входы которого подключены к выходу первого инвертора и первому входу блока, а выход является вторым выходом блока, второй инвертор и первый перемножитель, входы которого соединены с выходом первого делителя и вторым входом блока, а выход - с входом второго инвертора, второй перемножитель, входы которого подключены к выходам второго делителя и выходу первого сумматора, второй сумматор, входы которого подключены к выходу второго инвертора и выходу второго перемножителя, являющемуся третьим выходом блока, а выход второго сумматора является первым выходом блока.

На фиг. 1 изображена комбинированная схема станка; на фиг. 2 представлена схема блока вычисления вращающего момента ведомого привода

Станок содержит станину 1 рамы 2 и 3, приводы 4-7 (ведущий 4, ведомый 5 и согласующие 6 и 7), шпиндель 8, установленный в подшипниковых опорах 9 на раме 2 и кинематически связанный с приводом 4, установленным на раме 2, кинематически связанной парой винт-гайка 10 с приводом 6, установленным на станине 1, шпиндель 11, установленный в подшипниковых опорах 12

на раме 3, кинематически связанной парой винт-гайка 13 с приводом 7, установленным на станине 1. Проводоводитель 14 закреплен на станине 1, концевые переключатели 15-18 - на ней же, причем переключатели

0 15 и 16 установлены (с возможностью перемещения вдоль хода рамы 2) в точках, расстояние между которыми равно длине слоя обмотки приемной катушки 19, установленной на шпинделе 8, а переключатели 17,

5 18 - вдоль хода рамы 3 в точках, расстояние между которыми равно длине слоя обмотки подающей катушки 20, установленной на шпинделе 11.

Станок содержит также блок 21 задания

0 вращающего момента ведущего привода 4 (Мвр), блока 22 задания заданного постоянного момента натяжения провода (М) блок 23 вычисления вращающего момента ведомого привода 5(Мв), первый вход которого

5 вместе с электрическим входом привода 4 подключен к выходу блока 21 задания, второй вход соединен с выходом блока 22 задания, а первый выход - с электрическим входом привода 5, блок 24 вычисления вра0 щающегс момента согласующего привода 6 (МвР3) и блок 25 вычисления вращающего момента согласующего привода 7 (МБР, ) первые входы которых соединены с вторым и третьим выходами блока 23 вычисления

5 вращающего момента ведомого привода 5 соответственно, а выходы соответственно подключены к электрическим входам согласующих приводов 6 и 7, блок 26 реверса согласующего привода 6 и блок 27 вычисле0 ния текущего радиуса обмотки катушки 19, первый и второй входы которых соответственно соединены с вторыми контактами переключателей 15 и 16, первые контакты которых заземлены, выход блока 26 реверса

5 согласующего привода 6 соединен с вторым входом блока 24 вычисления вращающего момента согласующего привода 6 а выход блока 27 вычисления текущего радиуса обмотки катушки - с третьим входом блока 23

0 вычисления вращающего момента ведомого привода 5, блок 28 реверса согласующего привода 7 и блок 29 вычисления текущего радиуса обмотки подающей катушки 20, первый и второй входы которых соответст5 венно соединены с вторыми контактами переключателей 17 и 18, первые контакты которых заземлены выход блока 28 реверса согласующего привода 7 соединен с вторым входом блока 25 вычисления вращающего момента согласующего привода 7 а выход

блока 29 вычисления - с четвертым входом блока 23 вычисления вращающего момента ведомого привода 5, инвертор 30, компаратор 31 нуля, первый вход которого заземлен, второй соединен с вторым выходом блока 23 вычисления вращающего момента ведомого привода 5, а выход подключен к третьему входу блока 27 вычисления текущего радиуса обмотки катушки 19 и через инвертор 31 - к третьему входу блока 29 вычисления текущего радиуса обмотки катушки 20.

Блок 23 вычисления вращающего момента ведомого привода 5 содержит первый блок 23,1 деления и второй блок 23.2 деления, первый и второй входы которых встречно соединены и являются третьим и четвертым входами блока, первый инвертор 23.3, вход которого является вторым входом блока, первый сумматор 23.4, один вход которого подключен к выходу первого инвертора 23.3, другой является первым входом блока, а выход является вторым выходом бло ка, второй инвертор 23.5 и первый перемножитель 23.6, входы которого соединены с выходом первого делителя 23.1 и вторым входом блока, а выход - с входом второго инвертора 23.5, второй перемножитель 23.7, входы которого подключены к выходу второго блока 23.2 деления и к выходу первого сумматора 23.4, второй сумматор 23.8, входы которого подключены к выходу второго инвертора 23.5 и выходу второго перемножителя 23.7. являющемуся третьим выходом блока, а выход второго сумматора 23.8 является первым выходом блока.

Механическая суть работы станка описывается следующей системой уравнений:

Сф1 МвР -М;(1) МВР2 + Мн2;(2) Мн2 - М : (3) п pi Г2 p2l (4)

С фз М в%:(5) С ФА М ВРЧ : (6)

где р2, pz фл, скорости вращения валов ведущего ведомого и согласующих проводов; МБР/ ; Мвр2;Мвр ; МБР,,-электрические сигналы, пропорциональные вращающим моментам на валах ведущего, ведомого и согласующих приводов; М - заданный постоянный момент от натяжения провода на валу ведущего привода; Мц - момент нагрузки на валу ведомого привода; п; Г2 - текущие радиусы обмоток приемной и подающей катушек соответственно; С - коэффициент, учитывающий электромеханические свойства приводов

Зависимость (4) можно трактовать как условие нерастяжимости провода. Из (1)-(4) нетрудно получить

И

MBft,JJ-(MBPy-M)(. Г21

где величину М также следует рассматривать как электрический сигнал, пропорциональный требуемому моменту от натяжения провода на валу ведущего привода.

Уравнения (1), (2), (5) и (6) позволяют получить зависимости, связывающие вращающие моменты соответственно ведущего

и первого согласующего, а также ведомого и второго согласующего приводов.

20

Имеем МВР -J- (Мвр, -М); (8)

МВрл - -5-(Мвр, -М);(9)

Г2 Ъ

где d - диаметр провода. S - шаг ходового

винта пары винт-гайка.

Выбрав величину М исходя из требования обеспечения заданного момента натяжения провода на валу ведущего привода и величину M8P исходя из требований обеспечения необходимой скорости вращения вала ведущего привода согласно выражению (7), получим величину управляющего сигнала МвРг на входе ведомого привода обеспечивающего требуемый момент натяжения и необходимую скорость вращения Также очевидно, что, изменяя величину сигнала МВР при заданном М;можно добиться останова приводов (Мвв М), так и изменения направления вращения обоих приводов

(смотка) (Мвр М). В последнем случае ведомый привод становится ведущим. Так как уравнения (1)...(4), (7) удовлетворяют всем этим условиям, то очевидно, что как изменение величины скорости намотки, так и изменение ее знака (направления вращения приводов), а также останов приводов происходят при сохранении величины заданного момента натяжения провода М.

Станок позволяет реализовать следующие режимы работы:

а)режим настройки;

б)режим прямой намотки и останова,

в)режим обратной намотки (смотки). Режим настройки

Сначала настраивают станок (фиг 1) на заданные размеры приемной катушки 19 подающей катушки 20 и провода С этой целью замеряют длины каркасов кагушек 19 и 20, а также диаметр провода По и змеренным длинам каркасов устанавливают переключатели 15-18 и упоры (на чертеже не обозначены).

В соответствии с диаметром d провода и выбранным шагом S винтовых пар 10 и 13 устанавливают коэффициенты передачи блоков 24 и 25. Начальные значения радиусов п, га задают соответственно на блоке 27 вычисления текущего радиуса обмотки катушки и на блоке 29 вычисления текущего радиуса обмотки подающей катушки.

На блоке 22 задания устанавливают требуемую величину момента натяжения М, а на блоке 21 задания - полярность и величину МВР , соответствующую выбранным напряжению и величине скорости намотки.

Вращением ходовых винтов пар 10 и 13 устанавливают рамы 2 и 3 вместе с закрепленными на них каркасами приемной катушки 19 и подающей катушки 20 в исходное положение таким образом, чтобы напротив оси проводоводителя 14 находились конец провода подающей катушки 20 и начальная точка будущей обмотки приемной катушки 19.

Режим прямой намотки и останова Режим прямой намотки осуществляется при Мвру М. а режим останова при МБР/ М. При МБР/ М и исходном положении рам 2 и 3, когда замыкаются концевые переключатели 16 и 18, прямая намотка происходит при движении рам в направлении переключателей 15, 17. Действительно, сигналы от концевых переключателей 16 и 18, поступающие на вход блока 26 реверса и на вход блока 28 реверса соответственно, совместно с сигналом sign (Мер/ - М) с выхода компаратора 31 нуля, вызывают на выходе указанных блоков сигналы логической единицы и логического нуля соответственно.

При этом сигнал - (МБР/ - М) с выхода блоО

ка 24 поступает на вход усилителя 6 привода с одним знаком, а сигнал --- (Мвр,- М) с

о Г2

выхода блока 25 поступает на вход усилителя 7 привода с противоположным знаком. Таким образом, с выходов блоков 21, 23-25 на приводы 4-7 соответственно поступают напряжения требуемой величины и полярности. При одновременной подаче напряжений на двигатели указанных приводов они начинают вращаться, провод сматывается с катушки 20 и наматывается на катушку 19.

При достижении рамами 2 и 3 концевых переключателей 15 и 17 полярность выходных сигналов 24 и 25 изменяется и происходит реверс двигателей согласующих приводов 6 и 7.

В случае различия длин каркасов катушек 19 и 20 реверс указанных двигателей происходит неодновременно.

В момент реверса сигналы переключателей 15 и 17 совместно с сигналов sign (Мвр - М), поступающим на вход блока

27 вычисления текущего радиуса обмотки приемной катушки 19 непосредственно, а на вход блока 29 вычисления текущего радиуса обмотки подающей катушки 20 - через инвертор 30,производят в счетчике блока 27

вычисления операцию сложения, так как радиус п приемной катушки 19 увеличивается на толщину провода после намотки очередного слоя, а в счетчике блока 29 вычисления - операцию вычитания, так как радиус

Г2 подающей катушки 20 уменьшается в процессе смотки слоя на толщину провода. Изменение величин п, Г2 приводит к изменению вращающих моментов МВР МБР/ в соответствии с формулами (7) и (9).

При установке сигнала Mepf М происходит останов двигателей приводов 4-7 при сохранении заданной величины момента М натяжения провода на приемной катушке

19.

Останов двигателей приводов 6 и 7 происходит в результате обнуления вращающих моментов МВР, и МБР., (см уравнения (8), (9)). Двигатели же приводов 4 и 5 останавливаются в силу наступления баланса моментов на валах этих двигателей В самом деле, при установке на блоке 21 задания величины МВР М на катушке 19 возникает момент MHI натяжения провода, который

связан с моментом Мн/. натяжения провода на катушке 20 зависимостью

Мн„ Г2/г1Мн.,

(10)

45Пользуясь уравнениями (1) (2) и соотношениями (4), (7) (10), можно записать при МВР М

п(М-Мн.) Г2 - (М-М)-- М

Г2М

+ -р-Мн,:

или (п + Г2 -- )(М - Мн,) О

(11) (12)

Из (12) следует чтоМн/ М те момент от натяжения провода на катушке 19 равен заданному значению М Согласно J 1J при МВР,{ Mfy М существует баланс моментов

на валах двигателей приводов 4 и 5, вследствие чего двигатели находятся в неподвижном состоянии (ул (pz 0).

Режим обратной намотки (смотки) осуществляется при МБР/ М. Работа станка на этом режиме происходит аналогична режиму прямой намотки. Отличие состоит только в направлении вращения катушек 19 и 20 и порядке счета счетчиков блоков 27 и 29 вычисления.

Формула изобретения 1. Станок для намотки катушек, содержащий станину, первую и вторую рамы, первый и второй приводы, установленные на первой и второй рамах соответственно, первый и второй шпиндели, установленные в подшипниковых опорах на первой и второй рамах соответственно и кинематически связанные с первым и вторым приводами соответственно, проводоводи1 тель, установленный на станине и выполненный с возможностью реализации только одной степени свободы движения наматы- вае мого провода в направлении намотки- смотки, первый-четвертый концевые переключатели, первые контакты которых заземлены, третий и четвертый согласующие приводы, установленные на станине и связанные парами винт-гайка с первой и второй рамами соответственно, первый и второй блоки задания, компаратор нуля, инвертор, первый и второй блоки реверса, первые входы которых соответственно соединены с первыми входами блока вычисления текущего радиуса обмотки катушки и блока вычисления текущего радиуса обмоток подающей катушки и вторыми контактами первого и третьего концевых переключателей соответственно, вторые, выходы соответственно подключены к вторым входам указанных блоков вычислений и вторым контактам второго и четвертого концевых переключателей соответственно, третьи входы первого блока реверса и блока вычисления текущего радиуса обмотки катушки соединены с выходом компаратора нуля непосредственно, а третьи входы второго блока реверса и блока вычисления текущего радиуса обмотки подающей

катушки-через инвертор, первый вход компаратора нуля заземлен, выходы первого и второго блоков реверса соответственно соединены с вторыми входами блоков вычисления вращающего момента согласующих приводов, выходы которых подключены к электрическим входам третьего и четвертого приводов соответственно, отличающийся тем, что, с целью повышения

качества намотки катушек, выход первого блока задания соединен с электрическим входом первого привода и первым входом блока вычисления вращающего момента ведомого привода, второй вход которого подключей к выходу второго блока задания, третий и четвертый входы соединены с выходами блоков вычисления текущего радиуса обмотки катушки и текущего радиуса обмотки подающей катушки соответственно, первый выход подключен к электрическому входу второго привода, второй - к второму входу компаратора нуля и первому входу блока вычисления момента согласующего привода, а третий выход - к первому

входу блока вычисления момента согласующего привода.

2. Станок по п. 1,отличающийся тем, что блок вычисления вращающего момента ведомого привода содержит первый

и второй делители, первый и второй входы которых встречно соединены и являются третьим и четвертым входами блока, первый инвертор, вход которого является вторым входом блока, первый сумматор, входы которого подключены к выходу первого инвертора и первому входу блока, а выход является вторым выходом блока, второй инвертор и первый перемножитель, входы которого соединены с выходом первого

делителя и вторым входом блока, а выход - с входом второго инвертора, второй перемножитель, входы которого подключены к выходу второго делителя и выходу первого сумматора, второй сумматор, входы которого подключены к выходу второго инвертора и выходу второго перемножителя, являющемуся третьим выходом блока, а выход второго сумматора является первым выходом блока.

ъм

мьг № -м)Ьь ИУъ

С при body S

Использование: в технологическом оборудовании для изготовления электрических катушек, Сущность: при использовании данного устройства снижается концентрация напряжения на внутренних слоях катушки. Это обеспечивается поддержанием постоянства заданного момента натяжения провода на приемной катушке В устройстве обеспечивается уменьшение на-яжения провода при переходе от внутреннего слоя катушки к внешнему. 2 ил.