Бесфрикционное намоточное устройство

 

Изобретение относится к производству химических волокон и касается устройств для бесфрикционного наматывания нити на цилиндрическую бобину в текстильной и химической промышленности. Цель изобретения - повышение точности стабилизации скорости наматывания путем многократного увеличения чувствительности измерительного устройства и исключения методической погрешности намоточных устройств этого типа. Устройство содержит каретку 5 с установленным на ней прикаточным роликом 6 и фотоэлектрическим датчиком импульсов 7, асинхронный электродвигатель 1, кинематический связанный с соосно

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s B 65 Н 59/38

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР.ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4730070/12 (22) 22.08.89 (46) 30.11.91, Бюл. М 44 (71) Ленинградский институт текстильной и легкой промышленности им.С,M.Êèðîâà (72) В.М.Иванов и В.Н.Иванова (53) 677.057.1 (56) Авторское свидетельство. СССР

t4 971768, кл. В 65 Н 59/38, 1981. (54) БЕСФРИКЦИОННОЕ НАМОТОЧНОЕ

УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к производству химических волокон и касается устройств

„„SU „„1694470 А1 для бесфрикционного наматывания нити е на цилиндрическую бобину в текстильной и химической промышленности. Цель изобретения — повышение точности стабилизации скорости наматывания путем многократного увеличения чувствительности измерительного устройства и исключения методической погрешности намоточных устройств этого типа. Устройство содержит каретку 5 с установленным на ней прикаточным роликом 6 и фотоэлектрическим датчиком импульсов 7, асинхронный электродвигатель

1, кинематический связанный с соосно

0с

О

4 V

1694470 смонтированными бобинодержателем 3 и модулирующим диском 2, имеющим активные зоны (АЗ) взаимодействия с датчиком импульсов, который через последовательно включенные формирователь 12 и компаратор 13 подключен к входу 31 блока 14 управления электродвигателем 1, генератор 16 одиночных калиброванных импульсов, вход которого соединен с выходом 15 формирователя 12, а выход 17 — с вторым входом компаратора 13, АЗ модулирующего диска 2 выполнены профилированными с постоянной окружной длиной между границами АЗ, выбираемой по неравенству

0,15Dp 1 3Dp . И(1+д Чв), где Dp— начальный диаметр паковки; N — число АЗ

Изобретение относится к производству химических волокон, а более точно к бесфрикционным приемно-намоточным механизмам для высокоскоростного наматывания нити на прядильных машинах.

Широкое использование нашли приемно-намоточные устройства, построенные по принципу стабилизации скорости наматывания с использованием прикаточного ролика, на каретке которого установлен датчик импульсов, смонтированный на расстоянии радиуса паковки от ее оси вращения, и модулирующего диска, имеющего активные зоны взаимодействия с датчиком импульсов и смонтированного соосно с бобинодержателем, Известно устройство для намотки нити, в котором на валу электродвигателя соосно смонтированы бобинодержатель и модулирующий диск с активными центрами, расположенными равномерно вдоль спирали с малым шагом, а во фрикционном взаимодействии с паковкой находится прикаточный ролик, на каретке которого установлен датчик импульсов, Частота выходных импульсов считывающего элеменга датчика импульсов пропорциональна окружной скорости паковки, Недостатком такого устройства является недостаточная при формовании синтетических нитей точность измерения окружной скорости паковки, обусловленная низкой частотой и отсутствием строгой периодичности последовательности выходных импульсов считывающего элемента.

35 на модулирующем диске; дув — верхний предел допустимого относительного отклонения скорости Чнмакс наматывания от заданнОи н.з, А/В = (нмакс н.з): н.з.

Каждая АЗ выполнена симметричной относительно радиуса модулирующего диска, и для произвольного диаметра D паковки ширина Z активной зоны равна длине хорды окружности этого диаметра, определяемой по закону Z = D э!п(/D).

Стабилизация скорости намотки производится посредством измерения и стабилизации времени прохождения наружной точкой паковки постоянного базового расстояния, задаваемого длиной L дуги

А3, 1 з,п,ф-лы, 8 ил, Известно также устройство для намотки нитевидного материала с фрикционным приводом бобинодержателя, в котором программный модулирующий диск, имеющий активную зону взаимодействия с излучателем и фотоприемником, использован для изменения натяжения нити в процессе наматывания. Отличительной особенностью этого устройства является то, что активная эона программного диска выполнена 8 виде профилированного отверстия с длиной дуги, изменяющейся от периферии к центру. Закон изменения длины дуги в функции радиуса не задан.

Недостатками этого устройства являются использование фрикционного привода бобины и сложность из-за снабжения фрикционного привода индивидуальной системой регулирования натяжения нити, При этом утрачено главное достоинство фрикционного привода — его простота, а проблемы

Иысокоростного наматывания, связанные с повреждением нитей при передаче крутящего момента через тело намотки, остались.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для намотки нити на бобину, содержащее бобинодержатель, закрепленные на каретке прикаточный ролик и индукционный датчик, установленный на валу бобинодержателя модулирующий диск из ферромагнитного материала с активными зонами в форме пазов постоянной ширины. формирователь импульсов, подключенный первым выходом к второму входу компаратора, а вторым — к

1694470 входу генератора опорных импульсов, который подключен к первому входу компаратора, блок управления, вход которого подключен к выходу компаратора, а выход— к электродвигателю привода бобины.

Стабилизация скооости наматывания производится посредством изменения частоты вращения приводного двигателя бобины в зависимости от контролируемого отклонения текущей окружной скорости паковки от заданного значения Vo. .

Рассогласование текущей и заданной окружных скоростей выявляется с помощью измерительного устройства, преобразующего абсолютное отклонение ЛЧ, окружной скорости паковки Vo от заданной скорости Чп., в последовательность прямоугольных импульсов, информационным параметром которой является длительность импульсов компаратора, зависящая от отклонения скорости ЛЧ, .

Окружная скорость паковки с помощью модулирующего диска, индукционного датчика и формирователя импульсов преобразуется во временной интервал Тф, который с помощью компаратора сравнивается с неизменным временным интервалом Тг, формируемым генератором одиночных, калиброванных по длительности импульсов.

В зависимости от знака и величины рассогласования между длительностью Tr калиброванных импульсов и длительностью

Тф импульсов формирователя блок управления регулирует частоту вращения двигателя бобинодержателя таким образом, чтобы формируемый компаратором разностный сигнал

Тк = Тг — Тф, (1) поддерживался в течение всего цикла намотки на минимально возможном уровне, который способен обеспечить применяемые в устройстве средства измерений.

Недостатком известного устройства является наличие методической погрешности дм, обусловленной изменением заданного базового пути I в процессе намотки, из-за чего в цикле намотки каж дой паковки средняя скорость наматывания без учета малых колебаний скорости из-за ее регулирования в системе изменяется В определенном диапазоне (Ví.íà÷, Ч)(.ко))), монотонно снижаясь от верхнего значения Чн,Has в начале цикла к нижнему значению Ч)). он в конце цикла. Это монотонное изменение средней скорости Чн.ср в диапазоне около 0,3-0,4 ф приводит к соответствующему монотонному увеличе(3) Для обеспечения приблизительного постоянства длины дуги необходимо ограничивать ширину Z паза, соблюдая

ZlDо < 0,15, (4) где Do — начальный диаметр паковки, -..å. наружный диаметр патрона.

С учетом неравенства (4) в выражении (3) можно пренебречь членами ряда, начиная с третьего, тогда

I=Z (1 t ), (5) или, переходя к относительным единицам

40 2

I =ZD. (1+,), (6) где Z — относительная ширина паза модулирующего диска

Do где II3o — начальный диаметр паковки, м. т.е. наружный диаметр патрона;

d — относительный диаметр паковки, D д =—

Do

Кз соотношения (5) следует, что при Z =

const длина дуги I с ростом диаметра паковки 0 монотонно уменьшается, что и является причиной методической погрешности данного способа измерения.

В качестве базового пути )Д, по которому определяется длительность калиброванных импульсов генератора, принимают

50 нию толщины нити от нижних слоев к верхним, т,е, и снижению качества нити.

В намоточном устройстве, имеющем модулирующий диск с постоянной шириной

5 паза, по существу нарушается принятый в атом устройстве принцип измерения окружной скорости паковки, в основу которого положено условие! = сопи, Действительно, в устройстве с актив10 ной зоной в форме паза постоянной ширины Z = const заданным базовым расстоянием является длина I дуги центральной окружности радиуса Вп паковки, ограниченная границами паза шириной Z.

15 Для произвольного диаметра 0 паковки длина дуги I между границами паза связана с шириной паза Z геометрическим соотношением

I = 0 arcsin

2 (2)

Разложим функцию (2) в степенной ряд

Z Z2 3 Z4

I =Darcsic )) =Z(1+ 6 c - 411,) 1694470 длину дуги между границами паза в конце цикла наматывания, т.е, 16=1кон=-2(1+)=ZOO(1+ — — )(7)

z бо бб где D» и d» — конечный диаметр паковки в абсолютных (м) и относительных единицах, о» = D»/Do.

Тогда относительная методическая погрешность д измерения и стабилизации текущей окружной скорости паковки V>, вызванная изменением базового пути с ростом диаметра паковки, равна дт,„y v-„ñóò.- е„.„(т.

Гз)

1 где ЛV„M — абмолютная методическая погрешность стабилизации окружной скорости паковки, м/с, Л Чп.м = < (Л IM), где 1, I»os длина дуги центральной окружности между границами паза при текущем

0 и конечном D» диаметрах наматываемой паковки соответственно;

То — длительность сигнала датчика импульсов, соответствующая по номинальной градуировочной характеристике датчика (Т = 9 /Чн) заданной скорости Чн, наматывания, с, To= ",. (9)

Чп.з. Чн.з. соз /

AIM — абсолютная методическая погрешность базового расстояния, м, Л IM— = I — 1д

Подставляют в форму (8) выражения (6) и (7) и выполняют преобразования

d<

6 г

zz к к

При формировании синтетических нитей обычно d» «3, поэтому без ущерба для точности можно пренебречь единицей в знаменателе последней формулы, так как б 7 «6 0 15 = 240031 .

Тогда

6 С12 н 2 ) 6Я Г 2

Из формулы (10) следует, что методическая погрешность принимает максимальное значение в начале цикла наматывания, при

d= D/Do=1.

5 Максимальное значение методической погрешности m составляет ккрмa . ккк.к ° . Z (1 )

Чн.»он. б

10 (11)

Отсюда максимальная ширина паза ма»с в функции предела заданной методической, погрешности д„m равна

15 Ì (12)

1 — dg

Построенные по формуле(11) в зависимости максимальной методической погрешности c5Mm () измерения окружной скорости паковки в функции относительной ширины Z паза модулирующего диска, при различных относительных конечных диаметрах паковки показаны на фиг.8 (кривая 1 — при d» = 3, кривая 2 — при б» = 4).

Зависимость (11) и графики дмп, = f(Z, d») показывают (фиг.8), что максимальное значение методической погрешности возрастает в функции ширины паза Z по закону

30 квадратичной параболы д п = KZ (где К

= (1 — d» /6), достигая при Z = 0,22 недопустимо больших значений д„п = 0,75 для нитей текстильного ассортимента (4), (5), (6).

Вторым недостатком известного намоточного устройства является низкая чувствительность применяемого измерительного устройства на повышенных скоростях наматывания (40 — 67 м/с), По этой причине на повышенных скоростях формования нити отклонения скорости намотки от заданного значения выходят за допустимые пределы, Это сопровождается пропорциональными отклонениями толщины нити, выходом отклонений толщины из разрешенного поля допусков, снижением качества паковок. о

Приведенный анализ устанавливает характер зависимости суммарной погрешнов сти скорости наматывания в функции абсолютного значения скорости и параметров намоточного устройства. Суммарная погрешность измерительного устройства складывается из погрешностей датчика импульсов, формирователя, генератора и компаратора. Сигнал датчика импульсов, кроме методической погрешности содержит также погрешность пространственного положения датчика.

1694470

+ )м д

Т д (16) t+ м

Г д сдВ ы „<<+,1 ((° )f<<,l ч„

45 (15) где Тд — длительность временного интерва- м ла между вершинами двух соседних импуль- 50 . сов индукционного датчика, формируемого в период прохождения мимо него границ паза модулирующего диска, с; аЬ вЂ” угловая скорость паковки (с ), соответствующая при текущем радиусе Яп 55 паковки заданной окружности скорости

Vn.s паковки, т.е. удовлетворяющая зависимости

Na = Vn.з/Rn

Положение датчика импульсов относительно оси вращения паковки в процессе наматывания определяется радиусом йд = Кп + Л йд = йп(1+ дй), (13) 5 где Рд — расстояние между осью вращения паковки и осью чувствительности датчика, м;

Яп — радиус паковки, м;

Ьйд, DR — абсолютная и относительная 10 погрешности пространственного положе ния датчика, обусловленные смещением оси чувствительности датчика относительно общей образующей паковки и прикаточного ролика вследствие изменения деформации 15 наружного слоя волокна (дв1 ), выборки и изменения зазора в подшипниках прикаточного ролика (BR ), погрешности монтажа датчика (доз ) (14)

Rn

Индукционный датчик в период и рохождения мимо него набегающей и бегающей границ паза модулирующего диска форми- 25 рует последовательно во времени положительный и отрицательный импульсы, временной интервал Тд между которыми является информационным параметром сигнала датчика. 30

Длительность Тд реального информационного сигнала датчика импульсов с учетом погрешностей равна

pe „+6 „)(+ я) и

AN — отклонение угловой скорости паковки (с ) от значения вз, соответствующе-1 го заданной скорости намотки, ЛО - N — О з, Ж/и — абсолютная погрешность окружной скорости паковки, м/с

A×o =R ЛN=R. (N — аЬ), Bv — относительная погрешность скорости наматывания нити, Л Чп Л Чн.cos 8 Л Чн ч пз /н.cos ф н

Принимая во внимание второй порядок малости слагаемого (Ar дя ) в знаменателе формулы (15), ее можно записать в виде

Недостатком известного устройства является также использование малогабаритного индукционного датчика, имеющего ряд специфических особенностей: импульсы малогабаритного индукционного датчика малы по абсолютной величине, амплитуда импульсов составляет 5 — 30 мВ (7), (8) и сильно зависит от скорости намотки и воздушного зазора между торцом магнитопровода и поверхностью модулирующего диска: зазор 0,45 мм должен выдерживаться с точностью + 0,15 мм, так как при увеличении воздушного зазора амплитуда импульсов резко падает; жесткие требования к малости осевых люфтов +. 0,15 мм в опорных подшипниках бобинодержателя и в направляющих каретки не пригодны для производственных условий; импульсы индукционного датчика имеют колоколообразную форму с длительностью t>,ä = 2dc/Чп, где d» — диаметр сердечника (8), из-за малой ширины паза модулирующего диска (Z =

=6 — 7 мм) и поэтому значительного для данного елучая диаметра ферромагнитного сердечника датчика (d» = 1 мм), длительность тн.д импульса датчика сопоставима с основным информационным параметрам— длительностью временного интервала Тд ежду импульсами

2dc 2dc 2 1 .д. V Z Тд 6 Тд 0,33 Тд

По этой причине даже незначительные абсолютные погрешности в фиксации вершин импульсов во времени приводят к существенной относительной погрешности в формировании основного информационного сигнала Тд.

Малая амплитуда и значительная длительность импульсов индукционного дат1694470

12 чика приводят к необходимости их многократных преобразований (усилению, дифференцированию и др.), которые вызывают появление существенной относительной инструментальной погрешности датчика иэ-за малой абсолютной длительности интервала Тд между импульсами при повышенной скорости формирования нити.

С учетом инструментальной погрешности Ато преобразования временного интервала между импульсами датчика в прямоугольный импульс формирователя длительность Тф импульса формирователя равна тф=т,+ Лт, (17) где ATp — абсолютная инструментальная погрешность датчика и формирователя импульсов, равная разности между длительностью Тф импульса формирователя (по основанию) и промежутком времени между моментами пересечения оси чувствительности датчика границами паза модулирующего диска, с, AT = Тф . (18)

Погрешность генератора одиночных импульсов определена для генератора, построенного по наиболее совершенной по точности структурной схеме, в которой используется принцип формирования одиночных импульсов посредством отсчета заданного числа импульсов высокочастотного генератора стабильной частоты, являющегося общим для большого числа однотипных намоточных устройств.

Тогда расчетная длительность импульса генератора одиночных импульсов равна ! д и

Тг.р. = . =То = —, (19)

Чр.3. где f — частота следования импульсов генератора высокой частоты, Гц; и — число импульсов высокочастотного генератора, отсчитываемых при формировании одиночного калиброванного импульса, С учетом формулы (19) абсолютная погрешность генератора одиночных импульсов равна

+дт,, .дп дГ

An u Af An — То дт г где A n — абсолютная погрешность отсчета заданного числа счетных импульсов (погрешность квантования временного ин тервала);

Л f, д — абсолютная (Гц) и относительная погрешности частоты высокочастотного генератора счетных импульсов, 4f=A

"Вход-выход" компаратора

1,1 т, ä = — — - —, To

{24) Для современных генераторов с кварцевой стабилизацией частоты относитель5 ная погрешность стабилизация частоты составляет 4 = 10, поэтому ею можно пренебречь ввиду малости.

Абсолютная погрешность отсчета

An = +1. Отсюда

ЛТ,= —, = Т,, (gg) где Т вЂ” период следования импульсов генератора высокостабильной частоты, с, Длительность реальных импульсов генератора одиночных калиброванных импульсов с.учетом погрешности квантования

Тг - То + Т . (21)

Реальный компаратор имеет зону нечувствительности по информационному

20 параметру входного сигнала (Тт-Тф), обусловленную конечным временем срабатывания электроэлементов компаратора и . необходимостью защиты устройства от промышленных помех. В данном случае зона

25 нечувствительности симметрична относительно нуля входного сигнала и характеризуется значениями положительного и отрицательного порогов срабатывания, С учетом того, что отработка рассогласования скорости наматывания от заданной начинается когда входной сигнал компаратора выходит за пределы зоны нечувствительности, т.е. при ITg l ) т1<, уравнение (1) принимает вид

1,1т1, < т — тф, (22) где 1,1 — коэффициент, учитывающий инерционность блока управления, а также динамическую ошибку измерительного устройства.

Подставив в формулу (22) зависимости (21), (17), с учетом (16) получают

+дм

1,1 т 4 Tp + Tf — Tp „Л Т =

+од

45 =То {1 -1 + — ".д- ) 4-Т вЂ” ЛТ, =

1 +дм

=т. (д +д — д. )+т — Лт,.

Откуда относительная погрешность стабилизации скорости наматывания

AT, Т Т Т

=8k — дт+до+дм — дя, (23) 13

1694470

50

55 д — относительная погрешность генератора одиночных импульсов (погрешность квантования);

T< 1

То То (25) д, — относительная инструментальная погрешность датчика формирования, обусловленная погрешностью преобразования электрических сигналов

Т (26)

Максимальное значение относительной погрешности стабилизации скорости Bv =дч соответствует пороговому значению сигнала компаратора Т, = ч= ц, при одинаковых знаках всех слагаемых погрешностей д Чп = А + дг + дс + дм + дя, (27)

Расчеты показывают (см. приложение), что на повышенных скоростях наматывания известное устройство не может обеспечить намотку нити с допустимыми отклонениями по толщине в диапазоне +1,0 — 1,25% из-за отклонений скорости намотки, выходящих из этого диапазона.

Цель изобретения — повышение точности стабилизации скорости наматывания, Указанная цель достигается тем, что в бесфрикционном намоточном устройстве, содержащем нитераскладчик с индивидуальным электроприводом, каретку с установленными на ней прикаточным роликом и датчиком импульсов, электродвигатель, кинематически связанный с соосно смонтированными бобинодержателем и модулирующим диском, имеющим активные эоны взаимодействия с датчиком импульсов, который через послеодовательно включенные формирователь и компаратор подключен к входу блока управления электродвигателем, генератор калиброванных импульсов, вход которого соединен с выходом формирователя, а выход — с вторым входом компаратора, активные зоны модулирующего диска выполнены профилированными с постоянной окружной длиной между границами активной зоны, выбираемой по неравенству

0,15 Оо S1 < (28) где L — длина дуги окружности между границами активной зоны, м;

D0 — начальный диаметр паковки, м;

N - число активных зон на модулирующем диске; дув — верхний предел допустимого относительного отклонения скорости наматывания VH.M xc от заданной Чн,э, 5

40 з н.maxc н.э. юв— н.э.

Каждая активная зона выполнена симметричной относительно радиуса модулирующего диска и для произвольного диаметра паковки ширина активной эоны равна длине хорды окружности этого диаметра, определяемой по закону

Z = D sin - -, L (29) где Z — ширина активной зоны, м, В качестве датчика импульсов использован фотоэлектрический датчик, а в качестве формирователя импульсов двухпозиционный пороговый элемент с порогом срабатывания, равным половине амплитудного значения выходного сигнала датчика импульсов, и не имеющий петли гистерезиса, Фотоприемник снабжен диафрагмой с круглым отверстием диаметром (0,8 — 0,9)

d<,y, где dc ф — диаметр рабочего окна фоточувствительного слоя фотоприемника.

В качестве приводного электродвигателя бобины использован трехфазный асинхронный электродвтигатель повышенного скольжения. Компаратор выполнен на асинхронном RS-триггере и двух логических элементах ЗАПРЕТ, причем разрешающий вход первого логического элемента и запре- . щающий вход второго элемента связаны с выходом формирователя импульсов. Разрешающий вход второго логического элемента и запрещающий вход первого элемента связаны с выходом генератора импульсов. Выход первого и выход второго элементов подключены соответственно к установочному входу и входу сброса RS-триггера, прямой выход которого подключен к входу блока. управления, содержащего управляемый автогенератор с трансформаторным выходом и схему коммутации обмотки статора электродвигателя, состоящую из трех резисторов, соединенных в трехлучевую звезду, и двух симисторов, присоединенных каждый анодом к среднему выводу звезды, а катодом — к соответствующему крайнему выводу. При этом управляющие переходы симисторов подключены к выходам управляемого автогенератора, Выводы схемы коммутации подключены к концам фаз обмотки статора электродвигателя, а начала фаз обмотки подключены через выключатель к трехфазному источнику питания.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое намоточное устройство отличается следующими признаками.

1694470

10

20

1, Конфигурация активных зон модулирующего диска отличается многократно увеличенным значением базового расстояния L между границами активной зоны, определяемым правой частью выражения (28), 2. Базовое расстояние L является строго постоянной величиной, не зависящей от текущего диаметра паковки.

3. За счет реализации п.1 значительно повышается чувствительность измерительного устройства (ИУ). Благодаря этому модулирующий диск может иметь меньшее, чем в известном устройстве число активных зон — в общем случае от одной до четырех, что приводит к еще большему повышению чувствительности ИУ и точности стабилизации скорости наматывания, 4. В качестве датчика импульсов испол ьэован фотоэлектрический датчик, в котором фотоизлучателем и фотоприемником являются соответственно полупроводниковые .светодиод(например, типа АЛ 107Б) и фототодид (типа ФД 8К), причем фотоприемник совпадаетс осью фотоприемника, а диаметр составляет (0,8 — 0,9) d<,ф, где d<,y — диаметр фотоприемника, 5. В качестве формирователя импульсов использован пороговый элемент, у которого порог срабатывания равен половине амплитудного значения выходного сигнала датчика импульсов, статическая характеристика порогового элемента не имеет петли гистерезиса, а время срабатывания не превышает 0,1 мкс.

6, Блок управления электродвигателем отличается следующими техническими решениями: трехфазная схема коммутации по отношению к источнику питания двигателя включена в цепь статора после обмотки, а не до нее: коммутация "за нагрузкой" значительно снижает мощность импульсных помех; сопротивления резисторов R схемы коммутации, обеспечивающие режим работы двигателя на искусственной механической характеристике, принимаются минимальными с учетом требования, чтобы искусственная механическая характеристика двигателя проходила ниже механической характеристики намоточного механизма в осях гд — М (где M — вращающий момент), благодаря этому включение (выключение) симисторов сопровождается меньшими бросками тока, а следовательно, меньшим уровнем помех; схема коммутации содержит минимальное количество симисторов для регулирования скорости трехфазного асинхронного двигателя при сохранении кругового (неискажен ного) магнитного поля и поэтому обладает повышенной надежностью и отсутствием пульсаций вращающего момента при работе двигателя на искусственной характеристике.

Выполнение активных зон модулирующего диска по приведенному профилю, задаваемому формулами (28) и (29), является в уровне техники новым (п.п.1 и 2).

Отличительные признаки, сформулированные в пунктах 1, 2 взятые каждый в отдельности, в технике известны. Однако именно совокупность отмеченных в пунктах

1 и 2 признаков придает датчику и формирователю новое свойство — способность формировать с высокой надежностью фронт и срез импульса формирователя точно в моменты пересечения оси чувствительности датчика набегающей и сбегающей границами активной зоны. Это позволяет значительно уменьшить инструментальную погрешность, связанную с преобразованием сигналов при формировании сигнала обратной связи, и за счет этого повысить точность стабилизации скорости наматывания.

Совокупность технических решений сообщает предлагаемому устройству новое свойство — возможность повысить точность стабилизации скорости наматывания за счет сужения зоны нечувствительности (— t< +т ) компаратора посредством снижения уровня импульсных электрических помех, генерируемых асинхронным двигателем при работе в релейном режиме.

Как следует из формул (24) и (27) точность стабилизации скорости наматывания нити может быть повышена за счет уменьшения порога чувствительности т компаратора.

Снижению порога чувствительности ц, препятствует, в частности значительный уровень импульсных помех, генерируемых цепью статора двигателя при работе трехфазного асинхронного двигателя в релейном режиме, Непосредственная близость двигателя к измерительным цепям и преобразователям предъявляет особые требо- вания к схеме коммутации трехфазного двигателя как источнику помех.

В связи с этим проблема повышения точности стабилизации скорости наматывания оказывается связанной с применением рациональной в отношении уровня помех схемы коммутации электродвигателя.

Снижение уровня электрических помех достигнуто благодаря схемным решениям блока управления в совокупности с рациональным выбором сопротивлений R резисторов схемы коммутации, 1694470

Отмеченные по п.п.1 — 6 расчетных фор- установлен так, что ось оптического взаимомул отличительные признаки обеспечивают действия фотоприемника 8 и фотоизлучагеснижение отдельных(п.п.2, 4, 5, 6) или сразу ля 9 совпадает с общей образующей MN многих (п.п.1, 3) составляющих суммарной паковки 4 и прикаточного ролика 6. погрешности ду стабилизации скорости на- 5 Вариантфотоэлектрическогодатчика, раматывания. ботающего по принципу отражения оптичеПовышение точности измерительного ского излучения от поверхности активных устройства позволяет не только вести на- зон, показан нафиг.2, Здесь фотоприемник8 мотку с существенно меньшим полем допу- и фотоизлучатель 9 установлены по одну стосков по толщине наматываемых нитей, но 10 рону модулирующего диска 2, в непосредстобеспечивает также повышение скорости венной близости от него таким образом, что наматывания, т.е. производительности на- ось А — А максимальной чувствительности фомоточных устройств. топриемника 8 и ось  — В оптического излуНафиг.1 представлена функциональная чения фотоизлучателя 9 проходят через схема бесфрикционного намоточного уст- 15 точку пересечения рабочей поверхности 11 ройства; на фиг,2 — вариант конструктивно- модулирующего диска 2 с продолжением го выполнения модулирующего диска и общей образующей.MN паковки 4 и прикадатчика импульсов с односторонним распо- точного ролика 6, Нанесенные на рабочей ложением фотоизлучателя и фотоприемни- поверхности 11 активные зоны 10 предка относительно модулирующего диска; на 20 ставляют собой профилированные металфиг,3 — 5 — модулирующие диски соответст- лические поверхности, которые в отличие венно с одной, двумя и тремя активными от пассивных зон обладают высокой отразонами; на фиг.6 — временные диаграммы жательной способностью. Профиль активсигналов датчика, формирователя, генера- ной зоны может быть получен известнын:и тора одиночных импульсов и компаратора; 25 методами фотолитографии на фольгированна фиг,7 — зависимости относительного ба- ном стеклотекстолите или на металлическом зового пути L предлагаемого устройства в диске. зависимости от числа N активных зон при Датчик 7 импульсов через последоваразличных сочетаниях конечного диаметра тельно включенные формирователь 12 и

d» наматываемой паковки и методической 30 компаратор 13 подключен к входу блока 14 погрешности д . кривая 65 — при d» = 2,5 управления электродвигателем 1. Второй и д = 0,4%, кривая 66 — при d» = 4 и выход 15 формирователя 12 подключен к дм = 0,2%; на фиг,8 — зависимости мак- входу генератора 16 опорных импульсов, симального значения относительной мето- выход 17 которого подключен к второму входической погрешности д„(%) измерения 35 ду компаратора 13. окружной скорости паковки в функции от- Компаратор 13 содержит два логиченосительной ширины Z паза модулирующе ских элемента ЗАПРЕТ 18 и 19 и асинхронго диска при относительных конечных HeA RS ри ер 20. Разрешающий вход 21 диаметрах паковки d» = 3 (кривая 1) и d» = 4 логического элемента 18 и запрещающий (кривая 2). 40 вход 22 логического элемента 19 электриче устройство содержит электродвигатель ски связаны с пеРвым выходом 23 формиро1, смонтированный соосно с модулирую- вателЯ 12, РазРешающий вход 24 щим диском 2 и бобинодержателем 3 с па- логического элемента 19 и запрещающий ковкой 3. На каретке 5 установлены вход 2Ь логического элемента 18 соединеприкаточный ролик 6 и фотоэлектрический 45 ны с выходом 17 генеРатора 12 одиночных датчик 7 импульсов, которые имеют возмож-. импУльсов. Выход 26 логического элеменность поступательного перемещения в ра- та 18 и выход 27 логического элемента 19 диальном направлении относительно подключены соответственно к установочпаковки 4 в плоскости, проходящей через ному входу 28 и входу 29 сброса триггера оси прикаточного ролика и паковки. ®QTo 50 20, прямой выход 30 которого соединен с электрический датчик 7 содержит фотопри- входом 31 блока 14 управления. емник 8 и фотоизлучатель 9, оптическая Блок 14 управления содержит управлясвязь между которыми устанавливается по- . емый автогенератор 32 и схемУ коммУтасредством активных зон 10модулирующего ции обмотк статора злектродвигателЯ, диска (фиг.3 — 5) Активные зоны 10 выполне- 55 котоРаЯ состоит из тРех РезистоРов 33 — 35, ны в данном случае оптически прозрачными соединенных в трехлУчевУю звездУ, и двУх либо выштампованы в форме окон заданной симисторов 36 и 37, каждый из которых ано- конфигурации в модулирующем диске, вы- дом подключен к среднему выводу 38 звезполненном из непрозрачного листового ма- ды а oдoм к cooTaeTcTeóê ÷e ó териала. фотоэлектрический датчик 7 крайнему выводу 39 и 40. Управляющие

1694470

20 электроды 41 и 42 симисторов подключены к выходам 43 и 44 управляемого автогенератора 32, вход которого является входом 31 блока 14 управления.

Выводы 38 — 40 трехлучевой звезды, являющиеся также выводами схемы коммутации, подключены к концам 45 — 47 фаз обмотки 48 статора электродвигателя 1, а начала 49 — 51 фаз обмотки подключены через выключатель 52 к трехфазному источнику 53 питания, Модулирующий диск 2 имеет от одной до четырех активных эон 10 (фиг.3 — 5), выполненных так, что для произвольного диаметра длина дуги окружности между границами активной зоны — величина постоянная, определенная по формуле (28).

Высота активных зон в радиальном направлении равна максимальной толщине нарабатываемого слоя волокна, Естественная и искусственная характе.ристики электродвигателя отличаются тем,, что механическая характеристика намоточного механизма со = f(M) (где М вЂ” статический момент механизма) расположена ниже естественной характеристики в, =

=f(M), но выше искусственной характеристики а = f(M) двигателя, т,е. для любой частоты вращения бобинодержателя rd взятой из заданного диапазона регулирования (м нн, вм,кс), выполняется условие г е! + гй > l где гое, в„1 — значения частоты вращения электродвигателя при 1-м вращающем моменте М = Mi соответственно на естественной и искусственной механической характеристике, с, а — значение частоты вращения бобинодержателя, соответствующей i-тому нагрузочному моменту M = М на механической характеристике намоточного механизма, с".

Устройство работает следующим образом, В процессе намотки вместе с бобинодержателем 3 вращается модулирующий диск 2, активные зоны 10 которого воздействуют на датчик 7 импульсов.

При выполнении активных зона по предлагаемому профилю (28) и (29), базовый путь L в течение всего цикла намотки остаетстя постоянным L = const, поэтому длительность импульсов формирователя

1 тф — „— ч „ (30) отличается отсутствием методической погрешности д, обусловленной изменением базового пути L в цикле намотки. За счет этого уменьшается суммарная погpeLUHocTb стабилизации скорости намотки bv, следовательно, снижаются отклонения толщины нити от номинального значения.

5 Электродвигатель 1 намоточного устройства работает в релейном режиме, при котором периодически переключается с режима работы на естественной механической характеристике к работе на искусст10 венной характеристике.

Пусть в исходном состоянии двигатель работает на естественной механической характеристике. При этом симисторы 36 и

37 закорачивают резисторы 33-35 в цепи

15 обмотки 46 статора, По мере наработки толщины слоя волокна возрастает радиус R> паковки, 4, что приводит к увеличению окружной скорости V> паковки, а следовательно, текущей скорости

20 наматывания Чн. При этом согласно формуле (30) длительность импульсов формирователя уменьшается и становится меньше

- длительности импульсов генератора одиночных импульсов Тг = Tp = const.

25 На входе компаратора появляется разностный сигнал, длительность которого без учета инструментальной погрешности измерения равна

L L

30 v,,cosVC Н,, cosp т =т. — тф—

cos Р V,з. Чн совД

ЛЧн L 4 .s. Н д. + V cosД

ЛЧн L

Чн.з. (" + А ) Чн.з. сов P

Tk = l

45 При определенном положительном по- о роговом отклонении фактической скорости наматывания Чн,пор от заданной Vy,з

AVe.пор = Чн.пор Чн.з длительность входного сигнала компара50 тора Т„достигает порогового значения

T„ zq, достаточного для последовательного прохождения через логический элемент 19 и триггер 20, При этом логический элемент 19 своим выходным сигналом пере55 водит триггер 20 в состояние "Выключен".

На прямом выходе 30 триггера 20 и на входе

31 управляемого автогенератора 32 — сигнал, соответствующий "1", снимается, автогенератор 32 выключается, прекращается

1694470

22 подача управляющих импульсов на симисто ры 36 и 37 и они выключаются, вследствие чего в цепь обмотки 46 статора вводятся резисторы 33 — 35. Двигатель 1 переходит на искусственную механическую характеристику, на которой развиваемый двигателем момент меньше статического момента сопротивления, вследствие чего частота вращения бобинодержателя и скорость наматывания снижаются, В результате снижения скорости наматывания наступает режим, при котором отклонение скорости ЛVH от номинальной становится отрицательным

ЛЧн = Чн — Чн.з < О.

При этом на входе логического элемента 18 периодически появляется сочетание логических сигналов 0ф и Ог

Оф u„= 01з где 0ф — сигнал на выходе 23 формирователя 12, соответствующий "1";

U — сигнал на выходе 17 генератора 16, соответствующий "0";

01в — выходной сигнал логического элемента 18, реализующего логическую функцию ЗАПРЕТ.

Когда отклонение скорости наматывания и длительность входного сигнала компаратора достигают своих отрицательных пороговых значений

ЛЧн (ЛЧн.пор. I Тк — I k создается условие для прохождения сигнала 0ф Ог через логический элемент 18 и триггер 20. При этом логический элемент 18 своим выходным сигналом высокого уровня ("1") переводит триггер 20 в состояние

"Включен" ("1"), при котором на его прямом выходе 30 устанавливается сигнал высокого уровня ("1"), Триггер 20 включает управляемый автогенератор 32, который включает симисторы 36 и 37. Последние закорачивают резисторы 33-35, и двигатель 1 переходит в режим работы на естественной механической характеристике. Далее процессы в схеме повторяются.

В соответствии с формулой (31) пороговые отклонения скорости наматывания н ЛЧн.пор определяются значениями порога т чувств ител ь н омти ком и а рато ра и

КОЭффИЦИЕНта ПРЕОбРаЗОВаНИЯ Ки.у2 ИЗмерител ьного устройства.

При использовании в предлагаемом и известном устройствах одинаковых компараторов .13 длительность пороговых сигналов компараторов в сравнительных вариантах будет одинаковой

Тк.пор = Tk .

При этом по формуле (31) для одного и того же порогового значения zk компаратора в сравниваемых вариантах можно записать

5

= Ки.y1 A Vnop.1, (34)

ГДЕ Л Чпор1, ЛНпор2 ПОРОГОВЫЕ ОТКЛОНЕНИЯ скорости наматывания от заданной соответсвтенно в известном и предлагаемом устройствах,м/с;

К,y1 — коэффициент преобразования (чувствительность) измерительного устройства в известном намоточном механизме, с /м, По аналогии с формулой (32) !

Д

Ки.у. 1 2, (35)

Чн.з. Cos P

Из выражений (32) и (35) следует

Ки,у.2 = Ки.у.1 =2 Ки.у.1. (36) д где 1 — относительная длина базового пути в предлагаемом устройстве по отношению к базовому пути в известном ус25 тройстве

Я д

L (37)

Благодаря новой конфигурации активных зон модулирующего диска в предлагае30 мом устройстве значительно увеличен базовый путь L по сравнению с базовым путем (Д в известном намоточном механизме, т.е. Rp)1. Поэтому, как следует из соотношения (36), в предлагаемом устройстве

35 коэффициент преобразования К,у2 (чувствительность) измерительного устройства А в Раз выше, чем в известном Ки.у1, По этой причине пороговый входной сигнал компаратора т (такой же, как в из-.

40 вестном устройстве) формируется при существенно меньшем (в Л раэ) пороговом рассогласовании Л Чпор текущей и заданной скоростей наматывания, т.е.

Л Чпор2 Л Vïîð1 ДЕйСтВИтЕЛЬНО, Иэ фОР45 мул (33) и (34) с учетом соотношения (36) получают

Ки. 1 AVno 1 /пор.2 = ЛЧпор1 =

Ки.у2 (38)

Уменьшение пороговых отклонений

СКОРОСТИ ++ Vnop2 В ПРЕДЛаГаЕМОМ УСтРОйСтве приводит к снижению отклонений толщины наматываемой нити от номинального значения.

С целью повышения точности стабилизации скорости наматывания значение ба-. зового пути L принимается максимально возможным или близким к нему. Максимальное значение базового пути L = L aKc

1694470

10

30 в

55 может быть определено в результате более подробного анализа работы намоточного устройства с помощью временных диа грамм.

На временных диаграммах (фиг.6) изображены выходные сигналы измерительных преобразователей: Од — датчика импульсов;

Оф —; Ог — генератора одиночных импульсов; U»,»» = Ог — Оф — разностный логический сигнал на входе компаратора; О».

Вверху, над диаграммами напряжений, изображен по горизонтальной оси развернутый в прямую линию окружной путь

S = т(с), прочерченный слева направо по дуге окружности текущего радиуса Rn паковки лучом фотоизлучателя 9 на поверхности модулирующего диска 2 при вращении последнего с частотой и

S(t) = R> в с.

В моменты времени t1 и i2 набегающая

54 и сбегающая 55 границы активной зоны

56 соответственно устанавливают и прерывают оптическую связь между фотоизлучателем 9 (светодиод АЛ 107Б) и фотоприемником 8 (фотодиод ФД 8К). В эти моменты на выходе фотодатчика 7 формируются значительные перепады напряжения

Од 0,9 В, которые отличаются монотонным характером изменения в функции перекрытия площади окна диафрагмы. При перекрытии площади окна наполовину перепад выходного напряжения Од датчика 7 также составляет половину от его максимального значения. Этому же напряжению (половине от максимального) равно пороговое напряжение формирователя 12, поэтому, когда граница активной зоны перекрывает половину площади окна диафрагмы, формирователь 12 срабатывает и, таким образом, передний и задний фронты выходного импульса 57 формирователя 12 практически совпадают с моментами пересечения оптической оси фотоприемника 8 границами 54 и 55 активной зоны, Установка диафрагмы с круглым отверстием обеспечивает точное совмещение геометрической оси симметрии фотоприемника, по которой производится его монтаж, с его оптической осью, которая проходит через центр отверстия диафрагмы, смонтированной соосно с геометрической осью симметрии фотоприемника.

Благодаря значительному перепаду выходного напряжения фотодатчика в Мо мейты прерывания (восстановления) оптической связи отпадает необходимость в предварительном усилении сигналов фотодатчика.

Благодаря монтонному закону изменения выходного напряжения датчика в функции перекрытия диафрагмы границей активной зоны отпадает необходимость в дополнительной обработке сигнала датчика (усилении, дифференцировании — в индукцион ном датчике), 3а счет исключения вспомогательных преобразований сигналов датчика в длительность Тф импульса формирователя. а также за счет того, что площадь оптического луча значительно (в 4 — 5 раз) меньше площади сечения ферромагнитного сердечника индукционного датчика, в предлагаемом устройстве уменьшается погрешность ЬТд преобразования электрических сигналов при формировании информационного сигнала Тф обратной связи

ЛТС2 < hT . 33

Благодаря этому длительность реального импульса формирователя Тф более точно соответствует номинальной функции преобразования Тф = LIV, т.е. точность стабилизации скорости повышается.

B момент t>, когда между фотоприемни:ком 8 и фотоизлучателем 9 устанавливается оптическая связь, на выходах формирователя 12 формируются импульсы, причем импульс 57 с основного выхода 23 подается на логические элементы 18 и 19, а импульсом с дополнительного выхода 15 производится запуск генератора 16 и на его выходе 17 формируется импульс 58 калиброванной длительности, который подается на входы

25 и 24 логических элементов 18 и 19.

В рассматриваемом. режиме (фиг,6), когда текущая скорость намотки больше заданной, длительность Тф импульса формирователя меньше длительности Т, импульса генератора, Тф< Т, В момент t2 набегающая граница 55 пассивной эоны 59 прерывает оптическую связь между фотоизлучателем 9 и фотоприемником 8, вследствие чего формируется срез 60 импульса 57 формирователя, В момент ta окончания среза импульса на входе логического элемента 19 образуется сочетание импульсов генератора и формирователя (логическое произведение Ог Оф), способное вызвать срабатывание логического элемента 19 и триггера 20 при выполнении условия T» %. На временных диаграммах

О».вх(т). U».вы»(1) изображен именно этОт случай — в момент t = t4 длительность Т» входного импульса компаратора достигает значения порога чувствительности

T»=t4 тз= Tk и триггер перебрасывается в состояние

"0" — "Выключен" (О» 8 » = О). В момент 5

1694470.26 завершается формирование импульса 58 калиброванной длительности Т)--,ТО. В момент t(; сбегающая граница 61 пассивной зоны 59 восстанавливает оптическую связь между фотоизлучателем 9 и фотоприемни- 5 ком 8 и следующая по ходу вращения диска активная зона 62 формирует очередной импульс 63 формирователя, Таким образом, пассивная эона 59 пре- 10 рывает оптическую связь в течение промежутка времени

В

Тп = 16 -ts = Тп.р. - tc T п.р. — (40)

1/и где Тп и Тп,p — соответственно действитель- 15 ная и расчетная длительности паузы между соседними импульсами формирователя, с;

Тп.р = 16 т2;

tñ — длительность среза импульса формирователя, с; 20

 — длина дуги в пассивной зоне 59 модулирующего диска, м, Согласно принятым решениям длительность to среза импульса формирователя не превышает 0,1 мкс и при такой величине 25 является по сравнению с расчетной длительностью паузы величиной второго порядка малости, поэтому ею можно пренебречь.

Максимальному базовому расстояния 30

L»«соответствует минимальное значение окружной длины В н в пассивной зоне. Исходя иэ этого, длина наименьшей дуги В в пассивной зоне принимается минимальной, но достаточной для того, чтобы при любом 35 диаметре паковки исключалось наложение во времени среза калиброванного импульса

58 на импульс формирователя 63, формируемый от следующей по ходу вращения активной зоны 62, т,е, формирование и 40 сравнение сигналов 57 и 58 формирователя и генератора в произвольно взятом цикле должно завершаться раньше, чем начнется следующий цикл формирования и сравнения сигналов 63 и 64. Это условие будет 45 выполняться, если максимальная длительНОСТЬ Тк.макс ВХОДНОГО ИМПуЛЬСа КОМПаРаТОРа меньше длительности Тпмин минимальной в цикле намотки паузы между между соседними импульсами формирователя, т,е. при вы- 50 полнении неравенства

Ткмакс < Тп.мин, (41) где с учетом формулы (40)

Вмин Во о+от 7в (42) где Bo — минимальная в пассивной зонедлина дуги окружности диаметром D = Do, м;

А в -- верхний предел относительной пг)грешности скорости наматывания.

При определении максмиального базового пути LMBKc рассмотрим наиболее неблагоприятный случай, когда погрешность

Ав стабилизации скорости целиком покрывается выборкой зоны нечувствительности компаратора, т.е. д)(=дур. Тогда в режиме предельного положительного отклонения скорости наматывания от заданной (V)1 > Ч, з) длительность Т„входных импульсов компаратора будет максимальной и может быть определена по формуле

Т((макс = То Тфмин

VH,3, cos p (V axe сов Н:з. совД (1

VVcos 7 дЧВ дЧ — -+ — — т — — -т — . (43)

Подставив соотношение (42) и (43) в неравенство (41), получают

Ав Во т 1+Ê вЂ”, < или, преобразуя полученное неравенство

А/В То )/н.з.

А/В <Во. (44)

Из геометрических соотношений очевидно

Bo= -L (Vy)

Подставляют выражение (45) в неравенство (44) и выполняют преобразования

71 Do

И (1+%+ (46)

Введя в полученное неравенство коэффициент запаса Кз = 0,95, получают расчетную формулу, устанавливающую верхний предел возможных значений базового расстояния

Кз .,тг0о 3 Оо я(танк ит +% ) ()

Оценка повышения точности стабилизации скорости VH в предлагаемом устройстве может быть выполнена после определения возможных значений относительного базового пути

А = L (ä.

Численное значение относительного базового пути определено подстановкой выражений (4/) и (12) в формулу (37) с уче- том того, что в известном намоточном устройстве

1694470

1д Z =- ZDg, 1 1 3 гд 2 Оо 1"1(+%В (48)

Построенные по формуле (48) зависимости относительной длины базового пути

Л= f(N3Mm С1к) ПРИ ОтНОСИтЕЛЬНОй ПОГРЕШности стабилизации скорости ив = 1% и двух крайних сочетаниях значений методической погрешности дмп и относител ьного конечного диаметра дк приведены на фиг,7.

Кривая 65 построена для значений (4m

= 0,4%; бк = 2,5; криваля 66 — для dMm =

=0,2%; як =4, Значения относительной длины Л базового пути для других реальных для практики значений Mm в области (0,2 — 0,4) и бк в области (2,5-4) находятся в заштрихованной зоне между кривыми 65 и 66. как видно из кривых Л =- f(N, hMm, бк), при одинаковом с прототипом числе активных зон N = 4 возможно для реальной практики, что значения относительного базового пути Л находятся в преде лах Л, = 4,4 — 6,6, Сумма инструментальных погрешностей компаратора д генератора дг и погрешности дс преобразования сигналов в известном.намоточном устройстве по формулам (24), (25), (26) равна т " " +.тт.й 4ы

А +дг +дс

Т или с учетом формулы (9)

Qt lr, тт .тттт ч.д тт я

1Д (49)

В устройстве сумма отмеченных погрешностей составляет 31В+ТГ ;Лт )Ч s

L (50) где k2, дг2, дс2 — соответственно погрешности компаратора, генератора и преобразования сигналов в намоточном устройстве, Иэ равенст (49) и (50) с учетом соотношения (37) следует

42+дг2 +дс2 1 (1,1 Цс +Т1+ЛТс2 1 туч, т; т(.т тттть т,)

Отсюда с учетом неравенства (39) получают

Ат тд 2 тд 2 < у — †. (51) д +д, +д, Сумма относительных погрешностей компаратора д 2, генератора дд, преобразования сигналов дс2 в предлагаемом устройстве снижается более, чем в Л раз по сравнению с аналогичной суммой (д + дг + дс) в известном устройстве. С учетом найденного значения Л = 4,4-6,6, при одинаковом числе активных зон (N = 4) и прочих равных условиях сумма отмеченных погрешностей (д 2+д,2+Bc2) ) в

15 предлагаемом устройстве снижается в среднем в 5-6 раз.

С учетом формулы (27) выражение для максимальной относительной погрешности в устройстве принимает вид

А 2 =ба +дг2+ c2+дя, (52)

Из сравнения формул (27) и (52) с учетом выражения (51) следует, что максимальная

ОтНОСИтЕЛЬНаЯ ПОГРЕШНОСТЬ DVm2 В УСтРОй стве отличается отсутствием методической погрешности дм и более, чем Л раэ уменьшенным значением суммы погрешностей компаратора д 2, генератора дг2 преобразования сигналов да .

В предлагаемом устройстве имеется воэможность резкого снижения отмеченных

ПОГРЕШНОСтвй д а, дг2, дс2 (На ПОРЯДОК И более) эа счет уменьшения числа N активных зон модулирующего диска, вплоть до N =- 1.

Из кривых il. = f(N, д», бк) (фиг.7) с учетом формулы (51) видно, что при N = 1 возможно

УМЕНЬШЕНИЕ ПОГрЕШНОСтЕй k2, дг2, дд2 В

17 — 26 раз.

Выбор минимального числа активных зон может быть сделан в результате расчета динамических (переходных) режимов намоточного устройства, зависящих от конкретных конструктивных параметров механизма, динамических свойств приводного электродвигателя и заданных технологических параметров.

В намоточном устройстве выбор значений базового расстояния, меньших максимального (1 < Qa c), будет тем не менее обеспечивать повышенную точность стабилизации скорости намотки по ряду самостоятельных причин: формирование информационного параметра Тф с помощью фотоэлектрического датчика и настроенного по нему формирователя обеспечивает уменьшение погрешности преобразования д,2; управление двигателя с помощью надежной по условиям помехоподавления схе.мы коммутации позволяет уменьшить погрешность д 2 компаратора; новая кон29

1694470

30 фигурация активных зон исключает методическую погрешность д 4 .

Однако основной причиной увеличения точности стабилизации скорости намотки является увеличение чувствительности (ко- 5 эффициента преобразования) измерительного устройства, так как это эффективно влияет на снижение всех погрешностей устройства (кроме погрешности положения датчика дя ). Более высокая чувствитель- 10 ность устройства по сравнению с прототипом (К«y2 > К«.y1) сохраняется до тех пор, пока выполняется неравенство L > 1Д. По этой причине в качестве нижнего предела базового расстояния L «< в предлагаемом намоточном устройстве принят верхний предел базового расстояния в известном устройстве

1 м«н + 0,1500 (53)

Объединяя соотношения (47), (53) в одну формулу, получают

3 Dp

0,15Dp 1

Выполнение активных зон в соответствии с правой частью формулы (28) в совокупности с уменьшением числа активных зон (N < 4) позволяет не только компенсировать уменьшение чувствительности измерительного устройства, происходящее при увеличении скорости намотки (32) и (35), но и повысить чувствительность К«,у2 в сравнении с исходной К«.у1, Например, при

N = 3 чувствительность измерительного устройства может быть повышена (а погреш- 35 ности дк, 4, д, снижены) в среднем в 6 раз, а при N =2 — в 9 раз (фиг.7).

В процессе работы намоточного устройства правильное во времени формирование фронта и среза импульса 57 формирователя 12 обеспечивается следующими техническими решениями, Наличие диафрагмы со световым отверстием правильной геометрической формы (круглым или в форме эллипса) и малыми абсолютными размерами 0,5 — 0,8 мм обеспечивает перекрытие половины площади светового окна в момент совмещения границы активной зоны с центром светового отверстия, т.е. с оптической осью датчика.

Между выходным сигналом датчика

0д и линейным перекрытием h (мм) светового отверстия границей активной зоны (по дуге радиуса Во) существует монотонная зависимость 0д = f(h), проходящая через точку Up = 0,50д „, при h = 0,5dc.о, где бсо — диаметр светового отверстия, Статическая характеристика формирователя 0ф =- 1(0д) не имеет петли гистерезиса, благодаря чему формирователь 12 срабатывает практически при одном и том же выходном напряжении датчика 7

0д = 0,50gwa c как при прерывании, так и при восстановлении связи между фотоприемником 8 и фотоизлучателем 9, Длительность среза 60 (фронта) импульса 57 формирователя не превышает

0,1 мкс.

Благодаря отмеченным решениям формирование фронта (среза) импульса 57 формирователя происходит точно в момент t<(tz) пересечения оптической оси датчика 7 границы 54 (55) активной зоны

56, чем и обеспечивается формирование длительности Тф импульса 57 обратной связи в соответствии с номинальной функцией преобразования (30).

В основе принятого решения об ограничении длительности фронта тф и среза tc импульса формирователя значением 0,1 мкс лежит требование, чтобы при самом неблагоприятном сочетании конструктивных и технологических параметров длительности фронта и среза практически не влияли на точность измерения скорости намотки, т.е, составляли примерно одну — две сотых процента от номинальной длительности Тф импульса формирователя. Принятое численное значение tc = сф 0,1 мкс удовлетворяет этому требованию, и может быть обеспечено путем известных схемных решений.

Применение в устройстве фотоэлектрического датчика обеспечивает не только повышение точности стабилизации скорости намотки, но и получение ряда конструктивных и технологических преимуществ: изготовление профилированного диска из тонкого (1 — 1,5 мм) листового материала методами штамповки или фотолитографии намного проще, чем изготовление профилированного ферромагнитного диска толщиной 8 — 10 мм (в случае применения инду кцио н ного датчика); фотоэле ктрический датчик не предъявляет особых требований к точности подвижных узлов бобинодержателя 3 и каретки 5, так как практически не критичен к изменению расстояния в пределах 2 — 3 мм между окном фотоприемника и поверхностью модулирующего диска из-за осевого люфта подвижных частей и вибраций при намотке в отличие от малогабритного индукционного датчика, у которого расстояние между тор- цом ферромагнитного сердечника и поверхностью модулирующего диска должно

31

32 составлять 0,45+0,15 мм (3), (S), вследствие резкого уменьшения амплитуды выходных импульсов при увеличении этого расстояния даже на 0,5 мм, В отличие от известных бесфрикционных намоточных механизмом подобного типа (10), в намоточном устройстве коммутации цепи статора производятся по схеме, в которой коммутирующие элементы (симисторы 36, 37) включены "За нагрузкой", т.е, не между источником 53 питания и нагрузкой 48, а после нее, Такое схемное решение в совокупности с рациональным выбором сопротивления R резисторов 33 и

34, 35 обеспечивает минимальный уровень электрических помех (9), что позволяет повысить быстродействие компаратора и тем самым уменьшить порог чувствительности т, т.е, уменьшить погрешность компаратора д и, в конечном итоге, повысить точность стабилизации скорости намотки, Кроме того, предлагаемая схема коммута. ции обладает повышенной надежностью, так как содержит минимальное число силовых коммутирующих элементов для управления скоростью трехфазного двигателя с сохранением кругового магнитного поля статора во всех режимах работы, По сравнению с устройством аналогичного назначения (прототип) предлагаемое устройство дает возможность повысить качество наматываемых нитей и производительность устройства за счет повышения точности стабилизации скорости наматывания в расширенном диапазоне скоростей.

Производительность намоточного устройства пропорциональна скорости наматывания

6=10 Т V H, где G — производительность, г/с;

Т вЂ” толщина нити, текс (г/км), В устройстве в связи с возможностью повышения скорости намотки пропорционально повышается производительность.

Точность стабилизации скорости наматывания повышается благодаря значительному повышению чувствительности измерительного устройства (как минимум в

4 — 5 раз) и исключению методической погрешности измерения скорости наматывания за счет новой конфигурации активных эон модулирующего диска и уменьшения числа активных зон. В результате этого относительные погрешности компаратора и генератора импульсов, а также погрешность время-импульсного преобразования электрических сигналов датчиком и формирователем снижаются также — как минимум в 4-5 раз.

Кроме того, точность стабилизации скорости повышена за счет применения фотоэлектрического датчика и формирователя с порогом срабатывания, равным половине выходного сигнала датчика, позволяющих более точно фиксировать во времени начало и конец временного интервала, являющегося сигналом обратной связи о текущей скорости намотки, Расчеты показывают, что при одинаковых с прототипом условиях предлагаемое нэмоточное устройство дает возможность производить намотку на повышенных скоростях (40-67 м/с) с погрешностью стабилизации скорости, не превышающей 1 .

Формула изобретения

1, Бесфрикционное намоточное устройство, содержащее нитераскладчик с индивидуальным электроприводом, каретку с установленными на ней прикаточным роликом и датчиком импульсов, электродвигатель, кинематически связанный с соосно . смонтированными бобинодержателем и модулирующим диском, имеющим активные зоны взаимодействия с датчиком импульсов, выход которого подключен к входу формирователя импульсов, первый выход которого соединен с первым входом компаратора, второй вход которого подключен к выходу генератора одиночных калиброванных импульсов, вход запуска которого соединен с вторым выходом формирователя импульсов, причем выход компаратора подключен к входу блока управления электродвигателем, о тл и ч а ю щ ее ся тем, что, с целью повышения точности стабилизации скорости наматывания устройством, активные зоны модулирующего диска выполнены профилированными с постоянной окружной длиной между границами активной эоны, выбираемой по неравенству

3 Do

0,15 0о (1 где L — длина дуги центральной окружности между границами активной зоны, м, D0 — начальный диаметр паковки, м;

N — число активных зон на модулирующем диске; дув — допустимое относительное отклонение скорости наматывания от заданной, при этом активные зоны выполнены симметричными в радиальном направлении модулирующего диска и для проиэвольного диаметра паковки ширина активной зоны равна длине хорды окружности этого диаметра, определяемой из выражения

Z =0 sin —, 0

1694470

34 где Z — ширинэ эктивной зоны, м:

0 — диаметр паковки, м.

2, Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что в качестве датчика импульсов использован фотоэлектрический датчик, э в качестве формирователя импульсов использован двухпозиционный пороговый элемент, статическая характеристика которого не имеет петли гистерезиса, а порог срабатывания равен половине амплитудного значения выходного сигнала дэтчика импульсов, причем фотоприемник снабжен диафрагмой с круглым отверстием, центр которого совпадает с геометрической осью фотоприемника, а диаметр отверстия составляет (0,8 — 0,9)cia ф., где

rJо.ф. — диаметр светового окна фотоприемника.

1694470

Фиг. 4

1б94470

1694470

Число ак705ных уое

Фиг. 7

1694470

Редактор

И,Касрда

Заказ 4121 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР . 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Сз

"Ъ

0 (у о

Я м

Q ъ;

6 -с г с

:>. п.

Ъ

О, 0

0, О, О,04 С,Ог 072 Î Ьо О гО О, Of èàÑè7 äëüíàÿ ш ирина паза

ФиГ,8

Составитель И,Иванов

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор M,Äåì÷èê