Станок для намотки катушек

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4773140/07 (22) 22.12.89 (46) 07.10.92, Бюл. ¹ 37 (71) Институт проблем энергосбережения

АН УССР и Специальное конструкторскотехнологическое бюро с экспериментальным производством Института проблем энергоснабжения АН УССР (72) Ю.Н,Спичек и В.И.Филиппов (56) Авторское свидетельство СССР

¹1191961,,кл,,Н 01 F 41/04, 1984, Авторское свидетельство СССР № 1607660, кл, Н 02 F 5/06, 1989, 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. св, ¹ 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, смоточнонатяжное 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

„„5U „„1767676 А 1 (я)5 Н 02 P 5/06, Н 01 F 41/04 (54) СТАНОК ДЛЯ НАМОТКИ КАТУШЕК (57) 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 ус..ройстве обеспечивается уменьшение на"яжения провода при переходе от внутреннего слоя катушки к внешнему. 2 ил. несущего шестерню, установленчую 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 i:оторого установлены на дру ом конце шпиц<;вого вала. Собачка связана через гибкук нить с одним электромагнитом, а свободный конец 4 качающегося рычага подпружинен и связан Ch с другим электромагнитом храпового меха- с низма. При этом электромагниты снабжены 0 подвижным контактом, связанным с электромагнитом тормозного механизма шкива и электромагнитом качающегося ры зга хро пового механизма, два контакта эл:-ктрически 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

1767676

55 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 сохранении заданного режима натяжения провода на данном слое..

Наиболее близоК к предлагаемому станок для намотки катушек по авт, св. hL

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 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, 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, первый и второй блоки вычисления, первые входы которых соединены 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, вто5

45 рой 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 катушки. 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, установленнь е в подшипниковых опорах на первой и второй рамах соответственно и кинематически связанные с первым и вторым приводами соответственно, установленный на станинепроводоводитель, 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

1767676 вычисления текущего радиуса обмотки ка- новленным на р 2, на раме, кинематически святушки соединены с выходом компаратора занной парой вин - 10 инт-гаика с приводом 6, ого блока еве нуля непосредственно, а третьи входы вто- установленным на станине 1, рого лока реверса и блока вычисления те- установленный в подшипниковых опорах 12 кущего радиуса обмотки подающей катушки 5 на раме 3, кинематически связанной парой — через инвертор, первый вход компаратора винт-гайка 13 с приводом 7, установленным нуля заземлен, выходы первого и второго на ст-нине 1. П роводоводитель 14 закрепблоков реверса соответственно соединены лен на стани 1, ине, концевые переключатели с вторыми входами блоков вычисления вра- 15-18 — на ней же — — на ней же, причем переключатели щающего момента согласующих приводов, 10 15 и 16 установле ( т новлены (с возможностью перевыходы которых подключены к электриче- мещения вдол хо 2) ль хода рамы ) B точках, расским входам третьего и четвертого приво- стояние между кото д которыми равно длине слоя дов соответственно, выход первого блока обмотки приемно мнои катушки, установлен19, задания соединен с электрическим входом ной на шпиндел 8, пинделе, а переключатели 17, первого привода и первым входом блока 15 18 — вдоль хода рамы 3 вточках, асстояние вычисления вращающего момента ведомо- между которыми равно длине слоя обмотки го привода, второй вход которого подклю- подающей катушки 20, установленной на чен к выходу второго блока задания, третий шпинделе 11.

Станок содержит также блок 21 задания блоков вычисления текущего радиуса об- 20 вращающего момента ведущего привода 4 мотки катушки и текущего радиуса обмотки (Мвр), блока 22 задания заданного постоянподающейкатушкисоответственно,первый ного момента натяжения и в (М), б д д лючен к электрическому входу 23 вычисления вращающего момента ведовторого привода, второй — к второму входу мого привода 5(Мвр), первый вход которого вычи компаратора нуля и первому входу блока 25 вместе с электрическим входом пр в 4 привода ду лока . задания, втосления момента третьего согласующе- подключен к выхо блока 21 вхо б го привода, а. третий выход — к первому рой вход соединен с выходом оло 22 — ка задавый выход — с электрическим ду блока вычисления момента четверто- ния, а первый выхо го согласующего привода. входом привода 5, блок 24 вычисления в аБлок вычисления вращающего момента 30 щающего момента согласующего привода 6 ведомого привода содержит первый и вто- (Map ) и блок 25 вычисления вращающего рой делители, первый и второй входы кото- момента согласую его и ив 7 (M . ).

ых вст ечн р речно соединены и являются первые входы которых соединены с вторым третьим и четвертым входами блока, пер- и третьим выходами блока 23 вычисления вый инвертор, вход которого является вто- 35 вращающего момента ведомого привода 5 рым входом блока, первый сумматор, входы соответственно,, а выходы соответственно л ктрическим Входам соглакоторого подключены к выходу первого ин- подключены к электрически вертора и первому входу блока, а выход сующих приводов 6 и 7, блок 26 реверса является вторым выходом блока, второй ин- согласующего привода 6 и блок 27. вычислевертор и первый перемножитель, входы ко- 40 ния текущего радиуса обмотки катушки 19, торого соединены с выхо о одом первого первыи и второй входы которых соответстделителя и вторым входом блока, а выход — венно соедине инены с вторыми контактами пепервые контакты с входом второго инвертора, второй пере- реключателей 15 и 16, и множитель, входы которого подключены к которых заземлены, выход блока 26 реверса ивода соединен с вторым выходам второго делителя и выходу первого 45 согласующего приво а 6 вычисления вращающего сумматора, второй сумматор, входы которо- входом блока 24 выч го подключены к выходу второго инвертора момента согласующего и ив 6, го привода, а выход ления текущего радиуса обду рого перемножителя, являюще- блока 27 вычисления тек муся третьим выходом блока, а выход второ- мотки катушки — с тушки — с третьим входом блока 23 блока. го сумматора является первым выходом 50 вычисления вращающего момента в<.домо в<.домого привода 5, блок 28 реверса согласующего

На фиг. 1 изображена комбинирован- привода 7 и блок 29 вычисления тек его ная схема станка; на фиг, 2 и е ст нк; на фиг, представлена радиуса обмотки подающей катушки 20, и лок вычисления текущего схема блока вычисления в а аю его м— р щ ще о мо- первыи и второй входы которых соответстмента ведомого привода. 55 венно соединены с вторыми контактами пеСтанок содержит станину 1, рамы 2 и 3, реключателей 17 и 18, и и иво ы4 — 7(ве лей и, первые кс нтакты р ды — (ведущий 4, ведомый 5 и согла- которых заземлены, в б 28

<, выход лака реверса у щие и ), шпиндель 8, установленный согласующего привода 7 соединен с вторым в подшипниковых опорах 9 на раме 2 и ки- входом блока 25 вычи нематически связанн <й с и и лока вычисления E

1767676 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 блока, 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 BTopoIQ 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:

С(Р1 — МВР— М, (1) С 2 МВР + МН (2) М н М . (3) г1 р1 гг рг, (4) (5) С p4 = M вp„: (6) Сpa=M вр: где р1; рг: рэ; p4 — скорости вращения валов ведущего ведомого и согласующих проводов; Мвр,, Мвр,;Мвр; Мвр„-электрические сигналы, пропорциональные вращающим моментам на валах ведущего, ведомого и согласующих приводов; М вЂ” заданный постоянный момент от натяжения провода на валу ведущего привода; Мц,, — момент нагрузки на валу ведомого привода; г1; гг— текущие радиусы обмоток приемной и подающей катушек соответственно; С вЂ” коэффициент, учитывающий электромеханические свойства приводов.

Зависимость (4) можно трактовать как условие нерастяжимости провода.

Из (1) — (4) нетрудно получить

5 r> I2

МВР = — (МВР -M)- — М, г2 I1 (7) где величину М также следует рассматривать как электрический сигнал, пропорцио 10 нальный требуемому моменту от натяжения провода на валу ведущего привода.

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

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

Имеем Мвр = — (Мвр -M); о

8 1

20 г1 d

MBp. = — — (MBp - M) гг (8) (9) где d — диаметр провода, S — шаг ходового винта пары винт-гайка, Выбрав величину M исходя из требования обеспечения заданного момента натяжения провода на валу ведущего привода и величину Map исходя иэ требований обеспечения необходимой скорости вращения вала ведущего привода согласно выражению (7), получим величину управляющего сигнала Мвр на входе ведомого привода. обеспечивающего требуемый момент натяжения и необходимую скорость врзщения.

Также очевидно, что, изменяя величину сигнала Мвр< при заданном М,можно добиться останова приводов (Мвр = M), так и измене/ ния направления вращения обоих приводов

40 (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 изме45 нение 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 н астро и ки; б) режим прямой намотки и останова, в) режим обратной намотки (сметки).

Режим настройки

Сначала настраивают станок (фиг. 1) на заданные размеры приемной катушки 19. подающей катушки 20 и провода С этой целью замеряют длины каркасов ка гушек 19 и 20, а также диаметр провода. По измерен1767676

10 ным длинам каркасов устанавливают переключатели 15 — 18 и упоры (на чертеже не обозначены).

В соответствии с диаметром d провода и выбранным шагом $ винтовых пар 10 и 13 устанавливают коэффициенты передачи блоков 24 и 25. Начальные значения радиусов г1, гг 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 Мвр > М, а режим останова при Maps =

= M. При Мцр > 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 (Мвр — M) с выхода компаратора 31 нуля, вызывают на выходе указанных блоков сигналы логической единицы и логического нуля соответственно, При этом сигнал — (Мвр - M) с выхода блоd

1 ка 24 поступает на вход усилителя 6 привода

d с одним знаком, а сигнал — — (Мвр - М) с

S гг 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 би 7.

В случае различия длин каркасов кату5 шек 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

10 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

15 вычисления операцию сложения, так как радиус r1 приемной катушки 19 увеличивается на толщину провода после намотки очередного слоя, а в счетчике блока 29 вычисления — операцию вычитания, так как радиус

20 гг подающей катушки 20 уменьшается в процессе смотки слоя на толщину провода. Изменение величин г1, гг приводит к изменению вращающих моментов Мер

Мвр а соответствии с формулами (7) и (9).

25 (10) Мн„= ггу1Мн„

45 Пользуясь уравнениями (1). (2) и =оотношениями (4), (7). (10), можно записать при

М Р,=М г1(М - Мн.) = гг((M — М) — — Мгг Г1

+ Мн); гг

Г1

50 или (r<+ гг )(М вЂ” Мн ) = О. гг

r< 1 (12) 55

Из (12) следует, что Мн, = M. т.е. момент от натяжения провода на катушке 19 равен заданному значению M. Согласно, 11) при

Map = Мн = М существует баланс моментов

При установке сигнала Мвр„= IVi происходит останов двигателей приводов 4 — 7 при сохранении заданной величины момента М натяжения провода на приемной катушке

30 19.

Останов двигателей приводов 6 и 7 происходит в результате обнуления вращающих моментов Миг и Map (cM, уравнения (8), (9)), Двигатели же приводов 4 и 5 оста35 навливаются 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 Мн, натяжения провода, который

40 связан с моментом Мн„натяжения провода на катушке 20 зависимостью

1767676

55 на валах двигателей приводов 4 и 5, вследствие чего двигатели находятся в неподвижном состоянии (p< = @2= Î)

Режим обратной намотки (смотки) осуществляется при Mapg < M. Работа станка 5 на этом режиме происходит аналогично режиму прямой намотки, Отличие состоит только в направлении вращения катушек 19 и 20 и порядке счета счетчиков блоков 27 и

29 вычисления. 10

Формула изобретения

1, Станок для намотки катушек, содержащий станину, первую и вторую рамы, первый и второй приводы, установленные на первой и второй рамах соответственно, пер- 15 вый и второй шпиндели, установленные в подшипниковых опорах на первой и второй рамах соответственно и кинематически связанные с первым и вторым приводами соответственно, проводоводи- 20 тель, установленный на станине и выполненный с возможностью реализации только одной степени свободы движения наматываемого провода в направлении намоткисмотки, первый — четвертый концевые 25 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 30 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 35 блока вычисления текущего радиуса обмоток подающей катушки и вторыми контактами первого и третьего концевых переключателей соответственно, вторые выходы соответственно подключены к вто- 40 рым входам укаэанных блоков вычислений и вторым контактам второго и четвертого концевых переключателей соответственно, третьи входы первого блока реверса и блока вычисления текущего радиуса обмотки 45 катушки соединены с выходом компаратора нуля непосредственно, а третьи входы второго блока реверса и блока вычисления текущего радиуса обмотки подающей

50 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, о т л и ч а юшийся 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 которо о 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 согласующего привода, а третий выход — к первому входу блока вычисления момента согласующего привода, 2. Станокпоп,1,отличаю щийcя 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 перво о 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 в. ходом блока.

1767676

Составитель Ю.Спичек

Техред M,Моргентал Корректор И.Шмакова

Редактор Б.Федотов

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

Заказ 3558 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5