Устройство для намотки нити

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистическик

Республик

< 745840 (6I ) Дополнительное к авт. свкд-ву (22) Заявлено 31.05.78(21) 2623716/28-12 (51)М. Кд.

В 65 Н 59/38 с присоединением заявки РЙ

Государственный комнтет

СССР

Il0 делам изабретеннй к открытий (23) ПриоритетОпубликоваио07.07.80. Бюллетень .% 25 (53) УДК 621.798.".426(088.8) Дата опубликования описания 07.07.80

В. М. Иванов, Э. А. Толкачев, Н. М. Вальщиков и П. Д. Гладкий (72) Авторы изобретения

Ленинградский ордена Трудового Красного Знамени институт текстильной и легкой промышленности им. С. М. Кирова (71) Заявитель (S4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАМОТКИ НИТИ

Изобретение относится к намоточным устройствам и может быть использовано в приемно-намоточных механизмах машин для производства химических волокон с высокой и постоянной скоростью приема нити на вращающуюся бобину.

Известно устройство для намотки нити, содержащее бобинодержатель, связанный . с приводным электродвигателем, подключенным к регулируемому преобразовате- .. лю частоты, нитераскладчик, прикаточный ролик, фрикционно связанный c:íàìIIòûâàåмой паковкой и соединенный с приводным синхронным цвигателем, подключенным к регулируемому источнику переменного на15 пряжения, зацатчик момента нагрузки на оси нрикаточного ролика, элемент сравнения цействительного и заданного моментов нагрузки прикаточного ролика, подключенный ко входу регулируемого преобразователя (11 и (2 .

Недостатком этих устройств является сложность их конструкции и недостаточная надежность.

Наиболее близким техническим решением является устройство для намотки нити, содержащее бобинодержатель; связанный с электродвигателем, подключенным к регулируемому преобразователю частоты, нитераскладчик, прикаточный ролик, установленный с возможностью взаимодействия по образующей с паковкой и соединенный с приводным двигателем, связанным с регулируемым источником переменного напряжения, эадатчик опорного напряжения, датчик частоты вращения прикаточного ролика, датчик угла вылета прикаточного ролика, соединенный с первым

,вхоцом элемента сравнения,эадатчик уг-: ла вылета прикаточного ролика, соединенный со вторым входом элемента сравнения, выход которого через усилитель соединен со входом регулируемого преобразователя частоты.

В указанном устройстве в качестве информационного параметра для контроля вращающего момента на валу прикаточного

3 . 745 ролика используется геометрический угол фазового сдвига между угловым положением прикаточного ролика и угловым положением ротора специально введенного базового двигателя, запитанного вместе с двигателем прикаточного ролика от общего для всех рабочих мест регулируемого преобразователя частоты. Наличие указаниог- угла фазового сдвига, называемого углом вылета ротора, обусловлено тем, что базовый двигатель вращается вхолостую, а приводной двигатель прикаточного ролика покрывает механические и аэродинамические потери прижатого к паковке прикаточного ролика (3j.

Недостатки устройства заключаются в том, что наличие базового двигателя с датчиком частоты вращения, а также датчика частоты вращения прикаточного ролика, установленного в зоне обслуживания намоточного устройства, увеличивает первоначальные капитальные затраты, а также габариты устройства для намотки, кроме того, датчик частоты вращения прикаточного ролика нуждается в монтаже и индивидуальной настройке на рабочем месте для того, чтобы его выходной сигнал на холостом ходу прикаточного ролика на» ходился в противофазе по .отношению к сигналу базового датчика, что усложняет монтаж и настройку намоточного устройства перед вводом .в эксплуатацию.

Келью изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности устройства для намотки нити на бобину.

Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве приводной двигатель прикаточного ролика выполнен в виде синхронного двигателя с постоянными

"" ""магнитами, имеющего дополнительную . . генераторную обмотку, равномерно размещенную на статоре в пазах для рабочей .обмотки, а датчик угла вылета прикаточ,ного ролика состоит иэ последовательно соединенных между собой широтно-импул ных модулятора и демодулятора, при этом рабочая обмотка синхронного двигателя соединена с регулируемым источником переменного напряжения и с первым входом широтно-импульсного модулятора, дополнительная генераторная обмотка синхронного двигателя соединена со вторым входом широтнс -импульсного модулятора, а выход широтно-импульсного демодулятора связан с йервым входом элемента сравнения.

840 4

KpoNe то1.о," с цель ю повышения равномерности нити по толщине и повышения качества паковок путем повьппения то4- .

1 ности стабилизации скорости наматывания и уменьшения скольжения, ротор приводного двигателя прикаточного ролика выполнен с радиальным расположением постоянных магнитов, а датчик угла вылета ротора выполнен многофазным, причем максимальное число фаз определяется по формуле

ГТ) =

10 Махс (i)

rae К- коэффициент (0,7-1,0), 9 - максимальный угол вылета ротора, М кс соответствующий максимальному электромагнитному моменту двигателя..

Размещение сигнальной генераторной обмотки на статоре двигателя прикаточного ролика и использование ее в качестве считывающего элемента датчика частоты

20 вращения, а также применение ротора с постоянными магнитами и использование его в качестве модулируюшего элемента позволяет исключить необходимость специальной установки датчика частоты враще25 ния прикаточного ролика.

Использование же источника питания двигателя прикаточного ролика в качестве задатчика переменного опорного напряжения позволяет исключить из устройства

З0 базовый двигатель и связанный с ним базовый датчик частоты вращения. Вследствие того, что двигатель прикаточного ролика является первичным измерительным преобразователем в цепи преоб35 разования момента на валу прикаточного ролика в потенциальный электрический сигнал, то увеличение коэффициента передачи двигателя (Ю/dM существенно повышает точность стабилизации указанного момента, 40 так как уменьшается значение приведенной к выходу датчика угла вылета погрешности первичного измерительного преобразо = вателя.

На фиг. 1 изображена функциональная 45 схема устройства для намотки нити; на фиг. 2 — функциональная схема однофазного датчика угла вылета ротора; на фиг.Звременные диаграммы сигналов в характерных точках однофазного датчика угла вы50 лета ротора на фиг. 4 - зависимости эле1 ктромагн11тного момента М в функции угла 9 вылета ротора для синхронных двигателей с постоянными магнитами; на фиг. 5, 6 и 7 — векторные диаграммы, иллюстрирующие формирование соответ.ственно двухфазной и трехфазной систем опорных напряжений многофаэного датчика угла вылета ротора; на фиг. 8 — функцио5 7458 нальная схема трехфазного датчика угла вылета ротора.

Устройство для намотки нити содержит бобиноцержатель 1, связанный с приводным электродвигателем 2, поцключенным к регулируемому преобразователю 3 чаототы, нитерасклацчик 4, прикаточный ролик 5, прижатый по образующей к йаковке 6 и соединенный с синхронным двигателем 7, прецназначенным цля враше- 10 ния прикаточного ролика с постоянной окружной скоростью, равной требуемой окружной скорости наматываемой паковки. В качестве привоцного цвигателя прикаточного ролика используется синхронный дви- 15 гатель с постоянными магнитами. На статоре цвигателя 7, кроме рабочей обмотки

8, создающей вращающееся магнитное поле, размещена и так же, как рабочая обмотка, равномерно распределена сигналь- 2р ная генераторная обмотка 9, предназначен-. ная для формирования сигнала ЭДС, наведенной в обмотках статора магнитным потоком вращающегося ротора.

Рабочая обмотка 8 синхронного цвига- 25 теля 7 подключена к регулируемому источнику 10 переменного напряжения, который одновременно используется в качестве источника опорного напряжения для определения измеряемого в электрических ЗО грацусах угла вылета ротора 8, прецставляюшего собой сдвиг rro фазе между приложенным к двигателю напряжением и

ЭДС сигнальной обмотки 9. Указанный угол 8 вылета ротора используется в качестве меры, определяющей значение . электромагнитного момента приводного двигателя прикаточного ролика. Регулируемый источник 10 переменного напряжения и сигнальная обмотка 9 подключены ц соответственно ко вхоцам датчика 11 угла вылета ротора, выходной сигнал которого пропорционален фазовому сдвигу между напряжениями одноименных фаз рабочей и сигнальной обмоток. Датчик

11 угла вылета ротора состоит иэ широчно-импульсного модулятора 12 и соединенного с ним послецовательно широтноимпульсиого демодулятора 13, выходи ое напряжение которого пропорционально ширине SO однополярных импульсов на выхоце .,модулятора 12. Выход цатчика 11 угла вылета ротора подключен к оцному из входоЬ устройства 14 сравнения, второй вход которого соецинен с эацатчиком 15 угла 55 вылета ротора, а выход через усилитель . 16 соединен со входом преобразователя

3 частоты электропривоца бобины.

40 6

В оцнофазном датчике угла вылета ротора (фиг. 2) моцулятор 12 выполнен на базе стандартных логических элементов.

Выводы двух фаэ регулируемого источника 10 питания двигателя прикаточного ролика, например фаз А и В, через выпрямительный диод 17 подключены ко входу одностороннего амплитудного ограничителя 18, выход которого через пороговый элемент 19 подключен к первому входу логического элемента 20, реализующего логическую функцию Эквивалентность .

Аналогично этому выводы цвух одноименных фаз А и В сигнальной обмотки 9 через выпрямительный диод 21, односторонний амплитудный ограничитель 22 и инвертируюший пороговый элемент 23 подключены ко второму входу логического элемента Эквивалентность, выход которого подключен ко входу широтно-импульсного цемодулятора 13, в качестве которого используется, например фильтр низких час тот.

Аналогично описанному в качестве опорного и сигнального напряжений датчика угла вылета ротора могут быть исполу зованы одноименные фаэные напряжения соответственно рабочей и сигнальной обмоток, цля чего в двигателе должны быть предусмотрены выводы нулевых то чек рабочей и сигнальной обмоток, соединенных в звезду.

Преобразование угла 9 вылета ротора в электрический сигнал U< U<< показано на фиг. 3, гце по оси абсцисс откладывается выраженный в электрических градусах угол поворота со вектора основнойгармоники опорного напряжения, вращающегося с круговой частотой Ш (- время), а по оси ординат — сигналы в характерных точках функциональной схемы однофазного датчика угла вылета ротора (фиг. 2) Uo„, U — соответственно опорное напряжение и напряжение сигнальной обмотки, 0 .„, lj >, U >, "g - выходные сигналы элементов соответственно 13, 19, 20, 23.

Для намагничивания нитей с повышенными требованиями к равномерности по толщине или чувствительных к колебаниям окружного усилия, действующего на наружный слой паковки при обкатывании ее прикаточным роликом, ротор синхронного двигателя прикаточного ролика выполнен с радиальным расположением постоянных магнитов, а датчик угла вылета ротора выполнен многофазным.

7 7458

На фиг. 4 показаны зависимости электромагнитного момента М в относительных единицах в функции угла 9 вылета ротора для синхронных двигателей с радиальным 24 и: аксиальным 25 расположением магнитов. Приведенные кривые M (8 ) строят по известным аналитическим зависимостям. Из анализа кривых 24, 25 видно, чтс, вследствие наличия реактивной составляющей момента у двигателя 1О с радиальным расположением магнитов, кривая 24, выражающая. зависимость его электромагнитного момента М в функции угла 9 вылета ротора, имеет меньший наклон с Л l 58 по сравнению с аналс 1% гичной кривой двигателя 25 с аксиальным расположением магнитов, т. е. является менее жесткой.

В устройстве для намотки используют метод формирования импульсов на 20 выходах однофазных широтно-импульсных модуляторов, при котором передние фронты импульсов формируются в моменты каждого перехода опорного напряжения через ноль (фиг. 3). При этом число 25 импульсов fl, вырабатываемых одним однофазным широтно-импульсным модулятором в течение одного периода опорного напряжения, равно двум.

В многофаэном (m -фазном) датчике 30 угла вылета общее число импульсов, вырабатываемых в течение одного периода опорного напряжения, в гй раз больше, чем в однофазном и составляет YYl-A= Qrn

Так как выходные импульсы многофаэно-зу го широтно-импульсного модулятора имеют одинаковый для всех импульсов.период следования, то угол сдвига ч между соседними импульсами, равен

360 360 ЯО

rn n 2О1

Формирование го -фазной системы опорного напряжения с фазовым сдвигом, определяемым по формуле (2), осуществляется из питающего напряжения приводного двигателя прикаточного ролика.

Например, для получения двухфазной системы опорного напряжения (фиг. 5) у с фазовым сдвигом угол равен, эл. град: Ъ "80 480 — — =90

m 2

В качестве одного опорного напряжения

Up„< (6 ) берут линейное напряжение меж- ду двумя любыми фазами регулируемого источника 10 питания, например между фазами В и С, а в качестве второго

40 8

Оор () — фазное напряжение третьей фазы (фаза А). опт св ил А

Оо„ф= Оа (t) О „Ып(со1 -90о) где U .р,, 0 .q,- амплитудные значения соответственно линейного и фвзного . напряжений источника питания.

Ч ак как по принципу работы многофвэного датчика угла вылета информационным параметром опорных напряжений является только их начальная фаза, то различие их амплитудных значений является несущественным.

Ввиду того, что для используемого способа формирования импульсов не имеет значения, какая ветвь кривой опорного на пряжения переходит через нулевое значение восходящая или нисходящая, а важен лишь факт перехода, то формирование AY) -фаэной системы, обеспечивающей одинаковые периоды следования выходных импульсов многофазного широтно-импульсного модулятора, может быть также получено при сдвиге любой синусоиды опорного и соответственно сигнального напряжения на 180, т. е. при фазовом сдвиге о

< + 480 (3)

В некоторых случаях, например при формировании трехфазной системы опорных напряжений (фиг. 7), применение фазового сдвига Mq, определяемого по формуле (3), .позволяет упростить формирование опорных напряжений вследствие того, что в качестве системы опорных напряжений используют симметричную систему фазных напряжений рабочей обмотки двигателя,, соединенной в звезоу. Упрощение в этом случае получают за счет того, что все три опорных напряжения имеют общую потенциальную точку, которая соединяется с общей точкой логических элементов, входящих в датчик угла вылета, и это дает возможность не вводить дополнительно в схему разделительные однофаэные трансформаторы напряжения, с помощью которых образуется общая точка опорных нвп» ряжений путем соединения в одну точку одноименных выводов вторичных обмоток трансформаторов. На фиг. 6 показана векторная диаграмма фаэных напряжений

Ug, в, с рабочей обмотки двигателя, соединенной в зве;щу, и возможный способ формирования опорных напряжений акоп,Оов, Ооп с фазовым сдвигом в

60 эл. град., определенным по формуле (2), нв фиг. 7 — векторная диаграмма т. е. 9 7458 опорных напряжений Ооп„, оп >, О оп > с фазовым сдвигом в 240", определенным по формуле (3).

Трехфазный датчик угла вылета ротора (фиг. 8) состоит из трех однофаэных широтно-импульсных модуляторов 26, 27, 28, каждый из которых имеет gea входа, подключенных раздельно к одноименным фазам рабочей и сигнальной обмоток 8, 9. Выходы однофазных модуляторов через о разделительные диоды 29, 30, 31 подключены ко входу широтно -импульсного демодулятора 13.

Трехфазный (m -фазный) датчик угла вылета ротора имеет повышенные чувс- 35 твительность и быстродействие вследствие того, что частота следования импульсов, поступающих от однофазных модуляторов

26, 27, 28 различных фаэ на общий широтно-импульсный демодулятор 13, у щ него в 3 раза (& раз) выше, чем у однофазного.

Справедливость укаэанной выше формулы (3),определяющей максимально возможное число фаз m многофазного датчика угла вылета, вытекает из условия, что.максимально возможный угол вылета ротора

0м ксне должен превьппать угол Ю фазового сдвига между соседними импульсами, ЗО

Волоке < LP (4)

Так как номинальный момент синхронного двигателя существенно меньше максимального момента, то рабочие значения угла вылета также в 1,5-2 раза меньше его максимального значения.

С другой стороны, работа приводного двигателя прикаточного ролика характеризуется примерно постоянным значением развиваемого им вращающего момента, а 4а основное возмущающее воздействие, обусловленное ростом диаметра паковки, действует в сторону уменьшения момента нагрузки приводного двигателя.

Вследствие этого, в установившемся режиме наматывания егол вылета ротора не превьппает значения (0,7-0,8)6„„ „, на основании чего, с целью повьппения чувствительности датчика угла вылета путем увеличения числа фаэ 1, в формуле 5О (4) вместо Ом „» подставляют К маркс, где К 0,7-1, при этом оставляют в формуле лишь один знак, знак равенства

KB „„c 4 . Из этого равентства с уче- том соотношения (2) получают принятое выражение для максимального числа фаэ многофазного датчика

Л80 (1) 40 10

Работа устройства основана на том, что при отклонении окружной скорости паковки от окружной скорости ролика, пс следнему фрикционным путем передается дополнительный вращающий (тормозной) момент, который, алгебраически складываясь с вращающим моментом двигателя прикаточного ролика, приводит к изменению его электромагнитного моментаМ и зависящего от него угла 9 вылета ротора, контролируемого в устройстве и регулируемого на постоянном заданном уровне.

Подаваемая в намотку нить 32 раскладывается нитераскладчиком 4 и наматывается в паковку 6, приводимую во вращение от электродвигателя 2. С паковкой контактирует по образующей прикаточный ролик 5, приводимый во вращение с посто- янной угловой скоростью от своего син/ хронного двигателя 7.

Прижатые друг к другу и приводимые от своих двигателей ролик и наковка не передают фрикционным путем никакого вращаюшэго момента до тех пор, пока их окружные скорости строго равны, а потери энергии на вращение прикаточного ролика покрываются полностью его приводным двигателем. При этом действительный угол В вылета ротора (фиг. 4) равен заданному углу 8g, а соответствующий этому углу, вылета ротора сигнал Ug на

4 выходе датчика 11 угла вылета ротора равен сигналу Ug> задатчика 15 угла вылета ротора U „ 0 ц

Ъ

В процессе наматывания при некотором ничтожно малом увеличении толщины слоя волокна паковка, вращаясь с прежней окружной скоростью, начинает передавать ролику фрикционным путем некоторый вращающий момент дЯ. При этом на соотвеч ствуюшую величину а М уменьшаются вращающий момент на валу и электромагнит- ный момент двигателя прикаточного ролика, и в соответствии с зависимостью (фиг. 4) электромагнитного момента в функции угла вылета ротора M = M (8 ) действительный угол вьшета ротора сННх -ронного двигателя прикаточного ролика уменьшается и принимает новое значение

Э, меньшее заданного угла 8З, а ширина импульсов на выходе широтно-импульсного модулятора 12 уменьшается и, вследствие этого, уменьшается и принимает значение U g> потенциальный сигнал U > на выходе широтно-импульсного демодуля- . тора 13. В устройстве 14 сравнения формируется разностный сигнал LUAU Ue>— Оо, который усиливается усилителем

l, Устройство для намотки нити, содержащее бобинодержатель, соепиненный с электродвигателем, подключенным к регулируемому преобразователю частоты, нитерасклацчик, прикаточный ролик, установленный с возможностью взаимопействия по образующей с паковкой и соепиненный с приво пным двигателем, связанным с регулируемым источником переменного напряжения, эа датчик опорного напряжения, датчик частоты вращения прикаточного ролика, датчик угла вылета прикаточного ролика, соединенный с первым входом элемента сравнения, задатчик угла вылета при- каточного ролика, выход которого через усилитель соецинен со входом регулируемого преобразователя частоты, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности, приводной цвигатель прикаточного ролика выполнен в вице синхронного цвигателя с постоянными магнитами, имеющего дополнительную генераторную обмотку, равномерно размещенную на статоре в пазах для рабочей обмотки, а датчик угла вылета прикаточного ролика состоит из последовательно соединенных .между собой широтно-импульсных модулятора и демодулятора, при этом рабочая обмотка синхронного двигателя соединена с регулируемым источником переменного напряжения и с первым вхопом широтно-импульсного модулятора, дополнительная генераторная обмотка синхронного цвигателя

11 7458

16 и, воздействуя на регулируемый преобразователь 3, изменяет угловую скорость цвигателя бобины. Угловая скорость бобины уменьшается по нового значения, при котором разностный сигнал дОe сТВНоВНТ 5 ся равным нулю, à угол вылета ротора принимает. первоначальное значение О следовательно, восстанавливается исходный режим; когда ролик и паковка обкатывают друг друга, не передавая фрикцион- 10 ным путем вращающего момента.

Как следует из зависимостей 24, 25 электромагнитного момента синхронного цвигателя в функции угла 9 вылета ротора, при одинаковых изменениях момента 15 нагрузки дМ угол вылета ротора у двигателя с радиальным расположением магни-тов, кривая получает большее приращение, чем у двигателя с аксиальным расположением магнитов д9 > (кривая 25) . 1О

Из этого слецует, что применение цвигателя с радиальным расположением магнитов позволяет раньше при меньших абсолютных скольжениях во фрикционной передаче выявлять наступление режима р5 работы, при котором производят очередную подрегулировку угловой скорости бобины, вследствие увеличения ее диаметра.

В общем случае точность регулирования скорости наматывания нити в предf лагаемом устройстве не ниже, чем в известных устройствах, так как для измерения момента на валу прикаточного ро. лика применяют обладающий повышенной точностью фазовый метод измерения угла 35 вылета ротора сиихронного двигателя, а отдельные звенья измерительной цепи, двигатель и датчик угла вылета ротора, имеют повышенные значения коэффициен— тов передачи. В случае, когда число пар полюсов P приводного двигателя прикаточного ролика больше единицы, то точность предлагаемого устройства превышает точность известных устройств. Это происходит вследствие того, что в известном устройстве измеряется механический угол фазового рассогласования вращающихся роликов, базового и прикаточного, а в предлагаемом — электрических угол

8, который в Р раэ больше механиче кого у;гла 8 р Ф. При прочих равньи условиях это дает возможность в р раэ уменьшить ошибку д Ф рет улйрования ген= метрического угла Ф вылета ротора. Это позволяет обнаруживать и предотвращать меньшие значения отклонений вращающего " момента на валу прикаточного ролика от предписанного значения и соответственно

40 12 меньшие абсолютные значения упругого скольжения между роликом и паковкой, что повышает качество паковок, вследст вие уменьшения тангенциальной силы, действующей на наружный слой паковки.

Изобретение наиболее целесообразно использовать в текстильной и химической промышленности, в технологических про-. цессах, связанных с намоткой цлинномерных материалов на повышенных скоростях, преимущественно в произвоцстве.химических волокон, в процессах высокоскоростного формования, вытягивания и перематывания нитей, а также цля наматывания паковок увеличенной массы, в особенности нитей текстильного ассортимента, чувствительных при наматывании иа повышенных скоростях к наличию скольжения межпу телом намотки и приводным фрикционным цилиндром.

Формула и э о б р е т е н и я

13 745840 14 соеаинена со вторым вхоцом широтно-им- выполнен многофазным, причем максимальпульсного моцулятора, а выхоц широтно- ное число фаз определяется по формуле. импульсного пемодулятора связан с л80 Т1— первым вхоцом элемента сравнения. мм.I где К вЂ” коэффициент (0,7-1,0);

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а- — максимальный угол вылета ю ш е е с я тем, что, с целью повыше- ротора. ния равномерности нити по толшине и по- Источники информации, вышения качества паковок путем повыше- принятые во внимание при экспертизе ния точности стабилизации скорости на- p - 1. Патент ФРГ М 1246864, матывания и уменьшения скольжения, ро- кл. 21 С 62/60, 1968. тор приводного двигателя прикаточного 2. Патент ГДР % 121234, ролика выполнен с радиальным располо- кл. 21 с 62/65, 1967. жением постоянных магнитов, а цатчик 3. Патент ГДР Ь 123254, угла вылета ротора прикаточного ролика s кл. 21 с 62/65, 1976. фцг. /

I

1

° g

Составитель А. Шумилин

Рецактор Н Кравцова Техрец II. Теслюк Корректор А. Григорук

Заказ 4072/8, Тираж 914 Подписное

ЦНИИПИ Госуцарственного комитета СССР по делам изобретений и открйтий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, r, Ужгород, ул. Проектная, 4