CN101104487B - 用于制造具有调整横动程的筒管的高频丝线导向装置 - Google Patents
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Abstract
带有固定于柔性元件上进行前后运动的单独导纱器的丝线导向装置,其中所述丝线导向装置具有调整横动程,所述柔性元件在两个滑轮之间进行交替的顺时针/逆时针运动,每个滑轮由其本身的电动机驱动,对两个电机进行控制,并且由控制单元进行协调。
Description
技术领域
本发明涉及收集由用于在筒管上绕丝的纺织机制造或生产的丝线。在工业实践中,通过拉动要缠绕在筒管上的丝线,在由筒管支架臂支撑并靠在旋转辊上的管上实现了在筒管上收集丝线。旋转辊可以由电动机致动,所述电动机将旋转运动传递到其上缠绕有丝线的管上,或者在可选方案中,旋转辊空闲并且在结构上由筒管拖动,所述筒管继而由电动机驱动。在两种情况下,旋转辊的功能在于确保为形成足够紧凑筒管所必需的压力和正确形状。由于收集装置配备有丝线导向装置而使丝线螺旋缠绕在旋转筒管上,所述丝线导向装置根据预定交叉角利用轴向前后运动将丝线分配到筒管外表面上。在工业实践中,筒管可以为具有大体上平坦底部的截锥形或圆柱形状,但是一些特定情况,其中筒管在终端部分上具有明显喇叭形除外。
背景技术
在传统的筒管卷绕中,特别是在自动的筒管卷绕中,具有前后,即,横移运动的用于将纱线分配到筒管表面上的使用最为广泛的装置包括位于旋转辊表面上的螺旋槽,其允许纱线实现预定长度的轴向偏移,用于旋转辊本身预先确定的转数,并具有被缠绕纱线的交叉角度的预定趋势。换句话说,丝线缠绕和纱线分配元件根据固定速比进行操作。
在目前纱线加工机器的发展趋势中,筒管上的丝线分配装置必须制造有与缠绕元件的运动无关的自动丝线导向装置。
因此,筒管上纱线的丝线分配装置必须通过其自身的致动元件进行移动,利用该丝线分配装置,每次并且根据需要对前后运动的频率、其行程、螺旋缠绕的长度和卷绕交叉角等进行调节。
专利EP 311,827描述了用于丝线收集装置的单独导纱器系统,在横移运动中,其利用闭合的带齿传动皮带使导纱器移动,所述带齿传动皮带利用由微处理器控制的步进电动机移动。根据交叉角、行程和横移频率,利用微处理器控制步进电动机允许实现希望的缠绕。专利EP 1,209,114描述了用于此类单独导纱器的皮带张紧装置。
当在恶劣条件下,利用与形状、密度和有规律的高速开卷相关的必需的高质量筒管在筒管上实现收集纱线时,存在相当大的问题,例如特别是在以极高收集速率(甚至高于2,000m/min)操作的最近构思的自动筒管卷绕器中,需要大约30Hz和以上的横移频率。
利用具有交替运动的丝线导向装置,在这些条件下的主要问题由以下事实导致,即,在任何情况下,整个导纱器及其致动装置具有相当大的质量和高频率、高速度下相当大的惯性,即使在使用所有有效措施减少具有交替运动的元件的质量时,还由以下事实导致,即,在任何情况下,必须限制用于运动转换的时间和空间(几毫秒和几毫米),以便给筒管提供随后使用所需要的质量,直至考虑结构、形状和机械稳定性。
在其前后行程的中间部分,不管象在圆柱形筒管的情况下所述速度为常量,或者象在圆锥形筒管的情况下所述速度为变量时,导纱器容易以希望的速度致动。在接近转换的末端部分,相对于中间偏移部分,导纱器系统的惯性使其必需以较低平均速度进行操作。
由于该导纱器的较低速度,所绕纱线的数量在筒管两端较多。这导致筒管端部处的较大密度和不规则外形。
这在导纱器位于其行程一半时最小,当导纱器位于其行程端部时最大。
为了克服该问题,在运动转换阶段,必需给横移装置提供附加的能量,以便减少用于沿相反方向制动和加速的时间和距离,和以规则速度重新形成运动。
在现有技术的筒管卷绕中,通过用缩短的横移行程或者固定的横移行程,但是在两个端部处连续交错与完整的横移行程交替可以减少筒管端部处的较大密度。
专利EP 311,784提出,在导纱器行程的中间部分利用导纱器的机械致动系统积蓄动能并且在转换阶段将其传递给导纱器。
专利EP 453,622描述了一种方法和丝线导向装置,所述丝线导向装置通过限制到柔性环闭合元件上再次致动并且由通过控制单元控制并且具有交替运动的电动机驱动,所述控制单元控制导纱器的位置并且给步进电动机提供接近其转换点的过电流,从而确保制动和加速时间值。该文献还提出,利用弹性系统进一步增大在运动转换阶段传递的能量,所述弹性系统在导纱器运转期间接合和脱离。
在专利EP 838,422中,采用了一种带有摆动指状物的导纱器,所述指状物根据围绕与筒管轴线垂直的销的圆截面移动,并且所述导纱器由在交替的顺时针/逆时针运动中控制的电动机致动。在导纱器摆动的两个端部处布置具有排斥作用的储能器,所述储能器由只在短转换部分操作的柔性元件组成。
专利申请EP 1,498,378描述了具有摆动指状物的类似导纱器,所述摆动指状物具有储能器,其具有通过相应于摆动指状物的行程端部布置永久磁铁而获得的排斥作用,所述摆动指状物与具有相同极性的磁铁相斥。
专利申请EP 1,159,217描述了一种具有上述类型的摆动指状物的导纱器,所述导纱器由在交替的顺时针/逆时针运动中控制的电动机再次致动,其中扭转螺杆用作储能器,特别是螺旋桨螺杆,或者具有相反缠绕方向的两个弹簧。
已经发现,在利用沿顺时针/逆时针方向交替旋转的电动机,通过闭合皮带式和摆动指状物式的交替运动致动的导纱器中,电动机的扭矩和惯性大体上确定了整个导纱器系统的性能,更特别地,确定了在必要的时间和空间中即使以最大速度转换的可能性。事实上应当考虑,为了在极为有限的可用时间和空间中获得运动转换,电动机必须使导纱器及其运动连接链,以及其本身制动和重新启动。因此,除了采用所有可能的措施减少交替运动元件的质量以外,必须使用电动机,其可以达到最大加速度,即电动机在转换时可以提供的最大扭矩及其自身惯性之间的最大比。一般而言,在用于致动由控制单元控制的交替运动的电动机中,所述电动机例如同步无刷电动机(电动机尺寸增大),为了获得特定驱动扭矩值以给导纱器系统提供要求的制动和加速值,与惯性方面相当大的增加和加速度方面的显著降低相对应。
为了更加清楚,可以考虑一组同步无刷电动机,它们的扭矩和惯性矩进行了比较。例如在下面的表格1中提供了这种比较。表1
电动机类型 | 扭矩(Nm) | 惯性(kg cm2) |
Akm 13 | 0.44 | 0.045 |
Akm 22 | 0.88 | 0.16 |
Akm 41 | 1.88 | 0.81 |
由此导出,用于致动导纱器的电动机越小,加速度越大,其可以在转换过程中,更具体地在用于沿相反方向移动的制动和随后加速过程中获得。
发明内容
本发明的目的在于制造将纱线卷绕在筒管上的单独分配装置,克服了现有技术中丝线导向装置的限制和缺陷,并且获得与转换点相对应的导纱器的极大加速度,因此获得最高质量的筒管。
因此,本发明提出了一种用于在筒管上收集纱线的丝线导向装置,其中活动部分不由提供必要扭矩的单个电动机致动,而是由至少两个具有较小尺寸的电动机致动,所述两个电动机布置为彼此辅助提供为活动部分所必需的相同扭矩,具有总体上较低的惯性。所述装置还配备有弹性装置,其给电动机提供与所述运动转换点相对应的附加能量。
在本申请中限定了具有主要部件的根据本发明的装置,而本申请的其他方面说明和限定了所述装置的变形和优选实施例。
附图说明
为了更好地说明本发明的特征和优点,出于说明性和非限制目的,本发明参考附图显示的一些典型实施例进行了描述。
所述附图涉及根据本发明的丝线导向装置的实施例,所述丝线导向装置适于将纱线分配到纱线收集装置中的卷绕筒管上,其中,图1A和1B中只显示了与实际导纱器相关的其他基本部件:纱线,筒管,驱动辊和筒管支架臂的心轴。
图1A和1B分别显示了用于致动具有交替高频运动的导纱器的本发明的最一般解决方案的前视图和左侧横截面。
图2A、2B和2C显示了图1的方案的可选实施例,特别参考替换图1中带齿皮带的柔性导纱器致动元件。
图3A和3B显示了图1的方案的可选实施例,其中插入用于能量积蓄的柔性元件,所述能量在运动转换点处存储。
图3C显示了图2A和2B的方案的可选实施例,其中插入用于能量积蓄的柔性元件,所述能量在运动转换点处存储。
图4-8显示了本发明的实施例,其中在导纱器行程的两个端部处具有排斥作用。
图9出于说明性目的,显示了相对于位于螺线管外面,位于其轴线上特定距离处的点来说,由螺线管产生磁场的趋势。
图10出于说明性目的,显示了相对于位于螺线管外面,位于其轴线上特定距离处的点来说,螺线管磁极排斥力F的趋势。
具体实施方式
如已经说明的,图1A和1B图解说明了根据本发明用于以高频交替运动致动导纱器的技术方案。
卷绕的筒管10由筒管支架臂的心轴11支撑,用于通过支撑在其致动辊12上所产生接触的作用而围绕其轴线旋转。纱线F来自下面,由推力杆14偏转并且缠绕在筒管10上,通过导纱器15分布到筒管的表面上,所述导纱器15平行于致动辊12的轴线并沿着两个导杆16前后移动。
导纱器15以实线表示为中心位置,以虚线表示端部位置,其中在所述端部位置进行横移运动转换。
根据参照图1A和1B显示的本发明实施例的丝线导向装置18规定,所述前后运动由闭合的柔性元件19致动,所述闭合的柔性元件可以为如图所示的带齿皮带(或者是等效的已知元件,例如光滑皮带、绳索、链等),导纱器15利用沿导杆运行的固定构件固定到所述柔性元件上。
在下文中,标记″a″表示左侧的元件,标记″b″表示右边的元件,左右元件彼此对称且镜像相等。
柔性元件19典型地在沿根据箭头所示的交替顺时针/逆时针运动致动的两个驱动滑轮20a、20b之间移动,每个驱动滑轮带有其自身的电动机21a、21b,所述两个电动机由控制单元控制,所述控制单元出于简明的原因未显示于附图中,所述控制单元以已知方式协调装置18的两个电动机21a、21b的运动以产生希望的横移运动。这些电动机在本领域中已知,所述电动机被驱动以受控的倾斜移动方式进行交替运动。
根据本发明的优选实施方式,使用所谓无刷式或步进式同步电动机21a、21b,其由绕纱工作台的控制单元协调控制。
在图1A和1B所示的实施例中,柔性元件19在闭合回路中缠绕在两个驱动滑轮20a、20b并保持张紧,具有两个平行部分,一个在上,另一个在下。本解决方案的思想还可以实施为通过利用两个电动机只致动滑轮20a、20b之一。
装置18的作用如下。在其左右运动中,导纱器15的运动由将柔性元件19的上部拉向左边和将柔性元件19的下部拉向右边确定,向左运动由相对于电动机21a沿逆时针方向致动的左驱动滑轮20a实施,向右运动由相对于电动机21b沿逆时针方向致动的由驱动滑轮20b实施。
同步电动机21a、21b通过目前称作编码器的位置检测器控制,所述编码器允许卷取单元的控制单元显示电动机的角位置;根据编码器的指示,控制单元利用目前称作反相器的相关致动器控制和驱动两个电动机21a、21b。
图2A显示了可选实施例,其中柔性元件19由闭合绳索构成,所述闭合绳索上布置有四个球22,当它们插入到位于滑轮20a和20b上的适当支座中时,所述球确保了柔性元件19不在滑轮上滑动,有利于它们的运动。柔性元件19的闭合通过闭合夹23实现。
图2B显示了一实施例,其中柔性元件19由开放的绳索构成,在所述绳索端部具有两个球22,所述球插入到位于驱动滑轮20a和20b上的适当支座中。两个滑轮24a、24b还同轴地安放到驱动滑轮20a和20b上,第二开放柔性元件29,例如绳索或皮带的端部利用球22钩持在所述滑轮24a、24b上。
图2C显示了本发明的实施例,其中驱动滑轮20a、20b位于板簧32上,所述板簧趋于向上弯曲朝向中心轴线并使驱动滑轮20a、20b彼此远离。该方法在使用绳索作为柔性元件19时是必需的,所述柔性元件随时间趋于细长,丧失了必要的张力。柔性元件19的任何伸长实际上自动造成滑轮20a和20b彼此远离,重新形成必需的张力。
图3A和3B显示了另一实施例,其中呈圆柱形缠绕且具有圆形截面的螺线的扭力弹簧作用在每个电动机的后侧上。在任何情况下可以具有完全类似和相同作用的解决方案,例如具有矩形截面的螺线的弹簧,和/或螺旋形缠绕,和/或作用到相应马达的前侧上,所述可选方式与所示方案完全相同。
扭力弹簧25a、25b插入到驱动滑轮20a、20b和相关电动机21a、21b的固定结构之间,如图1B中的左侧视图所示,所述扭力弹簧的端部26a、26b之一约束到驱动轴28a、28b的后延伸部上,另一端27a、27b约束到电动机本身21a、21b的结构上。
在导纱器15和柔性元件19的交替运转期间,在导纱器15的左右运动过程中,弹簧25a反捻,尤其是在运动转换期间,使弹簧扭矩卸载,增大了柔性元件19向左的拉力,从而辅助电动机运转。同时,所述系统沿使弹簧25b加载的逆时针方向运转,使弹簧扭矩增大,并积蓄了在柔性元件19和导纱器15随后从左向右运转过程中释放的弹性能。
如上所述,图4-8显示了根据本发明的技术方案的变形实施例,其中插入导纱器15的排斥元件用以提供为至少重新启动导纱器15所必需的扭矩,其具有比带有相应滑轮的每个单电动机更大的加速度。
图4A、4B和4C显示了排斥系统,其使用位于两个以交替运动为特征并且位于固定结构上的可动装置上的成对的永久磁铁,导致具有相同符号的磁极与运转结束相对应地朝向彼此运动,但是,具有彼此排斥的趋势,有助于制动和运动转换。
图4A、4B和4C显示了丝线导向装置18的配置,其中导纱器15分别位于其横移行程的中心半行程位置,左端位置和右端位置。可动永久磁铁30a、30b位于两个驱动滑轮20a、20b上,例如它们的辐条中,所述驱动滑轮在其交替角度运动之后,在两个角位置L和R之间摆动,所述驱动滑轮与导纱器15整体移动,当所述导纱器15位于其横移行程的左端或右端时,使它们的角度运动转换。
两个相同的固定磁铁31a、31b装配到机器的固定结构上,位于与两个端部L和R相对应的位置上,使得与反向运动相对应,具有相同符号的磁性N或S的成对主体30a、30b和31a、31b之一彼此面向,因此在与其距离平方成反比的作用力下彼此排斥。因此,在与导纱器15的两个行程端部交替对应的转化点附近施加位于两个驱动滑轮20a、20b之一及其相应的固定磁体31a、31b之间的明显排斥力,其有助于制动和运动转换。
图5A、5B和5C显示了根据图4所示导纱器致动装置的另一优选实施例。
与图4A、4B和4C相似,图5还相应显示了丝线导向装置18的配置,其中导纱器15处于图5A所示的中心半行程位置,如图5B所示的横移行程的左端,如图5C所示的右端。就如根据图4所示的实施例那样,还是在如图5所示的实施例中,永久磁铁30a、30b位于两个驱动滑轮20a、20b上,在两个角位置L和R之间摆动,所述两个角位置分别与导纱器15完全向左和完全向右相对应。
一对例如永久磁铁的固定磁体41a、41b装配在电动机底盘的固定结构上,位于与两个端部L和R相对应的位置处,使得与运动转换点相对应,可动磁体30a、30b面向具有相同符号的磁性N或S的相应的固定磁体41a、41b,因此利用与它们距离的平方成反比的作用力彼此排斥。
如图5B和5C所示,利用横移运动的每次反向,成对磁体30a、30b和41a、41b面向彼此以进行排斥,不再交替而是共同地,因此相对于图4技术方案的实施例施加双重作用。
在根据图4和5所示的实施例中,横移行程的变化可以受到连贯地给电动机21a、21b提供用于限制行程或转换点值的控制命令的影响。
图6A和6B显示了本发明的另一实施例,分别显示了丝线导向装置18的配置,其中导纱器15处于用实线表示的中心半行程位置,而导纱器位于其横移行程左边和右边的端部位置由虚线表示。可动永久磁铁30位于导纱器15的主体上,所述可动永久磁铁整体地追随导纱器15的交替运动,直至向左和向右的转换位置。
在图6A中,两个类似于图4和5中所示磁铁的固定永久磁铁31a、31b装配到机器的固定结构上,位于与横移行程的两个端部相对应的位置上,使得与转换运动相对应,磁体30面向固定磁体之一,具有相同符号的磁性N或S,因此在与它们距离的平方成反比的作用力的情况下彼此排斥。在图6B中,另一方面,固体磁体由筒管42a、42b组成,所述筒管由两个馈线(feeding lines)43a、43b激励。该类实施例允许相应于行程端部施加的排斥力利用筒管42a、42b的馈电进行调节,筒管42a、42b起到螺线管的作用。
事实上已知的是,螺线管为圆柱形筒管,其由一系列彼此非常接近的圆形线圈组成并且由单根导线材料制成。通过使具有强度i的电流流过导线,在螺线管内外产生磁场,其与线圈总数、电流强度和磁导率成正比,与螺线管长度成反比。在这种类型的螺线管位于物理介质(在本情况下为空气)的情况下,磁感应矢量B的模量为:
其中N为线圈总数,μ为介质磁导率,l为螺线管长度,i为电流强度。由螺线管产生的磁场可以图式化,如同其由连续的线圈分布获得一样,相同的电流流过所述线圈。考虑用于计算在垂直于线圈本身平面并穿过其中心的轴线上与线圈中心相距x的点处磁场的公式,可以看出,磁场随与线圈本身距离的增大以平方定律下降。
特别是,考虑螺线管侧面之一的外线圈,在位于螺线管轴线上与线圈中心隔开距离x的螺线管外部的点处产生的磁场由下列公式给出:
其中μ0表示真空中的磁导率,I为电流强度,R为线圈半径。图9显示了磁场B相对于x的趋势(其中,距离x标在横坐标的轴线上,磁场B的值标在纵坐标上)。
在螺线管的线圈外侧产生磁极,电流流过所述线圈,所述磁极的排斥力F由下列公式给出:
其中,F(x,i)表示与电流i和距离x相关的螺线管的作用力,μ表示磁偶极矩(计算为导纱器上的磁铁的磁场强度与导纱器上的磁铁体积之比),g表示重力加速度(9.8m/s2),B0(x,i)表示螺线管轴线上的磁场。图10显示了排斥力F相对于x的趋势(其中,距离x标在横坐标的轴线上,排斥力F的值标在纵坐标上)。
排斥力相当大,靠近外线圈,并且在几毫米之后显著下降。通过改变线圈的供给电流,螺线管的排斥力可以在特定值范围内变化。图10的图表显示了在两个不同电流值的情况下的两个作用力趋势。类似地,为了改变废弃物(discarding),即,减少转换空间,足以利用不同的电流激励筒管或螺线管。
对于如图6所示行程中的显著变化量来说,通过改变固定磁体31a、31b或42a、42b的位置可以影响所述变化量,如图7所示。根据该说明性的实施例,通过将这些固定磁体31a、31b沿轴向方向装配到固定导向装置并且利用蜗杆35a、35b使它们轴向移动而调节两个固定磁体31a、31b的轴向位置,所述蜗杆35a、35b利用机动装置36沿顺时针/逆时针方向旋转运动,以便使两个磁体31a、31b相应朝向彼此移动或远离彼此移动。
利用如图7所示的相同布置,还可能通过改变或不改变行程宽度,改变左右转换点的轴向坐标,使蜗杆35a、35b顺时针或逆时针旋转,通过机动装置36使横动行程偏移。
在图8所示实施例中,通过将机械减震元件45a、45b(代替固定磁体)插入到对应于导纱器15的横移行程的两个端部的位置,使得与所述运动的转换相关,导纱器15通过与推斥元件45a、45b形成接触而释放其动能,所述推斥元件继而积聚动能并在运动转换之后将其释放。该推斥元件可以是位于横动行程的两个端点处的气体、流体、弹簧减速器。该对推斥元件45a、45b可以与导纱器15或与固定到位于导纱器15的两部分上的柔性元件19上的元件直接接触,使得由排斥力施加的应力不会损坏导纱器本身或其与柔性元件的连接。通过启动两个驱动滑轮20a、20b,使导纱器15移动的柔性元件19固定到所述驱动滑轮上,使用至少两个布置为帮助彼此给移动部件提供扭矩的电动机提供了能够选择电动机的优点,其中如果必需扭矩只分配给一个电动机的话,所述电动机具有比那些必需电动机更小的尺寸,因此,具有减小尺寸的所述电动机具有更低的惯性,因此,可以提供与运动方向的转换相关的更大的加速度。这样,有可能获得所提供扭矩和系统惯性之间比率的优化。
此外,使用用于两个驱动滑轮的分开电动机还允许通过电动机移动的部件的惯性细分,同时分布提供扭矩的点,使所述系统总体上承受较少的应力。
弹性装置的基本作用是在这些弹性装置经受大部分应力时辅助电动机,其中当存在弹性装置时,该弹性装置辅助电动机提供与运动转换点相对应的附加能量。所述装置因此能够给导纱器提供更大的加速度,提供获得高生产率的其他优点。
本发明出于说明性而非限制性的目的进行描述,根据其优选实施例,本领域技术人员可以明显地施加变化和/或变型,所有这些都落入如权利要求限定的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种用于在筒管(10)上收集纱线的单独的丝线导向装置(18),其中所述纱线(F)通过导纱器(15)分布在筒管表面上,所述导纱器平行于筒管(10)的支撑辊(12)的轴线进行前后运动,丝线导向装置(18)由柔性元件(19)驱动进行前后运动,所述导纱器(15)固定到所述柔性元件上,柔性元件(19)在两个驱动滑轮(20a,20b)之间移动,所述驱动滑轮通过由控制单元控制的电动机的致动进行交替的顺时针/逆时针运动,所述柔性元件(19)形成闭环,所述驱动滑轮(20a,20b)由至少两个电动机(21a,21b)致动,每个所述驱动滑轮(20a,20b)由其本身的电动机(21a,21b)致动,所述电动机(21a,21b)由至少一个位置检测器控制并由所述控制单元控制,所述控制单元协调所述电动机(21a,21b)的控制以产生希望的横移运动,其特征在于,用于积蓄弹性能以在运动转换点处回复的弹性元件插到每个电动机(21a,21b)的固定结构和电动机本身的相应活动部分之间,以及
所述弹性元件为扭力弹簧(25a,25b),每个扭力弹簧利用其端部(26a,26b)之一限制到驱动轴(28a,28b)上,并且利用另一端(27a,27b)限制到电动机(21a,21b)本身的固定结构上。
2.如权利要求1所述的用于在筒管上收集纱线的丝线导向装置,其特征在于,所述电动机(21a,21b)为无刷式或步进式同步电动机。
3.如权利要求1所述的用于在筒管上收集纱线的丝线导向装置,其特征在于,所述驱动滑轮(20a,20b)为带齿滑轮,并且柔性元件(19)由闭合的带齿皮带组成。
4.如权利要求1所述的用于在筒管上收集纱线的丝线导向装置,其特征在于,所述柔性元件(19)由缠绕在两个驱动滑轮(20a,20b)上的绳索组成,所述柔性元件利用限制装置物理固定到所述驱动滑轮上。
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