CN101104488B - 带有横向移动调节的制造线轴的引线装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及带单独的作来回运动的引线器的具有横向调节的引线装置，该引线器固定到绳索上，该绳索在两端开放并在以交替的顺时针/逆时针运动的两个轮之间运动，各轮由其自身的电动机致动，两个电动机被频繁地操纵。该轮与弹簧连接，弹簧把引线器朝行程的中央牵拉，在引线器的每个行程中，弹簧交替地累积和释放能量。

Description

带有横向移动调节的制造线轴的引线装置

技术领域

本发明涉及对用于绕在线轴上的、由纺织机产生或处理的线的收集。在工业实践中，在线轴上收集线是通过牵拉要绕在管上的线而进行的，该管由线轴支架臂支承并置于转动辊上。转动辊可由电动机致动，把转动运动传送给绕有线的管，或在一个替换方案中，辊是空转的并被反过来由电动机驱动的线轴所带动。在这两种情形下，辊的作用是保证对于形成足够紧凑的线轴和具有正确的形状所必要的压力。当收集单元装备有引线装置时，线成螺旋形绕在转动线轴上，引线装置按照预定的交叉角、用轴向的来回运动把线分配在线轴的外表面。在工业实践中，除了线轴在端部中成形有显著的扩口的一些特殊情况外，线轴可以具有带有基本上平底的截头锥形或圆筒形。

背景技术

在传统的线轴卷绕中，特别在自动的线轴卷绕中，用轴向来回移动(也就是横向移动)把线分配在线轴表面的大多数广泛应用的装置放在位于转动辊表面的螺旋槽中，对于预设的辊的转数，该辊允许线作预定长度的轴向移动，并且所绕的线有预定的交叉角倾向。换言之，线的卷绕和线的分配机构按照固定的速度比工作。

在线的处理机的现时发展趋势中，在线轴上的线的分配装置必须设有与卷绕机构的运动无关的自动引线装置。

因此，在线轴上的配线装置必须由它自身的致动机构来移动，采用这种机构，来回移动的频率、移动的行程、螺旋卷的长度和卷绕交叉角等每次都可调节。

专利EP 311,827公开了一种用于线收集单元的单独的引线系统，该系统设想在横向运动中用封闭的带齿的传送带移动引线器，该传送带由微处理机控制的步进电动机而移动。带有微处理机的步进电动机的控制允许相对于交叉角、行程和横向来回移动频率，进行要求的卷绕。专利EP 1,209,114公开了用于这种类型的单独的引线器的线张紧装置。

当在相对于形状、密度和高速的规则的退卷要求高质量的线轴的严格的条件下把线收集在线轴上时，有相当多的问题，例如特别在极高的收集速率(甚至超过2000n/min)的现时大多数可设想的线轴卷绕器中，要求横向移动的频率在30Hz或更高。

在这些条件下，交替运动的引线装置的主要问题在于，在任何情况下，总的引线器和其致动装置有相当大的质量和在高频高速下的值得注意的惯性，甚至当采取了减小交替运动的机构的质量的所有的可用的措施的情形下也如此，问题还在于考虑到结构、形式和机械稳定性被，在所有情形下必须限制运动换向的时间和空间(几毫秒和几毫米)，以给予线轴在以后使用中要求的质量。

在横向移动的行程的中间部分，引线器容易以要求的速度致动，无论所述速度是稳定的(如在圆筒形线轴的情形下)，或者所述速度是变化的(如在锥形线轴的情形下)。在接近换向的行程的端部，引线器整体的惯性使得其相对于中间移动段以更低的平均速度工作。

作为引线器较低速度的结果，在线轴两端，绕线量比较大。这导致在线轴端部有更大的密度和不规则的形状。

这在引线器处于行程的中途时是最小的，而在引线器处于行程的两端时是最大的。

为了克服这个问题，需要在运动的换向阶段给横向移动装置以附加动力，以减少时间和制动的距离，沿相反方向产生加速并重新建立规定速度的运动。

在已知技术的线轴卷绕中，通过交替的复杂的横向移动行程可减小在线轴端部的较大的密度。所述复杂的横向移动行程具有缩短的横向移动行程，或具有固定的移动移动行程，但在两端有连续的交错，。

专利EP 311,784设想在行程的中间部分用引线器的机械致动系统积累功能，并在运动的换向阶段传送到引线器。

专利EP 453,622公开了一种方法和引线装置，这种引线装置用固定到柔性环-封闭元件的固定件来致动并用由控制单元操纵的交替运动的电动机来致动，该控制单元控制引线器的位置并在接近换向点给步进电动机加上过电流，因而增加制动及加速度值。该文件还设想用在引线行程中接合及脱开的弹性系统进一步增加在运动的换向阶段传送的动力。

在专利EP 838,422中，采用带摆动指的引线器，摆动指按照绕着与线轴轴线正交的销的圆形段运动，引线器被操纵作交替的顺时针/逆时针运动的电动机致动。在导向器摆动的两端，设置包括弹性元件的能量累积器，弹性元件仅仅以推力作用在短暂的换向段工作。

专利EP 1,498,378公开了具有带能量累积器的摆动指的类似的引线器，能量累积器有相应摆动指的行程端部设置的永久磁性，该磁铁排斥带同极性的磁铁，由此得到推力作用。

专利EP 1,159,217公开了带有前面类型的摆动指的引线器，引线器由操纵作顺时针/逆时针运动的电动机致动，其中扭转螺旋用作能量累积器，特别用推进器螺旋，或用具有相反卷绕方向的两个弹簧。

已经观察到在封闭的带型和摆动指类型的、用沿顺时针/逆时针方向交替转动的电动机致动而交替运动的引线器中，电动机的力矩和惯性基本上确定整个引线系统的性能，更具体地，甚至在最高的速度、在必要的时间和空间进行换向的可能性。事实上应该考虑到要在可用的极局限的时间和空间中得到运动的换向，电动机必须制动及重起动的不仅是引线器和其动力连接链，而且还要制动及重起动电动机本身。因此，除了采用减小交替运动机构的质量的所有措施外，还必须使用可达到最高加速度(也就是在换向中电动机可给予的最大力矩和其自身的惯性之间的最高比例)的电动机。一般说，在用于致动用控制单元操纵的交替运动的电动机(例如同步无刷电动机)中，为了得到产生一定的驱动力矩以给予引线系统以要求的制动及加速度值，电动机的尺寸的增加对应于其惯性的显著增加和其加速度相应的明显的减小。

为了进一步澄清，可考虑一组同步无刷电动机并比较它们的力矩及惯性矩，例如，该比较列于表1：

表1

电动机类型	力矩(Nm)	惯性(kg cm2)
			Akm13	0.44	0.045
Akm22	0.88	0.16
			Akm41	1.88	0.81

从该表得出，用于致动引线器的电动机越小，则加速度越大。该加速度在换向中得到，更具体地在制动及用于沿相反方向运动的以后的加速中得到。

发明内容

本发明的目的是提供一种克服现有技术的引线装置的限制和缺点、并允许引线器在换向点具有极高的加速度并因此得到高质量线轴的、把线绕在卷绕线轴上的单独的分配装置。

同时，本发明建议了一种把线收集在线轴上的引线装置，其中运动部件不是由要求必要力矩的单个电动机致动，而是由至少两个电动机致动，电动机具有更小的尺寸、安排成相互帮助以提供对运动部件必要的同样力矩、具有整体上更低的惯性。该装置也装备有弹性装置，弹性装置共同调节电动机，相应运动的换向点供应附加的能量。

在主权利要求中限定了本发明装置的重要的元件，而在从属权利要求中规定及限定了装置的变型和优选实施例。

为了更好地示出本发明的特点和优点，下面参照用于说明而不是限制的目的的、在附图中示出的一些典型实施例来进行说明。

附图说明

图1示出以交替运动致动高频引线器的、本发明的基本方案。

图2示出具有扭力弹簧的、图1的基本方案的优选实施例，其中图2A示出正视图，而图2B示出部分剖视的侧视图。

图3示出本发明的实际实施例的致动的细节图。

图4A和4B示出图3方案的引线器的致动装置的优选实施例。

图5示出在引线器上的弹性能量储存装置所施加的返回力的趋势。

具体实施方式

如已经说明的，按照本发明的、以交替运动致动高频引线器的技术方案将参照示出基本方案的图1进行说明。

图2示意地表示一方案，其中电动机和轮产生小于一转的转动；很明显也可以有多于一转的转动，起到完全类似和完全相同的功能。

被卷绕的线轴10由线轴支架臂支承着，以便由于抵靠着致动辊11产生的接触作用而绕线轴的轴线转动。绕在线轴10上的线被引线器12分布在线轴的表面上，引线器12平行于辊11的轴线地沿着导向杆13作来回运动并尽可能接近辊11和线轴10之间的接触点。按照本发明的引线装置14设想引线器12的横向运动用具有极低惯性的开式柔性元件15致动，开式柔性元件15如图所示可以是丝或绳索，或是相当的已知元件、例如平滑或锯齿状的带等，所述引线器12用沿着导向杆13滑动的插入件42固定于柔性元件15上。

在下面的说明中，标记“a”表示左边的元件，而标记“b”表示右边的元件，左右元件是对称的，并且相互是镜面对称的。

柔性元件15典型地由两个驱动轮16a、16b移动，驱动轮16a，16b沿着如箭头指示的、交替的顺时针/逆时针方向的运动致动，各驱动轮16a、16b具有自己的电动机17a、17b，两电动机17a、17b被控制单元频繁地操纵，为简单起见图中未示出控制单元，控制单元以已知方式协调装置14的两个电动机的运动以产生要求的横向运动并保持线轴元件15在整个长度张紧。这些被频繁驱动以便作带有控制角度移动的交替和协调的运动的电动机是本领域已知的。

按照本发明的一个优选实施例，使用由绕线站的控制单元协调操纵的、所谓无刷型或步进型的同步电动机17a、17b。

绳索15的端部绕在两个驱动轮16a、16b上，这些绳索的端部被安放在各自的腔20a、20b中的球状件19a、19b物理上地固定在驱动轮16a、16b上。

两个轮30a、30b同轴线地安放在驱动轮16a、16b上，在轮30a、30b上利用固定件32a、32b钩住并卷绕两个柔性传送元件31a、31b(例如绳索或带)的一端。而传送元件31a、31b的另外一端连接到固定在纺织机结构上的两个弹性的弹簧元件18a、18b。总是在张紧状态工作的这两个弹簧元件18a、18b倾向沿相反方向转动轮30a、30b以及分别同时转动驱动轮16a、16b，各驱动轮16a、16b倾向由自己牵拉引线器12、把绳索15保持在张紧状态下。引线装置14的一个特点在于即使没有电动机17a、17b的作用，装置也倾向保持绳索15适当地张紧并把引线器12朝着其来回行程的中点拉回，在该中点弹簧18a、18b施加的力相等且相反。

涉及其中引线器12处在中央位置的开始位置，装置14的功能如下实施。当沿逆时针方向运动时，两个电动机组合运动，其中电动机17a拉动、而电动机17b稍微延迟地协调地跟进，以便保持绳索15被刚性地装在驱动轴上的各驱动轮16a、16b适当地张紧，使得引线器12朝左边送进。当朝左边送进时，电动机17a增加其驱动力矩以克服相对的电动机17b的逐渐增加的作用力，更具体地，随着带31a、31b分别在各自的轮30a、30b上绕上及相应的绕下而克服在两个弹簧之间的负载差，也就是在增加的弹簧18b的负载和慢慢地减小的弹簧18a的负载之间的差异。接近换向点，两个电动机17a、17b同时停止，并沿相反方向以最大可能的力矩恢复速度。在最大卷绕速度状态，通过给电动机以4倍或6倍于公称值的过电流可得到该最大的力矩。电动机的制动及重起动的作用由弹簧18b积聚的弹性能量，或更优选地由弹簧18b和18a之间的能量差共同调节，该两弹簧18a、18b沿相反方向强制引线器12制动及再起动。本发明设想弹簧18a、18b构制成，使得弹簧在换向点具有的可用能量可制动引线器12、以及沿相反方向以接近或高于每个单独的电动机可供给由电动机、各自的辊和连接的其它部分构成的系统的最大加速度的加速度重起动引线器12。应该注意其质量或惯性并不是不重要的引线器12是唯一的不是对称地设置及刚性地与两个电动机连接的零件。这样，在每次换向中，可得到各电动机的最大力矩，使得跟随的电动机(在该情形下是电动机17a)不能超过相对的电动机，从而使绳索15的速度减慢。当换向完成，在电动机协调地使引线器12送进的作用下，引线器12以预设定的加速度从左边运动到右边直到行程的中央，控制弹簧18a、18b的减小的弹性能量。一旦达到行程的中央，如上所述地对称地重起动周期性运动。

上面所述涉及引线器12以稳定的速率移动的情形。当引线器12沿一个方向以增加的速度、而沿另一方向以减小的速度移动时，适当地相互协调的电动机17a、17b供应必要的力矩用于沿一个方向的加速而沿相反方向的制动。

同步电动机17a、17b由各自的位置检测器(例如编码器)控制，位置控制器允许绕线单元的控制单元显示电动机(因而引线器12)的位置：基于位置指示，控制单元用相对可变频率的电流发生器(现称作变频器)协调地控制及驱动两个电动机17a、17b，以保证引线器12的运动并同时保持绳索15的适当的张紧，两者发生在规定条件下、并且在收集单元的起动、休眠或停机阶段。

图2A和2B示出图1的技术方案的替换实施例，其中弹簧受到扭曲应力而不是拉应力。

图2A以正视图假想地示出在电动机和扭转弹性元件之间的连接状况，而图2B示出标记“a”的左扭力弹簧的侧视图：具有圆筒形卷绕和具有有圆截面的丝的扭力弹簧22a。

在驱动轴45a、45b的后延伸部和相对的电动机17a、17b的支承结构之间插入扭力弹簧22a、22b，如特别涉及引线装置14的标记为“a”的左边元件的图2B的左边的侧视图所示，弹簧的一端23a、23b固定到驱动轴45a、45b上，而另一端24a、24b固定到电动机17a、17b的结构上。绳索15的两端用固定件26a、26b固定到驱动轮16a、16b的槽部。

扭力弹簧22a、22b完全类似图1的状况工作，只是扭曲应力代替了拉应力，引线装置14的功能如图1表示的装置所述那样，唯一的不同在于弹簧直接作用在驱动轴上。

应注意，如果图2A和2B表示用具有圆筒形卷绕及具有圆截面的丝的扭力弹簧、及弹簧加在电动机后侧的替换方案，则完全类似及相等功能的替换方案在任何情况下是可能的，例如用具有矩形截面的丝的弹簧、和/或具有螺旋形卷绕的弹簧、和/或加在各自电动机的前侧的弹簧，所述替换方案完全等同于所示的方案。

如已经提到的，图3示出带有第二种扭力弹簧的替换应用的、图1所示意示出的技术方案的变型。

在绳索15和驱动轮16a、16b之间的固定完全类似于图1的状况，而弹性能量的储存和释放装置是不同的。如图1所示技术方案那样，两个轮30a、30b同轴地连接到两个驱动轮16a、16b上，两个柔性传送元件31a、31b(例如带或绳索)钩在驱动轮16a、16b上。在相对端，绳索31a、31b用固定件32a、32b连接到两个杆34a，34b上，杆34a、34b绕着销35a、35b摆动，优选地，绕平行于轮16a、16b的轴线摆动。

摆动杆34a、34b连接到两个扭力弹簧(如最好地作为弹簧38a、38b示于下面附图4B中)，当因其电动机17a、17b转动而使对应的轮30a、30b转动以卷绕其绳索31a、31b时，弹簧被弹性地加载并积累增加弹簧扭曲的弹性能量，而当对应的轮30a、30b转动以释放其绳索31a、31b时，通过解开弹簧、释放弹性能而卸载弹簧，由此，两摆动杆以比用于具有相应轮的各单个电动机17a、17a更高的加速度供应至少用来重起动引线器12所必要的力矩。

图4A、4B示出按照图3的状况的引线致动装置又一优良和优选的实施例。

在图4A中，优选实施例以正视图示出，相应于图3，但绳索31a、31b的卷绕轮却存在变型。轮40a、40b设成相对于驱动轮16a、16b具有相当大的偏心距，由绳索31a、31b所施加在它们的轮40a、40b上的力的力臂的最小值相应于引线器12行程的中心点，而所述力臂的最大值相应于引线器12移动的端点41a、41b。

图4B示出按照本发明的装置的剖视侧视图，示出其功能的更多细节。卷绕线轴10由线轴支架臂的相对点43a、43b支承着以沿顺时针方向转动以便与致动辊11接触。线F从下面引入，被支撑杆(distance rod)44变换方向，再绕在线轴10上，被引线器12分布在线轴的表面，引线器12平行于辊11的轴线沿着导向杆13作来回运动。

弹簧38a(及对应的弹簧38b)是扭力弹簧，其一端固定以随杆34a的穿通销35a转动，加速或卸载扭力，而另一端40a固定到引线装置的结构件41上。

图3的实施例和图4A、4B的实施例两者可用杆34a、34b的受限转动及自身具有很高频率的弹簧38a、38b来工作，弹簧以致动引线器特别是在最高速度下工作的线轴卷绕机的引线器要求的加速度返回弹性能量。

图5示意地示出由带有绳索15的引线器12上的弹性能量储存装置所施加的返回力的倾向，示出朝左边倾斜的一对杆34a、34b作逆时针移动的变化，而另一方面，引线器12从中心朝右边移动，位置“0”是引线器的中央停靠位置，而位置“10”是移动末端的换向位置。杆34a、34b的顺时针移动和引线器朝左边返回时的返回力的倾向镜像地等于另一部分。

在图5的下部，示出在从中心到换向点的位置“0”-“10”中，弹性能量累积系统的相对位置，而图5的上部，示出相应于引线器12移动的位置、朝着引线器行程的中央的返回力的曲线图的倾向。

电动机安排成相互帮助以把力矩供应到运动零件，并用来致动用于移动引线器的柔性元件固定在其上的两个轮，使用至少两个这样的电动机可提供如下优点：相对于要求的力矩仅留给一个电动机所需的电动机，可以选择尺寸更小的电动机，因而可以得出这些具有减小尺寸的电动机有更低的惯性，因此可提高相应于运动方向的换向的更大的加速度。这样可使供给的力矩与系统的惯性之间比率最佳化。

不仅仅在于此，而且使用用于两个轮的分开的电动机也允许在分配供给力矩的点的同时，划分被电动机移动的零件的惯性，从而使整个系统受到更小的应力。

由于使用开式柔性元件，也就是具有减小尺寸及更小的质量的柔性元件，系统的总惯性更低。

辅助电动机的弹性装置相应于运动的换向点提供它们的附加的能量，其具有在其大多受到应力的时刻辅助电动机的基本作用。

另外，弹性元件也持续地保证柔性元件的适当的张紧。柔性元件可能产生的屈服(柔性元件随着时间的流逝而倾向于拉长并因此变松)因柔性元件绕着轮而得以抑制，其中，每个轮从它们自身部分牵拉着柔性元件、保持柔性元件持续张紧。

用于说明及非限制的目的，本发明按照其优选实施例进行了说明，但是本领域的专家可明显地施加各种变化和/或变型，这些变化和/或变型都包括在由所附的权利要求书限定的、本发明的相应的保护范围的。

特别是，等同的技术方案是加到引线装置的各自电动机的背后的、设想的扭力弹簧，均操作仅仅一半的行程或略高一点，产生与参照图5所示的图和累积不是很不同的图和累积。

Claims (9)

1.一种用于把线收集在线轴(10)上的单独的引线装置(14)，其中所述线(F)被平行于与线轴(10)接触的转动辊(11)的轴线地来回运动的引线器(12)分配在线轴的表面上，并且引线装置(14)借助于柔性元件(15)而被来回运动地驱动，引线器(12)固定到柔性元件(15)上，柔性元件(15)因两个第一轮(16a、16b)而运动，两个第一轮(16a、16b)因频繁操纵的电动机的致动而作交替的顺时针/逆时针运动，

两个所述第一轮(16a、16b)是由用于各第一轮的两个电动机(17a、17b)致动的驱动轮，各电动机由相应的位置检测器控制并由控制单元操纵，所述控制单元协调所述电动机(17a、17b)的操纵以产生所要求的横向运动；其特征在于，

所述柔性元件(15)是开式柔性元件；

所述开式柔性元件(15)的端部绕在两个所述驱动轮(16a、16b)上，柔性元件(15)的端部用固定件(26a、26b)物理地固定到驱动轮(16a、16b)上；

所述驱动轮(16a、16b)与弹性元件(18a、18b；22a、22b；38a、38b)连接，弹性元件(18a、18b；22a、22b；38a、38b)倾向沿相互相反的方向转动驱动轮(16a、16b)，把引线器(12)带到其自身的部分，并且，对于所述引线器(12)的各行程，除了电动机(17a、17b)所施加的力矩外，还提供由在先前的行程中由弹性元件(18a、18b；22a、22b；38a，38b)储存的弹性能量的差，

其特征还在于，接近于所述引线器(12)的行程的换向点，两个所述电动机(17a、17b)同时停止，并利用可用的最大力矩沿相反方向恢复速度，弹性元件(18a、18b；22a、22b；38a、38b)的结构布置使得它们具有在先前的行程中累积的可用的弹性能量，所述能量用来制动引线器(12)并以接近或高于由各单一电动机(17a、17b)得到的最大加速度的加速度沿相反方向重起动所述引线器(12)。

2.按照权利要求1的用于把线收集在线轴上的引线装置，其特征在于，所述弹性元件是总是在张紧状态工作的弹簧弹性元件(18a、18b)。

3.按照权利要求1的用于把线收集在线轴上的引线装置，其特征在于，所述弹性元件是扭力弹簧(22a、22b；38a、38b)。

4.按照权利要求3的用于把线收集在线轴上的引线装置，其特征在于，所述扭力弹簧(22a、22b)插在驱动轴(45a、45b)的后延伸部和相应的电动机(17a、17b)的支承结构之间，所述弹簧的一端(23a，23b)固定到驱动轴(45a、45b)上，而另一端(24a，24b)固定到电动机(17a、17b)的结构件上。

5.按照权利要求3的用于把线收集在线轴上的引线装置，其特征在于，两个第二轮(30a、30b；40a、40b)连接到驱动轮(16a、16b)，在驱动轮(16a，16b)上，两个柔性传送元件(31a、31b)的一端分别固定到所述两个第二轮，而两个柔性传送元件(31a、31b)的另一端分别与两个摆动杆(34a、34b)连接并连接到两个扭力弹簧(38a、38b)，当因相应的电动机(17a、17b)的转动而使相应的第二轮(30a、30b；40a、40b)转动并牵拉其自身的绳索(31a，31b)时，所述弹簧积累弹性能量，而当相应的第二轮转动以释放其自身的绳索(31a、31b)时，所述弹簧释放弹性能量，因而相应于电动机(17a、17b)提供的力矩提供了附加的驱动力矩。

6.按照权利要求5的用于把线收集在线轴上的引线装置，其特征在于，所述两个第二轮(30a，30b)与所述驱动轮(16a、16b)同轴装配。

7.按照权利要求5的用于把线收集在线轴上的引线装置，其特征在于，所述两个第二轮(40a、40b)相对于所述驱动轮(16a、16b)的轴线设有相当大的偏心距。

8.按照权利要求7的用于把线收集在线轴上的引线装置，其特征在于，所述两个第二轮(40a、40b)相对于所述驱动轮(16a、16b)的轴线设有偏心距，相应于引线器(12)行程的中心点其具有由绳索(31a、31b)施加在它们的第二轮(40a、40b)上的力的力臂的最小值，而相应于引线器(12)的移动的端点(41a、41b)其具有所述力臂的最大值。

9.按照权利要求1的用于把线收集在线轴上的引线装置，其特征在于，所述电动机(17a、17b)是同步无刷或步进电动机，由绕线站的控制单元协调地操纵。

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