CN102963744A - 一种可变支承刚度的卷绕机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可变支承刚度的卷绕机，包括芯轴，芯轴穿设于机架内，机架部分设于白套内，芯轴的两端露出机架，其特征在于：在芯轴位于机架内的部分外依次套有轴承一、轴承二、至少一个辅助轴承、轴承三及轴承四，轴承一及轴承二同时位于轴承座一上，每个辅助轴承分别位于各自的辅助轴承座上，轴承三及轴承四同时位于轴承座二上，芯轴与白套的总重心在轴承三及轴承四之间，压力源连接控制阀，控制阀连接各个轴承，由传感器一检测白套在芯轴旋转时的振动幅度，由传感器二检测机架在芯轴旋转时的形变量。本发明能够使卷绕机在不同的工作转速范围内工作，在变转速工作过程中，改善卷绕机工作时的动态响应。

Description

一种可变支承刚度的卷绕机

技术领域

本发明涉及一种可变支承刚度的卷绕机，属于化纤生产设备技术领域。

背景技术

在化纤长丝生产中，高速卷绕机作为化纤纺丝设备中的关键设备，其技术涉及机械、电气控制等多个学科，其设备投资约占整套化纤设备的50％～60％。卷绕夹头是卷绕机的主要部件。它是一个高速空心薄壁的悬臂转子系统，工作时，卷绕夹头是一个变转速、变质量、变刚度、和变激励的系统。因此，高速卷绕机系统属于高速回转时变转子系统。在工作时，当卷绕机的转速接近机器临界转速时，会产生较大振动，影响卷装质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种改善动态响应的卷绕机。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种可变支承刚度的卷绕机，包括芯轴，芯轴穿设于机架内，机架部分设于白套内，芯轴的两端露出机架，其中一端与电机相联接，另一端与白套固定连接，其特征在于：在芯轴位于机架内的部分外由靠近电机的方向至远离电机的方向依次套有轴承一、轴承二、至少一个辅助轴承、轴承三及轴承四，轴承一及轴承二同时位于轴承座一上，每个辅助轴承分别位于各自的辅助轴承座上，轴承三及轴承四同时位于轴承座二上，芯轴与白套的总重心在轴承三及轴承四之间，轴承座一、辅助轴承座及轴承座二的外圆周面与机架内壁之间为过盈配合，压力源连接控制阀，控制阀连接辅助轴承，由传感器一检测白套在芯轴旋转时的振动幅度，由传感器二检测机架在芯轴旋转时的形变量，传感器一及传感器二连接控制系统，由控制系统根据获得的信号控制控制阀启闭，压力源经由控制阀向辅助轴承施加压力进而在芯轴旋转时调整辅助轴承对芯轴的支承刚度。

优选地，所述轴承三在所述轴承座二上的位置可调。

优选地，所述轴承一、所述轴承二、所述轴承三、或所述轴承四为可变刚度轴承或常规带密封圈的深沟球轴承；当所述轴承一、所述轴承二、所述轴承三、或所述轴承四为可变刚度轴承时，所述轴承一、所述轴承二、所述轴承三、或所述轴承四分别经由各自的控制阀连接所述压力源。

优选地，所述传感器一为电涡流传感器，电涡流传感器布置在所述白套靠近所述电机一侧的外端，电涡流传感器的探头端面与所述白套的外圆周面之间留有间隙。

优选地，所述传感器二为压电传感器，压电传感器固定安装在所述机架上。

本发明通过改变轴承的刚度能够使卷绕机在不同的工作转速范围内工作，在变转速工作过程中当其工作转速接近某阶临界转速时，通过压力供给系统来调整辅助支承的刚度，使其动态响应，不影响机器正常工作，即卷绕机的振动大小在其许可范围以内，从而改善卷绕机的动态响应。

本发明的优点是：能够使卷绕机在不同的工作转速范围内工作，在变转速工作过程中当其工作转速接近某阶临界转速时，通过调整辅助支承的支承刚度，使其动态响应不影响机器正常工作，从而改善卷绕机工作时的动态响应。

附图说明

图1为本发明装置系统示意图；

图2为本发明装置一种备选组合方案示意图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图1所示，本发明提供的一种可变支承刚度的卷绕机包括芯轴2、白套3、轴承一7、轴承二8、辅助轴承9、轴承三10、轴承四11、轴承座一4、辅助轴承座5、轴承座二6及机架1等。芯轴2与白套3过盈连接在一起，芯轴2通过轴承一7、轴承二8、辅助轴承9、轴承三10及轴承四11被支承在轴承座一4、辅助轴承座5及轴承座二6上，通过轴承座外部两端面与机架1内部间的过盈配合使轴承座一4、辅助轴承座5及轴承座二6固定在机架1上。在本实施例中，轴承一7、轴承二8、辅助轴承9、轴承三10及轴承四11均采用可变刚度轴承，轴承一7及轴承二8位于芯轴2联接电机的一端并在同一个轴承座一4上，轴承四11位于机架1的前端，轴承三10位置可调节且和轴承四11位于同一个轴承座二6上，辅助轴承9作为辅助支承位于轴承座一4与轴承座二6之间的位置，芯轴2与白套3的重心须在轴承三10及轴承四11之间。五个轴承支承位置的选择是经过实验和理论分析综合得出的。辅助轴承9是在工作中当动态响应超出许可范围时才启动的，这样可有效地改变支承刚度来适应和改善卷绕机整个工作转速状态下的动态响应。轴承一7、轴承二8、辅助轴承9、轴承三10及轴承四11这五个可变刚度轴承分别通过各自的管路18连接各自的控制阀17，所有控制阀17连接压力源16，通过控制系统14控制所有控制阀16，可改变五个可变刚度轴承的支承刚度。轴承一7、轴承二8、轴承三10及轴承四11的支承刚度在卷绕机开始工作前预设，辅助轴承9在卷绕机工作时只在某些特定时刻作为辅助支承提供支承刚度。控制系统14、控制阀17及压力源16位于卷绕机外部。本发明通过改变轴承一7、轴承二8、轴承三10及轴承四11的支承刚度能够使卷绕机在不同的工作转速范围内工作，在变转速工作过程中，当其工作转速接近某阶临界转速时，通过调整辅助支承9的支承刚度，使其动态响应不影响机器正常工作即卷绕机的振动大小在其许可范围以内。当卷绕机响应减小到正常值后，辅助轴承9的支承刚度将被控制系统14取消。

传感器一12采用电涡流传感器，传感器二13采用压电传感器，电涡流传感器可固定于白套3靠近电机一侧的外端并且不与白套3接触，压电传感器固定安装在机架1上，根据系统检测需求可适当增加两种传感器的数量及改变相应的安装位置。

当传感器一12及传感器二13的信号大于许可值时，即芯轴2和白套3工作时的动态响应将超出许可值，传感器将临界信号传输到控制系统14，控制系统14输出控制信号到控制阀17，控制阀17根据信号改变辅助支承9的支承刚度以改善卷绕机工作时的动态响应。

可变刚度轴承的刚度是可被独立调节的且调节范围不同。控制阀17对每个可变刚度轴承的调节是独立的，可同时对四个可变刚度轴承，即轴承一7、轴承二8、轴承三10及轴承四11的压力做出不同调节来获取对应工作转速范围下恰当的刚度参数。辅助轴承9作为辅助支承可在工作过程中实时进行微量调节，调节信号由控制系统14实时发出。

轴承一7、轴承二8、轴承三10及轴承四11在工作前已经预设适当的刚度值，辅助轴承9在工作时起辅助支撑作用。工作过程中当传感器一12及传感器二13的信号大于许可值时，即芯轴2和白套3工作时的动态响应将超出许可值时，控制系统14通过调节控制阀17使辅助轴承9提供辅助支承从而改善卷绕机工作时的动态响应。

本发明在已有的卷绕机支承方式上增加了可变刚度的辅助支承9，通过主动改变辅助支承9的支承刚度，以实现在机器响应变大时来确保卷绕机的动态响应在某些时刻不至于超过许可值；本发明中轴承座一4、辅助轴承座5及轴承座二6和机架1直接采用过盈连接，没有采用O型橡胶圈支承轴承座；另外，轴承一7、轴承二8、轴承三10及轴承四11的支承刚度在卷绕机开始工作前预设，在卷绕机工作时不必调节其刚度。通过改变轴承一7、轴承二8、轴承三10及轴承四11的支承刚度能够使卷绕机在不同的工作转速范围内工作，在变转速工作过程中当其工作转速接近某阶临界转速时，通过调整辅助支承9的支承刚度，使其动态响应不影响机器正常工作即卷绕机的振动大小在其许可范围以内。当卷绕机响应减小到正常值后，辅助支承9的支承刚度将被控制系统14撤消。

轴承一7、轴承二8、轴承三10及轴承四11可以全部采用可变刚度轴承，也可以全部采用常规带橡胶圈的深沟球轴，或者部分采用可变刚度轴承，部分采用常规带橡胶圈的深沟球轴，因此一共有16种可能的组合。含有较少数量可变刚度轴承的支撑卷绕机其系统刚度可调范围要比含有较多数量的可变刚度轴承卷绕机的系统刚度可调范围小。卷绕机的卷绕线速度不高时，可选择有较少数量可变刚度轴承支撑的结构。如图2所示，卷绕机的轴承一7、轴承二8采用常规带橡胶圈的深沟球轴，两个带橡胶圈的深沟球轴承位于芯轴2联接电机的一端，轴承四11位于机架1的前端，轴承三10的位置可调节，芯轴2与白套3的总重心仍在轴承三10和轴承四11之间。这时，卷绕机中只有轴承三10和轴承四11以及辅助轴承9的支承刚度可以被调节。控制阀17对每个可变刚度轴承的调节仍然是独立的，可同时对两个可变刚度轴承，即轴承三10和轴承四11的供给压力做出不同的调节来设置预设值，调节信号由控制系统14发出。当白套3在变速工作中的动态响应将要超出其许可值时，控制阀17可使辅助轴承9提供一定的支承刚度，当卷绕机响应减小到正常值后，辅助轴承9的支承刚度将被控制系统14取消。

如某型高速卷绕机有五个可变支承刚度的轴承，其卷绕线速度为6000m/min时，空管时筒管夹头的转速为14253r/min，由分析可知，其与某阶的共振临界转速14118r/min比较接近，卷绕机的初始支撑刚度是：轴承一7、轴承二8的径向支撑刚度为4x10⁷N/m，轴承三10的径向支撑刚度为5x10⁷N/m，轴承四11的径向支撑刚度为5.5x10⁷N/m。当卷绕机的动态响应接近其许可值时，传感器一12及传感器二13将把信号传输到控制系统14，控制系统14输出控制信号到控制阀17，控制阀17根据信号调整辅助支承9支承压力，使辅助支承9起到辅助支承的作用，此时工作转速通过临界转速14118r/min时，卷绕机的动态响应不超出其许可值，当卷绕机通过临界转速后，起辅助支承作用的辅助支承9的支承刚度被控制系统14取消，辅助支承9不提供辅助支承刚度。注意不同卷绕线速度下卷绕机的预设支承刚度是不同的，但改变支承刚度的方式相同。

Claims (5)

1.一种可变支承刚度的卷绕机，包括芯轴(2)，芯轴(2)穿设于机架(1)内，机架(1)部分设于白套(3)内，芯轴(2)的两端露出机架(1)，其中一端与电机相联接，另一端与白套(3)固定连接，其特征在于：在芯轴(2)位于机架(1)内的部分外由靠近电机的方向至远离电机的方向依次套有轴承一(7)、轴承二(8)、至少一个辅助轴承(9)、轴承三(10)及轴承四(11)，轴承一(7)及轴承二(8)同时位于轴承座一(4)上，每个辅助轴承(9)分别位于各自的辅助轴承座(5)上，轴承三(10)及轴承四(11)同时位于轴承座二(6)上，芯轴(2)与白套(3)的总重心在轴承三(10)及轴承四(11)之间，轴承座一(4)、辅助轴承座(5)及轴承座二(6)的外圆周面与机架(1)内壁之间为过盈配合，压力源(16)连接控制阀，控制阀连接辅助轴承(9)，由传感器一(12)检测白套(3)在芯轴(2)旋转时的振动幅度，由传感器二(13)检测机架(1)在芯轴(2)旋转时的形变量，传感器一(12)及传感器二(13)连接控制系统(14)，由控制系统(14)根据获得的信号控制控制阀(17)启闭，压力源(16)经由控制阀(17)向辅助轴承(9)施加压力进而在芯轴(2)旋转时调整辅助轴承(9)对芯轴(2)的支承刚度。

2.如权利要求1所述的一种可变支承刚度的卷绕机，其特征在于：所述轴承三(10)在所述轴承座二(6)上的位置可调。

3.如权利要求1所述的一种可变支承刚度的卷绕机，其特征在于：所述轴承一(7)、所述轴承二(8)、所述轴承三(10)、或所述轴承四(11)为可变刚度轴承或常规带密封圈的深沟球轴承；当所述轴承一(7)、所述轴承二(8)、所述轴承三(10)、或所述轴承四(11)为可变刚度轴承时，所述轴承一(7)、所述轴承二(8)、所述轴承三(10)、或所述轴承四(11)分别经由各自的控制阀连接所述压力源(16)。

4.如权利要求1所述的一种可变支承刚度的卷绕机，其特征在于：所述传感器一(12)为电涡流传感器，电涡流传感器布置在所述白套(3)靠近所述电机一侧的外端，电涡流传感器的探头端面与所述白套(3)的外圆周面之间留有间隙。

5.如权利要求1所述的一种可变支承刚度的卷绕机，其特征在于：所述传感器二(13)为压电传感器，压电传感器固定安装在所述机架(1)上。