CN108301076A - 轴承外转的独立直驱式超高速转杯结构及集群控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了轴承外转的独立直驱式超高速转杯结构，包括转杯座架，尾端固定在所述转杯座架上的转杯套筒，安装在所述转杯套筒内的驱动模块以及与所述驱动模块连接且位于所述转杯套筒前端的转杯杯头，所述驱动模块包括：轴承外环，一端与所述转杯杯头连接，一端伸入所述转杯套筒且该端面设有内轴进口；轴承内轴，一端与所述转杯座架固定连接，另一端伸入所述内轴进口并通过轴承滚珠与所述轴承外环配合；电机转子，固定在所述轴承外环的外周壁面上；电机定子，固定在所述转杯套筒的内壁上且与所述电机转子配合安装；转杯控制器，用于控制电机工作；本发明还公开了轴承外转的独立直驱式超高速转杯结构及集群控制系统。

Description

轴承外转的独立直驱式超高速转杯结构及集群控制系统

技术领域

本发明涉及转杯纺纱技术，特别涉及轴承外转的独立直驱式超高速转杯结构及集群控制系统。

背景技术

转杯纺纱相比环锭纺纱，在纺纱效率、自动化程度和经济性上都具有非常突出的优势，是一种非常重要的纺纱方式。其中，转杯纺纱的转杯及其驱动系统是整个转杯纺的关键环节。通常都采用龙带来驱动，或者直接驱动转杯轴，或者龙带先驱动两对支撑盘、再由支撑盘转动来带动转杯，都是通过龙带驱动许多转杯一起转动，无法做到转杯单独运行与不同转速。

转杯纺纱机的生产率严格依赖于纺纱转杯的旋转速度，必须生产具有每米明确捻数的纱线。在发展过程中，转杯的旋转速度在最近的转杯纺纱机中已经被显著提高。在所确立的转杯纺纱技术中，在机器两正面上互相对齐的转杯纺纱单元的转杯的致动由共同的龙带实施，所述龙带根据机器的正面轴向运行并且在轴上施加切向牵引力，该轴位于纺纱转杯后面，所述带通过压辊保持与该轴接触，所述压辊公知为导轮。这种类型的致动装置产生一些由此而来的结果。沿着机器的正面设置的纺纱转杯的旋转速度从机器的头部到尾部不同，但倾向于尤其对于较长的机器降低。

随着离龙带的致动点的距离的增加，所述龙带根据机器的正面轴向运行并且将驱动转矩传递给沿着这样的一个正面排列的纺纱单元，纺纱单元的张力随着离致动点的距离的增加逐步减小，并且由此改变可传送的转矩。这样一种差异转变成沿机器的正面设置的纺纱单元中赋予纱线不同的捻数。这个缺陷在转杯处于稳定运行状态时显著发生，并且转杯处于过渡阶段时会变成更大的程度的缺陷。

对于这样的致动配置，每个纺纱单元装备有制动和离合器装置以单独操作单个纺纱单元、在过渡阶段根据“断开-闭合”将其从共同的致动装置分离。纺纱转杯由共同龙带致动的这种类型的致动很好地满足了转杯的高旋转速度的需求，但其对于转杯纺纱的其它方面具有严重的缺陷。这些缺点基于由机器的各个部件之间相应的刚性传动比而产生，特别在过渡阶段产生，在开始阶段以及每次纱线断裂之后的再接头时产生，但也由于以上所有这样的事实，将速度提高到目前数值导致总体上传动的能源消耗呈指数增长。

采用龙带驱动存在的问题包括：(1)驱动块须承受非常大的龙带压力，并以此产龙带与驱动块之间的摩擦力，该摩擦力带动转杯轴旋转，轴承承受非常大的径向负荷，轴承运行噪声大、使用寿命短；(2)龙带驱动无法做到转杯的独立驱动，同一台纺机的全部转杯一般仅有1～2条龙带驱动，同一龙带驱动下的转杯转速基本相同，无法做到不同转杯运行于不停转速；(3)现有转杯的实际转速测定需要通过单独的测速装置来获取，成本较高，结构也更复杂，可靠性不高；(4)转杯的轴向位置对转杯纺的品质有明显影响，而对转杯轴向位置的测定是比较关键的运行监测；(5)整个转杯结构的密封防护等级较高，确保在纺织环境中免受灰尘、纺织纤维的影响。

发明内容

本发明公开了轴承外转的独立直驱式超高速转杯结构，大大减小了驱动部件的轴向尺寸，使轴承运转更平顺，使用寿命更长。

轴承外转的独立直驱式超高速转杯结构，包括转杯座架，尾端固定在所述转杯座架上的转杯套筒，安装在所述转杯套筒内的驱动模块以及与所述驱动模块连接且位于所述转杯套筒前端的转杯杯头，所述驱动模块包括：

轴承外环，一端与所述转杯杯头连接，一端伸入所述转杯套筒且该端面设有内轴进口；

轴承内轴，一端与所述转杯座架固定连接，另一端伸入所述内轴进口并通过轴承滚珠与所述轴承外环配合；

电机转子，固定在所述轴承外环的外周壁面上；

电机定子，固定在所述转杯套筒的内壁上且与所述电机转子配合安装；

转杯控制器，用于控制电机工作。

本发明可以省去龙带对驱动块的压力，完全免去轴承的径向外力，使轴承运转更平顺、使用寿命更长；通过转杯电机的独立控制，完全实现不同转杯运行与不同转速；可以通过转杯控制器对电机驱动的同时实现转杯转速的精确测定与反馈，简单便捷；通过专用的转杯轴向调节器可以准确的通过绕组电感来测定转杯轴向位移，以此确定转杯是否运转于设定位置，并在转杯轴向偏差较大时通过转杯控制器给出相应提示、以及时进行转杯轴向调整；在转速不变的情况下，本发明的转杯结构的轴向尺寸明显减小。

电机转子包括转子本体、转子衬套、转子隔环。其中转子本体为永磁体，转子保护套可以为碳纤维、玻璃纤维、不锈钢等，转子隔环为不锈钢等不导磁材料。

电机定子采用无槽结构定子，使电机旋转更加平稳，定子采用非晶合金材料，降低运行铁耗，绕组采用利兹线，降低运行铜耗。

为了提高安装精度和运行稳定性，优选的，还包括安装在所述转杯套筒内的轴向调节器。所述轴向调节器用于监测转杯杯头的定位。

为了提高监测精度，优选的，所述轴向调节器包括：

轴向调节铁芯，为环状铁芯，固定在所述转杯套筒的内壁上，开设有沿着轴向延伸且开口朝向所述转杯杯头的环形槽；

轴向调节绕组，安装在所述环形槽内，位于所述环形槽的开口处的前端部分与所述转杯杯头的后端对准且具有气隙。通过专用的轴向调节器可以准确的通过绕组电感来测定转杯杯头轴向位移，以此确定转杯是否运转于设定位置，并在转杯轴向偏差较大时通过转杯控制器给出相应提示、以及时进行转杯的轴向调整。

并且由于本发明将所述轴向调节器布置在转杯杯头的后部，更节省了空间，使本发明的转杯结构更紧凑。

为了使本发明的转杯结构在轴向上更紧凑，同时增加转杯杯头与所述轴向调节器对准面积，优选的，所述轴向调节铁芯的内环侧壁相对外环侧壁向后缩进形成凹陷区域，所述轴向调节绕组位于所述环形槽的开口处的前端部分形成环形的感应斜面。

为了使本发明的转杯结构在轴向上更紧凑，优选的，所述转杯杯头的后端伸入所述凹陷区域，后端的外边缘设有与所述感应斜面对准且具有气隙的倒角。

为了提高运行稳定性，优选的，所述轴承滚珠设有两列，在轴向上分布在所述电机定子的两侧。

为了提高运行稳定性的同时，减小轴向尺寸，优选的，所述转杯座架设有部分伸入所述转杯套筒且带有外花键的固定轴，所述轴承内轴设有与该外花键配合的内花键。

为了方便电机转子的安装和定位，优选的，所述轴承外环的外周壁面上设有固定槽，所述电机转子安装在该固定槽内。

为了减小径向尺寸同时方便拆装，优选的，所述电机转子的最大外径不大于轴承外环的外径。使得连带电机转子的整个转杯能够从系统中拉出，而不擦碰到其他部件，并能顺利装回。

一种轴承外转的独立直驱式超高速转杯结构的集群控制系统，包括多个上述的承外转的独立直驱式超高速转杯结构，还包括与各转杯控制器连接的直流供电模块和转杯控制通讯模块，所述直流供电模块和转杯控制通讯模块连接至转杯集群控制器，所述转杯集群控制器连接至整机上位机。

可以设置测量轴承外环的温度传感器，并接回转杯控制器，转杯控制器可以根据测得的轴承外环温度来监测轴承运行状况，在根据温度运行时间给出相应的反馈，包括提示、报警等，指导操作人员对该轴承进行更换油脂、重新装配等相应操作。

本发明的有益效果：

本发明的轴承外转的独立直驱式超高速转杯结构及集群控制系统，可以省去龙带对驱动块的压力，完全免去轴承的径向外力，使轴承运转更平顺、使用寿命更长；在转速不变的情况下，转杯轴向尺寸明显变小，结构更紧凑；可以通过电机的独立控制，完全实现不同转杯运行与不同转速控制；可以通过转杯控制器对电机驱动的同时实现转杯转速的精确测定与反馈，简单便捷；整个转杯结构的密封防护等级较高，确保在纺织环境中免受灰尘、纺织纤维的影响。

附图说明

图1为实施例1的轴承外转的独立直驱式超高速转杯结构的结构示意图。

图2为本发明的轴承外转的独立直驱式超高速转杯结构的集群控制系统的线框图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例的轴承外转的独立直驱式超高速转杯结构中，转杯杯头1与轴承外环2固定，轴承外环2与轴承内轴3之间有双列轴承滚珠4，轴承滚珠4所在处的轴承内轴3和轴承外环2上分别设有滚槽。轴承外环2上固定有电机转子5，电机转子5位于轴承外环4的两列滚槽之间。电机定子6的绕组和转杯控制器7连接，电机定子6和转杯控制器7都固定于转杯套筒8内，且转杯控制器7有引出线10穿至转杯套筒8外，转杯套筒8与转杯座架9固定，且转杯套筒8的固定端802为一种合适的法兰，实现与转杯座架9的对中与固定，且转杯套筒8另有螺钉801固定，实现转杯套筒8的可靠固定。

引出线10包括电源线和控制通讯线。电源线接至直流电压母线，如36v、48V系统。控制通讯线接至通讯母线，如CAN总线、RS485总线等。

在转杯套筒8内、电机定子6的外侧固定有转杯轴向调节器11。转杯轴向调节器11包括轴向调节铁芯1101和轴向调节绕组1102，轴向调节铁芯1101为环状铁芯，材料可以为铁氧体软磁材料、软磁复合材料等。转杯轴向调节铁芯1101与转杯杯头1的后端对准，且两者中间留有一定气隙，轴向调节绕组1102励磁产生的磁路依次经过轴向调节铁芯1101和转杯杯头1的后端，且该轴向调节绕组1102的电感大小能反应转杯杯头1与轴向调节铁芯1101之间距离不同。轴向调节绕组1102连接至电机控制器7。为了减小轴向调节器的损耗，可以通过电机控制器7的设定，在一定时间间隔内进行电感(转杯轴向距离)的监测。

电机定子6采用无槽结构定子，使电机旋转更加平稳，定子采用非晶合金材料，降低运行铁耗，绕组采用利兹线，降低运行铜耗。

轴承内轴3固定在转杯座架9上，且轴承内轴3的固定端301为一个内花键，与转杯座架9相对位置的固定端901则为一个外花键，两者配合来实现轴承内轴3的固定。

电机转子5包括转子本体501、转子衬套502、转子隔环503。其中转子本体501为永磁体，转子保护套502可以为碳纤维、玻璃纤维、不锈钢等，转子隔环503为不锈钢等不导磁材料。电机转子5的最大外径小于轴承外环2的外径，使得连带电机转子的整个转杯能够从系统中拉出，而不擦碰到其他部件，并能顺利装回。

上诉相同的多个转杯，包括转杯电机及其转杯控制器，其引线10中的电源线接至直流供电模块，其引线10中的通信控制线接至转杯控制通讯模块，直流供电模块和转杯控制通讯模块连接至转杯集群控制器，转杯集群控制器连接至整机上位机，如图2所示。

综上所述，本实施例的轴承外转的独立直驱式超高速转杯结构及集群控制系统，可以省去龙带对驱动块的压力，完全免去轴承的径向外力，使轴承运转更平顺、使用寿命更长；在转速不变的情况下，转杯轴向尺寸明显变小，结构更紧凑；可以通过电机的独立控制，完全实现不同转杯运行与不同转速控制；可以通过转杯控制器对电机驱动的同时实现转杯转速的精确测定与反馈，简单便捷；整个转杯结构的密封防护等级较高，确保在纺织环境中免受灰尘、纺织纤维的影响。

Claims (10)

1.轴承外转的独立直驱式超高速转杯结构，包括转杯座架，尾端固定在所述转杯座架上的转杯套筒，安装在所述转杯套筒内的驱动模块以及与所述驱动模块连接且位于所述转杯套筒前端的转杯杯头，其特征在于，所述驱动模块包括：

轴承外环，一端与所述转杯杯头连接，一端伸入所述转杯套筒且该端面设有内轴进口；

轴承内轴，一端与所述转杯座架固定连接，另一端伸入所述内轴进口并通过轴承滚珠与所述轴承外环配合；

电机转子，固定在所述轴承外环的外周壁面上；

电机定子，固定在所述转杯套筒的内壁上且与所述电机转子配合安装；

转杯控制器，用于控制电机工作。

2.如权利要求1所述的轴承外转的独立直驱式超高速转杯结构，其特征在于，还包括安装在所述转杯套筒内的轴向调节器。

3.如权利要求2所述的轴承外转的独立直驱式超高速转杯结构，其特征在于，所述轴向调节器包括：

轴向调节铁芯，为环状铁芯，固定在所述转杯套筒的内壁上，开设有沿着轴向延伸且开口朝向所述转杯杯头的环形槽；

轴向调节绕组，安装在所述环形槽内，位于所述环形槽的开口处的前端部分与所述转杯杯头的后端对准且具有气隙。

4.如权利要求3所述的轴承外转的独立直驱式超高速转杯结构，其特征在于，所述轴向调节铁芯的内环侧壁相对外环侧壁向后缩进形成凹陷区域，所述轴向调节绕组位于所述环形槽的开口处的前端部分形成环形的感应斜面。

5.如权利要求4所述的轴承外转的独立直驱式超高速转杯结构，其特征在于，所述转杯杯头的后端伸入所述凹陷区域，后端的外边缘设有与所述感应斜面对准且具有气隙的倒角。

6.如权利要求1所述的轴承外转的独立直驱式超高速转杯结构，其特征在于，所述轴承滚珠设有两列，在轴向上分布在所述电机定子的两侧。

7.如权利要求1所述的轴承外转的独立直驱式超高速转杯结构，其特征在于，所述转杯座架设有部分伸入所述转杯套筒且带有外花键的固定轴，所述轴承内轴设有与该外花键配合的内花键。

8.如权利要求1所述的轴承外转的独立直驱式超高速转杯结构，其特征在于，所述轴承外环的外周壁面上设有固定槽，所述电机转子安装在该固定槽内。

9.如权利要求8所述的轴承外转的独立直驱式超高速转杯结构，其特征在于，所述电机转子的最大外径不大于轴承外环的外径。

10.一种轴承外转的独立直驱式超高速转杯结构的集群控制系统，其特征在于，包括多个如权利要求1～9任一权利要求所述的承外转的独立直驱式超高速转杯结构，还包括与各转杯控制器连接的直流供电模块和转杯控制通讯模块，所述直流供电模块和转杯控制通讯模块连接至转杯集群控制器，所述转杯集群控制器连接至整机上位机。