CN108456955A - 一种独立直驱式超高速转杯结构及其集群控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种独立直驱式超高速转杯结构，包括：壳体；转杯杯头，位于壳体的外侧；转杯轴，一端与转杯杯头连接，另一端伸入壳体内；轴承，包括安装在所述转杯轴靠近转杯杯头一侧的轴承外环以及设置在轴承外环和转杯轴之间的滚槽和轴承滚珠；减震套，安装在所述壳体和轴承外环之间；还包括：电机动子，安装在所述壳体内且与所述转杯轴的非杯头端连接；电机定子，固定在壳体的内壁上与所述电机定子配合安装；电机控制器；本发明还公开了一种独立直驱式超高速转杯结构的集群控制系统；本发明使用寿命长，实现转杯转速的精确测定与反馈，简单便捷。

Description

一种独立直驱式超高速转杯结构及其集群控制系统

技术领域

本发明涉及转杯纺纱技术，特别涉及一种独立直驱式超高速转杯结构及其集群控制系统。

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

本发明提供了一种独立直驱式超高速转杯结构，使轴承运转更平顺、使用寿命更长。

一种独立直驱式超高速转杯结构，包括：

壳体；

转杯杯头，位于壳体的外侧；

转杯轴，一端与转杯杯头连接，另一端伸入壳体内；

轴承，包括安装在所述转杯轴靠近转杯杯头一侧的轴承外环以及设置在轴承外环和转杯轴之间的滚槽和轴承滚珠；其中，轴承滚珠可以采用双列轴承滚珠。

减震套，安装在所述壳体和轴承外环之间；

还包括：

电机动子，安装在所述壳体内且与所述转杯轴的非杯头端连接；

电机定子，固定在壳体的内壁上与所述电机定子配合安装；

电机控制器。

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。在转速不变的情况下，本发明的轴承的两列滚珠之间的间距可以明显减小。本发明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。本发明可以通过电机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。

电机定子绕组引线与电机控制器连接固定，电机控制器设有控制器引出线，引出线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。

电机转子包括转子衬套，转子本体，转子保护套，转子端环，平衡环和平衡环。其中转子衬套为导磁材料，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，转子端环为不导磁材料，平衡环和平衡环为铜、不锈钢等材料。电机转子的最大外径小于前壳后侧的开孔，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。

电机定子采用无槽结构定子，使电机旋转更加平稳；定子材料采用非晶合金材料，降低运行铁耗；绕组材料采用利兹线，降低运行铜耗；绕组结构采用背绕式绕组结构，以缩短绕组端部尺寸，减小电机定子的整体轴向长度。

为了提高安装精度和运行稳定性，优选的，所述转杯轴的非杯头端穿过所述电机动子延伸至壳体的尾部，所述壳体的尾部安装有与所述转杯轴的非杯头端对准的轴向调节器，所述轴向调节器与所述电机控制器控制连接。所述轴向调节器用于监测转杯轴的定位。

为了提高监测精度，进一步优选的，所述轴向调节器包括：

轴向调节铁芯，为环状E形铁芯，与所述转杯轴的非杯头端对准且具有气隙；轴向调节铁芯的材料可以为铁氧体软磁材料、软磁复合材料等。

轴向调节绕组，安装在环状E形槽内。轴向调节绕组的电感大小能反应转杯轴与轴向调节铁芯之间距离不同，轴向调节绕组连接至电机控制器。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电机控制器给出相应提示、以及时进行转杯轴向调整。

材料可以为铁氧体软磁材料、软磁复合材料等。

为了方便拆卸和安装，优选的，所述壳体为拆卸地分为前壳、中壳以及后壳，分别对应安装所述减震套、电机定子以及轴向调节器。

电机转子最大外径不超过转杯前壳的后侧通孔，确保转杯连带电机转子可以整个儿从转杯装置中取出，方便对转杯杯头等进行调整后再装入。

为了提高轴承的散热效果，优选的，所述减震套采用金属材质。金属材质为铝合金、不锈钢、铸铁等，减震套不含橡胶材质，原来采用龙带传动结构中，减震套为内外金属中间夹置一层橡胶，通过具有弹性的橡胶来减少转杯在龙带摩擦传动下的振动，同时也因为橡胶的传热性能差，导致减震套无法有效的把轴承的发热有效传导出去。全金属材质的减震套，同时采用合适的散热筋和循环通风道，进一步提升减震套的散热性能，及时有效的把轴承发热传导出去，控制轴承温升，保证轴承运行寿命。

为了更好地把轴承的损耗发热传导出去，优选的，所述轴承外环中设有沿轴向延伸的散热通道，所述散热通道的两端与外界空气连通。与外界的连通处可以安装过滤头。

为了进一步提高散热效果，优选的，所述转杯轴上安装有位于所述轴承和电机动子之间的风扇，所述风扇和壳体之间形成散热腔，所述散热通道背向所述转杯轴的一端延伸至散热腔，所述壳体上开设有延伸至散热腔的散热孔。转杯轴带动风扇转动，形成气流流动，也就是将外界的空气从散热通道的一端吸入并从另一端吹出，该气流作为对轴承外环的散热冷却，有效降低轴承温度，提高轴承运行平稳性、进一步延长轴承寿命。此时，所述散热通道结合散热腔形成散热风道。

所述散热通道可以在转杯上沿圆周方向设置若干处、均匀分布，提高冷却效果。

为了进一步提高散热效果，优选的，所述减震套在轴向上覆盖整个轴承且靠近转杯杯头的一侧向外延伸越过壳体的端部形成散热端，所述散热通道靠近转杯杯头的一端沿径向向外延伸至散热端的外壁与外界空气连通。

为了提高散热效果的同时，不增加能量的损耗，优选的，所述轴承外环中设有热管，所述热管的蒸发端沿轴向平行插入轴承外环中，所述热管的冷凝端靠近转杯杯头且沿径向向外至外界，所述冷凝端上装有散热片。

所述热管可以在转杯上沿圆周方向设置若干处、均匀分布，提高冷却效果。

一种独立直驱式超高速转杯结构的集群控制系统，包括多个上述的独立直驱式超高速转杯结构，还包括与各电机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，并接回电机控制器，电机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：

本发明的独立直驱式超高速转杯结构及其集群控制系统，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，轴承的两列滚珠之间的间距可以明显减小；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；可以通过电机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为本发明的独立直驱式超高速转杯结构的集群控制系统的线框图。

图3为实施例2的独立直驱式超高速转杯结构的结构示意图。

图4为实施例3的独立直驱式超高速转杯结构的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本实施例的独立直驱式超高速转杯结构中，转杯杯头1与转杯轴2固定，转杯轴2与轴承外环3之间有双列的轴承滚珠4，轴承滚珠4所在处的转杯轴2和轴承外环3上分别设有滚槽。轴承外环3置于减震套5内，减震套5置于前壳6内，前壳6两侧设有通孔，转杯轴2的非杯头端通过前壳6，转杯轴2的非杯头端固定有电机转子7，电机定子8置于中壳9内，电机控制器12置于后壳10内，前壳6与中壳9前侧固定，后壳10则与中壳9后侧固定。

转杯轴向调节器11与后壳10固定，且固定在电机控制器12的中间，与转杯轴2的非杯头端对准。转杯轴向调节器11包括轴向调节绕组1101和轴向调节铁芯1102，轴向调节铁芯1102为环状E形铁芯，材料可以为铁氧体软磁材料。转杯轴向调节铁芯1102与转杯轴2后端对准，且两者中间留有一定气隙，轴向调节绕组1101励磁产生的磁路依次经过轴向调节铁芯1102和转杯轴2的后端，且该轴向调节绕组1101的电感大小能反应转杯轴2与轴向调节铁芯1102之间距离不同。轴向调节绕组1101连接至电机控制器12。

电机定子8绕组引线与电机控制器12连接固定，电机控制器12设有控制器引出线13，控制器引出线13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。

电机转子7包括转子衬套701，转子本体702，转子保护套703，转子端环704，平衡环705和平衡环706。其中转子衬套701为导磁材料，转子本体702为永磁体，转子保护套703可以为碳纤维、玻璃纤维、不锈钢等，转子端环704为不导磁材料，平衡环705和平衡环706为铜、不锈钢等材料。电机转子7的最大外径小于前壳6后侧的开孔，使得连带电机转子7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。

电机定子8采用无槽结构定子，使电机旋转更加平稳；定子材料采用非晶合金材料，降低运行铁耗；绕组材料采用利兹线，降低运行铜耗；绕组结构采用背绕式绕组结构，以缩短绕组端部尺寸，减小电机定子的整体轴向长度。

如图2所示，上诉相同的转杯，包括转杯电机及其控制器，其引线13中的电源线接至直流供电模块，其引线13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。

实施例2

如图3所示，本实施例中，除了轴承和减震套部分与实施例1不同以外，其余结构均与实施例1相同。

本实施例的独立直驱式超高速转杯结构中，减震套15为全金属材质，不含常规减震套的橡胶夹层，非常有利于轴承外环3的对外散热；减震套15中开设有散热风道1502，散热风道1502与外界连接处设有风道过滤头1501；散热风道1502的另一端与轴承外环3上的散热风道301连通，散热风道301在轴承外环3内经过轴向通道后与轴承后端(非杯头端)连通。

在轴承后端(非杯头端)的转杯轴2上、同轴套装有风扇14，风扇14能随着转杯轴2旋转形成气流流动，也就是将外界的空气依次经过风道过滤头1501、风道1502、风道301后，从前外壳6上的风道602和风道过滤头601吹出，该气流作为对轴承外环3的散热冷却，有效降低轴承温度，提高轴承运行平稳性、进一步延长轴承寿命。

这样的散热风道(风道1501→风道1502→风道32→风扇旋转14→风道602→风道601)在转杯上沿圆周方向设置若干处、均匀分布，提高冷却效果。

实施例3

如图4所示，本实施例中，除了轴承和减震套部分与实施例1不同以外，其余结构均与实施例1相同。

本实施例的独立直驱式超高速转杯结构中，减震套5材质围金属材质，不含常规减震套的橡胶夹层，非常有利于轴承外圈3的对外散热；在轴承外环3中，采用热管16把热量散出来。热管16的蒸发端1601沿轴向平行插入在轴承外环3中，热管16的另一端冷凝端1602在转杯前端、沿径向向外，在冷凝端1602上装设有散热片1603。这样的热管16可以在转杯上沿圆周方向设置若干处、均匀分布，提高冷却效果。

综上所述，本实施例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；省去龙带驱动的情况下，两列轴承滚珠4之间的间距可以明显减小；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；可以通过电机控制器12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11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电机控制器给出相应提示、以及时进行转杯轴向调整；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)

1.一种独立直驱式超高速转杯结构，包括：

壳体；

转杯杯头，位于壳体的外侧；

转杯轴，一端与转杯杯头连接，另一端伸入壳体内；

轴承，包括安装在所述转杯轴靠近转杯杯头一侧的轴承外环以及设置在轴承外环和转杯轴之间的滚槽和轴承滚珠；

减震套，安装在所述壳体和轴承外环之间；

其特征在于，还包括：

电机动子，安装在所述壳体内且与所述转杯轴的非杯头端连接；

电机定子，固定在壳体的内壁上与所述电机定子配合安装；

电机控制器。

2.如权利要求1所述的独立直驱式超高速转杯结构，其特征在于，所述转杯轴的非杯头端穿过所述电机动子延伸至壳体的尾部，所述壳体的尾部安装有与所述转杯轴的非杯头端对准的轴向调节器，所述轴向调节器与所述电机控制器控制连接。

3.如权利要求1所述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E形铁芯，与所述转杯轴的非杯头端对准且具有气隙；

轴向调节绕组，安装在环状E形槽内。

4.如权利要求1所述的独立直驱式超高速转杯结构，其特征在于，所述壳体为拆卸地分为前壳、中壳以及后壳，分别对应安装所述减震套、电机定子以及轴向调节器。

5.如权利要求1所述的独立直驱式超高速转杯结构，其特征在于，所述减震套采用金属材质。

6.如权利要求5所述的独立直驱式超高速转杯结构，其特征在于，所述轴承外环中设有沿轴向延伸的散热通道，所述散热通道的两端与外界空气连通。

7.如权利要求6所述的独立直驱式超高速转杯结构，其特征在于，所述转杯轴上安装有位于所述轴承和电机动子之间的风扇，所述风扇和壳体之间形成散热腔，所述散热通道背向所述转杯轴的一端延伸至散热腔，所述壳体上开设有延伸至散热腔的散热孔。

8.如权利要求7所述的独立直驱式超高速转杯结构，其特征在于，所述减震套在轴向上覆盖整个轴承且靠近转杯杯头的一侧向外延伸越过壳体的端部形成散热端，所述散热通道靠近转杯杯头的一端沿径向向外延伸至散热端的外壁与外界空气连通。

9.如权利要求5所述的独立直驱式超高速转杯结构，其特征在于，所述轴承外环中设有热管，所述热管的蒸发端沿轴向平行插入轴承外环中，所述热管的冷凝端靠近转杯杯头且沿径向向外至外界，所述冷凝端上装有散热片。

10.一种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所述的任一权利要求所述的独立直驱式超高速转杯结构，还包括与各电机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。