CZ309248B6

CZ309248B6 - Způsob řízení průběhu zdvihových funkcí hlavních mechanismů tkacího stroje

Info

Publication number: CZ309248B6
Application number: CZ2019-371A
Authority: CZ
Inventors: Petr Karel; Ph.Dю Karel Petr Ing.; Ondřej Marek; Ph.Dю Marek Ondřej Ing.
Original assignee: VÚTS, a.sю
Priority date: 2019-06-13
Filing date: 2019-06-13
Publication date: 2022-06-22
Also published as: CZ2019371A3; EP3751036A1; EP3751036B1

Abstract

Při řízení průběhu zdvihových funkcí hlavních mechanismů tkacího stroje, z nichž každému z těchto mechanismů je přiřazen samostatný pohon, přičemž každý z těchto pohonů obsahuje servomotor s řiditelně měnitelnou úhlovou rychlostí během jedné jeho otáčky. Úhlová rychlost servomotoru (4) přírazného mechanizmu (1) a úhlová rychlost servomotoru (5) prošlupního mechanizmu (2) se během jejich jedné otáčky mění podle zvolené nerovnoměrnosti (A%) chodu servomotoru v závislosti na pracovní frekvenci (n) tkacího stroje pro maximalizaci prohozního úhlu a času na realizaci prohozu útku, přičemž hodnota dynamického parametru zvoleného ze skupiny dynamických parametrů servomotoru: kvadratický průměr průběhu hnacího momentu, kvadratický průměr výkonu, maximální hodnota hnacího momentu, maximální hodnota výkonu, střední hodnota hnacího momentu, střední hodnota výkonu, zatížení členů transformačních mechanizmů, nebo životnost ložisek zatížených reakčními silami, a vypočítaná na intervalu jedné otáčky hlavního virtuálního hřídele se udržuje pro všechny pracovní frekvence stroje na stejné zvolené hodnotě.

Description

Způsob řízení průběhu zdvihových funkcí hlavních mechanismů tkacího stroje

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu řízení průběhu zdvihových funkcí hlavních mechanismů tkacího stroje, z nich každému z těchto mechanismů je přiřazen samostatný pohon, přičemž každý z těchto pohonů obsahuje servomotor s řiditelně měnitelnou úhlovou rychlostí během jedné jeho otáčky.

Dosavadní stav techniky

Zdvihové funkce hlavních mechanismů tkacích strojů, tedy přírazného mechanismu a prošlupního mechanismu, jsou pevně nastaveny, jak je znázorněno na obr. 4, kde je znázorněn průběh zdvihu, například bidlenu přírazného mechanismu, v závislosti na úhlu natočení hlavního hřídele. Pro zanesení útku do prošlupu je třeba mít po celou dobu prohozu prohozní kanál v paprsku volný (poloha nad přerušovanou čárou). Na obr. 4 je znázorněn úhel pro zanášení útku od 75° do 285° hlavního (mechanického) hřídele. Tento úhel je výsledkem konkrétní geometrie kloubového mechanismu (rozměrů jednotlivých členů), nebo tvaru dráhy vačky u vačkového mechanismu a nelze jej plynule měnit. Disponibilní čas t [s]-na prohoz útku otevřeným prošlupem je dán otáčkami hlavního hřídele (frekvencí stroje) a úhlem prohozu (285° - 75° = 210°) a například pro 600 min¹se vypočítá: (60 x 210) / (600 x 360) = 0,05833 s. V případech, kdy potřebujeme zanášet do prošlupu útky větší hmotnosti, nebo útky s menší afinitou k pneumatickému prohozu, musíme snížit otáčky tkacího stroje, abychom vytvořili potřebný čas t prohozu, takže stroj provozujeme na nižší otáčky, než na jaké je dimenzován, a v důsledku toho snižujeme využití jeho navržených technických parametrů a také produktivitu.

Z CZ 302120 je znám tkací stroj, u něhož je vícečlenný mechanismus pro zajištění vratného pohybu tkacího paprsku se sníženým redukovaným momentem setrvačnosti spřažen s motorem s řiditelně měnitelnou úhlovou rychlostí během jedné své otáčky. S tímto motorem s řiditelně měnitelnou úhlovou rychlostí během jedné své otáčky je spřaženataké část prošlupního zařízení. Vazba mezi pohybem tkacího paprsku a příslušnou částí prošlupního zařízení, obvykle činkem, je však neměnná, takže pro ni platí vše, co je uvedeno výše a znázorněno na obr. 4.

S cílem snížení energetické náročnosti pohonu tkacího stroje, nebo zvýšení výkonu při zachování energetické náročnosti tkacího stroje je navrženo oddělení pohonu přírazného mechanismu a pohonu prošlupního mechanismu, kdy každému z těchto mechanismů je přiřazen samostatný pohon řízený v režimu elektronické vačky, přičemž každý z těchto mechanismů je spřažen se systémem rekuperace energie.

Podstata vynálezu

Cíle vynálezu je dosaženo způsobem řízení průběhu zdvihových funkcí hlavních mechanismů tkacího stroje podle předkládaného vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že úhlová rychlost servomotoru přírazného mechanismu a úhlová rychlost servomotoru prošlupního mechanismu se během jejich otáčky mění podle zvolené nerovnoměrnosti chodu podle adaptivního algoritmu, přičemž v příkladném provedení se hodnota kvadratického průměru průběhu hnacího momentu stanovená na intervalu jedné otáčky hlavního virtuálního hřídele udržuje pro všechny pracovní frekvence stroje na stejné zvolené hodnotě. Kvadratický průměr průběhu hnacího momentu může být nahrazen jiným dynamickým parametrem tkacího stroje, například kvadratickým průměrem výkonu, maximální hodnotou hnacího momentu, maximální hodnotou výkonu, střední hodnotou hnacího momentu, střední hodnotou výkonu, zatížením členů transformačních mechanismů, nebo životností ložisek zatížených reakčními silami.

-1 CZ 309248 B6

Toto řešení umožňuje měnit zdvihovou závislost adaptivním systémem a maximalizovat prohozní úhel, a tím umožnit provozování stroje při vyšších otáčkách, optimalizovat tak provoz stroje vzhledem k prohozním požadavkům konkrétního útkového materiálu a efektivně využít dynamické vlastnosti tkacího stroje v širokém rozsahu pracovních otáček.

Přitom není nutné, aby nerovnoměrnost rotace pohonu přírazného mechanismu byla rovna nerovnoměrnosti rotace pohonu prošlupního mechanismu.

Objasnění výkresů

Na obr. 1 je znázorněno základní schéma pohonu bidlenu přírazného mechanismu a pohonu činku prošlupního mechanismu tkacího stroje pro výrobu perlinkových tkanin, obr. 2 znázorňuje pohon bidlenu přírazného mechanismu a obr. 3 znázorňuje pohon činku prošlupního mechanismu, obr. 4 znázorňuje závislost zdvihu bidlenu, nebo činku z« na úhlu τ natočení hlavního mechanického hřídele v průběhu jedné otáčky tohoto hřídele podle stavu techniky, obr. 5 znázorňuje průběh úhlu natočení φ₂₁ rotoru servomotoru na úhlu τ natočení hlavního virtuálního hřídele v průběhu jeho jedné otáčky pro parametry nerovnoměrnosti chodu A% nastavitelné v rozsahu od 0 % do 100 %. obr. 6 znázorňuje průběh závislosti otáček mi rotoru servomotoru na úhlu τ natočení hlavního virtuálního hřídele v průběhu jeho jedné otáčky pro pracovní frekvenci tkacího stroje 600 min¹ a parametry nerovnoměrnosti chodu A% nastavitelné v rozsahu od 0 % do 100 % a obr. 7 znázorňuje průběh zdvihu z« pracovního členu (tkacího paprsku v případě přírazného mechanismu a činku v případě prošlupního mechanismu) v závislosti na úhlu τ natočení hlavního virtuálního hřídele v průběhu jeho jedné otáčky pro parametry nerovnoměrnosti chodu A% nastavitelné v rozsahu od 0 % do 100 % a po transformaci klikovým mechanismem.

Příklady uskutečnění vynálezu

Vynález bude popsán na příkladu tryskového tkacího stroje pro výrobu perlinkových tkanin, není však omezen pouze na tento druh tkacích strojů, ale lze ho využít na všech tkacích strojích pro řízení zdvihových fúnkcí hlavních mechanismů, kdy každý z těchto hlavních mechanismů má samostatný pohon s řiditelně měnitelnou úhlovou rychlostí během jeho jedné otáčky.

Tryskový tkací stroj pro výrobu perlinkových tkanin obsahuje přírazný mechanismus 1 a prošlupní mechanismus 2.

Přírazný mechanismus 1 obsahuje tkací paprsek 11. který je uložen na trámci 121 bidlenu 12. Bidlen 12 je známým způsobem uložen na rámu 3 stroje pomocí alespoň dvou pružných členů 122 systému rekuperace energie přírazného mechanismu 1, jak je schematicky znázorněno na obr. 1. V příkladném provedení podle obr. 2, jsou pružné členy 122 uspořádány ve dvou rovinných plochách, mezi nimiž je rozestup ve směru pohybu trámce 121 bidlenu 12 mezi prohozní polohou a příraznou polohou a bidlen 12 je vytvořen podle patentu CZ 302391 z C/E kompozitního materiálu, nebo jiného vhodného materiálu. Pružné členy 122 jsou ve znázorněném provedení tvořeny listovými pružinami 1221. které jsou ve své horní části integrální součástí trámce 121. přičemž listové pružiny 1221 i trámec 121 jsou vytvořeny ze stejného C/E kompozitního materiálu a tvoří otevřený profil ve tvaru rovnoběžníku nebo obecného čtyřúhelníku. Příraznému mechanismu 1 je přiřazen samostatný pohon, který je ve znázorněném provedení tvořen dvěma servomotory 4 podle UV 29115 s klikovými rotory 41, které jsou na jednom konci opatřeny excentrickými čepy 411, na nichž jsou uloženy ojnice 42 přírazného mechanismu spřažené s bidlenem 12, ve znázorněném příkladu provedení pomocí ojničních čepů 123. vytvořených na bidlenu 12. Oba servomotory 4 s klikovými rotory 41 jsou řízeny synchronně a mají řiditelně měnitelnou úhlovou rychlost během jedné své otáčky. Servomotory 4 s klikovými rotory 41 jsou uloženy na rámu 3 tkacího stroj e a ve znázorněném provedení j sou uspořádány excentrickými čepy 411 s ojnicemi 42 od sebe. Ojniční čepy 123 jsou na bidlenu 12 vytvořeny pod jeho trámcem 121.

-2 CZ 309248 B6

Na trámci 121 bidlenu 12 je upevněn tkací paprsek 11 a s ním související příslušenství, například hlavní trysky 124, přifukovací trysky 125 apod. Servomotory 4 s klikovými rotory 41 jsou známým neznázoměným způsobem spřaženy s neznázoměným řídicím systémem tkacího stroje.

Prošlupní mechanismus 2 tkacího stroje obsahuje vertikálně vratně přestavitelně uložený činek 21, na němž je uložena vodicí lišta 211 stacionárních osnovních nití s otvory, v nichž jsou navedeny stacionární osnovní niti, které dále procházejí mezi lamelami tkacího paprsku 11 do vazného bodu, kde se stávají součástí tkaniny. Činek 21 je spřažen s prošlupním mechanismem se samostatným pohonem pomocí prostředků, které jsou situovány pod tkací rovinou, která je tvořena horizontální rovinou proloženou vazným bodem.

Činek 21 prošlupního mechanismu tkacího stroje je na rámu stroje uložen kluzně v ne znázorněných vedeních pomocí kluzáků 23 pevně spojených s činkem 21. Samostatný pohon činku 21 je tvořen servomotorem 5 s řiditelně měnitelnou úhlovou rychlostí během jeho jedné otáčky. Servomotor 5 prošlupního mechanismu je uložen na rámu 3 tkacího stroje a je umístěn pod střední částí činku 21. Servomotor 5 prošlupního mechanismu 2 je ve znázorněném provedení opatřen průběžným hřídelem 51. na jehož koncích jsou uspořádány klikové hřídele 511. které jsou ojnicemi 52 prošlupního mechanismu známým způsobem spřaženy s činkem 21. Činek 21 je ve znázorněném provedení vyroben z C/E kompozitního materiálu. Činku 21 prošlupního mechanismu jsou přiřazeny rekuperační členy 6 systému rekuperace energie prošlupního mechanismu 2.

V příkladu provedení znázorněném na obr. 3, jsou pod činkem 21 jsou uspořádány čtyři rekuperační členy 6. Pod střední částí činku 21 je na rámu 3 tkacího stroje pevně uložen centrální držák 60 vnitřních rekuperačních členů 601. k němuž jsou připojeny statické třmeny 661 vnitřních rekuperačních členů 601, jejichž pohyblivé třmeny 662 jsou pomocí pružných táhel 67 spřaženy s ojnicemi 52 prošlupního mechanismu 2. Směrem vně j sou na příslušných ojnicích 52 prošlupního mechanismu 2 uložena pružná táhla 67 vnějších rekuperačních členů 602. jejichž statické třmeny 661 jsou pevně uloženy na rámu 3 tkacího stroje v krajních držácích 61, 62 vnějších rekuperačních členů 6. Vnitřní rekuperační člen 601 a vnější rekuperační člen 602 vytvářejí na obou stranách stroje dvojici rekuperačních členů 6 sloužící k rekuperaci energie prošlupního mechanismu 2.

Při pohybu činku 21 se pohybují i pružná táhla 67 a unášejí s sebou pohyblivé třmeny 662 příslušných dvojic rekuperačních členů 6, přičemž statické třmeny 661 se nepohybují, čímž dochází k deformacím listových pružin 66 příslušných rekuperačních členů 6, které se při zpětném pohybu činku 21 vyrovnávají a rekuperují energii.

Aby bylo možné využít všech možností, které poskytuje oddělení pohonů přírazného mechanismu a prošlupního mechanismu, přičemž pohony jsou tvořeny servomotory s řiditelně měnitelnou úhlovou rychlostí během jedné jejich otáčky, jak je popsáno výše, byl navržen adaptivní systém řízení zdvihových fúnkcí těchto mechanismů. Adaptivní systém spočívá vtom, že změnou nerovnoměrnosti rotace rotorů příslušných servomotorů v závislosti na pracovní frekvenci tkacího stroje se dosáhne maximalizace prohozního úhlu, tedy prostoru, respektive času na realizaci pneumatického prohozu útku při optimálním využití dynamických vlastností mechanismů tkacího stroje a jejich individuálních pohonů příslušnými servomotory.

Adaptivní systém jev příkladném provedení založen na níže uvedené závislosti pro úhel natočení rotoru servomotoru <ρ^(τ) :

φ_Α(τ) = τ + A * sin(x) + A * sin [τ + A * sin (τ)] kde τ je úhel natočení hlavního „virtuálního“ hřídele [rad] (počítán řídicím systémem) a definován vztahem: τ = Ω * t kde Ω je kruhová frekvence [rad/s], daná vztahem:

-3 CZ 309248 B6

2*π*η * _f

----= 2*π * f

An ^J t - čas [ s ] kde A = —

100 n - otáčky stroje [ 1/min ] je parametr vyjadřující míru nerovnoměrnosti chodu mechanismu přírazu, nebo prošlupu v [%], a je spojitě měnitelný v rozsahu od 0 % do 100 %.

Průběh závislosti úhlu φ₂₁ natočení rotoru servomotoru na úhlu τ natočení hlavního (virtuálního) hřídele pro parametry nerovnoměrnosti chodu A% od 0 % do 100 % jsou graficky znázorněny na obr. 5, z něhož je zřejmé, že pro A%=0% je závislost přímková (rovnoměrně lineárně rostoucí) a se zvyšující se nerovnoměrností A% se zvětšuje nerovnoměrnost průběhu úhlu φ₂ι natočení rotoru servomotoru na úhlu τ natočení hlavního virtuálního hřídele, což například pro přírazový mechanismus a teoretickou nerovnoměrnost A% = 100 % znamená, že tkací paprsek se z přírazové polohy po dosažení úhlu τ = 90° prakticky přemístí do zadní úvratě, v ní setrvá až do τ = 270° a pak se do dosažení úhlu τ = 360° přemístí zpět do přírazové polohy. Pro prošlupní mechanismus a teoretickou nerovnoměrnost A% = 100 % to znamená, že činek se z výchozí dolní polohy po dosažení úhlu τ = 90° prakticky přemístí do horní úvratě, v níž setrvá do τ = 270° a pak se do dosažení úhlu τ = 360° přemístí zpět do výchozí dolní polohy.

Výše uvedenému odpovídá průběh závislosti otáček n2i rotoru servomotoru na úhlu τ natočení hlavního virtuálního hřídele, v průběhu jeho jedné otáčky pro pracovní frekvenci tkacího stroje 600 min¹ a parametry nerovnoměrnosti chodu A% nastavitelné v rozsahu od 0 % do 100 %, které jsou graficky znázorněny na obr. 6. Při nerovnoměrnosti A% = 0 jsou otáčky konstantní a jsou rovny pracovní frekvenci n tkacího stroje, tedy jmenovitým otáčkám hlavního virtuálního hřídele, a jejich průběh je tedy konstantní (vodorovná přímka), zatímco při nerovnoměrnosti A% = 100% má rotor servomotoru v první části svého pohybu (od τ =0°) do dosažení úhlu τ = 90°) vysoké otáčky, které rychle klesnou směrem k nule a opět se začnou prudce zvyšovat od τ = 270° do dosažení maxima při úhlu τ = 360°.

Podobně průběh zdvihu z« pracovního členu (tkacího paprsku v případě přírazného mechanismu a činku v případě prošlupního mechanismu) v závislosti na úhlu τ natočení hlavního virtuálního hřídele, v průběhu jeho jedné otáčky pro parametry nerovnoměrnosti chodu A% nastavitelné v rozsahu od 0 % do 100 % a po transformaci klikovým mechanismem jsou graficky znázorněny na obr. 7.

Adaptivní systém řízení zdvihových funkcí přírazného mechanismu a prošlupního mechanismu je pro parametry nerovnoměrnosti chodu A% navržen tak, aby pro nastavené pracovní frekvence n tkacího stroje, tedy pro zvolené jmenovité otáčky hlavního virtuálního hřídele tkacího stroje, byla hodnota kvadratického průměru průběhu hnacího momentu servomotoru vypočítaná na intervalu jedné otáčky hlavního virtuálního hřídele rovna stejné zvolené hodnotě, ^^21 = 17 Nm a byla pro všechny nastavené pracovní frekvence stroje na stejné zvolené hodnotě, jak je uvedeno v následující tabulce, v níž značí:

n pracovní frekvence tkacího stroje, tj. otáčky hlavního virtuálního hřídele,

A% parametr nerovnoměrnosti chodu servomotoru, tedy klikového hřídele, ^mnn2i skutečné minimální otáčky servomotoru, tedy klikového hřídele,

-4 CZ 309248 B6

Άυι skutečné maximální otáčky servomotoru, tedy /klikového hřídele, ^prohozu prohozní úhel natočení hlavního „virtuálního“ hřídele T_prohoz čas pro prohoz, ^⁴⁸ P kvadratický průměr výkonu servomotoru na intervalu jedné periody,

P maximální hodnota výkonu servomotoru, ^⁴⁸ Mh kvadratický průměr hnacího momentu servomotoru na intervalu jedné otáčky hlavního virtuálního hřídele,

Mh maximální hodnota hnacího momentu servomotoru.

Parametry příkladného provedení prošlupního mechanismu

n	A%	^minn₂i	^maxn₂i	^prohozu	Tprohoz	RMS p	max p	^RMS _Mh	^Mh
[rpm]	[%]	[RPM ]	[RPM ]	[ deg ]	[ms]	[W]	[W]	[Nm]	[Nm]
750	32,475	342	1316	202,0	44,889	1603	3621	17,00	37,10
725	34,465	311	1311	206,0	47,356	1585	3633	17,00	37,49
700	36,618	281	1307	212,0	50,476	1568	3650	17,00	37,90
675	38,952	252	1303	216,0	53,333	1554	3672	17,00	38,36
650	41,489	223	1301	222,0	56,923	1542	3703	17,00	38,88
625	44,251	194	1301	226,0	60,267	1532	3744	17,00	39,45
600	47,263	167	1301	232,0	64,444	1526	3794	17,00	40,08
575	50,552	141	1303	238,0	68,986	1523	3853	17,00	40,77
550	54,143	116	1307	244,0	73,939	1523	3924	17,00	41,51
525	58,062	92	1312	250,0	79,365	1526	4005	17,00	42,31
500	62,330	71	1318	256,0	85,333	1530	4091	17,00	43,14
475	66,965	52	1324	262,0	91,930	1534	4176	17,00	43,93
450	71,982	35	1331	268,0	99,259	1536	4257	17,00	44,61
425	77,387	22	1337	274,0	107,451	1532	4320	17,00	45,08
400	83,182	11	1342	280,0	116,667	1520	4349	17,00	45,22

Optimalizační řešení úlohy bylo provedeno numericky, v diskrétních bodech pro měnící se parametry nerovnoměrnosti A% a praktický rozsah jmenovitých otáček hlavního virtuálního hřídele tkacího stroje a následně aproximováno spojitou analytickou funkcí. Ostatní hodnoty uvedené v tab. 2 jsou klíčové fyzikální veličiny řešené soustavy a je nezbytné je rovněž kriticky vyhodnotit.

Optimalizaci parametrů nerovnoměrnosti chodu A% lze provádět i pro jiné dynamické parametry tkacího stroje, přičemž hodnota dynamického parametru zvoleného ze skupiny dynamických parametrů: (kvadratický průměr průběhu hnacího momentu, kvadratický průměr výkonu, maximální hodnota hnacího momentu, maximální hodnota výkonu, střední hodnota hnacího momentu, střední hodnota výkonu, zatížení členů transformačních mechanismů, nebo životnost ložisek zatížených reakčními silami) a vypočítaná na intervalu jedné periody se udržuje pro všechny pracovní frekvence stroje na stejné zvolené hodnotě

-5 CZ 309248 B6

Průmyslová využitelnost

Způsob podle vynálezu lze využít na tkacích strojích, které mají oddělené samostatné pohony 5 přírazného mechanismu a prošlupního mechanismu a oba tyto pohony jsou řízeny v režimu elektronické vačky. Způsob lze využít i u tkacích strojů, u nichž je pohon přírazného a prošlupního mechanismu společný, aleje tvořen servomotorem řízeným v režimu elektronické vačky.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob řízení průběhu zdvihových funkcí přírazného mechanismu (1) a prošlupního mechanismu (2) tkacího stroje, z nichž každému z těchto mechanismů je přiřazen samostatný pohon, přičemž každý z těchto samostatných pohonů obsahuje servomotor (4, 5) s řiditelně měnitelnou úhlovou rychlostí během jeho jedné otáčky, vyznačující se tím, že úhlová rychlost servomotoru (4) přírazného mechanismu (1) a úhlová rychlost servomotoru (5) prošlupního mechanismu (2) se během jejich jedné otáčky mění podle zvolené nerovnoměrnosti (A%) chodu servomotoru v závislosti na pracovní frekvenci (n) tkacího stroje pro maximalizaci prohozního úhlu a času na realizaci prohozu útku, přičemž hodnota dynamického parametru zvoleného ze skupiny dynamických parametrů servomotoru: kvadratický průměr průběhu hnacího momentu, kvadratický průměr výkonu, maximální hodnota hnacího momentu, maximální hodnota výkonu, střední hodnota hnacího momentu, střední hodnota výkonu, zatížení členů transformačních mechanismů, nebo životnost ložisek zatížených reakčními silami, a vypočítaná na intervalu jedné otáčky hlavního virtuálního hřídele se udržuje pro všechny pracovní frekvence stroje na stejné zvolené hodnotě.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že dynamickým parametrem je kvadratický průměr průběhu hnacího momentu (^RMSMh2i).
3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že nerovnoměrnost rotace pohonu přírazného mechanismu (1) je rovna nerovnoměrnosti rotace pohonu prošlupního mechanismu (2).
4. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že nerovnoměrnost rotace pohonu přírazného mechanismu (1) je rozdílná od nerovnoměrnosti rotace pohonu prošlupního mechanismu (2).