RU2537332C1

RU2537332C1 - Amorphous band winding device

Info

Publication number: RU2537332C1
Application number: RU2013130750/02A
Authority: RU
Inventors: Владимир Алексеевич Дьяченко; Андрей Николаевич Волков; Ани Петрова Петкова; Юрий Васильевич Гичев; Анатолий Александрович Нестеров
Priority date: 2013-07-04
Filing date: 2013-07-04
Publication date: 2015-01-10

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: amorphous band winding device includes a winding drum with a cylindrical base with electromagnets uniformly distributed in a circumferential direction and with two side restricting discs on both end faces of the base. Coaxially to the drum there installed is an electric motor on the disc of which fixed on the electric motor shaft end face there installed are electromagnets and on the other side - a common bus for all the electromagnets. Constant magnets installed on the outer side of the drum restraint are arranged opposite the electromagnets. A bus connected to the electromagnets of the drum base is installed on the other restraint of the drum. Buses are connected to a control unit by means of sliding contacts. Rotation of the drum is determined by magnetic interaction between constant magnets and electromagnets.

EFFECT: simpler design of the device and improvement of its operating reliability.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве тонких металлических лент аморфной структуры, применяемых при изготовлении силовых трансформаторов.The invention relates to the field of metallurgy and can be used in the production of thin metal tapes of an amorphous structure used in the manufacture of power transformers.

В подавляющем большинстве современных машин аморфная лента изготавливается способом спиннингования расплава на полированную поверхность охлаждаемого водой валка (диска-холодильника), движущегося с линейной скоростью 25-40 м/с. Скорость охлаждения расплава на поверхности валка составляет 10°С в секунду.In the vast majority of modern machines, amorphous tape is made by spinning the melt onto a polished surface of a water-cooled roll (cooler disk) moving at a linear speed of 25-40 m / s. The cooling rate of the melt on the surface of the roll is 10 ° C per second.

Однако значительному увеличению объемов производства аморфной ленты и удовлетворению ежегодно растущего на нее спроса препятствует ряд проблем технологического характера. Так, например, высокие скорости литья, большая (как правило, более 5000 м) длина ленты затрудняют смотку ленты во время процесса литья на намоточное устройство.However, a significant increase in production volumes of amorphous tape and meeting the annual growing demand for it is hindered by a number of technological problems. For example, high casting speeds, large (usually more than 5000 m) length of the tape make it difficult to wind the tape during the casting process on the winding device.

В настоящее время в России и ряде других стран на практике эта заключительная операция производства аморфной ленты осуществляется вручную. После того как вся полученная за один цикл тонкая лента (толщиной 0,020…0,035 мм и шириной обычно до 50 мм) - это около 5 км ленты, сбрасывается с формующего валка литейного комплекса, она собирается на специально подготовленный пол или перемещаемый брезент. Такая технология существенно сдерживает наращивание объемов производства аморфной ленты и приводит к значительному браку из-за перегибов, заломов и обрывов ленты, что влечет за собой и ухудшение потребительских качеств такой ленты.Currently, in Russia and a number of other countries, in practice, this final operation of the production of amorphous tape is carried out manually. After all the thin tape obtained in one cycle (0.020 ... 0.035 mm thick and usually up to 50 mm wide) is about 5 km of tape, it is discarded from the molding roll of the casting complex, it is collected on a specially prepared floor or movable tarpaulin. This technology significantly inhibits the increase in the production of amorphous tape and leads to significant marriage due to kinks, creases and breaks in the tape, which entails a deterioration in the consumer qualities of such a tape.

В Японии смотка производится не сразу после схода аморфной ленты с литейной машины. Захват ленты осуществляется со специально подготовленного пола. Большие размеры отполированного пола позволяют накопить необходимый запас ленты, не спутывая ее.In Japan, winding is not carried out immediately after the amorphous tape leaves the casting machine. The tape is captured from a specially prepared floor. The large size of the polished floor allows you to accumulate the necessary supply of tape, without confusing it.

Устройство, принятое в качестве прототипа, включает источник расплавленного металла с соплом и подложку в виде диска-холодильника (далее диск), на котором осуществляется формирование аморфной ленты. Кроме того, устройство включает корпус, в котором размещены наматывающий барабан (далее барабан) с магнитным основанием, бесконечная лента на роликах, нижний натяжной из которых выполнен с магнитной поверхностью, стойка, в пазу которой расположена пружина, подпружинивающая опору оси наматывающего барабана [RU 2116159].The device adopted as a prototype includes a source of molten metal with a nozzle and a substrate in the form of a cooler disk (hereinafter the disk), on which the formation of an amorphous tape. In addition, the device includes a housing in which there is a winding drum (hereinafter referred to as a drum) with a magnetic base, an endless belt on rollers, the lower tension of which is made with a magnetic surface, a strut in the groove of which is a spring, spring-loaded supporting the axis of the winding drum [RU 2116159 ].

На вращающийся диск из печи льется расплавленный металл. Застывшая с большой скоростью тонкая полоса металла (аморфная лента) увлекается диском и втягивается между бесконечной лентой и диском по дуге окружности. На выходе из контакта бесконечной ленты и диска аморфная лента увлекается магнитной поверхностью нижнего натяжного ролика через поверхность вышеупомянутой магнитно нейтральной бесконечной ленты и втягивается в барабан с магнитным основанием, к которому притягивается и на который наматывается, образуя рулон из аморфной ленты. Барабан приводится во вращение бесконечной лентой, которая, в свою очередь, перемещается поверхностью диска. Ось барабана подпружинена, что создает необходимый натяг бесконечной ленте, обеспечивающий одинаковую скорость поверхности диска, бесконечной ленты, аморфной ленты и основания барабана. Наматываясь на основание барабана, аморфная лента увеличивает его диаметр, и подпружиненный барабан отжимается бесконечной лентой, сжимая пружину. При этом скорости поверхности основания барабана, бесконечной и аморфной лент, а также диска остаются одинаковыми.Molten metal is poured onto a rotating disk from a furnace. A thin strip of metal that has solidified at high speed (an amorphous tape) is carried away by the disk and is drawn between the endless tape and the disk along an arc of a circle. At the exit from the contact of the endless tape and the disk, the amorphous tape is carried away by the magnetic surface of the lower tension roller through the surface of the aforementioned magnetically neutral endless tape and is pulled into a drum with a magnetic base to which it is attracted and wound onto, forming a roll of amorphous tape. The drum is driven into rotation by an endless tape, which, in turn, moves by the surface of the disk. The axis of the drum is spring-loaded, which creates the necessary interference with the endless belt, ensuring the same speed of the surface of the disk, endless belt, amorphous belt and the base of the drum. Winding up on the base of the drum, the amorphous tape increases its diameter, and the spring-loaded drum is wrung out by an endless tape, compressing the spring. In this case, the speeds of the surface of the base of the drum, the endless and amorphous ribbons, as well as the disk remain the same.

Несмотря на очевидные достоинства устройства-прототипа в сравнении со многими известными, оно обладает недостаточной надежностью в процессе его эксплуатации. Суть в том, что в значительной мере эффективность работы устройства определяется силами трения между бесконечной лентой и диском. Учитывая, что взаимодействие происходит в условиях повышенных и нестабильных температур, меняющихся по длине бесконечной ленты, силы трения могут изменяться в широком диапазоне, что способно привести к относительному скольжению между диском и бесконечной лентой, а значит, и различной скорости перемещения их поверхностей. Одним из возможных последствий такого относительного скольжения может быть разрыв аморфной ленты и остановка всего процесса. Другим последствием может быть смятие в «гармошку» аморфной ленты в зоне контакта диска и бесконечной ленты, что также ведет к срыву производства. Другим фактором, снижающим надежность устройства-прототипа, является то, что требуется точная настройка магнитных систем основания барабана и натяжного ролика, что особенно важно при весьма высоких скоростях формирования аморфной ленты. Хотя оба они располагаются рядом, но все же на некотором расстоянии, что не дает твердой гарантии передачи конца аморфной ленты с ролика на барабан. Кроме того, система, обеспечивающая процесс намотки и включающая бесконечную ленту, натяжные ролики, наматывающий барабан, смонтированные на корпусе, конструктивно сложна и громоздка.Despite the obvious advantages of the prototype device in comparison with many well-known, it has insufficient reliability during its operation. The bottom line is that to a large extent the efficiency of the device is determined by the forces of friction between the endless belt and the disk. Given that the interaction occurs under conditions of elevated and unstable temperatures, varying along the length of the endless belt, the friction forces can vary over a wide range, which can lead to relative sliding between the disk and the endless belt, and, therefore, different speeds of movement of their surfaces. One of the possible consequences of this relative slip can be a rupture of the amorphous tape and the stoppage of the whole process. Another consequence may be crushing into an “accordion” of an amorphous tape in the contact zone of the disk and the endless tape, which also leads to disruption of production. Another factor that reduces the reliability of the prototype device is that it requires fine tuning of the magnetic systems of the base of the drum and the tension roller, which is especially important at very high speeds for the formation of an amorphous tape. Although both of them are located nearby, but still at a certain distance, which does not give a solid guarantee of transferring the end of the amorphous tape from the roller to the drum. In addition, the system that provides the winding process and includes an endless belt, tension rollers, a winding drum mounted on the housing is structurally complex and bulky.

Таким образом, задачей изобретения является упрощение конструкции наматывающего устройства и повышение надежности его работы.Thus, the object of the invention is to simplify the design of the winding device and increase the reliability of its operation.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для намотки аморфной ленты в рулон, включающем приводной наматывающий барабан с магнитным основанием, этот барабан установлен свободно на неподвижной оси соосно с электродвигателем и его боковой диск-ограничитель со стороны электродвигателя на внешней поверхности несет размещенные периферийно и по окружности ряд постоянных магнитов, напротив которых установлены электромагниты, в свою очередь, размещенные на диске, закрепленном на торце вала электродвигателя. Устройство содержит электрическую цепь, состоящую из последовательно связанных между собой датчика измерения текущего значения диаметра рулона, блока преобразования показания датчика в пропорциональный электрический сигнал и блока управления с источником электропитания, связанного посредством скользящего контакта с общей для всех электромагнитов шиной, расположенной с обратной стороны диска, а также связанного с электромагнитом наматывающего барабана посредством скользящего контакта и шины.The problem is solved in that in the device for winding an amorphous tape into a roll, including a drive winding drum with a magnetic base, this drum is mounted freely on a fixed axis coaxially with the electric motor and its side disk-limiter on the electric motor side carries peripherally and There are a number of permanent magnets on the circumference, opposite which electromagnets are mounted, in turn, placed on a disk fixed to the end of the motor shaft. The device comprises an electric circuit, consisting of a sensor for measuring the current value of the diameter of the roll, a unit for converting the sensor reading into a proportional electric signal, and a control unit with a power source connected via a sliding contact with a common bus for all electromagnets located on the back of the disk as well as a winding drum connected to the electromagnet by means of a sliding contact and a tire.

На фиг.1 дано упрощенное изображение машины для изготовления аморфной ленты. На фиг.2 дано схематическое изображение общего вида предлагаемого устройства намотки.Figure 1 shows a simplified image of a machine for the manufacture of amorphous tape. Figure 2 is a schematic representation of a General view of the proposed winding device.

Машина для изготовления аморфной ленты 1 содержит печь в виде тигля 2 с расплавленным металлом, сопло 3 которого примыкает к поверхности диска-холодильника 4, вращаемого с необходимой скоростью посредством электродвигателя (не показан). Устройство для намотки входит в состав машины и содержит наматывающий барабан 5 (далее барабан), состоящий из цилиндрического основания 6, включающего электромагниты 7, равномерно распределенные по окружности. Основание 6 имеет с обоих торцов два боковых диска-ограничителя 8 (далее ограничители). Барабан 5 установлен свободно, т.е. с возможностью вращения, на неподвижной оси 9, закрепленной на корпусе 10 машины. С правой стороны от барабана 5 и соосно ему на корпусе 10 установлен электродвигатель 11 этого барабана. Ближайший к электродвигателю 11 ограничитель 8 на своей внешней стороне несет размещенные периферийно по окружности ряд постоянных магнитов 12. Напротив последних, в том же количестве, установлены электромагниты 13, смонтированные на диске 14, закрепленном на торце вала 15 электродвигателя 11. На этом же диске 14 с другой стороны закреплена общая для всех электромагнитов 13 шина 16. На другом ограничителе барабана 5 также имеется шина 17, электрически связанная с электромагнитами 7 основания 6. Устройство для намотки содержит электрическую цепь, состоящую из последовательно связанных между собой датчика 18 измерения текущего значения диаметра рулона 19 из аморфной ленты 1 (далее лента), блока 20 преобразования показаний датчика 18 в пропорциональный электрический сигнал и блока 21 управления с источником питания. Блок 21 посредством скользящих контактов 22 и 23 замкнут на шины 17 и 16 соответственно. Для обеспечения работы устройства намотки диск-холодильник 4 и барабан 5 вращаются в разные стороны и лента 1 охватывает диск-холодильник 4 на угловое расстояние около 180° градусов (фиг.1). При этом лента 1 заключена в желоб 24, установленный с незначительным по величине зазором по отношению к поверхности диска-холодильника 4. Желоб 14 заканчивается патрубком 25, смонтированным по касательной к основанию 6. Полость желоба 24 подключена к источнику сжатого воздуха (не показан). Между ограничителями 8 барабана 5 установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения нож 26, привод которого не показан, но он подключен к блоку управления 21. Отсекаемая дефектная часть ленты 1 показана на фиг.1 в виде пунктирной линии, обозначенной позицией 27.The machine for manufacturing an amorphous tape 1 comprises a furnace in the form of a crucible 2 with molten metal, the nozzle 3 of which is adjacent to the surface of the cooler disk 4, rotated at the required speed by an electric motor (not shown). The winding device is part of the machine and contains a winding drum 5 (hereinafter referred to as the drum), consisting of a cylindrical base 6, including electromagnets 7, uniformly distributed around the circumference. The base 6 has from both ends two side discs-limiters 8 (hereinafter the stops). Drum 5 is installed freely, i.e. with the possibility of rotation, on a fixed axis 9, mounted on the housing 10 of the machine. On the right side of the drum 5 and coaxially to it on the housing 10 is installed an electric motor 11 of this drum. The limiter 8 closest to the motor 11 on its outer side carries a series of permanent magnets located peripherally around the circumference of the circle 12. Opposite the latter, in the same quantity, electromagnets 13 are mounted on a disk 14 mounted on the end of the shaft 15 of the electric motor 11. On the same disk 14 on the other hand, a bus 16, common to all electromagnets 13, is fixed. On the other limiter of the drum 5 there is also a bus 17 electrically connected to the electromagnets 7 of the base 6. The winding device comprises an electric circuit oyaschuyu of sequentially interconnected sensor 18 measuring the current value of the diameter of the roll 19 of amorphous strip 1 (the feed) conversion unit 20, sensor readings 18 into a proportional electrical signal, and the control unit 21 to the power source. Block 21 through the sliding contacts 22 and 23 is closed on the bus 17 and 16, respectively. To ensure the operation of the winding device, the disk cooler 4 and the drum 5 rotate in different directions and the tape 1 covers the disk cooler 4 at an angular distance of about 180 ° degrees (FIG. 1). When this tape 1 is enclosed in a groove 24, installed with a small gap in relation to the surface of the refrigerator 4. The groove 14 ends with a nozzle 25 mounted tangentially to the base 6. The cavity of the groove 24 is connected to a source of compressed air (not shown). Between the stops 8 of the drum 5, a knife 26 is mounted with the possibility of reciprocating movement, the drive of which is not shown, but it is connected to the control unit 21. The defective part being cut off of the tape 1 is shown in FIG. 1 as a dashed line, indicated by 27.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Одновременно начинают вращение диск-холодильник 4 и барабан 5, свободно установленный на оси 9. Импульс к началу вращения барабана 5 дает электродвигатель 11, который крутящий момент передает через взаимодействующие постоянные магниты 12, установленные на правом ограничителе 8, и электромагниты 13, закрепленные на диске 14. Электрический ток к электромагнитам 13 подается от источника питания в блоке 21 управления посредством скользящего контакта 23 и шины 16, размещенной на диске 14 с обратной стороны. Линейная скорость поверхности диска-холодильника 4 определяется технологией производства аморфной ленты 1. Скорость вращения барабана 5 определяется на первом этапе скоростью вращения вала 15 электродвигателя 11, которая является постоянной и подбирается таким образом, чтобы цилиндрическая поверхность основания 6 имела скорость, равную аналогичной скорости поверхности диска-холодильника 4. Чувствительный элемент в виде ролика, принадлежащий датчику 18, в этот момент соприкасается с поверхностью основания 6. Магнитное взаимодействие между магнитами 12 и электромагнитами 13 обеспечивает вращение барабана 5 без скольжения относительно друг друга упомянутых магнитных элементов. Эта стадия запуска машины определяется как холостой ход и выражается в полной готовности машины к выполнению основной задачи - изготовлению аморфной ленты. По команде управления всей машины из тигля 2 через сопло 3 расплавленный металл начинает выливаться на поверхность диска-холодильника 4, формируя аморфную ленту 1 необходимой толщины и ширины. В связи с мгновенным охлаждением расплавленный металл не успевает кристаллизоваться и его структура носит аморфный характер. Сформированная таким образом лента 1 перемещается на поверхности диска-холодильника 4 при его вращении по часовой стрелке, как это показано на фиг.1. Центробежные силы, стремящиеся оторвать ленту от поверхности диска-холодильника 4, нейтрализуются встречным усилием, создаваемым потоком сжатого воздуха в желобе 24, еще более плотно ее прижимающего к поверхности. В точке, противоположной соплу 3, лента 1 потоком воздуха увлекается в патрубок 25 и выходит наружу по касательной к основанию 6 барабана 5. Как показывает практика, начальная часть аморфной ленты является дефектной и подлежит удалению. Контрольные средства (не показаны) отслеживают сплошность аморфной ленты и с первым проявлением этого автоматически включают систему управления процессом намотки. Это означает, что одновременно подается ток в электромагниты 7 основания 6 барабана 5 и выдвигается нож 26. Магнитные силы от электромагнитов 7 резко притягивают часть ленты, находящейся над ножом 26, в направлении основания 6, способствуя отсечению дефектной части ленты, обозначенной на фиг.1 пунктирной линией 27. Оставшийся конец ленты притягивается к основанию 6 и начинает наматываться на барабан 5. В этот момент линейные скорости поверхностей диска-холодильника 4 и основания 6 барабана 5 одинаковы несмотря на разницу угловых скоростей. По мере накопления ленты в рулоне 19, т.е. увеличения его диаметра, датчик 18 это отслеживает, и сигнал с него преобразуется в блоке 20 в пропорциональный электрический сигнал, поступающий в блок 21 управления. С последнего по принятому сигналу с источника тока через скользящий контакт 23 на шину 16 подается импульс тока, уменьшающий силы магнитного взаимодействия между магнитами 12 и электромагнитами 13, что ведет к появлению скольжения между диском 14 и правым ограничителем 8, связанным с барабаном 5. Следует особо отметить, что несмотря на уменьшение сил взаимодействия крутящий момент на диске 14 всегда достаточен для преодоления суммы сопротивлений, имеющих место в системе барабан 5 и диск-холодильник 4, но величина этого момента, по мере увеличения диаметра рулона 19 снижается, хотя и находится на уровне, несколько превышающем уровень суммы сопротивлений. Другими словами, для сохранения постоянного значения технологически обусловленной линейной скорости ленты в условиях увеличения диаметра рулона, на барабане 5 необходимо уменьшение угловой скорости последнего, что достигается уменьшением крутящего момента на диске 14 за счет снижения уровня магнитного взаимодействия между постоянными магнитами 7 и электромагнитами 13 и скольжения их относительно друг друга. При этом, в любом случае, необходимо учитывать прочность ленты на растяжение и стремиться к минимальному значению растягивающей силы.At the same time, the disk-cooler 4 and the drum 5, freely mounted on the axis 9, begin to rotate. The impulse to the beginning of the rotation of the drum 5 is provided by an electric motor 11, which transmits torque through interacting permanent magnets 12 mounted on the right limiter 8, and electromagnets 13 mounted on the disk 14. The electric current to the electromagnets 13 is supplied from the power source in the control unit 21 by means of the sliding contact 23 and the bus 16 located on the disk 14 on the reverse side. The linear surface velocity of the disk-cooler 4 is determined by the production technology of the amorphous tape 1. At the first stage, the rotation speed of the drum 5 is determined by the rotation speed of the shaft 15 of the electric motor 11, which is constant and is selected so that the cylindrical surface of the base 6 has a speed equal to that of the surface of the disk -fridge 4. The sensing element in the form of a roller, belonging to the sensor 18, at this moment is in contact with the surface of the base 6. Magnetic interaction between magnets 12 and the electromagnets 13 rotates the drum 5 without sliding relative to each other said magnetic elements. This stage of starting the machine is defined as idling and is expressed in the complete readiness of the machine to perform the main task - the manufacture of amorphous tape. At the command of the entire machine from crucible 2, through the nozzle 3, molten metal begins to pour onto the surface of the cooler disk 4, forming an amorphous tape 1 of the required thickness and width. Due to instant cooling, the molten metal does not have time to crystallize and its structure is amorphous. Formed in this way, the tape 1 moves on the surface of the cooler disk 4 when it is rotated clockwise, as shown in FIG. Centrifugal forces striving to tear the tape from the surface of the cooler disk 4 are neutralized by the counter force created by the flow of compressed air in the groove 24, which presses it even more tightly to the surface. At the point opposite the nozzle 3, the tape 1 is entrained by a stream of air into the pipe 25 and goes out tangentially to the base 6 of the drum 5. As practice shows, the initial part of the amorphous tape is defective and must be removed. Control means (not shown) monitor the continuity of the amorphous tape and, with the first manifestation of this, automatically turn on the winding process control system. This means that at the same time, current is supplied to the electromagnets 7 of the base 6 of the drum 5 and the knife 26 is advanced. Magnetic forces from the electromagnets 7 sharply attract the part of the tape located above the knife 26 in the direction of the base 6, helping to cut off the defective part of the tape indicated in figure 1 dashed line 27. The remaining end of the tape is attracted to the base 6 and begins to wrap around the drum 5. At this point, the linear speeds of the surfaces of the refrigerator 4 and the base 6 of the drum 5 are the same despite the difference in angular velocities. As the tape accumulates in roll 19, i.e. increasing its diameter, the sensor 18 monitors this, and the signal from it is converted in block 20 into a proportional electrical signal to the control unit 21. From the latter, according to the received signal from the current source, a current pulse is supplied to the bus 16 to the bus 16, which reduces the forces of magnetic interaction between the magnets 12 and the electromagnets 13, which leads to the appearance of a slip between the disk 14 and the right limiter 8 connected to the drum 5. It should be especially note that despite the decrease in the interaction forces, the torque on the disk 14 is always sufficient to overcome the sum of the resistances that occur in the system of the drum 5 and the disk-cooler 4, but the magnitude of this moment, as it increases the diameter of the roll 19 is reduced, although it is at a level slightly higher than the level of the sum of the resistances. In other words, in order to maintain a constant value of the technologically determined linear speed of the tape under conditions of increasing roll diameter, on the drum 5 it is necessary to reduce the angular velocity of the latter, which is achieved by reducing the torque on the disk 14 by reducing the level of magnetic interaction between the permanent magnets 7 and the electromagnets 13 and slip them relative to each other. In this case, in any case, it is necessary to take into account the tensile strength of the tape and strive for the minimum value of the tensile force.

Claims

A device for winding an amorphous tape into a roll, including a drive winding drum with an electromagnetic base, characterized in that the drum is mounted freely on a fixed axis coaxially with the electric motor, while the device is equipped with a number of permanent magnets located on the outer surface of the side disc limiter of the winding drum from the motor side , circumferentially circumferentially, by electromagnets opposite the permanent magnets on a disk fixed to the end of the motor shaft, and after well-connected to each other in an electric circuit by a sensor for measuring the current value of the diameter of the roll, a unit for converting sensor readings into an electric proportional signal, and a control unit with a power source, the control unit being connected via sliding contacts to a bus common to all electromagnets located on the back of the motor disk , and by means of sliding contacts and a bus connected to the base electromagnets of the winding drum.