Устройство для намотки и свивки троса

 

Использование: намоточные устройства для намотки троса. Сущность изобретения: устройство содержит соединенный с приводным двигателем ротор 1 и установлено на станине двигателя. Мотальный барабан 2 соединен с приводным двигателем 26. Ось 3 вращения барабана направлена перпендикулярно оси вращения ротора. В качестве укладочного устройства для наматываемого троса используется укладочная вилка 14, которая перемещается перпендикулярно оси 4 вращения ротора. Укладочная вилка 14 создает переменные дисбалансы, не допускающие более высокой рабочей скорости вращения. В устройстве предусмотрен противовес 15 к укладочной вилке 14, установленный в противофазе к укладочной вилке 14 и соединенный с укладочной вилкой 14 посредством зубчатого ремня 31. В зоне оси 4 вращения создается более совершенная балансировка, что обеспечивает более высокие рабочую скорость вращения барабана и призводительность труда. 5 з. п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к вращающемуся намоточному устройству для свитого изделия, которое содержит соединенный с приводным двигателем ротор и установлено на станине и в котором с возможностью вращения установлен соединенный с приводным двигателем кабельный барабан, ось вращения которого перпендикулярна оси вращения ротора.

Устройство снабжено укладчиком троса, содержащим укладочную приводную вилку, движущуюся параллельно оси вращения кабельного барабана, и движущийся навстречу укладочной вилке противовес.

Намоточные устройства описанного типа используются для больших намоточных барабанов для наматывания относительно толстого свитого изделия, например троса. Подобные намоточные устройства эксплуатируются с относительно низкой частотой вращения, поскольку при работе возникают неконтролируемые дисбалансы масс, в частности, в том случае, когда намоточный барабан почти заполнен и достигнута половина ширины его намотки. Возникающие при этом дисбалансы масс создают усилия, которые в зависимости от толщин наматываемого свитого изделия могут составлять 20-50% общего веса барабана. Эксплуатация с повышенной частотой вращения была до сих пор невозможна из-за возникающих дисбалансных сил еще и потому, что ротор в силу своего большого диаметра своей наружной стороной, выполненной в виде ходового кольца, установлен на опорных роликах на станине с возможностью вращения, так что при превышении определенной предельной частоты вращения ротор под действием дисбалансных сил начинает отрываться от опорных роликов. Были предприняты попытки добиться уменьшения дисбалансных сил за счет установки противовеса к укладочной вилке [1] Однако требующийся для этого привод был настолько тяжел и сложен, что добиться заметного эффекта не удалось.

Известно вращающееся намоточное устройство, снабженное укладчиком для наматываемого свитого изделия, имеющим укладочную вилку, движущуюся паpаллельно оси вращения кабельного барабана, и движущейся навстречу укладочной вилке противовес. Привод укладочного устройства механически связан при этом с приводным двигателем через приводной рычажный механизм в зоне периферии ротора. Поскольку намоточный барабан приводится во вращение всегда только в одном направлении, а укладочная вилка должна в процессе наматывания многократно перемещаться возвратно-поступательно, движение укладочной вилки происходит за счет связи с приводом намоточного барабана всегда только в одном направлении. Движение в противоположном направлении обеспечивается вспомогательным электродвигателем, причем предусмотрены управляемые разъединительные муфты, которые размыкаются и замыкаются тогда, когда укладочная вилка достигает своего соответствующего конечного положения, так что укладочная вилка приводится в движение попеременно посредством привода намоточного барабана, с одной стороны, и посредством вспомогательного электродвигателя с другой.

Этот привод не только конструктивно сложен, но и имеет также относительно большие массы, которые расположены в зоне наружной периферии ротора, что повышает балансировочный груз. Частоты вращения подобного ротоpа огpаничены вследствие значительных нагрузок на подшипники для используемых пеpедач и для вспомогательного электродвигателя.

Цель изобpетения усовершенствование намоточного устройства указанного типа так, чтобы повысить частоту вращения и тем самым производительность свивки и намотки.

Эта задача решается средствами, указанными в отличительной части п.1 формулы. Кроме того, вилка и груз расположены диаметрально противоположно по отношению к оси вращения pотоpа для каждого положения укладочной вилки, так что намоточное устройство в значительной степени само уравновешено и тем самым по сравнению с известными до сих пор намоточными устройствами для ротора может быть задана более высокая частота вращения. Благодаря тому, что серводвигатель для встречного движения укладочной вилки и противовеса установлен на самом роторе в зоне оси его вращения, масса ротора значительно уменьшается. Благодаря исполнению серводвигателя электрическим упрощается также и передача энергии привода, которая может быть коммутирована через контактные кольца, закрепленные на роторе между станиной и ротором.

Необходимое реверсирование направления вращения двигателя может быть обеспечено тем, что в конце каждого движения укладочной вилки на роторе могут быть расположены коммутационные элементы, например, в виде концевых переключателей, включаемых вилкой тогда, когда соответствующий тросовый жгут набегает на фланец барабана. Для того, чтобы можно было наматывать с помощью подобного намоточного устройства на кабельные барабаны разной шины, целесообразно выполнить исполнительные органы концевых переключателей регулируемыми в радиальном направлении по отношению к оси вращения ротора.

Серводвигатель установлен на роторе в зоне оси его вращения так, что ось вращения серводвигателя соосна с осью вращения ротора или хотя бы параллельна ей. Установка сеpводвигателя в зоне оси вpащения ротора имеет не только то преимущество, что масса серводвигателя находится на минимальном радиальном расстоянии от оси вращения ротора, но тем самым можно уменьшить до минимума момент инерции массы ротора. Нагрузка на подшипники вращающегося вместе с ротором серводвигателя благодаря действующим на него центробежным силам может оставаться незначительной.

Благодаря установке противовеса, движущегося навстречу укладочной вилке, уменьшаются прежде всего имеющиеся в самом намоточном устройстве дисбалансы. Целесообразно, чтобы противовес имел одинаковый вес с укладочной вилкой, за счет чего по отношению к оси вращения ротора возникают одинаковые по величине центробежные силы.

На фиг.1 приведено фронтальное изображение намоточного устройства с видом сверху на мотальный барабан; на фиг.2 то же, вид сбоку; на фиг.3 вариант исполнения укладочного устройства; на фиг.4 то же, вариант исполнения; на фиг.5 мотальный барабан с неполной намоткой.

Намоточное устройство состоит из приводного ротора 1, в котором с возможностью поворота установлен мотальный барабан 2, при этом ось 3 вращения мотального баpабана 2 направлена перпендикулярно оси 4 вращения ротора. Ротор 1 (см. фиг.2) имеет бандажное кольцо 5, которое установлено на опорных роликах 6, предпочтительно на размещенных на балансирный подвеске сдвоенных опорных роликах, закрепленных на станине двигателя.

Как показано на фиг.2, бандажное кольцо 5 закреплено на волнообразной станине 9, конец 10 которой, отвернутый от бандажного кольца 5, выполнен в виде трубы и установлен в подшипниковой стойке 11. Трос 12, сбегающий с неподвижного или вращающегося разматывателя, направляется с помощью размещенного в подшипниковой стойке 11 крутильного ниппеля, входящего в трубчатый конец 10 вилкообразной станины 9, и вытягивается сквозь него приводом мотального барабана 2. Поскольку одновременно привод вpащает pотор 1 вокpуг оси 4, поступающий с разматывателя трос 12 одновременно с намоткой свивается. При этом скорость вращения ротора 1 и скорость вpащения мотального барабана 2 с помощью регулирующего устройства взаимно согласованы, что одновременно с увеличением диаметра намотки при свивке сохраняет постоянный шаг свивки.

Для аккуратного послойного укладывания троса на мотальном барабане всегда требуется укладочное устройство, которое состоит в основном (см. фиг. 3) из укладочной вилки 14, с помощью соответствующего привода возвратно-поступательного перемещаемой на напpавляющей 13 скольжения паpаллельно оси 3 вpащения баpабана. Цент тяжести укладочной вилки 14 лежит с одной стороны от оси 4 вращения ротора, при этом этот центр тяжести в процессе укладки изменяет свое положение и свое радиальное расстояние от оси 4 вращения ротора. В применявшихся до сих пор намоточных устройствах эта конструктивная особенность дополнительно усиливала дисбалансы, образующиеся в процессе укладки на самом мотальном барабане.

При вращающемся намоточном устройстве данной конструкции установлен противовес 15, масса и геометрия которого подобраны так, что в отношении своего центра тяжести он сбалансирован с укладочной вилкой. Противовес может перемещаться на направляющей 16 скольжения параллельно оси 3 намотки барабана, а именно каждый раз навстречу движения укладочной вилки 14. Размещение при этом выполнено так, что центр тяжести S противовеса 15 расположен на таком же расстоянии от оси 3 вращения барабана и одновременно в каждом положении укладочной вилки 14 и противовеса 15 относительно друг друга расположены диаметрально относительно оси 4 вращения ротора. В результате такого расположения само намоточное устройство уже по своей конструкции в значительной мере уравновешено так, что уже здесь возможны более высокие скорости вращения, которые огpаничиваются лишь дисбалансами, создающимися на мотальном барабане 2 к началу каждого слоя намотки.

На поперечине, диаметрально соединенной на роторе 1 с вилкообразной частью станины 9, в непосредственной близи от оси 4 вращения ротора и параллельно его оси, закреплен электрический серводвигатель 26, питание которого приводной электроэнергией происходит посредством передачи контактными кольцами. Приводной двигатель 26 пеpеходным зубчатым колесом 27 соединен с отклоняющим колесом 28, расположенным также на поперечине и параллельно оси 4 ротора. В конце направляющей 16 скольжения для противовеса 15 на станине установлены направляющие ролики 29. Таким образом, по соответствующему приводному ролику 30 на серводвигателе 26, направляющему ролику 28, а также внешним направляющим роликам 29 проложен передаточный механизм 31 в форме гибкого нерастяжимого тягового органа, предпочтительно зубчатого ремня. Тяговый орган 31 жестко соединен соответственно с укладочной вилкой 14 и противовесом 15 так, что при соответствующем направлении вращения серводвигателя 26 укладочная вилка 14 и противовес 15 принудительно и без проскальзывания перемещаются противоположно друг другу.

На станине 9 в зоне направляющей 13 скольжения установлены концевые переключатели 32 и 33, приводимые в действие регулируемыми установочными штифтами 34 на укладочной вилке, каждый раз, когда они достигают конечного положения по отношению к величине загрузки кабельного барабана. Посредством концевых переключателей 32 или 33 в этом случае каждый раз реверсируется направление вращения серводвигателя 30.

В варианте исполнения (см. фиг.4) выполненная в форме рычага укладочная вилка 17 установлена с возможностью возвратно-поступательного разворота посредством соответствующего двигателя вокруг лежащей в роторе 1 соосной с ним оси 18. Связанный с ней противовес 19 выполнен в этом случае просто как удлинение укладочной вилки 17. Поскольку при этом варианте исполнения гарантируется, что в каждом рабочем положении укладочной вилки линия соединения центра тяжести укладочной вилки с одной стороны, и противовеса с другой стороны происходит через ось 4 вращения ротора, то можно центр тяжести потивовеса 19 расположить также ближе к оси 4 вращения ротора. Это не нарушает равновесия между укладочной вилкой 17 и противовесом 19. Преимуществом этого расположения является также то, что момент инерции массы ротора в целом, в которую входит также масса укладочного устройства, из-за противовеса увеличивается несущественно, так что ускоряющие усилия, необходимые для процессов пуска и торможения, из-за этого не увеличиваются. Серводвигатель соответствующим соединительным механизмом может быть соединен с поворотной укладочной вилкой 17 (см. фиг.4).

Если при ранее принятых скоростях вращения было достаточно силы натяжения, действующей от привода мотального барабана на то, чтобы под действием центробежных сил препятствовать "разбалансированию" троса между крутильным ниппелем с одной стороны, и мотальным барабаном с другой, то предлагается, особенно при более тонком тросе с невысокой удельной прочностью при более высоких скоростях вращения (см. фиг.2), применять опорное устройство 20, которое целесообразно соединять с укладочной вилкой 14 или 17 и с которым трос может соприкасаться изнутри. Поскольку угловое положение троса 12 с увеличением диаметра намотки по отношению к оси 4 вращения ротора изменяется, то целесообразно установить ее на укладочной вилке 14. Чтобы здесь также добиться безупречного уравновешивания, целесообразно на противовесе 15, выполненном в конструктивном отношении в принципе так же, установить глухое опорное устройство 20 в качестве противовеса, изменяющего свое угловое положение аналогично опорной направляющей 20.

Для размещения такой опорной направляющей также предпочтителен вариант исполнения с поворотной укладочной вилкой (см. фиг.4), поскольку в процессе укладки взаимное ориентирование прилегающего к опорной направляющей троса не изменяется. Глухая направляющая 20 при варианте исполнения согласно фиг.4 может быть выполнена в виде дополнительно перемещаемого груза. Как в варианте исполнения для укладочной вилки с противовесом согласно фиг.3, так и при варианте исполнения укладочной вилки с противовесом согласно фиг.4, при размещении опорной направляющей целесообразно саму опорную направляющую и ее противовес соединить непосредственно между собой так, что опорная направляющая 20 и глухая направляющая 20' при необходимости уравновешиваются по тяжести независимо от других узлов.

Появляющиеся в процессе укладки и возникающие из-за троса на мотальном барабане 2 и вновь исчезающие переменные дисбалансы подробно поясняются на фиг.5. При вращении мотального барабана 2 вокруг оси 4 вращения ротора мотальный барабан 2 каждый раз находится в сбалансированном состоянии, если полностью уложен один слой намотки. С началом нового слоя намотки мотальный барабан 2 относительно оси 4 вращения ротора с одной стороны нагружается дополнительной массой, так что центр тяжести мотального барабана 2 в направлении оси 3 вращения барабана смещается в сторону, и в соответствии с этим увеличением намотки в направлении стрелки 21 возникает результирующая дисбалансная сила R в противоположном напpавлении. Дисбалансная сила R сначала растет. Однако поскольку с приближением завершения каждого слоя намотки общий центр тяжести снова отодвигается в направлении к оси 4 вращения ротора и с завершением слоя намотки расположение вновь становится симметричным, дисбалансная сила R сначала растет и с завершением слоя намотки вновь становится равной нулю, при этом дисбалансная сила не меняет своего направления.

С образованием нового слоя намотки, который начинается теперь с другой стороны мотального барабана, возникает дисбалансная сила в обратном напpавлении. Однако, поскольку слой намотки теперь в целом занимает большее расстояние l от оси 4 вращения ротора, то каждый раз возникающая и вновь исчезающая дисбалансная сила от слоя к слою увеличивается. В соответствии с этим несмотря на предусмотренное уравновешивание укладочного устройства максимально допустимая скорость вращения может быть повышена лишь незначительно, поскольку появляющиеся в pезультате намотки постоянно изменяющемся дисбалансы массы при относительно толстых кабелях создают значительные уравновешивающие силы. Чтобы здесь добиться дальнейшего повышения мощности намотки, на основании 8 двигателя установлены один или несколько виброприемников, которые в зависимости от конструкции станины двигателя могут быть выполнены как динамометры, акселерометры или датчики перемещения. Поскольку предельно допустимая возникающая из намотки дисбалансная сила R и предельно допустимая скорость вращения могут быть определены заранее, то размещение может быть выполнено так, что с помощью регулировочных устройств, соединенных с выполненными как динамометры виброприемниками 22, эта максимально допустимая уравновешивающая сила задается как максимальный верхний предел. В соответствии с этим к началу свивки ротор 1 может быть тогда доведен до своей конструктивно обусловленной предельно допустимой скорости вращения, которая затем каждый раз ступенчато при достижении заданной предельно допустимой уравновешивающей силы непрерывно или ступенчато понижается, так что относительно всей свивки работа производится в целом с более высокой средней скоростью вращения и в соответствии с этим вследствие существующей в результате заданного шага свивка связи между скоростью вращения ротора и скоростью вращения мотального барабана достигается более высокая производительная скорость.

При варианте исполнения с разворачивающейся вокруг центральной оси 18 укладочной вилкой 17 (см. фиг.4) существует еще, кроме того, также возможность скомпенсировать еще возникающие из-за намотки переменные дисбалансы. Если симметрично расположить на опорной стойке 18 два диаметральных относительно оси 4 вращения ротора установочных груза 23, 24 равной величины и выполнить их с возможностью разворота относительно друг друга, то можно уравновесить переменный дисбаланс Р массы. В исходном положении, т.е. при пустом мотальном барабане, оба уравновешивающих груза 23, 24 расположены относительно оси 4 вращения ротора точно взаимно диаметрально и также под прямым углом к оси 3 вращения барабана. Если теперь укладочная вилка 17 с началом нового слоя намотки разворачивается, начиная от внешней стороны барабана, то посредством исполнительного механизма оба уравновешивающих груза 23, 24 вследствие поворотного движения укладочной вилки 17 отклоняются в одинаковом направлении, так что образующаяся из обеих центробежных сил Fa результирующая Ра направлена противоположно дибалансной силе Р. Перестановочный механизм целесообразно при этом выполнить так, что в последующем поворотном движении укладочной вилки 17 в соответствии с уменьшением балансной силы Р оба уравновешивающих груза 23, 24 вновь разворачиваются назад в свое исходное положение. С началом нового слоя намотки уравновешиващие грузы 23, 24 в соответствии со встречным движением укладочной вилки 17 разворачиваются в другое направление.

Поскольку создаваемая уравновешивающими грузами 23, 24 противодействующая сила Р при заданной величине уравновешивающих грузов зависит от взаимного углового положения обоих грузов и расстояние соответствующего слоя намотки от оси 4 вращения ротора отмеряется непосредственно на укладочной вилке, то существует, кроме того, возможность с возрастанием намотки увеличить отклонение обоих уравновешивающих грузов 23, 24 из их основного положения, так что до полной обмотки мотального барабана переменные балансные силы Р, возникающие из-за самого процесса намотки, могут быть почти полностью скомпенсированы. В результате возможно дальнейшее повышение скорости вращения ротора, при этом дополнительно практически не требуется уменьшать скорость вращения ротора в течение всего периода свивки. Виброприемники 22 выполняют здесь тогда только предохранительную функцию.

При выборе размеров противовесов к укладочной вилке в самых разных вариантах исполнения они могут иметь одинаковую массу, поскольку укладочная вилка и противовес относительно оси 4 вращения ротора лежат здесь в одной и той же плоскости вращения. Однако при определении размеров уравновешивающих грузов 23, 24, посредством которых должны быть скомпенсированы возникающие в результате самого процесса намотки переменные балансные силы, следует учитывать, что возникающие в результате процесса намотки балансные силы действуют в месте пересечения оси 4 вращения ротора с осью 3 вращения мотального барабана, а центробежные силы, действующие через уравновешивающие грузы 23, 24 и из них результирующая противодействующая сила Р_а действуют в зоне укладочного устройства на ротор 1 в соответствии с этим при размотке следует учитывать различные рычажные моменты по отношению к стойке 11 со стороны балансной силы Р и уравновешивающей силы Р_а.

Дополнительно к ограничению скорости вращения, осуществляемому посредством соединенного с виброприемниками 22 регулировочного устройства, в качестве предохранительного устройства на станине 8 двигателя предусмотрен переключатель 25 сближения, состоящий, например, из электромагнитного чувствительного элемента и взаимодействующий с бандажным кольцом 5 ротора. При этом расположение выполнено таким образом, что индукция переключателя 25 сближения определена постоянным в обычном случае расстоянием между чувствительным элементом и поверхностью бандажного кольца. Однако, если на основании ошибки в регулировке скорость вращения ротора превышает максимально допустимую скорость вращения так, что под действием балансных сил ротор 1 отрывается от несущих роликов, то индукция переключателя 25 сближения изменяется так, что с помощью соответствующего переключающего устройства роторный приводной двигатель сразу отключается и активизируется торможение.

Энергопитание крутильного привода мотального барабана 2, а также укладочного устройства, включая все дополнительные процессы управления и измерения, происходит через расположенное в зоне стойки 11 контактное кольцо.

Расположение уравновешивающих грузов (см. фиг.5) не ограничивается вариантом исполнения укладочной вилки согласно фиг.4. Поскольку при укладочном устройстве, как оно описано на основании фиг.2 и 3, в каждом случае зона оси 4 вращения ротора свободна для использования, то такие разворачиваемые относительно друг друга уравновешивающие грузы могут быть установлены и при выполненном таким образом укладочном устройстве. Управление здесь также может выполняться посредством укладочной вилки 14, поскольку с началом формирования нового слоя намотки уравновешивающие грузы должны быть отключены в том же направлении, в котором перемещается и сама укладочная вилка 14.

Размещение таких частичных грузов имеет, кроме того, то преимущество, что во время работы они сами возвращаются в основное положение, так что не требуется прилагать дополнительного возвратного усилия. Согласно другому варианту исполнения, можно каждый уравновешивающий груз сам по себе выполнить из двух частей, взаимно переставляемых и устанавливаемых. Такое размещение позволяет дополнительно изменить используемую в работе величину каждого уравновешивающего груза, чтобы можно было настроить установку на различные толщины наматываемого троса.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАМОТКИ И СВИВКИ ТРОСА, содержащее установленный на станине с возможностью вращения от двигателя электропривода ротор, кинематически связанный с мотальным барабаном, ось вращения которого перпендикулярна оси вращения ротора, и укладчик троса, содержащий приводную вилку, установленную с возможностью возвратно-поступательного перемещения параллельно оси вращения мотального барабана, противовес, связанный посредством передаточных средств с вилкой с возможностью синхронного перемещения параллельно вилке в противофазе относительно нее, и коммутирующие элементы на концевых участках перемещения вилки для ее реверса, отличающееся тем, что привод вилки содержит установленный в зоне оси вращения ротора электрический серводвигатель, управляемый от коммутирующих элементов с возможностью реверсивного вращения и соединенный с передаточными средствами между противовесом и вилкой.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что противовес и вилка имеют одинаковый вес.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что передаточные средства образованы гибким нерастяжимым тяговым органом, связанным посредством ведомого элемента, расположенного в зоне оси вращения ротора, с серводвигателем и огибающим размещенные на роторе направляющие ролики, при этом концы гибкого органа жестко закреплены на вилке и противовесе.

4. Устройство по пп.1 - 4, отличающееся тем, что тяговый орган выполнен в виде зубчатого ремня.

5. Устройство по пп.1 - 4, отличающееся тем, что оно имеет ходовые ролики, на которых установлен ротор, и чувствительный элемент, взаимодействующий с ротором и управляющий его приводом при отрыве от ходовых роликов.

6. Устройство по пп.1 - 5, отличающееся тем, что оно имеет по меньшей мере один датчик вибраций ротора и средство регулирования частоты его вращения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5