Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ИДЕНТИЧНЫХ ПАКОВОК НА ПАРТИОННОЙ СНОВАЛЬНОЙ МАШИНЕ

Изобретение относится к текстильной промышленности, а именно к устройствам формирования идентичных паковок в приготовительном отделе ткацкого производства на партионных сновальных машинах.

Известно устройство, с помощью которого реализуется способ формирования ткацких навоев (Патент РФ №2178023, МПК D02H 13/12, 2002 г.). В состав устройства входят двоично-десятичный переключатель для набора конечного числа оборотов K₁ и ввода его в оперативную память вычислительного блока, двоично-десятичный переключатель для набора максимального количества импульсов K_2max с пиноли сновальной машины и ввода его в оперативную память вычислительного блока, двоично-десятичный переключатель для набора количества отводов K₃, приходящихся на один участок аппроксимации, и ввода его в оперативную память вычислительного блока, вычислительный блок, обеспечивающий реализацию операций разработанного способа отвода уплотняющего вала, датчик количества импульсов с пиноли сновальной машины, датчик числа импульсов с накладного роликового датчика, исполнительное устройство с редуктором, уплотняющий вал сновальной машины и сновальный вал.

Фактический радиус намотки ρ_ф сновальных паковок измеряется за восемь оборотов сновального вала путем подсчета импульсов n_o с накладного роликового датчика, контактирующего с поверхностью намотки, в соответствии с формулой:

К недостатку указанного устройства следует отнести наличие в его составе исполнительного механизма, включающего в себя шаговый двигатель и редуктор. Для управления шаговым двигателем блок управления при расчете угла поворота сначала формирует параллельный код, а затем преобразует его в последовательность импульсов, которая подается на вход шагового двигателя. С приходом каждого импульса вал шагового двигателя поворачивается на строго заданный угол. Частота выдачи с блока управления последовательности импульсов связана только с частотными свойствами применяемого шагового двигателя и совершенно не связана с частотными свойствами контролируемого объекта. Использование такого исполнительного механизма снижает быстродействие устройства и усложняет алгоритм управления формированием намотки.

Известно устройство, реализующее способ формирования ткацких навоев (Способ формирования ткацких навоев и устройство для его осуществления, патент РФ №2278913, МПК D02H 13/28, D02H 3/00, 2006), содержащее электродвигатель и редуктор, механическую фрикционную муфту с узлом включения-выключения, а также кулачковую пару, первый элемент которой кинематически связан с уплотняющим валом, а второй - через редуктор с электродвигателем.

Недостатком устройства является то, что для изменения тормозного момента фрикционной муфты используется обычный электродвигатель переменного тока, вал которого в момент выключения за счет инерции некоторое время продолжает вращаться. В этом случае снижается точность отслеживания теоретического радиуса намотки.

За прототип принято устройство для формирования длинномерных материалов в рулон (Патент РФ №2329939, МПК В65Н 77/00, 2008), содержащее датчик текущего количества оборотов, датчик фактического радиуса намотки, блок управления, фрикционную муфту, усилитель мощности, масштабирующий усилитель и цифроаналоговый преобразователь, входы которого связаны с блоком управления, а выход через масштабирующий усилитель и усилитель мощности связан с входом электромагнитной муфты.

Недостатком устройства является то, что в блок управления заносится кодовая комбинация, соответствующая максимальному усилию F_max и минимальному усилию F_min уплотняющего вала. Реализация предложенного способа на ряде текстильных предприятий выявила как положительные свойства с точки зрения быстродействия, так и ряд недостатков. К их числу следует отнести небольшой диапазон изменения линейной плотности пряжи, который составляет ± 3%, а также смещение математического ожидания линейной плотности пряжи от номинальной величины в ту или другую сторону. Так, например, если в модель закладывается пряжа номер 34 (29,4 текс), а по факту может оказаться номер 35 (28,57 текс) или 33 (30,3 текс), то устройство автоматически, либо ослабляет усилие прижима уплотняющего вала к намотке, либо его увеличивает. Как только усилие прижима уплотняющего вала будет соответствовать либо максимальному усилию F_max, либо минимальному F_min, то устройство уже не обеспечивает формирование намотки по заданной модели и переводит сновальную машину на обычный режим работы с постоянным усилием прижима. Сформированные таким образом паковки уже не могут быть установлены на сновальную стойку шлихтовальной машины, на которой сновальные валы должны разматываться с равной частотой вращения. Такие валы должны отбраковываться и перерабатываться по стандартной технологии.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении точности регулирования за счет автоматического поиска номинальной линейной скорости снования, соответствующей перерабатываемой линейной плотности пряжи.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для формирования идентичных паковок на партионной сновальной машине, содержащее электродвигатель, датчик количества импульсов с пиноли сновальной машины, датчик числа импульсов с накладного роликового датчика, электромагнитную муфту, усилитель мощности, масштабирующий усилитель, цифроаналоговый преобразователь и блок управления, дополнительно содержит блок согласования, первый вход которого связан с первым выходом блока управления, второй выход блока управления связан со вторым входом блока согласования, выход которого связан с электродвигателем.

На чертеже представлена структурная схема устройства. В состав заявляемого устройства входят датчик количества импульсов с пиноли 1 сновальной машины, датчик числа импульсов 2 с накладного роликового датчика, блок управления 3, цифроаналоговый преобразователь 4, масштабирующий усилитель 5, усилитель мощности 6, электромагнитная муфта 7, обеспечивающая изменение давления на намотку, уплотняющий вал 8, сновальный вал 9, блок согласования 10 и электродвигатель 11.

Для наматывания идентичных сновальных паковок была выбрана модель, основное уравнение которой описывает линейную зависимость скорости перемещения а уплотняющего вала (координаты полярные) от угла поворота θ сновальной паковки (Кутьин А.Ю. О моделировании процесса формирования цилиндрических паковок рулонного типа / А.Ю. Кутьин, Ю.К. Кутьин // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. - 2001. - №2. - С.113-117):

где a_H - начальная скорость перемещения точки наматывания по радиус-вектору, м/рад; θ=2πn - текущий угол поворота сновального вала, рад; n - текущее количество оборотов сновального вала; b=МТ/(πН), кг/(м²·рад); ρ_o - радиус ствола сновального вала, м; М - число нитей в заправке; Т - линейная плотность пряжи, кг/м; Н - рассадка фланцев, м; ρ - текущий радиус намотки, м; L - длина нитей, м; γ_ср - средняя плотность намотки, кг/м³; χ=d²ρ/dθ² - скорость изменения функции а(θ), м/рад².

Расчет параметров намотки сновальной паковки производится так же, как и в прототипе.

1. Рассчитываем конечный радиус намотки ρ_K, используя формулу (5) для определения средней объемной плотности:

2. Рассчитываем конечное количество оборотов n_K сновального вала, исходя из следующей математической модели:

где а_ср - среднее значение функции а(θ) на интервале [0; θ]

3. Рассчитываем величину скорости изменения функции а(θ):

; ; ;

где γ_H - начальная плотность намотки, кг/м;

4. Рассчитываем уточненное количество конечных оборотов n_ку, используя численный метод и формулу (4) при L=L_З и θ_ку=2πn_ку:

где L_З - заданная в технологическом задании длина снования.

5. Рассчитываем уточненный конечный радиус намотки:

6. Рассчитываем количество импульсов K₂ с пиноли сновальной машины, через которое изменяется давление уплотняющего вала на намотку и осуществляется его отвод на величину номинального теоретического приращения Δρ_H. Для расчета величины K₂ используется формула (3):

где g - число оборотов вала, через которое производится изменение величины давления уплотняющего вала на намотку. С учетом порядка величины χ(10^-11-10^-12) в выражении (11) и соотношений (8) величину K₂ можно определить:

где µ - число меток на пиноли сновальной машины.

7. Рассчитываем величину натяжения λ, которая соответствует номинальной линейной плотности и диаметру пряжи, а также заданной линейной скорости снования. Расчет производится на основе эмпирической формулы, полученной в результате многочисленных исследований на действующем оборудовании:

где d - диаметр формируемой пряжи.

В процессе формирования намотки линейная плотность пряжи и ее диаметр могут изменять случайным образом свои значения, которые можно обнаружить только за счет отклонения величины а(θ) от заданного закона, определяемого выражением (2). Такое отклонение сопровождается изменением фактического радиуса намотки, рассчитываемого по формуле (1), от теоретического радиуса намотки, рассчитываемого в соответствии с выражением (3). Это изменение фактического радиуса намотки ликвидируется за счет адекватного изменения усилия прижима уплотняющего вала 8. Однако, когда появляется кодовая комбинация, соответствующая либо максимальному усилию F_max уплотняющего вала на намотку, либо минимальному усилию F_min, то в этом случае, чтобы сохранить номинальную линейную плотность и диаметр пряжи, должно выполняться следующее соотношение:

где a₁(θ) - скорость перемещения точки наматывания, соответствующая либо максимальному усилию прижима F_max уплотняющего вала к намотке, либо минимальному усилию F_min, υ_л1 - линейная скорость снования, соответствующая либо максимальному усилию прижима, либо минимальному.

В этом случае для того, чтобы сохранить линейную плотность и диаметр пряжи новое значение линейной скорости снования можно вычислить по формуле:

Для обеспечения работы устройства использовался контроллер ADAM-5510, обладающий виртуальной дисковой операционной системой, достаточно большим объемом оперативной памяти и постоянным запоминающим устройством ПЗУ для хранения прикладных программ пользователя. Постоянные величины, которые в процессе работы не меняются, заносятся в ПЗУ. К ним относятся радиус ствола ρ_о сновального вала и величина номинального теоретического приращения радиуса намотки Δρ_H. Величины L_З, γ_H, γ_ср заносятся в оперативное запоминающее устройство.

Перед началом работы в блок управления 3 вводится длина намотки L_З, начальная плотность γ_H, средняя объемная плотность γ_cp намотки и коэффициент b. Ввод исходных данных осуществляется аналогично патенту РФ №2278913 (на фиг.1 устройство ввода не показано), после чего блок управления 3 производит расчеты в соответствии с формулами 1-7 и выдает сигнал о готовности работы. Уплотняющий вал 8 подводится к стволу сновального вала и начинается процесс намотки.

На пиноли сновальной машины установлен обруч, имеющий восемь меток, и за один оборот сновального вала 9 датчик количества импульсов с пиноли 1 сновальной машины выдает на свой выход восемь импульсов. В памяти блока управления 3 организуются: счетчик текущего количества оборотов n; счетчик количества импульсов с пиноли сновальной машины K₂; счетчик числа импульсов с накладного роликового датчика n_o, счетчик K₁ для подсчета восьми оборотов сновального вала и записывается номинальная линейная скорость ν_л снования.

При пуске сновальной машины блок управления 3, получая информацию с датчика количества импульсов с пиноли 1 и с датчика числа импульсов 2 с накладного роликового датчика и используя внутренний таймер, рассчитывает фактическую линейную скорость снования ν_лф в соответствии с формулами:

где n - количество оборотов с датчика количества импульсов с пиноли 1, t - время, N - число оборотов единицу времени, ω - частота вращения.

Если υ_лф<υ_л, то на первом выходе блока управления 3 появляется сигнал, в соответствии с которым блок согласования 10 увеличивает частоту вращения электродвигателя 11. Как только фактическая линейная скорость υ_лф окажется равной номинальной скорости υ_л, то сигнал с блока управления 3 снимается и частота вращения электродвигателя 11 перестает меняться. Если υ_лф>υ_л, то на втором выходе блока управления 3 появляется сигнал, в соответствии с которым блок согласования 10 уменьшает частоту вращения электродвигателя 11. Это уменьшение частоты вращения прекращается при выполнении условия υ_лф=υ_л. В этом случае сигнал со второго выхода блока управления 3 снимается и частота вращения перестает меняться.

В памяти блока управления 3 записывается кодовая комбинация, например 111111. Эта комбинация преобразуется с помощью цифроаналогового преобразователя 4 в аналоговое напряжение. Полученное напряжение с помощью масштабирующего усилителя 5 приводится в соответствие с напряжением питания U_П электромагнитной муфты 7. После этого с помощью усилителя мощности 6, который обеспечивает необходимый ток, напряжение подается на электромагнитную муфту 7. При включении муфты 7 на полное напряжение происходит блокировка отвода уплотняющего вала 8 от намотки. При выключении электромагнитной муфты 7 для поддержания определенного давления на намотку напряжение не должно падать до нуля. Поэтому организуется шестиразрядный счетчик, кодовые комбинации которого (их 64) определяют величину пониженного напряжения. Минимальная величина пониженного напряжения, которая определяет минимальное усилие F_max уплотняющего вала 8 на намотку, определяется по формуле:

где U₀ - постоянное напряжение, приложенное к муфте, ψ - число разрядов счетчика.

В качестве начального пониженного напряжения выбирается кодовая комбинация 000001. В блок управления 3 заносится кодовая комбинация, соответствующая минимальному усилию F_min и максимальному усилию F_max уплотняющего вала 8.

При пуске сновальной машины в работу на выходе блока управления 3 выставляется кодовая комбинация 111111, которая с помощью цифроаналогового преобразователя 4 преобразуется в аналоговый сигнал. Полученное напряжение через масштабирующий усилитель 5 и усилитель мощности 6 обеспечивает включение электромагнитной муфты 7 на полное напряжение питания U_П. На вход блока управления 3 начинают поступать импульсы с датчика количества импульсов с пиноли 1 сновальной машины и с датчика числа импульсов 2 с накладного роликового датчика. С этого момента периодически за восемь оборотов сновального вала производится счет импульсов n_o с датчика числа импульсов 2 с накладного роликового датчика, которые используются для расчета фактического радиуса намотки в соответствии с формулой (1). Рассчитанное значение фактического радиуса намотки хранится в ячейке памяти блока управления 3 до очередного измерения фактического радиуса. При очередном измерении ρ_Ф его значение записывается в ту же ячейку памяти, а старое стирается.

Одновременно блок управления 3 считает импульсы с датчика количества импульсов с пиноли 1 сновальной машины. Как только это число импульсов будет равно величине K₂, то проверяется условие: содержимое шестиразрядного счетчика соответствует максимальному усилию F_max уплотняющего вала. Если нет, то производится расчет теоретического радиуса ρ_T:

Когда определен теоретический радиус намотки ρ_T, то производится его сравнение с фактическим радиусом ρ_Ф. Если ρ_Ф-ρ_T>Δρ_H, то к кодовой комбинации 000001 прибавляется 1 и кодовая комбинация 000010 из блока управления 3 выдается на цифроаналоговый преобразователь 4. В этом случае величина пониженного напряжения через масштабирующий усилитель 5 и усилитель мощности 6 подается на электромагнитную муфту 7. Время включения электромагнитной муфты 7 на пониженное напряжение равно времени переходных процессов в электромагнитной муфте. Если давление со стороны намотки больше чем со стороны уплотняющего вала, то уплотняющий вал отодвигается намоткой. По завершении переходных процессов в электромагнитной муфте 7 блок управления 3 выдает на цифроаналоговый преобразователь 4 кодовую комбинацию 111111, который преобразует ее в напряжение и оно через масштабирующий усилитель 5 и усилитель мощности 6 подается на электромагнитную муфту 7. При включении электромагнитной муфты 7 на полное напряжение она блокирует отвод уплотняющего вала 8. Такой режим работы сновальной машины необходим для устранения эксцентриситета и обеспечения абсолютной цилиндрической намотки.

При очередном цикле сравнения теоретического радиуса намотки ρ_T с фактическим ρ_Ф, если ρ_Ф-ρ_T>Δρ_H, то к предыдущей кодовой комбинации 000010 прибавляется 1. Блок управления 3 выдает на цифроаналоговый преобразователь 4 кодовую комбинацию 000011, который преобразует ее в напряжение и оно через масштабирующий усилитель 5 и усилитель мощности 6 подается на электромагнитную муфту 7. По завершении переходных процессов в электромагнитной муфте блок управления 3 снова выдает на цифроаналоговый преобразователь 4 кодовую комбинацию 111111. Процесс прибавления 1 прекращается, если выполняется условие ρ_Ф-ρ_T>Δρ_H.

Если при очередном цикле сравнения теоретического радиуса ρ_T намотки с фактическим радиусом ρ_Ф справедливо неравенство ρ_Ф-ρ_T>Δρ_H, то из последней кодовой комбинации вычитается 1. Процесс вычитания 1 прекращается, если выполняется условие ρ_Ф-ρ_T>Δρ_H.

В процессе работы сновальной машины блок управления 3 каждый раз считает импульсы с датчика количества импульсов с пиноли 1 сновальной машины. Как только это число будет равно величине K₂, то проверяются два условия. Первое условие. Кодовая комбинация шестиразрядного счетчика равна кодовой комбинации минимального усилия F_min уплотняющего вала 8. Если равна, то блок управления 3 в соответствии с формулой (15) рассчитывает уменьшенное значение номинальной линейной скорости снования υ_л1min - в этом случае устройство будет обеспечивать постоянство нового значения номинальной линейной скорости снования υ_л1min. Второе условие. Кодовая комбинация шестиразрядного счетчика равна кодовой комбинации максимального усилия прижима F_max уплотняющего вала 8. Если равна, то блок управления 3 в соответствии с формулой (15) рассчитывает увеличенное значение номинальной линейной скорости снования υ_л1min. В этом случае устройство будет обеспечивать постоянство нового значения номинальной линейной скорости снования υ_л1min.

Процесс расчета теоретического радиуса ρ_т и его сравнение с фактическим радиусом намотки ρ_Ф производится через каждые K₂ импульсов. Это происходит до тех пор, пока количество оборотов сновальной паковки, подсчитываемых блоком управления 3, не сравняется с расчетным значением уточненного количества оборотов n_ку. При равенстве текущего количества оборотов расчетному количеству блок управления 3 выдает потенциал, который используется для завершения процесса намотки. На табло блока управления 3 высвечивается длина намотки, фактический радиус ρ_Ф и фактическое количество оборотов сновального вала.

Применение данного устройства для формирования идентичных партионных паковок обеспечивает повышение точности регулирования за счет автоматического изменения линейной скорости снования, соответствующей перерабатываемой линейной плотности пряжи.