КАТУШКА ДЛЯ НАМОТКИ ПРОВОЛОКИ

Полезная модель относится к устройствам для манипулирования проволокой в процессе ее обработки, а именно к вспомогательным устройствам для автоматизации ее намотки, и может быть использована в составе автоматических линий для производства высокопрочной проволоки, изготовляемой из стали.
Из уровня техники известна неразъемная катушка для намотки проволоки (SU 515548 A1, МПК В21С 47/28, опубл. 30.05.1976), выполненная в виде барабана с двумя фланцами, при этом на катушке со стороны каждого фланца в двух взаимно перпендикулярных поверхностях выполнены пазы, проходящие через фланцы и барабан, и имеющие длину большую половины высоты барабана.
Недостатком устройства является отсутствие в конструкции катушки средств автоматики, что делает ее малопригодной для использования в составе автоматических линий по производству проволоки.
Наиболее близким по технической сущности к заявленной полезной модели является устройство для измерения длины проволоки (KR 20120034350 A, МПК G01B 5/04, опубл. 12.04.2012), включающую в себя верхнюю и нижнюю пластины механически соединенные между собой подпружиненными болтами, при этом на нижней пластине установлены два ролика с возможностью вращения вокруг собственной оси, а на верхней пластине установлен счетчик вращения. Устройство закреплено на катушке с намотанным на нее длинномерным материалом - кабелем или проволокой. При необходимости выполнить измерение отрезка материала его пропускаю через ролики, регулируя расстояние между верхней и нижней пластинами таким образом, чтобы при размотке материала счетчик вращения поджимал его, вращаясь и не проскальзывая, обеспечивая тем самым измерение длины кабеля или проволоки.
Недостатком известного технического решения является его низкая технологичность, вследствие использования в конструкции частей механически соприкасающихся с длинномерным материалом, что приводит к износу устройства в случае его использования для непрерывного контроля длины кабеля или проволоки. Кроме того, вследствие конструктивных особенностей датчика, его возможности ограничены, например, при определении массы проволоки намотанной на катушку.
Технической задачей заявленного технического решения является расширение функциональных возможностей катушки для намотки проволоки и обеспечения возможности использования ее не только для смотки проволоки в бунт, но и как измерительного элемента в системах автоматического управления линией по изготовлению проволоки.
Указанная задача решена за счет того, что катушка для намотки проволоки содержит опорную втулку с установленными по ее краям дисками, внутри которой размещена ось на опорах, при этом в дисках выполнены продольные сквозные пазы на половину диаметра их окружности, а на оси с одной стороны катушки закреплена первая линейка с установленными на ней светоизлучающими приборами, а с противоположной стороны катушки закреплена вторая линейка с установленными на ней фотоэлементами.
Фотоэлементы, расположенные на второй линейке оптически связаны со светоизлучающими приборами, расположенными на первой линейке, выходы фотоэлементов и входы светоизлучающих приборов подключены к блоку управления, содержащему модули индикации и ввода данных, а также модуль беспроводной связи. При этом силовой выход блока управления подключен к электродвигателю, соединенному с опорной втулкой катушки механической передачей.
Положительным техническим результатом, обеспечиваемым указанной совокупностью конструктивных признаков, является возможность использования катушки в качестве следящего элемента в системе автоматического управления линией по изготовлению проволоки, за счет применения в ее конструкции бесконтактных датчиков, представляющих собой оптроны - пары светоизлучающих приборов и оптически связанных с ними фотоэлементов, подключенные к блоку управления. Модуль беспроводной связи блока управления обеспечивает возможность передачи измерений, выполненных с помощью оптронов, системе автоматического управления линией по изготовлению проволоки.
Конструкция катушки поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан внешний вид катушки в изометрии; на фиг. 2 - расположение первой и второй линеек; на фиг. 3 - схема подключения электродвигателя к катушке; на фиг. 4 - схема расчета параметров бунта проволоки на основе данных, полученных с помощью линеек.
Катушка для намотки проволоки содержит опорную втулку 1 с установленными по ее краям дисками 2 и 3, внутри которой размещена ось 4 на опорах 5 и 6. В дисках 2 и 3 выполнены продольные сквозные пазы 7 на половину диаметра их окружности, а на оси 4 с одной стороны катушки закреплена первая линейка 8 с установленными на ней светоизлучающими приборами, а с противоположной стороны катушки на оси закреплена вторая линейка 9 с установленными на ней фотоэлементами. Светоизлучающие приборы и фотоэлементы подключены, соответственно, к выходам и входам блока управления 10.
Число светоизлучающих приборов и оптически связанных с ними фотоэлементов может быть произвольным и зависеть от габаритных размеров катушки. В общем случае число оптически связанных пар (оптопар) целесообразно выбирать большим или равным пяти. В качестве технических средств, реализующих светоизлучающие приборы, могут быть использованы любые известные направленные искусственные источники света, например яркие светодиоды или оптические лазеры, а в качестве фотоэлементов, например, - фоторезисторы или фотодиоды. Блок управления, предусмотренный конструкцией катушки, может быть выполнен на основе промышленного контроллера любой разрядности. При этом, учитывая достаточно простые алгоритмы управляющих программ, необходимых для функционирования устройства, для реализации промышленного контроллера могут быть использованы как достаточно простые восьмиразрядные микроконтроллеры, например серии Atmel ATMega, так и более высокопроизводительные тридцатидвухразрядные, выполненные на ядре ARM7. Электродвигатель 11, механически связанный с направляющей втулкой катушки 1 и подключенный к силовому выходу блока управления 10, может быть как асинхронным, так и шаговым, а механическая передача - клиноременной.
Устройство работает следующим образом. Перед началом работы опорную втулку 1 с установленными по ее краям дисками 2 и 3, а также первую и вторую линейки устанавливают на ось 4. Соединяют вал электродвигателя 11 с опорной втулкой 1, подключают блок управления к светоизлучающим приборам и фотоэлементам, а также к электродвигателю, закрепляют конец наматываемой проволоки на опорной втулке катушки, а затем подают питание к блоку управления и электродвигателю и активируют управляющую программу блока управления.
Блок управления включает электродвигатель, передающий вращающий момент с вала электродвигателя на опорную втулку катушки посредством механической передачи. На фиг. 3 показан вариант исполнения катушки с клиноременной передачей 12 от электродвигателя.
При вращении катушки оптическая связь между светоизлучающими приборами и фотоэлементами прерывается на время, равное периоду вращения опорной втулки катушки вокруг оси и восстанавливается, когда пазы 7, первая и вторая линейки оказываются на одной прямой. Указанное свойство катушки позволяет измерять и контролировать скорость ее вращения, и, соответственно, длину намотанной проволоки, замеряя интервалы времени между разрывом и восстановлением оптической связи между светоизлучающими приборами и фотоэлементами.
При равномерной послойной намотке через некоторое время бунт проволоки начнет полностью разрывать оптические связи между оптопарами, начиная с расположенной наиболее близко к центру опорной втулки. Зная высоту расположения каждой из оптопар, геометрические параметры катушки, а именно, - длину и диаметр ее опорной втулки, а также параметры наматываемой проволоки - ее плотность и диаметр, можно с определенной степенью точности измерять вес намотанной на катушку проволоки. Точность измерения будет напрямую зависеть от числа установленных на линейках оптопар.
Рассмотрим работу блока управления устройства при определении длины намотанной на катушку проволоки, а также ее массы на примерах.
Первый пример иллюстрирует возможность определения длины намотанной на катушку проволоки.
Пусть после начала работы устройства блок управления зарегистрировал N=10 разрывов и восстановлений оптической связи между оптопарами. При этом известно, что ни одного полного разрыва оптической связи между ними зарегистрировано не было, а диаметр опорной втулки равен D=300 мм. На основе этих данных блок управления вычислит приблизительную длину намотанной проволоки по известной формуле:
П
Длина проволоки, соответственно, составит L=3,14×300×10=9420 мм.
Второй пример иллюстрирует возможность определения длины намотанной на катушку проволоки с использованием оптопар.
Пусть через некоторое время после начала работы устройства блок управления зарегистрировал полный разрыв оптической связи первой оптопары, находящейся наиболее близко к центру опорной втулки. При этом известно, что диаметр опорной втулки, как и в предыдущем примере, равен D=300 мм, диаметр наматываемой проволоки составляет t=1 мм, высота, на которой закреплена первая оптопара, составляет Н=310 мм, длина опорной втулки катушки равна L=1000 мм.
i
i-1
0
D
Учитывая, что бунт наматываемой на катушку проволоки с каждым слоем увеличивается в диаметре, последнее приближенно можно описать в виде арифметической прогрессии D=D+t, при этом D=D. Следовательно, сумму диаметров намотанных слоев можно рассчитать, как сумму первых n элементов арифметической прогрессии , где . Для приведенных выше исходных данных n=(0.31-0.3)/0.001=10, а сумма диаметров S=[(0.301-0.31)/2]×10=3.055 м.
Ориентировочную длину намотанной на катушку проволоки в этом случае можно определить на основе зависимости:
П
приняв за допущение, что каждый слой содержит одинаковое число витков, а толщина каждого витка равна диаметру проволоки. На основе формулы (2), для случая приведенных выше исходных данных блок управления вычислит приблизительную длину намотанной проволоки, которая составит L=[(3.14×1)/0.00l]×3.055=9592.7 м.
В качестве третьего примера проиллюстрируем возможность устройства автоматически вычислять массу проволоки, намотанной на катушку.
3
Используем исходные данные второго примера и предположим, что на катушку наматывается стальная проволока, плотность которой равна ρ=7800 кг/м. В этом случае массу проволоки можно приблизительно оценить, как массу стального кольца, расположенного на опорной втулке катушки по формуле:
На основе формулы (3) блок управления вычислит приблизительную массу намотанной проволоки, которая составит .
Вычисленные значения длины намотанной на катушку проволоки и ее массы контролируются оператором линии по производству проволоки с помощью модуля индикации, кроме этого они могут быть использованы для коррекции параметров программы блока управления устройством.