УСТРОЙСТВО СМАТЫВАНИЯ НИТИ

Полезная модель относится к области производства химических волокон и к области текстильной промышленности, применяется в шпулярниках крутильных машин, ткацких станков и других текстильных машин при сматывании нити с входных паковок радиальным (тангенсальным) способом: нить, сходящая с поверхности паковки, вращает эту паковку силой натяжения, преодолевающей силу сопротивления вращению паковки. Важными свойствами устройства для радиального сматывания нити, способствующим их применению, являются: возможность сматывания нитей с нитеносителей сложной формы - двухфланцевых катушек; сохранение величины исходной крутки сматываемой нити без изменения.
По этому способу работает устройство сматывания нити на крутильных машинах для производства крученых изделий и их полуфабрикатов технического назначения (Прядение лубяных и химических волокон и производство крученых изделий. Учебник для ВУЗов В.Г.Комаров, П.Н.Гинзбург, В.А.Забелин, Н.С.Кульков, Л.Г.Меламед. - М.: Легкая индустрия, 1980 - 494 с., ил., стр.359 рис.180, стр.486 рис.233 стр.447 рис.217 стр.397 рис 199, а также Косцов А.А. Машины крутильного производства. - М. Легкая и пищевая промышленность, 1981 - 272 с., стр.159).
Аналогичная конструкция устройства сматывания нити с паковки применена в шпулярнике ткацкого станка для выработки кордной ткани для автошин (Соколов Г.В. Производство автокорда, - М. Легкая промышленность, 1951, стр.159-163).
В рассматриваемой конструкции на ось одевается бобинодержатель, выполненный в виде втулки, во внутреннем отверстии которой установлены
пластмассовые вкладыши, образующие с осью подшипник скольжения сухого трения. На наружную поверхность бобинодержателя одевается нитеноситель паковки. При сматывании нить вращает паковку с бобинодержателем на оси и за счет силы трения в подшипнике скольжения получает натяжение, определяемое по формуле
преобразующейся в формулу
1
i
n
при R≤R≤R
Tp.i
где М - момент трения в опоре вращения;
Ti - текущее натяжение нити;
А - коэффициент пропорциональности;
i
R - текущий радиус паковки, с которого сматывается нить;
1
R - радиус нитеносителя, внешний;
n
R - радиус паковки в начале сматывания.
Графиком функции  является прямая линия 1 на фиг.1. Пропорциональное радиусу паковки изменение натяжения при сматывании нитей в процессе кручения изделий приводит к разнодлинности («штопорности») составляющих нитей и снижению разрывной нагрузки изделия. В производстве кордных тканей вследствие такого изменения натяжения нити образуется «провисание» отдельных участков ткани, которые при обрезинивании повреждаются.
Другой, причиной неравномерного натяжения нити при сматывании является нестабильность коэффициента сухого трения в длительной эксплуатации, которая вызывается засоренностью подшипника производственной пылью, продуктами износа пластмассовых втулок в процессе приработки (Подшивалов Р.Н., Суслов Н.И. Капроновые детали машин, М., Машгиз, 1961, стр.4).
Существенными недостатками конструкции этого устройства являются: большая неравномерность натяжения нитей, нестабильность коэффициента сухого трения в опорах бобинодержателя, отсутствие
возможности регулирования уровня натяжения нити применительно к условиям технологических процессов кручения, ткачества и иных процессов.
Совпадающие признаки аналога и полезной модели: бобинодержатель, несущий паковку с нитью, имеющий возможность вращения под действием силы натяжения нити при ее сматывании; устройство фрикционного торможения бобинодержателя с паковкой нити.
В заявке Германии №10045104 «Шпулярник» (МПК D02H 1/00, D02H 13/26. Заявл. 12.09.2000 Опубл. 25.04.2002), устройство сматывания нити содержит выполненный в виде цилиндрической втулки бобинодержатель, имеющий возможность вращения на оси. На бобинодержатель устанавливается паковка, нитеноситель который соединяется с наружным диаметром бобинодержателя так, что последний вращается вместе с паковкой. На бобинодержателе имеется блок, огибаемый тормозной лентой, один конец которой закреплен неподвижно, а другой - оттягивается пружиной. Момент торможения может регулироваться натяжением ленты. В этом устройстве натяжение нити складывается из 2-х составляющих:
Σi
где Т - натяжение нити, сматываемой с паковки;
1i
Т - натяжение нити, создаваемое моментом силы трения на оси вращения бобинодержателя;
2i
Т - натяжение нити, создаваемое моментом силы трения в ленточном тормозе бобинодержателя.
1
Натяжение T определяется по приведенной ранее формуле
графически изображенной на фиг.1 линией 1.
2
Натяжение Т определяется по формуле
c
где M - момент сопротивления вращению бобинодержателя в ленточном тормозе.
c
Так как M - величина постоянная в течение времени сматывания нити с паковки, то уравнение является гиперболой, которая графически изображена на фиг.1 кривой 2.
Суммарное натяжение
Графически это уравнение изображено на фиг.1 кривой 3.
Координата точки минимума кривой
Существенными недостатками конструкции устройства сматывания нити с ленточным тормозом являются: зависимость равномерности натяжения нити от величины момента сопротивления в ленточном тормозе изменяющем график кривой 2 на фиг.1; нестабильность коэффициента сухого трения в опорах бобинодержателя, при приработке и вследствие износа при длительной эксплуатации; повышенное натяжение нити, создаваемое ленточным тормозом бобинодержателя, при прочих равных условиях сматывания, которое может не соответствовать требованиям технологического процесса, особенно, в ткачестве.
Совпадающие признаки аналога и полезной модели: бобинодержатель, несущий паковку с нитью, имеющий возможность вращения под действием натяжения нити при ее сматывании, устройство внешнего фрикционного торможения бобинодержателя с паковкой нити.
В качестве прототипа полезной модели принято устройство сматывания нити, примененное в заявке Германии №10045104 «Шпулярник».
Общий замысел создания полезной модели состоит в том, чтобы исключить влияние изменяющейся массы паковки на натяжение сматываемой радиальным способом нити и обеспечить возможность получения более низкого и равномерного натяжения нити при внешнем торможении паковки. Техническое решение этой задачи содержит два конструкторских предложения:
к
установка бобинодержателей на подшипники качения с коэффициентом трения качения f=0,0015 (Бейзельман Р.Д., Цыпкин Б.В., Перель Л.Д. Подшипники качения. Справочник. Изд. 6-е, перераб. и доп. М., Машиностроение, 1975, 572 с., см. стр.148, табл.36), при котором натяжение нити при сматывании с паковок будет близким к нулю;
внешнее торможение паковки осуществляется по текущей поверхности паковки следящим копиром, постоянно прижатым к ней пружиной. В этом случае натяжение нити будет равно силе трения между копиром и паковкой, а изменение натяжения будет пропорционально изменению деформации пружины.
н
н
н
На фиг.2 изображены графики натяжения нити при торможении паковки копиром со спиральной пружиной в зависимости от величины угла закручивания (числа оборотов) спиральной пружины φ. Линия 4 является графиком заданного натяжения T в начале сматывания нити с паковки. Это значение T может быть получено при использовании различных пружин, имеющих одинаковый крутящий момент при различных углах закручивания пружины. Так как натяжение T пропорционально значению крутящего момента пружины, то для всех пружин
i
где А - коэффициент пропорциональности при применении i-й пружины;
i
φ - угол закручивания
i
кi
Линии 5, 6, 7, 8 изображают графики натяжения нити в процессе сматывания при различных пружинах, где конечной точке сматывания соответствует натяжение Тк и угол закручивания пружины φ
где α - угол поворота копира и соединенного с ним конца пружины в направлении противоположном начальному углу закручивания.
Отношение
есть уравнение гиперболы, на графике 9 которой расположены все конечные точки графиков натяжения сматываемой нити при различных пружинах.
н
Горизонтальной асимптотой этой гиперболы является график начального натяжения нити T. Из этого следует, что пружине с большей начальной деформацией (углом закручивания) соответствует меньшее отклонение натяжения в конце сматывания от начального натяжения при равных крутящих моментах.
Например, при α=30° в зависимости от числа оборотов закручивания пружины в пределах от i=½ до i=3, получим:
i=½,
φ<sub>кр</sub>=½·360;\tabT<sub>к1/2</sub>=0,833 T<sub>н</sub>
i=1,
φ<sub>1</sub>=1·360;\tabT<sub>к1</sub>=0,917 T<sub>н</sub>
i=2,
φ<sub>2</sub>-2·360;\tabТ<sub>к2</sub>=0,958 T<sub>н</sub>
i=3,
φ<sub>3</sub>=3·360;\tabT<sub>к3</sub>=0,972 T<sub>н</sub>
кр
j
Угол закручивания φ=180° относится к пружине кручения, так как нецелесообразно применение в этом случае более сложной спиральной пружины. На графике 8 (фиг.2) показана возможность установки любого уровня начального натяжения T в пределах характеристики пружины.
н
н
На фиг.3 изображены графики натяжения нити при торможении паковки копиром с пружиной растяжения или сжатия в зависимости от величины деформации S пружины. Направление деформации и силы пружины в данном случае не имеют значения, так как сила конструктивно преобразуется в крутящий момент, поворачивающий копир в одном направлении. Линия 4 является графиком заданного натяжения T в начале сматывания нити с паковки, которое может быть получено при использовании различных пружин, с одинаковым усилием при различных деформациях. Натяжение T пропорционально силе пружины, поэтому всех пружин справедливо равенство
i
где А - коэффициент пропорциональности при использовании i-й пружины;
i
S - линейная деформация i-й пружины.
Графики 5, 6, 7, 8, 10 изображают натяжение нити в процессе сматывания при различных пружинах.
Натяжение нити в конечной точке сматывания
;
где h - деформация пружины при повороте копира в направлении, противоположном деформации пружины в начале сматывания;
ΔТ - отклонение натяжения от заданного уровня.
н
Отношение  - есть уравнение гиперболы с горизонтальной асимптотой, являющейся графиком T. Из этого следует, что для величины отклонения натяжения справедливо неравенство:
при
то есть пружине с большей начальной деформацией соответствует меньшее отклонение натяжения при одинаковой силе пружины.
j
На графике 10 (фиг.3) показана возможность установки любого уровня начального натяжения T в пределах характеристики пружины растяжения или сжатия.
к
0
n
2
На фиг.2 и на фиг.3 отсутствует график зависимости натяжения от массы сматываемой паковки, так как значения натяжения при трении качения в опорах бобинодержателя близки к нулю. Например, при массе паковки m=6 кг, коэффициенте трения качения f=0,0015, среднем диаметре подшипника d=25,0 мм и диаметре паковки D=240 мм, ускорении g=10 м/с
и в расчетах не учитывается.
Технические результаты, получаемые при использовании полезной модели:
возможность задания в начале сматывания уровня натяжения нити, соответствующего требуемому уровню натяжения нити в технологических процессах кручения и ткачества;
поддержание текущего натяжения нити при сматывании с паковки в пределах заданных допустимых значений;
сохранение стабильности установленного натяжения нити в начале и конце сматывания с паковки при длительной эксплуатации устройства сматывания нити.
Совпадающие признаки прототипа и полезной модели: бобинодержатель, несущий паковку нити, имеющий возможность вращения под действием силы натяжения сматываемой нити; устройство внешнего фрикционного торможения бобинодержателя с паковкой нити.
Отличительные признаки полезной модели: вид бобинодержателя - шпиндель или полая насадка в зависимости от посадочного диаметра нитеносителя сматываемой паковки;
опоры качения для установки бобинодержателя;
копир, установленный подвижно на оси и опирающийся на поверхность сматываемой паковки;
пружина для поворота вокруг оси и постоянного прижима копира к поверхности сматываемой паковки по мере уменьшения ее диаметра;
типы пружин, имеющих возможность применения в устройстве: спиральная или крученая, или растяжения, или сжатия.
На фиг.1 изображены графики натяжения нити при сматывании с паковки без внешнего торможения и с торможением бобинодержателя ленточным тормозом.
На фиг.2 изображены графики натяжения нити при сматывании с паковки, торможение которой осуществляется копиром, прижитым к ее поверхности спиральной пружиной и пружиной кручения.
На фи.3 изображены графики натяжения нити при сматывании с паковки, торможение которой осуществляется копиром, прижатым к ее поверхности пружиной растяжения или сжатия.
На фиг.4 изображено устройство сматывания нити с бобинодержателем в виде полой насадки, установленной на подшипниках качения, с копиром, прижатым к поверхности паковки спиральной пружиной.
На фиг.5 изображена проекция устройства сматывания нити (вид А).
На фиг.6 изображено устройство сматывания нити с бобинодержателем в виде шпинделя, установленного на подшипниках качения, с копиром, прижатым к поверхности паковки пружиной кручения.
На фиг.7 изображена схема прижима копира к поверхности паковки пружиной растяжения.
На фиг.8 изображена схема прижима копира к поверхности паковки пружиной сжатия.
В конструкции всех исполнений полезной модели, изображенных на чертежах (фиг.4, 5, 6, 7, 8) использованы машиностроительные материалы, выпускаемые промышленностью: конструкционная сталь круглая и листовая, пружинная проволока для пружин кручения, растяжения, сжатия и сталь углеродистая У7А÷У12А полосовая для спиральной пружины, фторопласт - 4 для опоры вращения копира, стандартные подшипники качения и крепежные изделия.
Для изготовления деталей применяется оборудование металлорежущее и прессовое универсальное, с ЧПУ, станки-автоматы в зависимости от типа и количества деталей, выполняющие типовые технологические операции. Специальных материалов, комплектующих изделий, техпроцессов и оборудования для производства полезной модели не требуется.
Использование полезной модели может осуществляться в производстве крученых изделий, кордных тканей и тканей технического назначения.
В производстве крученых изделий (шпагатов, шнуров, а также каболок и прядей для веревок и канатов) используется тростильно-крутильное оборудование различных типов: рогулечные машины К-200-П, К-280-П, кольце-крутильные машины К-176, ТК-228-С, машины двойного кручения с приемным веретеном фирмы «Сима» (Италия), ТКД-500-Т2 и другие машины.. Эти машины оснащены встроенными или напольными шпулярниками для установки исходных паковок и сматывания с них нитей
радиальным способом, при этом устройствами, выравнивающими натяжение нитей многие машины не оборудованы. При замене смотанных паковок полными по мере срабатывания нити натяжение нитей с паковок разных диаметров, будет различным согласно графику 1 натяжения нити на фиг.1. При использовании в этих шпулярниках полезной модели «Устройство сматывания нити» натяжение нитей будет более равномерным (фиг.2, график 8, фиг.3, график 10), вследствие чего уменьшится «штопорность» и увеличится прочность крученого изделия, особенно при кручении химволокон.
Ткацкие станки для производства кордных тканей различных марок оснащены в основном шпулярниками марки ШК-1440 производства Орловского завода «Химтекстильмаш», не имеющими устройств для выравнивания натяжения нити. При замене исходных паковок по мере срабатывания нити образуется большая разность натяжений между нитями с паковок разных диаметров. Заработанные в ткань в качестве основы нити с разным натяжением при последующей усадке в ткани вызывает «провисание» ее отдельных участков. Использование в шпулярнике настоящей полезной модели способствует выравниванию натяжения нитей в ткани.
Получение технических результатов при использовании полезной модели в процессе эксплуатации обеспечивается конструктивными решениями: уровень натяжения сматываемой нити, соответствующей требованиям технологического процесса, осуществляемого на текстильной машине, устанавливается подбором и регулированием усилия пружины, прижимающей копир к поверхности, сматываемой паковки. Момент трения в опорах качения бобинодержателя незначителен и не оказывает существенного влияния на натяжение сматываемой нити, которое в этом случае пропорционально величине деформации пружины, то есть может быть установлено натяжение нити, соответствующее требованиям технологического процесса.
Величина изменения заданного натяжения в устройстве пропорциональна величине уменьшения деформации пружины к концу сматывания нити, которая равна углу поворота копира от начала до конца сматывания нити с паковки для пружин спиральной и кручения или перемещению нагруженного плеча копира для пружин растяжения и сжатия. Исходя из допустимого значения отклонения натяжения нити - подбирают длину рабочего плеча копира, обеспечивающую соответствующее изменение деформации пружины за период сматывания нити с паковки.
Сохранение параметров натяжения нити в процессе эксплуатации устройства обеспечивается стабильностью конструктивных размеров копира и характеристики пружины. Применение закрытых опор бобинодержателя и копира исключает возможность их засорения и значительного изменения коэффициента трения в процессе длительной эксплуатации.
Устройство сматывания нитей с паковок, намотанных на нитеносители большого диаметра (фиг.4, фиг.5) содержит полый бобинодержатель 11, установленный на неподвижной оси 12 на подшипниках качения 13. На бобинодержатель 11 устанавливается паковка 14, нитеноситель 15 которой стопорится по внутреннему диаметру шариковыми фиксаторами 16. Фиксаторы предотвращают сдвиг с бобинодержателя паковки при вращении. С этой же целью возможна при необходимости установка оси 12 под углом к горизонтали от 5° до 15°. На неподвижной оси 18 установлен корпус 19, на котором закреплен копир 20, опирающийся на поверхность паковки 14 и прижатый к ней спиральной пружиной 21, внутренний конец которой закреплен в корпусе 19 копира, а наружный конец в барабане 22, имеющем возможность вращения на оси 18 и фиксации рабочего положения стопорным винтом 23. Для фиксации копира 20 в откинутом положении при установке паковки 14 в корпусе 19 копира 20 выполнен Г-образный паз 24, в котором расположена головка штифта 25, закрепленного в теле оси 18. Неподвижные оси 13 и 18 закреплены на брусьях 26 корпуса шпулярника.
Устройство сматывания нитей с паковок, намотанных на нитеносители, размер внутреннего диаметра которых недостаточен для размещения в нем подшипников качения (фиг.6) содержит выполненный в виде шпинделя бобинодержатель 27, установленный в корпусе 28 на подшипниках качения 13. На бобинодержатель 27 устанавливается паковка 29, нитеноситель 30 который стопорится по внутреннему диаметру шариковым фиксатором 16. На неподвижной оси 18 на корпусе 19 подшипника скольжения установлен копир 20, опирающийся на поверхность паковки 29 и прижатый к ней пружиной кручения 31, один конец которой закреплен в корпусе 19, а противоположный конец в кольце 32, имеющем возможность вращения на оси 18 и фиксации в рабочем положении стопорным винтом 33. Фиксация копира 20 в откинутом положении осуществляется описанным выше способом (рис.5).
В устройстве сматывания нити имеется возможность применения более простых в изготовлении пружин растяжения или сжатия. В первом случае (фиг.7) копир выполняется в виде двуплечевого рычага 34, одно плечо которого нагружается пружиной растяжения 35 таким образом, чтобы крутящий момент на оси прижимал рабочее плечо копира к поверхности сматываемой паковки. Во втором случае (фиг.8) копир выполняется в виде двуплечевого рычага 36, одно плечо которого нагружается пружиной сжатия 37 таким образом, чтобы крутящий момент на оси прижимал рабочее плечо копира к поверхности, сматываемой паковки.
Перед запуском в работу необходимо на устройстве сматывания установить заданное натяжение нити. Для этого на бобинодержатель 11 или 27 устанавливается полная паковка 14 или 29, копир 20 опускается на поверхность паковки. Нить с паковки заправляется в рабочие органы машины, которую запускают в работу. На движущейся нити измеряют прибором натяжение нити и регулируют кольцами 22 или 32 деформацию пружин 21 или 31 до получения заданного натяжения нити.
Регулирование пружин растяжения 35 или сжатия 37 осуществляется регулировочными гайками 38. Необходимо последовательно проводить настройку каждого устройства в шпулярнике. После этого устройство готово к работе.
Для заправки нити копир 20 фиксируется в откинутом положении в Г-образном пазе 24 стопором 25, на бобинодержатель устанавливается паковка нити таким образом, чтобы нить сматывалась с паковки «из-под копира», копир 20 снимают с фиксатора и опускают на поверхность паковки, нить заправляют в рабочие органы текстильной машины. После заправки всех мест машину запускают в работу, при этом каждая нить в начале движения натягивается, преодолевая силу трения на линии контакта копира 20 с поверхностью паковки, и вращает паковку. Натяжение нити в процессе сматывания поддерживается непрерывно, так как под действием пружины 21 или 31, или 35, или 37 копир 20 постоянно прижат к поверхности сматываемой паковки. При останове машины паковки не имеют «выбега» вследствие невысокой скорости вращения и торможения копиром. Отсутствие сложных конструкций обеспечивает надежность и стабильность работы устройства сматывания нити в эксплуатации.