РОТОРНАЯ ПРЯДЕВЬЮЩАЯ МАШИНА
ROTATORY STRANDING MACHINE

Изобретение относится к производству прядей, канатов и кабелей и может быть использовано при изготовлении оборудования для их производства, особенно для производства многопроволочных микропрядей (микроканатов) и микрокабелей.
Известны прядевьющие машины (аналог) сигарного или корзиночного типа (смотри М.А. Букштейн «Производство и использование стальных канатов, издание второе, Москва «Металлургия», 1973 г., стр. 130, 131, рис. 61, 62). Но такие машины при свивке многопроволочных прядей достигают значительной длины, они имеют высокую себестоимость изготовления и занимают значительные площади.
Наиболее близким (прототипом) является роторная прядевьющая машина (смотри М.А. Букштейн «Производство и использование стальных канатов, издание второе, Москва «Металлургия», 1973 г., стр. 150, рис. 75, копии прилагаются), включающая в себя установленный на подшипниках в корпусе ротор, ротор имеет привод вращения и на роторе установлены на осях обводные ролики, закрепленную внутри ротора раму, в раме закреплена на валу приемная катушка, ее вал, как и ротор, оснащен тоже приводом вращения, причем зарядные шпули с проволоками установлены впереди машины на стационарно закрепленных осях.
Однако данная машина сложна конструктивно.
Цель изобретения - упрощение конструкции, повышение производительности машины, снижение ее электропотребления.
Указанная цель достигается тем, что роторная прядевьющая машина, включающая в себя установленный на подшипниках в корпусе ротор, ротор имеет привод вращения и на роторе установлены на осях обводные ролики, закрепленную внутри ротора раму, в раме закреплена на валу приемная катушка, ее вал, как и ротор, оснащен тоже приводом вращения, причем зарядные шпули с проволоками установлены впереди машины на стационарно закрепленных осях, согласно изобретению оснащена ротором с приводом его вращения, оснащенным плашками и расположенной внутри ротора приемной катушкой и вытяжным шкивом, причем центры вращения ротора, плашек, вытяжного шкива и приемной катушки расположены на одной центральной линии вдоль нее; вытяжной шкив оснащен приводом его вращения через коробку скоростей с угловой скоростью, меньшей, чем угловая скорость вращения ротора, и обеспечивающей получение требуемого шага свивки пряди; вал с закрепленной на нем приемной катушкой оснащен тормозной муфтой, то есть он выполнен без привода его вращения; машина оснащена механизмом укладки свитого каната на приемной катушке путем возвратно-поступательного перемещения ее вдоль оси, выполненным или с приводом от своего электродвигателя, или вала-трубы, на котором закреплена приемная катушка, кинематически связана с механизмом укладки пряди на приемной катушке.
Благодаря этому машина проста конструктивно. В машине хорошо поддаются динамической балансировке все вращающиеся детали - это повышает их скорость вращения, а так как укладка пряди на катушке производится за счет ее вращения, а не от электродвигателя, то экономится электроэнергия.
Изобретение иллюстрируется чертежами. На фиг. 1 показана в продольном разрезе левая часть машины; на фиг. 2 - правая часть машины; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 5 показана кинематическая схема планетарного исполнения привода вращения вытяжного шкива (второй вариант его привода).
Машина содержит следующие узлы. Первый узел служит для свивки пряди или каната, и он содержит следующие основные детали (см. фиг. 2, фиг. 3). На общей плите 1 закреплена стойка 2, в которой на подшипниках 3 закреплен пустотелый вал 4. На конце вала 4 закреплена - навинчена втулка 5 и она законтрогаена гайкой 6. На втулке 5 выполнена (или закреплена) или звездочка 7, или шестерня зубчатоременной передачи, или шестерня. Во втулке 5 выполнено отверстие прямоугольного сечения, в котором установлены плашки 8, ограниченные от выпадения гайкой 9. Верхняя (по фиг. 2) плашка поджимается винтом 10 через пружину 11. На валу 4 закреплены (приварены) скобы 12 и 13 и выполнен паз с приливом, где закреплена ось 14, на которой на подшипнике установлен ролик 15. На скобе 12 закреплена ось 16, на которой на подшипниках установлен ролик 17. На скобе 13 выполнена (или закреплена) планка 18, на которой закреплена ось 19 с роликом 20 и ось 21 с роликом 22. Для изготовления пряди, каната другого направления свивки, аналогично установлены ролики 23, 24, а вместо роликов 20, 22 установлены ролики на планке 25, выполненной на скобе 12. А при изготовлении на машине прядей только одного направления свивки применяются только ролики 15, 17, 20, 22 и на планке 25 закреплен противовес 26. Возможно крепление на планке 18 рихтовки 27. Детали 4, 12, 13, 18(25) - это ротор машины.
Второй узел служит для вытягивания свитого и сформированного в плашках 8 пряди каната с требуемым шагом свивки, и он содержит следующие детали. Вытяжной шкив 28 содержит вал-хвостовик 29, который по скользящей посадке установлен в подшипниковой втулке 30, запрессованной в отверстии вала 4. От выпадения хвостовика 29 из втулки 30 выполняются известные сопряжения: кольцевая канавка на хвостовике 29 и фиксирующие или винт, или кольцо; стопорные кольца и т.д. В шкиве 28 выполнено шлицевое (или круглое со шпонкой) отверстие, в котором по скользящей посади установлено шлицевое окончание 31 вала 32, который вторым концом установлен следующим образом (см. слева на фиг. 1). На плите 1 закреплена стойка 33, в которой на подшипнике (подшипниках) 34 закреплена втулка 35, зафиксированная гайкой 36. В отверстии втулки 35 выполнены шлицы или шпоночный паз, в котором по скользящей посадке установлен шлицевой левый конец 37 вала 32. На втулке 35 выполнена (или закреплена) звездочка 38 (или шестерня, или шестерня зубчатоременной передачи). От выпадения, во время работы машины, вала 32 из втулки 35 (и из шкива 28) служит защелка 39 (или другое известное в технике устройство).
Третий узел служит для намотки свитой пряди каната на приемную шпулю и он содержит следующие основные детали. На валу 32 по скользящей посадке установлена вал-труба 40, на котором выполнен (или закреплен, к примеру приварен) диск 41 (см. фиг. 2). Приемная катушка 42 зажата гайкой 43, а от поворота - пальцами 44, приваренными к шпуле 42 и расположенными в отверстиях диска 41. Труба 40 закреплена в подшипниках 45 (см. фиг. 1 - справа и фиг. 4) гайкой 46. Подшипники 45 установлены в гильзе 47.
1
Четвертый узел служит для укладки свитой пряди каната по ширине H катушки 42, и он содержит следующие основные детали. На гильзе 47 приварены четыре оси 48 (по две штуки с обеих сторон гильзы), на которых закреплены подшипники 49. Наружные кольца подшипников 49 по скользящей посадке расположены в продольных канавках, выполненных в стойках 50, закрепленных на плите 1 (см. фиг. 4). На плите 1 закреплена стойка 51 (см. фиг. 1), в которой на подшипнике (подшипниках) 52 закреплена втулка 53. В отверстии втулки 53 закреплена шпонка, свободно расположенная в длинном шпоночном пазе, выполненном на трубе 40. Труба 40 установлена во втулке 53 по скользящей посадке. На втулке 53 навинчен диск 54, на котором выполнена шестерня 55. Диск 54 законтрогаен гайкой 56. Шестерня 55 через шестеренчатый редуктор (набор шестерен), не показанный на чертежах, находится в кинематической связи с шестерней 57. Передаточное отношение шестерен 55, 57 и редуктора обеспечивает заданный средний шаг укладки пряди на катушку 42. Шестерня 57 выполнена на валу, окончания 58 которого установлены в подшипниках 59, закрепленных в стойках 60 и 61. Стойки 60 и 61 закреплены на плите 1. На валу 58 выполнен винт 62 с двойной нарезкой (левая и правая). На гильзе 47 закреплена крышка - пластина 63, на конце которой выполнено кольцо 64, в котором установлен флажок 65. Перекидка флажка 65, расположенного в канавке винта 62, осуществляется с упором в стойки 66, имеющие возможность передвигаться при настройке на плите 1. Выполнение такого механизма: детали 62, 65, 66 в технике канатного или проволочного производства широко известно, поэтому конструктивно досконально оно не показывается. Также возможно для этой цели выполнение данного узла укладки и по другому известному в технике способу: винт с одной нарезкой и муфтами перезацепления и т.д. Такой механизм укладки пряди на катушке, показанный на чертежах, выполнен для сбережения электроэнергии. Но в принципе известными устройствами в технике можно передвигать приемную катушку 42 влево-вправо периодически с отбором мощности от своего электродвигатели.
ш
р
На чертежах не показан привод вращения ротора (звездочки 7) от электродвигателя и шкива 28 (звездочки 38 к валу 32 от шкива 28) потому, что этот привод - классический и он применяется на всех прядевьющих машинах: вращение от электродвигателя передается через муфту (можно даже через клиноременную передачу) на промежуточный вал; с промежуточного вала на звездочку 7 и на ведущий вал коробки скоростей, с ведомого вала которой на звездочку 38. Угловая скорость вращения шкива 28 (ω) меньше угловой скорости вращения ротора (ω) и она определяется из следующего отношения: ,
где:
Д - диаметр шкива;
t - требуемый шаг свивки.
ш
р
Или преобразуя, получаем: ω=ω*(1-t/πД).
2
3
Размеры принимаем: Н - чтобы при крайнем левом положении трубы 40, она не упиралась во втулку 35; Н - чтобы при этом положении и при вынутом валу 32 можно было бы снять шпулю 42 с трубы 40 (при выкрученной гайке 43); Н - из прочностного расчета с учетом того, что вал 4 ротора установлен консольно в подшипниках 3.
На фиг. 2 показано: 67 - заходящие в плашки проволоки; 68 - свитая прядь.
На фиг. 5 показано кинематическое выполнение привода вращения вытяжного шкива 28 в виде планетарного механизма. При этом вал 32 с приводом его вращения не применяется. На валу 4 свободно (на подшипниках) установлен блок, состоящий из звездочки 69 и конической шестерни 70. Привод вращения звездочки 69 и звездочки 7 не показан на чертежах, и он осуществлен от электродвигателя, через дополнительную промежуточную коробку скоростей для установки необходимого шага свивки каната. Шестерня 70 находится в зацеплении с паразитной шестерней 71, вал 72 которой установлен на подшипниках на роторе (скобе) 12. Для прохода шестерни 71 влево от ротора 12 в нем выполнена прорезь. Шестерня 71 находится в зацеплении с шестерней 73, закрепленной на шкиву 28. Шестерни 70, 71, 73 - это планетарный механизм привода вращения вытяжного шкива 28.
р
ш
р
ш
1
2
Свивка пряди в машине производится следующим образом. Сначала труба 40 (гильза 47) отводится в крайнее левое положение, на трубу 40 одевается пустая катушка 42 и крепится гайкой 43, как показано на фиг. 2. На коробке скоростей машины устанавливается соответствующий шаг свивки пряди. Вставляется вал 32 и фиксируется защелкой 39 (вал 32 при смене катушек 42 необязательно совсем извлекать из трубы 40, а только чтобы его правый конец не выступал из трубы). Проволоки 67 со своих бунтов (мотков), оси которых стационарно закреплены на размоточном участке, установленном на плите 1 или отдельно, протягиваются через распределительный шаблон, преформатор (непоказанный на чертежах), протягиваются между плашками 8 (винт 10 ослаблен), укладываются в канавку роликов 15, 17, наматываются в несколько витков на шкив 28, затем со шкива протягиваются через ролики 20 и 22 и закрепляются на катушке 42. Для того чтобы проволоки, а затем и прядь правильно уложились на шкив 28 и на цилиндр катушки 42, ролики 17, 20, 22 установлены наклонными. Затем винтом 10, через пружину 11, плашки 8 сжимаются и машина (электродвигатель) включается в работу. Ротор вращается от звездочки 7 с угловой скоростью ω, а шкив 28 вращается от коробки скоростей через звездочку 38, вал 32 вращается с меньшей, чем ротор, угловой скоростью ω, но в ту же сторону, что и ротор. При этом за каждый оборот ротора шкив вытягивает прядь 68, которая свивается из проволок 67 в плашках 8 на шаг свивки t, а прядь вращает катушку 42 в ту же сторону, что и ω, и ω, но сначала (Д) с относительно малой скоростью, а затем (конец намотки = Д) быстрее, исходя из формулы:
.
1
Вращение катушки 42 через трубу 40, втулку 53, шестерни 55…57 передается на винт 62, который, через флажок 65, передвигает гильзу 47 влево-вправо. Гильза 47, находящаяся на подшипниках 49, двигает трубу 40 с катушкой 42 на величину H - прядь укладывается по всей ширине катушки. А за счет этой кинематической связи (имеются потери на трение) прядь укладывается на катушку с некоторым натяжением, что и необходимо. Если же натяжение не достаточное, то для передвижения гильзы 47 можно применить любое тормозное устройство, известное в технике.
1
Вариантом выполнения машины (ротора) является следующее техническое решение. Планки 18, 25 выполнены длинными и на их конце закреплены или кольцо, или диск. При кольце - оно опирается о подшипник большого диаметра, закрепленный в специальной стационарной стойке. Или кольцо опирается в три текстолитовых ролика, расположенных по окружности, установленных на подшипниках на осях, закрепленных в стойке. При диске - он установлен на подшипнике, который установлен в стационарной стойке при помощи пустотелой втулки. В отверстии втулки свободно расположена труба 40 между диском 41 и гильзой 47, при этом труба 40 в этом месте выполнена удлиненной, с учетом ее предварительного натяжения влево-вправо на величину H. При таких исполнениях ротор установлен на подшипниках уже не консольно, поэтому Н принимается минимальным или применяется всего один подшипник 3.
Данные варианты чертежами не показаны, так как они ясны из описания.
Таким образом, центральная осевая линия O-O является общей осевой линией вращения и ротора (вала 4), и шкива 28 и, главное, катушки 42 с намотанной на нее прядью 68; а это, при конструктивно заложенной динамической балансировке ротора при проектировании и изготовлении машины, обеспечивает динамическую балансировку независимо от величины намотки прядей на катушку, а значит и высокую скорость вращения ротора (его детали выполняются с аэродинамическим обтеканием воздухом) без вибраций, что увеличивает ресурс узлов и машины в целом, повышает производительность машины; машина получается конструктивно относительно простой и компактной (и частности, не требуется привод вращения приемной катушки); уменьшается расход электроэнергии, так как для укладки свитой пряди на шпуле используется принудительное прядью вращение катушки (натяжение пряди при ее намотки на катушку), - все это является технико-экономической эффективностью данного технического решения.
Пример выполнения машины. Необходимо выполнить машину для изготовления микрокабеля из 20÷40 медных проволок диаметром проволоки от 0,2 до 0,5 мм; шаг свивки 20÷60 мм.
Решение
р
Прядь будет получаться диаметром от 1 до 5 мм. Поэтому принимаем размеры: Д=250 мм; Диаметр ротора 400 мм. При этих размерах имеется возможность вращать ротор со скоростью ω=4000 об/мин. Скорость вращения шкива 28 будет равна при t=50 мм:
.
р
1
2
2
Отсюда видно, что скорость вращения ротора относительно скорости вращения шкива незначительная (даже при такой большой ω), поэтому износ подшипника втулки 30 будет незначительным. При Д=100 мм и Д=250 мм катушки 42 она вращается со скоростью от  до . То есть вначале намотки пряди на шпулю относительная скорость вращения вала 32 и трубы 40 отличаются на Δω=3745,2-3363=382,2 об/мин, что тоже является относительно небольшой величиной; а в конце намотки (Д=Д) вал 32 и труба 40 вращаются с одинаковой угловой скоростью: трения между ними нет.