Устройство формования синтетической химической нити
SYNTHETIC CHEMICAL FILAMENT SPINNING DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относиться к устройствам формования синтетической химической нити, а именно к прядильным машинам, применяемым в прядильных цехах предприятий по производству химического волокна, и предназначенных для формования, вытяжки, промывки, сушки, крутки и намотки нитей.
ровень техники
У
Машины серии ПН-300 (см. [1] Роговин З.А. Основы химии и технологии химических волокон. – М.: Издательство «Химия», 1964 г., стр. 423-425 и [2] Прошков А.Ф. Машины для производства химических волокон. – М.: Издательство «Машиностроение», 1974 г., стр. 117-119) были предназначены для формования, пластификационной вытяжки, промывки, сушки, замасловки и намотки синтетической нити по непрерывному способу. Машины применяются в прядильном цехе предприятий по производству химического волокна. По своему устройству представляет агрегат, состоящий из контура полимеризации нити из жидкого химического раствора и каскадов вращающихся барабанов для вытяжки и промывки нити различными жидкостями с последующей группой горячих барабанов для сушки и завершается цикл узлом намотки нити на бобины с дополнительной круткой волокон.
На всём протяжении с момента создания машин семейства ПН-300 одной из основных задач ставилась работа по упрощению и уменьшению машин данной конструкции. Со времени создания машины ПН-300-И-3, которая являлась трёхэтажной, машины ПН-300-В претерпели изменения и стали одноэтажными.
Машины серии ПН-300 были реализованы на общем механическом приводе (от одного мотора через гитару шестерней) всех групп валов и узла намотки, что обусловило значительные габариты приводного агрегата и затрудненное его обслуживание и переналадку.
Недостатками приведенных аналогов являются:
1. Для привода валов применялся общий редуктор с одним электродвигателем и гитарой шестерней. Двигатель работал напрямую от сети переменного тока 50 Гц и не имел устройства, способного регулировать частоту для изменения скорости машины. Любые изменения скоростей машины производились через общую остановку и замену шестерней в гитаре. Общий редуктор был габаритным и массивным, при износе шестерней возникали вибрации валов, негативно сказывающиеся на качестве нити.
2. Для привода всей группы веретён использовался общий двигатель с продольным валом, проходящим через всю машину, и через ременную передачу вращающий шпиндели веретён, собранные в группы по несколько штук. Торможение шпинделя происходило торможением колодками с проскальзыванием ремня по шкиву шпинделя. Изменить скорость вращения веретён можно было только при остановке машины, также ременная передача требовала постоянного контроля и замены изношенных ремней.
3. Привод рамы раскладчика производился гидравлическим устройством, формирующим профиль раскладки по жестко установленной копирной направляющей. Перенастройка устройства могла осуществляться только при остановке машины.
Сущность изобретения
Задачей заявленного изобретения является устранение недостатков аналогов и создание прядильной машины с наименьшими возможными габаритами и весом, допускающими соблюдение технологического процесса, для рационального использования производственного пространства, обеспечить электронную синхронизацию скоростей вращения исполнительных органов машины для устранения из конструкции одного общего механического редуктора привода валов, обеспечить мониторинг параметров, связать его в единую информационную среду с динамическими параметрами исполнительных органов для отслеживания и поддержания технологий производства.
Техническим результатом заявленного изобретения является снижение габаритов и массы устройства, упрощение технического обслуживания, уменьшение вибраций на валах.
Согласно изобретению, техническая задача решается, а технический результат достигается за счет того, что устройство формования синтетической химической нити содержит блок привода, управляемый центральным контроллером, по меньшей мере одну секцию производства нити, содержащую: узел полимеризации нити из жидкого химического раствора; каскады вращающихся роликов для вытяжки и промывки нити жидкостями; группу горячих роликов для сушки; узел намотки нити на бобины с дополнительной круткой волокон, при этом блок привода состоит из отдельных мотор-редукторов с возможностью передачи вращательного движения на ролики и цилиндры секции производства нити, при этом каждый мотор-редуктор оснащен энкодером высокого разрешения, соединенным с центральным контроллером, регулирующим и синхронизирующим вращение валов при помощи преобразователя чистоты и поддерживающим заданный технологический режим; узел намотки нити на бобины содержит электроверетёна, представляющие собой электродвигатели с удлиненным валом исполненные в чугунных корпусах, каждый из электродвигателей работает от индивидуального преобразователя частоты, при этом для намотки нити рядами на бобины устройство содержит раму, с возможностью движения вверх-вниз осуществляемого мотор-редуктором с быстрым реверсивным переключением направления вращения центральным контроллером.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 – Общий вид устройства (вид спереди).
Фиг.2 – Общий вид устройства (вид сзади).
Фиг.3 – Общий вид устройства (вид сбоку).
Фиг.4 – Структурная схема фигуры 3.
Фиг.5 – Устройство синхронизации с обратной связью на примере двух валов (соединение блока привода с секцией производства нити при помощи валов).
Фиг.6 – Разрез муфты соединения мотор-редуктора с валом.
Фиг.7 – Структурная схема устройства (вид спереди).
Фиг.8 – Структурная схема устройства (вид сзади).
Фиг.9 – Структурная схема электроверетен.
Фиг.10 – Структурная схема раскладчика.
На фигурах обозначены следующие позиции:
1 – блок привода; 2 – секция производства нити; 3 – валы; 4 – растворопровод; 5 – шестеренный насос подачи раствора; 6 – фильтрпалец; 7 – фильерный комплект; 8 – устройство формования нити; 9 – пара прядильных роликов; 10 – узел 1-й промывки; 11 – флейта; 12 – узел 2-й промывки; 13 – корыто; 14 – флейта; 15 –устройство сушки; 16 – механизм замасливания; 17 - съемный нитеноситель (шпуля); 18 – механизм раскладки; 19 – электроверетено; 20 – энкодеры; 21 – демпферная муфта; 22 – демпферная резина; 23 – мотор-редуктор подачи раствора; 24 – мотор-редуктор нижнего промывочного контура; 25 – мотор-редуктор верхнего промывочного контура; 26 – мотор-редуктор 1-го сушильного цилиндра; 27 – мотор-редуктор 2-го сушильного цилиндра; 28 – мотор-редуктор раскладчика; 29 - валки нижнего промывочного контура; 30 – ролики верхнего промывочного контура; 31 – 1-й сушильный цилиндр; 32 – 2-й сушильный цилиндр; 33- зубчато-реечная передача; 34 – контроллер; 35 – преобразователь частоты; 36 – мотор электроверетена; 37 – педаль остановки электроверетена; 38 – индуктивный датчик; 39 – тормозной резистор; 40 – рама раскладчика.
Осуществление изобретения
Устройство формования синтетической химической нити (фиг.1, фиг.2) содержит установленные на общей раме (на фигурах не показана) блок привода 1 и по меньшей мере одну секцию производства нити 2. Рама может и отсутствовать, тогда блок привода и секции производства нити могут быть жестко установлены в производственном помещении на бетонном полу при помощи болтов (также могут быть использованы любые другие варианты установки устройства). Количество секций по производству нитей 2 зависит от мощности производства (в данном изобретении рассматривается по меньшей мере одна секция), при этом блок привода 1 соединен с первой секцией по производству нитей при помощи валов 3 с возможностью передачи вращения. Если количество секций по производству нитей две и более, то они соединяются последовательно, а крутящие моменты от валов передаются через первую секцию к последующим.
Секция по производству нитей 2 (фиг.3, фиг.4) содержит растворопровод 4, шестеренный насос 5, фильтрпалец 6, фильерный комплект 7, устройства формования 8 нити, пара прядильных роликов 9, узел 1-й промывки 10, флейта 11 для орошения промывной жидкости, узел 2-й промывки 12, корыто 13, флейта 14, устройство сушки 15 выполненное в виде парных транспортирующих продольных цилиндров, механизм замасливания 16 с роликом, съемный нитеноситель (шпуля) 17, механизм раскладки 18, электроветерено 19.
В блоке привода 1 реализован раздельный привод валов при помощи отдельных мотор-редукторов с энкодерами 20 для каждого вала. Каждый мотор-редуктор соединен с соответствующим ему валом при помощи демпферной муфты 21 (фиг.5) с демпферной резиной 22 (фиг.6). Блок привода 1 содержит следующие мотор-редуктора: мотор-редуктор подачи раствора 23, мотор-редуктор нижнего промывочного контура 24; мотор-редуктор верхнего промывочного контура 25; мотор-редуктор 1-го сушильного цилиндра 26; мотор-редуктор 2-го сушильного цилиндра 27; мотор-редуктор раскладчика 28. Мотор-редуктор подачи раствора 23 выполнен с возможностью передачи вращения на шестеренчатый насос 5. Мотор-редуктор нижнего промывочного контура 24 выполнен с возможностью передачи вращения на ролики нижнего промывочного контура 29 узла первой промывки 10. Мотор-редуктор верхнего промывочного контура 25 выполнен с возможностью передачи вращения на ролики верхнего промывочного контура 30 узла второй промывки 12. Мотор-редуктор 1-го сушильного цилиндра 26 выполнен с возможностью передачи вращения на 1-й сушильный цилиндр 31 устройства сушки 15. Мотор-редуктор 2-го сушильного вала 27 выполнен с возможностью передачи вращения на 2-й сушильный цилиндр 32 устройства сушки 15. Мотор-редуктор раскладчика 28 выполнен с возможностью передачи вращения на зубчато-реечную передачу 33.
Каждый энкодер 20 мотор-редуктора соединен с контроллером 34, который соединен с отдельным преобразователем частоты 35 каждого мотор-редуктора.
В устройстве применён следующий ряд технических решений, основанных на высокоточном управлении асинхронными трехфазными электродвигателями. Это привело к уменьшению количества механических передач, снижению вибраций и упрощения технического обслуживания:
1. Раздельный привод валов осуществляется мотор-редукторами, оснащёнными энкодерами (датчиками оборотов) высокого разрешения, что позволяет регулировать и синхронизировать скорости вращения валов путем обработки сигналов энкодеров контроллером, управляющим преобразователями частоты (ПЧ). Преобразователи частоты могут изменять базовую частоту переменного тока сети 50 Гц в пределах 20-70 Гц с шагом в 0,01, что даёт широкий диапазон скоростей мотор-редукторов и как следствие, линейные скорости нити на валках усторйства могут изменяться в пределах 10-40 м/мин без остановки работы.
Синхронизация организована как система с обратной связью. Отслеживание скорости вращения валов происходит посредством энкодеров, установленных на валах электродвигателей мотор-редукторов, импульсы которых подсчитываются котроллером, выдающим управляющие сигналы на преобразователи частоты мотор-редукторов, изменяющими скорость вращения. Программа позволяет задавать такие параметры машины как диаметры валов и передаточные соотношения мотор-редукторов и внутренних распределительный редукторов устройства, в результате после настройки под установленные узлы, программа поддерживает общую угловую скорость всех валов устройства, имеющих разные диаметры. Также настройки программы позволяют изменять выборочно скорости валов, что обеспечивает большую гибкость в изменении технологических процессов (вытяжке нити между двух валов) прямо по ходу работы устройства.
2. Электроверетёна. Для финальной намотки нити на бобины применяются электродвигатели 36 с удлинёнными валом с дополнительной балансировкой. Двигатели исполнены в чугунных корпусах для лучшего вибропоглощения. На валах закреплены втулки с подпружиненными держателями бобин. Электродвигатели работают каждый от индивидуального преобразователя частоты, что позволяет прямо в рабочем процессе изменять обороты электроверетена в диапазонах 150-1500 и 1000-3000 (в зависимости от количества полюсов установленного электродвигателя, 6 и 4). Остановка и запуск электроверетена производится педалью 37 с внутренним контактом, управляющим ПЧ. Заданные в ПЧ характеристики обуславливают плавную динамическую кривую торможения и разгона вращения вала, влияющую на срок жизни подшипников двигателя веретена и сглаживающую рывок нити при запуске бобины.
3. Электрический привод раскладчика. Для намотки нити рядами по телу бобины (раскладка) используется двигающаяся вверх-вниз рама, через которую пропущена нить. Привод рамы осуществляется мотор-редуктором с быстрым реверсивным переключением направлений вращения. Использование преобразователя частоты с функцией электромагнитного торможения и оснащённого тормозным резистором 39 позволяет задавать интервал разгона и торможения вала в 0,1 секунду. Переключения направлений вращения производится через контроллер, получающий данные о положении рамы раскладки 40 с индуктивных датчиков 38. Ввиду возможности задавать контроллером интервалы движения рамы в пределах 0,1 секунды, можно программно формировать профиль раскладки нити, как-то цилиндр, конус или двойной конус без остановки устройства.
Упрощение технологического обслуживания достигается наличием раздельного привода вала дозирующих шестеренчатых насосов, что позволяет технологам непосредственно наблюдать и подстраивать параметры плотности нити без долгой переналадки машины с заменой шестерни вала.
Устройство работает следующим образом.
Прядильный раствор подается под давлением в растворопровод 4 с торцевой части машины, распределяется вдоль его и дозируется шестеренным насосом 5, установленным на каждом рабочем месте, дозируется и нагнетается им в фильтрпалец 6 для фильтрации и поступает в фильерный комплект 7, погруженный в осадительный раствор устройства формования 8. Из фильеры, установленной в фильерном комплекте, прядильный раствор выдавливается в виде каскада струек, которые коагулируют в ванне с потоком осадительного раствора с образованием элементарных нитей. После выхода из устройства формования пучок элементарных нитей, образуя свежесформованную комплексную нить, заправляется на пару прядильных роликов 9. После охвата роликов несколькими витками нить заправляется на пару роликов узла 1-й промывки 10. Нить в узле 1-й промывки отмывается путем орошения промывной жидкости через флейту 11. Между верхними промывочными роликами 30 и прядильными роликами 9 нить вытягивается на заданный процент.
Далее нить заправляется на парные транспортирующие поперечные ролики узла 2-й промывки 12, которые она многократно огибает и отмывается методом окунания за счет частичного погружения нижнего ролика в промывную жидкость, поступающую в индивидуальное для каждого рабочего места корыто 13 после орошения (полива) части витков на верхнем ролике через флейту 14 из дозирующего устройства.
Промытая нить заправляется на парные транспортирующие продольные цилиндры 31 и 32 устройства сушки 12, нижний из которых обогревается теплоносителем.
Высушенная нить огибает ролик механизма замасливания 16 и заправляется на съёмный нитеноситель (шпулю) 18 приемно-намоточного механизма. Раскладка нити на нитеносителе в паковку производится с помощью механизма раскладки 18. Шпуля устанавливается на электроверетено 19, снабжённое тормозом.
Использование обособленных приводов валов и веретён привело к дополнительным технологическим возможностям:
1. Наличие раздельного привода вала дозирующих шестеренчатых насосов позволяет технологам непосредственно наблюдать и подстраивать параметры плотности нити без долгой переналадки машины с заменой шестерни вала.
2. Наличие раздельного привода роликов, по которым проходить нить, позволяет дополнительно вытягивать нить с целью повышения физико-механических показателей и регулировать степень вытяжки в процессе.
3. Использование электроверетён позволяет менять крутку на нитях на разных местах машины, не останавливая рабочий процесс. Это удобно при изготовлении на одной машине нитей разных номенклатур.
Описанная конструкция и работа устройства позволяет: снизить габариты и массу устройства за счет отказа от батареи приводных шестеренок в пользу отдельных мотор-редукторов; упростить техническое обслуживание в связи с уменьшением количества механических передач; уменьшить вибрации на валах из-за устранения из системы привода валов механического зацепления шестерней общего редуктора и установки демпферных муфт; устранить негативный эффект рассинхронизации валов, возникаемого со временем и вызываемой износом зубьев шестерней общего редуктора; программно изменять формы паковки нити без перенастройки механики; менять крутку нити по местам за счёт возможности программного регулирования оборотов электроверетён.