毕业设计48哈尔滨理工大学收排线装置

哈尔滨理工大学学士学位论文 - I - LAN560 单节距绞合机组收排线装置的 计算机辅助设计 摘要 收线过程中，保持收线的张力恒定是保证成品线丝质量的一个重要条件。收线时如果线丝的张力过大，绞线机和收线机之间的线丝将会受到很大的拉力，从而影响收线质量，严重时甚至超过线丝的抗拉强度而将其拉断。反之，如果张力过小则又会在成品卷筒和收线机之间形成松线、乱线等现象；或者在成品卷筒上产生滑套现象，这些都会影响生产的进行。 对于张力控制系统， 本设计 采用 间接张力控制原理，通过对一些与张力有关的电气量的控制，使得 收线装置随着卷绕直径的增大而自动改变电机转矩以维 持线丝的张力不变。 这样，在收线过程中，线丝的张力就保持在一定范围内。于是上述问题就成功地得到了解决。 另外，排线器的设计也是 本设计 的一个重点， 本设计 采用的是光杆排线器原理，通过对其不断地完善和改进，设计出了一个具有瞬时换向、节距可调、排线推力可变的并且带有释放装置的排线器。这种排线器在工作时能够使线丝整齐地卷绕在收线盘上，较好地实现了排线功能的要求。 关键词 收线架 ； 排线器 ； 张力控制 ； 节距 哈尔滨理工大学学士学位论文 - II - The LAN560 Single Pitch Lay-up Unit Receives The Row of Line Installment The Computer-aided Design Abstract In the recover of wire process, maintains the recover of wire constantly the tensity is guarantees the end product filament line quality an important condition. When recover of wire if filament line tensity oversized, wire binding machine and the recover of wire machine between filament line will be able to receive the very big pulling force, when influence recover of wire quality, serious but will even surpass the filament line the tensile strength its abruption. Otherwise, if the tensity excessively is small then can and between the recover of wire machine forms loose phenomena and so on line, chaotic line in the end product reel; Or produces on the end product reel slides the leverage elephant, these can affect the production march. Regarding the tensity control system, this article uses the indirect tensity control principle, but through to some with the tensity related electricity quantity control, causes the recover of wire equipment to increase along with the coiling diameter changes the electrical machinery torque to maintain the filament line automatically the tensity to be invariable. Thus, in the recover of wire process, the filament line tensity maintains in certain scope. Therefore the above question successfully was solved. Moreover, the strand oscillator design also is a this article key point, this article uses is the polished rod strand oscillator principle, and through to it unceasingly consummation and the improvement, designed one to have the instantaneous reverse, the pitch adjustable, the row of line thrust force invariable has the release strand oscillator. This kind of strand oscillator when work can cause the filament line neatly coiling in to receive on the coil, has realized the 哈尔滨理工大学学士学位论文 - III - row of line function request well. Keywords take-up stand; Strand oscillator; Tensity control; Pitch 哈尔滨理工大学学士学位论文 - IV - 目录 摘要 . I Abstract . II 第 1 章 绪论 . 1 1.1 课题背景 . 1 1.2 装置概述 . 2 1.3 问题的提出 . 2 1.4 本设计主要内容 . 3 第 2 章 收线架设计 . 4 2.1 收线装置的工作特点 . 4 2.2 收线装置的主要参数 . 5 2.3 收线装置的顶紧机构 . 5 第 3 章 排线架设计 . 7 3.1 排线器功能设计 . 7 3.2 光杆排线机构 . 7 第 4 章 传动机构设计 . 9 4.1 直流电动机 . 9 4.2 转矩 的计算 . 10 4.2.1 工作转矩的计算 . 10 4.2.2 起动转矩计算 . 12 4.3 齿形带传动设计 . 13 4.4 链传动设计 . 15 第 5 章 张力控制系统 . 17 5.1 间接张力控制原理 . 17 5.2 张力控制系统 . 18 第 6 章 部分零件校核 . 20 6.1 校核大带轮轴 . 20 6.2 校核大带轮轴轴承 . 22 结论 . 23 致谢 . 24 参考文献 . 25 附录 . 26 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 1 - 第 1章 绪论 1.1 课题背景 在电线电缆生产中凡是用来改变生产对象的形状、尺寸、性质、状态和位置的机械设备，称电线电缆设备。它又是专门用来加工电线电缆产品的机械设备，所以又称电线电缆专用的机械设备。 按照电线电缆工业生产工艺的要求，电线电缆机械设备包括：铸锭、轧制、控制、金属包制、镀制、导体绞制、缆芯绞制、元件绞制、挤制、压制、装铠、漆包、丝包、纸包 、编织、制模、复绕等各类设备。每类设备又分为若干机型和单机，如拉制类，分为滑动式等径轮拉线机、滑动式塔轮拉线机、非滑动式整体轮拉线机、非滑动式双层轮拉线机、拉轧式等径轮拉线机。 在电线电缆机械设备中，尽管品种、规格繁多，用途各异，但它们一般都是由主机、牵引装置、收（排）线和放线装置等组成。 其 中把电线电缆产品，连续地收绕在线盘或其他盛线器具上的装置，称收（排）线装置。把电线电缆产品，从线盘或其他盛线器上连续地放出的装置，称放线装置。 收（排）线装置、放线装置、牵引装置等又可统称为辅助装置。 辅助装置是辅助主 机完成产品加工任务的装置，它与主机配套组成制造电线电缆的专用机组或生产线。 随着电线电缆工艺的发展，近年来出现许多大型高速连续生产线，它是由不同型号主机与其他辅助装置组成的加工电线电缆产品的专用成套设备，如连铸连轧生产线，拉制绞制生产线、拉制绝缘生产线等，生产线可以大大提高劳动生产率。 在电线电缆生产新上设有必要的检测装置，生产过程中可以直接进行检测或监控，也可以实现反馈调整，以保证产品质量。 电子计算机在电线电缆工业中的应用，为电线电缆机械自动化指出了方向，国外已普遍采用电子计算机控制生产过程，控制大型高 速生产线，并出现了群控系统。在国家机电一体化方针指引下，国内有些电线电缆机械设备已采用电子计算机控制，并已取得较好的效果。 电线电缆机械设备是保证产品质量，提高劳动生产率、节约能源的重要基础，为适应电线电缆产品发展的需要，电线电缆机械设备正朝着高速度、自动化和生产连续化方向发展。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 2 - 1.2 装置概述 在电线电缆生产中使线盘起收线作用的装置，称为收线装置。它是电线电缆 机械 设备的组成部分，主要接受从牵引装置送过来的电线电缆产品，并且使产品收卷在盘具上。 收线 装置按其结构可分为：立柱式；行车式；导轨式；柜式收线装置等。本 设计中所采用的是立柱式收线装置。 立柱式收线装置，可供绞线机、成缆机、装铠机，挤塑机、挤橡机等配套使用，收卷各种电线电缆产品。 收线装置是由收线架、排线架和传动机构等组成。 收线架由分别装于槽钢底座上的两个带有托架的立柱组成，托架上装有收线盘，动力经由拨盘带动收线盘旋转。 传动装置由带轮、力矩电动机、传动 带等装置组成。大带轮 轴把动力分成二部分：收线动力是由拨盘带动收线盘旋转，完成收线过程；排线动力是经过链传动机构，驱动排线光杆旋转，从而使排线器左右来回移动，完成排线工作。 立柱式收线装置，分为光轴型及端轴型 两种。 1. 光轴型立式收线装置 在收线时有一光轴穿过收线盘，光轴放在托架上，拖动收线盘转动。 2. 端轴型立式收线装置 在收线时两端短轴顶紧收线盘，拖动收线盘转动。 本 设计采用的是端轴型立式收线装置。 1.3 问题的提出 在金属加工、纺织、造纸、橡胶、化工及电线电缆等工业中，往往需要将产品卷绕在卷筒（盘）上，有一个需要解决的问题，是如何在卷筒直径从开始阶段至最后阶段逐渐增大的整个过程中，张力和线速度的变化保持在所允许的范围内。 为了解决上述问题，大多在机械结构上增添各种辅助设备或采用其他传动系统以实现。但其效果常不甚理想，同 时还存在这设备复杂，费用大，使用维护困难等问题。随着我国工农业的飞跃发展，高速度，优质量和自动化程度的提高，是上述问题更为突出。 直流调速力矩电动机具有其独特的电气特性，当负载增加时，电机的出轴转速能自动的随之降低，是产品卷绕时的张力基本保持不变，这个优越的性能与卷绕特性是协调匹配的。所以这些系列电动机也可称之为卷绕特性力矩电机。 力矩电动机用途很广，主要的是用于卷绕方面。在金属材料、纤维、哈尔滨理工大学学士学位论文 - 3 - 造纸、塑料、橡胶及电线电缆等加工时，卷绕是最后一个工序也是一个重要的工序。随着产品的卷绕，卷筒的直径逐渐增大，在这个过 程中要求任何时间都能保持均匀的张力，这一点是十分重要的。因为张力太大会造成产品厚薄不均、线材直径变化、线径拉细甚至拉断；而张力过小将使卷绕松弛。 卷绕时张力变化的最大因素，是由于产品卷绕到卷盘时盘径增大，卷绕力矩随卷径增大而增加，而主传动的速度是固定不变的，一次必须是卷盘转速随卷径的增加而降低。直流调速电动机的机械特性是能够满足上述要求的。 1.4 本设计 主要内容 本设计 从收线装置的卷绕特性入手，对收线装置如何有效地完成工作进行了研究，以此为基础，设计了一套简单的张力控制系统和排线机构，具体工作如下： 1. 通过对收线盘 尺寸和收线速度等参数的分析，确定收线装置机构传动装置的组成，完成了机械动力的传递。 2. 利用直流电动机的机械特性，设计出符合收线装置卷绕特性的张力控制系统。 3. 采用光杆排线机构，并对其进一步 进行完善和改进，完成了符合排线功能要求的排线器设计。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 4 - 第 2章 收线架设计 2.1 收线装置的工作特点 1.收线的卷绕特性 收线盘的卷绕直径逐渐增加，如果线盘的转速维持不变，线的 张力 势必增加，这样会出现线芯被拉细、拉断等现象。为了保持一定张力，则收线盘必须随着卷绕直径的增加而降低转速，这时收线盘的转矩也随卷绕直径的增加而增加，为使收线张 力和收线速度都保持为常数，则收线盘的转速和转矩有如下关系： 常数Tn 式中 T 为 收 线盘转矩 ， N m n 为 收 线盘转速 ， n min 转矩 T 与转速 n 之间关系为一双曲线，如图 2-1 所示。该双曲线称为卷绕特征曲线。 2.传动功率小 收排线架较主机消 耗功率小，这样传动件及箱体尺寸都较小。因为传动功率小，为了得到较低的速度，所以常用降速比很大的传动机构 ，如丝杆螺母机构、行星齿轮机构、涡轮涡杆机构等，以便缩小传动链。这时虽然传动效率低，但因传动功率较小，所以实际上损失功率也很小。 3.实现动作比较多收排线架比主机的动作多，要求的运动数目也多，主要有：收线盘的旋转运动；排线器的直线运动；尾架顶针的顶紧与松开；收线盘的升降等动作。另外对排线器还要求有复位、换向等动作，所以必须合理选择方案与布局。 0 T n 图 2-1 卷绕特性曲线 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 5 - 2.2 收线装置的主要参数 1.主参数 每一个规格的收线装置，可适应三 或四个收线盘。主参数是指所容装收线盘中最大线盘的侧板直径。在设计中可根据工艺需求选取标准值。 本 设计 收线装置的规格和参数如 表 2-1 所示： 表 2-1 线盘规格与参数 收线直径 mm 收线速度 m/v 线盘尺寸 D d l， mm 线盘最大容量 kg 0.12 0.9 2.0 4.0 560 280 280 70 2.生产规范 每一生产装置都有一定的生产规范，当电线电流产品绕在收线盘筒体上时，都会发生弯曲变形。各类电缆产品变准都规定了最小允许曲率半径，当收线装置使用最小收线盘时，电缆产品产生弯曲变形最大，这时允许的最大产品直径，即为最大收线范围。每一种收线装置所收电线电缆外径倍比 (收线盘直径同电线电缆外径之比 )为 6 10，据此可确定收线范围。 3.外形尺寸 收线装置外形尺寸，包括收线及排线部分的长、宽、高及收线与排线部分之间距离。设计时可根据结构确定外形尺寸。 根据收线盘的尺寸以及收线架的结构确定收线装置的外形尺寸如下： 长： 1160mm 宽： 940mm 高： 1030mm 2.3 收线装置的顶紧机构 收线装置应该有一套顶紧机构，以便在装载收线盘之后，将收线盘固定在收线架上，使得收线盘在收线 过程中能够稳定地工作。 本设计 采用的是气动顶紧机构。 如图 2-2 所示，当控制阀 1 开启的时候，气体通过管子 5 进入上下两个汽缸，推动汽缸里的活塞运动，从而带动连接在一起的移动顶尖 3 向前移动，这样就完成了收线装置对收线盘的顶紧。反之，则是完成对收线盘的松开。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 6 - 图 2-2 气动顶紧机构 1-控制阀 2-T 型阀 3-移动顶尖 4-汽缸 5-管子 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 7 - 第 3章 排线架设计 3.1 排线器功能设计 排线机构的作用是使电线电缆产品有规律地排列在线盘上，当收线盘转动一圈后，排线器拖动电线或电缆沿收线盘轴向移动一定距离，该距离称为排线节距。排线机构应行走平稳，速度均匀，排线的宽度和节距可以调整。常用的排线机构，有丝 杆排线机构及光杆排线机构。 本设计 采用的光杆排线 机构，主要完成的功能如下： 1.无级调速 收线轴传给光杆一定转速，在不 改变光杆转速的前提下，只需拨动刻度盘上的指示器，即可随意调整排线 器在光杆轴线方向上往复运动的速度，可以设定从 零 到最大节距值。 2.瞬时换向 不需改变光杆的旋转方向，当活动臂碰轮撞到换向块时即可瞬时改变排线器的行走方向，换向时间不 1 秒。值得注意的是，换向位置要保持固定臂与活动臂的角度对称，压簧要一直保持压在固定臂和活动臂之间，压簧压力不足要随时更换。 3.排线推力的调节 排线推力的大小 主要由调压螺母和蝶形弹簧的压力来决定，机箱底部有两个螺盖可同时调整，调压时要主要机箱两侧的密封盖要与光杆保持一定间隙，调整的推力要适当，过紧会卡死光杆不能换向，在能满足排线推力的情况下，推力适中最佳，并可延长光杆和机箱的使用寿命。 4.释放装置 排线器带有释放装置，能满足在不停机的情况下，使排线器转环与光杆松开，手持排线器可置其于光杆任意位置，排线可以从端部开始。 3.2 光杆排线机构 光杆排线机构如图 3-1 所示，由光杆及三个成一定角度的滚动轴承等零件组成。三个滚动轴承分别装在三个方形框架上；方形框架用短轴装在排 线座上；三个滚动轴承，一个与光杆上面接触，两个与光杆下面接触，并且滚动轴承与光杆是倾斜接触，倾斜角为 。当光杆转动时，三个轴承内环就会被摩擦力带动作轴向移动。排线器在移动中到达所需位置，碰到挡块，通过拨板，使方形框架的倾斜方向也同时改变，轴承环倾斜角由 变为 ，这样排线器就会反向移动。调整偏心，便可以改变三个滚动轴承的倾斜程度即改变 角大小，这样可改变排线器移动速度，即改变排线节距。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 8 - 图 3-1 光杆排线器 1-光杆 2-滚动轴承 3、 4、 5-方形框 6-排线座 7-拨板 8-偏心轴 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 9 - 第 4章 传动机构设计 4.1 直流电动机 在各种大小规格电线电缆的生产过程中，都需要用收线装置将产品卷绕到收线盘上，因此传动机构必须满足线盘的收卷运动及排线器直线运动的要求。为保证被收卷的产品不出现拉细、拉断现象并且卷绕在收线盘上的电线电缆产品不松弛，传动机构必须满足收卷特性的要求 目前收线装置张力控制主要有两种形式，一种是机械式，靠摩擦离合器或其他打滑装置即靠打滑作用达到粗糙地控制张力，故灵敏度低，张力变化范围在 2 3 倍或更大。另一种是靠电动机特性和电 气控制系统来实现恒张力，这种控制形式控制精度高，结构简单。 收线装置的电动机的机械特性应满足卷绕特性的要求， 本设计 选用的是直流调速电动机。 他励式直流电动机具有较硬的自然机械特性 ， 如图 4-1 所示，可用于要求较高的收线装置中。当输入电压 U 或励磁改变时，转速 n 也随之变化，通过对 U 的调节，可方便地改变电动机的转速。在整个收卷过程中，根据线盘直径的变化，通过晶闸管控制可使线盘转速自动改变，保证张力和线速度不变。 他励式直流电动机的优点是效率高，起动平滑，速比范围大，速度连续可调，反应快，这都给调速工作状态 带来很多有利因素，其缺点是控制系统较为复杂，要求高，有偏差时将影响收线质量。 串励式直流电动机如图 4-2 所示。由于电枢绕组与励磁绕组相互串联，因此流过的电流相同，当电枢电流变化时，磁通也随之变化，即： 图 4-1 他励直流电动机自然特性曲线 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 10 - aIf 所以当电动机的负载变化时，转速受电枢电路中的电压降及磁场强度变化而变化。因此适当调节调节串励直流电动机的端电压，即可得到一条与卷绕特性相仿的特性曲线，见图 4-3，所以是较为理想的收卷动力装置。同时由于起动时电枢电流和励磁电流都很大，故起动转矩大，这样就可选择小功 率的电动机用在收卷起动转矩大而工作转矩小的场合，它的缺点是负载转矩很小时，速度难以控制，因此限制了它的使用范围。 将这种直流调速电动机用于卷绕时具有如下优点： 1. 空盘到满盘时能够使收线时的张力保持稳定。 2. 张力调节方便，一次调节后易于正确的重复。 3. 电动机的结构简单可靠，维护安装方便。 4. 用直流电动机进行恒张力控制，不但控制线路简单，而且元件少，调正维护操作简便。 5. 成本低，从而在经济上具有优势。 4.2 转矩的计算 整个收卷过程包括动态起动过程及正常收卷过程。如果起动时间很短，则动态转矩大大超过正常工作转矩 。 正常计算这两个过程是保证收线质量的必要条件。 4.2.1 工作转矩的计算 在收卷中，收线盘必须具有一定的转矩 T ，方可将带有一定张力 PF 的线材卷绕到线盘上，工作转矩 T 可由 下式得出： 图 4-3 串励直流电动机自然特性 图 4-2 串励直流电动机结构原理 1-直流电动机 2-励磁绕组 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 11 - 72 56.0252 DFT p N m 式中 T 为收 线转矩 ， N m PF 为收 线张力 ， N D 为收 线盘卷绕直径 ， m 当收线盘以线速度 v(m/min)收卷时，所需功率 P ，由下式得出： 2.09552 27379552 TnP kW 式中 n 为收线盘转速， r/min 折算到拖动电动机转矩 MT 为： 21 iTTM N m 式中 MT 为折算到电动机转矩， N m T 为收线转矩， N m i 为传动比 为减速器传动效率 折算到拖动电动机的功率 MP 为： 2.09552 95529552 0 nTP MM kW 式中0n为电动机同步转速， r/min 在整个收卷过程中 PF 和 v 应该是不变的，因此 P 值也不变，但 T 值却随卷绕直径 D 的增大而增加，通过逐点计算， 可作出卷绕特性曲线如44图 所示 D T n 图 4-4 收线转矩与线盘转速 T,n 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 12 - 4.2.2 起动转矩计算 起动转矩是动态转矩的主要形式，它大于其它转矩。一个有一定重量和直径的线盘，在0t时间内，其转速由零加速到 n 时所需要的起动转矩GT可通过飞轮矩 2GD 方法来计算： 022.38tnGDTG 式中GT为起动转矩 ,N m 2GD 为飞轮矩 ,N m n 为收线盘转速 ,r/min 0t为起动时间 ,s 在实际拖动中，还应将回转物体飞轮矩折算到电动机轴的飞轮矩，总飞轮矩应为： 75.23.0705.3156.0705.3144.0112222222222 HRGM GDiGDiGDGDGD式中 2MGD 为电动机飞轮矩， N m 2GGD 为减速机构飞轮矩， N m 2RGD 为收线轴飞轮矩， N m 2HGD 为收线盘飞轮矩， N m i 为传动比 将计算飞轮矩，代入上式，计算起动转矩： 7.1912.38 27375.22.38 02 tnGDTGN m 折算到拖动电动机转矩 MT 为： 63.55.3 7.191 iTT GM N m 计算电动机功率 为 ： 56.09552 95563.59552 0 nTP MG kW 为充分满足输出功率要求，选用电动机功率 1.5kW 选直流电动机21004 Z，参数如表 4-1 所示。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 13 - 表 4-1 直流电动机参数 功 率 kW 额定电压 V 额定转速 r/min 最高转速 r/min 质 量 kg 1.5 150 955 2000 60 4.3 齿形带传动设计 因为并不需要传递较大的转矩，所以优先选用带传动，而又由于传动时需要平稳，故采用圆弧齿型带传动。 下面是对齿型带传动的设计计算： 1确定计算功率cP55.25.170.1 PKP Ac kW 式中 AK 为同步带传动的工作情况系数 2选择带型和节距 查图 11.20 和表 11.18 选取带型为重型 H，节距 p 为 12.700mm 3带轮齿数 1Z 和 2Z 小带轮齿数 必需满足下式： min1 ZZ 选取 小带轮齿数为 16 齿 ，所以： 56165.312 ZiZ 齿 4带轮节圆直径 71.647.121611 pzD mm 5.2267.125622 pzD mm 于是选取直径如下： 651 D mm 2302 D mm 5带速 smvsmnDv/40/25.310006095565100060m a x116初定中心矩 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 14 - mmammaDDaDD5905.206)23065(2)23065(7.0)(2)(7.0 2121 选取中心距为 400mm 7带长及其齿数 5.1 4 72 652 3 02 12 DDD m mm 5.822 652302 12 DD mm 于是带长为： mmaaDL m17.12804005.8240025.147222按表 11.19 选取标准节线长度 60.1371为PL mm， 齿数 108为Z 。 8实际中心距 mmmmDLDLa mm10404455.8285.14760.13714145.14760.137184142222所以中心距为： mma 445 考虑安装调整和补偿张紧力的需要，中心距的变动范围为： saIa 查表得 到 27.1为I ， 76.0为S 。 所以有： 76.44573.443 mm 9小带轮啮合齿数 08.7165644520167.12216202 1211 zzapzzz m取整 数值 7为mz10基本额定功率 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 15 - kWvqvFP a81.6100025.325.3484.021001000220式中0P为同步带基准宽度0b所能传递的功率， kW aF为基准宽度0b同步带的许用工作拉力， N q 为基准宽度为 0b 的同步带质量， kg/m 11带宽 mmPkPbbzc11.3281.6125.276 14.114.100式中 zk 为啮和齿数系数，根据小带轮啮和齿数mz选取： 6 时取 1；5 时取 0.8； 4 时取 0.6 按图 11.21 取标 准值，得 ： 1.38b mm 12轴上载荷 31.69225.3 55.210001000 v PF cQ N 4.4 链传动设计 1. 选择链轮齿数 小链轮齿数 为 ： 151 z 传动比 为 ： 3273819 i 大链轮齿数 为 ： 4515312 izz 2. 选取链节距 初取中心距，选 取 pa 40为 链节数 为： 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 16 - 110402154540224515222221221 ppppapzzpazzL p传动功率 为 ： 27.01885.0 2.02.10 pzAkk PKPkW 式中 AK 为 工作情况系数 zk 为 小链轮齿数系数 pk为 多排链排系数 链节距：根据 27.00 PkW、 819n r/min，由图 14.17 查出选用 08A滚子链。 3. 确定中心距 mmzzzzLzzLpa pp89.504215458245151102451511047.12282242221222121 所以取： mma 520 4. 计算作用轴上载荷 链速 为 ： 6.2100060 7.1215819100060 1 pnzv m/s 有效拉力 为 ： 776.2 2.0100010001 v PF N 轴上载荷 为 ： 111772.12.12.1 1 FKF AQ N 5. 定润滑方式 润滑方式：根据 v 、 p 由图 14.23 查出为油浴润滑 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 17 - 第 5章 张力控制系统 5.1 间接张力控制原理 收线过程中，保持收线的张力恒定是保证成品线丝质量的一个重要条件。收线时如果线丝的张力过大，绞线机 和收线机之间的线丝将会受到很大的拉力，从而影响收线质量，严重时甚至超过线丝的抗拉强度而将其拉断。反之，如果张力过小则又会在成品卷筒和收线机之间形成松线、乱线等现象；或者在成品卷筒上产生滑套现象，这些都会影响生产的进行。 由此可见，如果收线过程中能够调节线丝的张力并使之在一定的范围内保持稳定，就不会出现上述问题。基于这样的思路，于是这次设计采用了间接张力自动控制的原理，对收线时线丝的张力进行自动调节。 张力控制方式可分为两大类：直接张力控制和间接张力控制，前者用张力传感器直接监测张力实际值，经张力控制器输入系 统中进行闭环调节；后者却是控制一些与张力有关的电气量，最后达到控制张力的目的，相对而言，前者在控制原理上比较简单，易于实现控制，但对于收线张力的控制，如不增加辅助装置，较难直接测量线丝张力变化的情况，因而采用间接控制的方案便显得切实可行了。 由直流电动机的转矩公式可知收线机力矩为： AMM IKT 式中 AI 为电动机的电枢电流， A 为 电动机的电枢磁通 ， Wb MK 为 电动机的转矩常数 线丝的张力力矩： FDT 21 式中 F 为 线丝张力 ， N D 为 收线直径 ， m 考虑电动机的效率 、减速比 i 后，根据力矩平衡原则，有： TiTM 整理后得： DIKF A 1式中 MKiK 21值为 是一 常数 由上式可以看到，如使电枢电流 AI 与主磁通 之积随着收线盘卷径哈尔滨理工大学学士学位论文 - 18 - D 的变化而自动地线性变化，就可以获得恒定的张力 F 。为简化设计，让自流电动机在基速段运行，此时其磁通即为额定磁通N。于是上式变为： DIKDIKF AAN 21因此，只要设法使电枢电流的大 小随收线盘卷径值 D 变化，便可以获得恒定张力。 5.2 张力控制系统 其方框图如图 5-1 所示： 由上节所得出的结论可知，要得到恒定的张力，需要将卷径值测量出来，并且需要保持卷径值，现分析如下： 0 Dnv UUU vKUv 3 nKU n 4 式中 v 为 线丝速度 ， m/s n 为 收线机转速 ， r/min 由此得： 图 5-1 张力控制系统方框图 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 19 - nvKKUUUnvD 43又因线丝速度 v ，收线机转速 n 和卷径值 D 之间有如下关系： nviD 60所以： DKKiU D 4360上式 DU 的值就反映了卷径值，从而实现了卷径计算。 张力综合给定装置 TG 综合了张力给定 ，动态补偿信号 C，其输出TCU正比于张力给定。乘法器 2MU 输出为： TCDMT UUU 于是有： DKKDKKiU MT 654360上式等号左边正比于线丝张力力矩，也就是说 MTU 正比于所要求产生的电动机转矩。由电动机方程可知，在磁通 不变时，电机力矩正比于电枢电流。因而，该张力控制系统实现了随着卷径值 D 的变化而自动改变电机转矩以维持线丝不变这一控制目的。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 20 - 第 6章 部分零件校核 6.1 校核大带轮 轴 在收线装置各 个零部件中，承受力与力矩最大，也最有可能失效的零件是大带轮 轴，以及此支撑此轴的轴承，因此，校核部分主要针对这两个零件进行校核，看它们是否满足收线过程中所需要的强度条件。 对此轴进行扭矩和受力分析如图 6-1 所示 ： 由第 4 章第 2 节内容可知，轴所受最大扭矩为收线装置的起动转矩： 7.1921 mm mm 绘制扭矩图如图 6-2 所示： 对轴各个 受力进行分析： AF 为带传动时带对轴所产生的径向力 31.692AF N BF 为链传动时链对轴所产生的径向力 110BF N CF、 DF 为轴承对轴所产生的支反力 EF 为线盘的重量对轴所产生的力，最大为线盘收线满盘时 1m AF EF DF BF CF2m 图 6-1 轴受力分析图 图 6-2 轴扭矩图 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 21 - 350EF N 计算支反力CF、 DF ，对于 C、 D 截面，由平衡方程式 0CM和0 DM 得： 022.016.002.004.0 EDBA FFFF 006.016.018.020.0 ECBA FFFF 可得： 39.610CF N 92.321DF N 绘制剪力图和弯矩图如图 6-3 所示： 由图 6-3 知 C 截面为为危险截面，所以应对 C 截面进行强度校核。首先对轴扭转时的强度计算： M P aD TWTt8.005.0 7.191616 33m axm ax对轴的弯曲强度进行计算： M P aD MWMZ9.105.0 29.233232 33m axm ax用第三强度理论对弯曲与扭转组合变形进行计算： 图 6-3 轴剪力图和弯矩图 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 22 - M P ar 48.28.049.14 22223 所以该轴符合强度要求。 6.2 校核大带轮 轴轴承 因为大带轮 轴所受载荷主要为径向载荷，所以此轴选用轴承为深沟球轴承 61809。下面对所选轴承进行校核： 对轴承受力进行分析，如图 6-4 所示： 由于选用深沟球轴承，查 得 58.3为rC kN、 32.3为orCkN 轴承的当量动载荷按下式计算： ard YFXFfP 因为轴式平稳运转，所以取载荷系数 1df，又因无轴向载荷，所以， 1为X ， 0为Y 于是： 39.610 rFP N 轴承的基本额定寿命： hPCnL h 1232039.610 1058.327316670166703310 故 符合强度要求。 图 6-4 轴承受力图 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 23 - 结论 本设计 从收线装置的卷绕特性入手，对收线装置如何才能有效地完成工作进行了简单设计，初步建立了一套适用于收线装置的张力控制系统和一套能够满足排线功能要求的排线机构，并在在设计过程中，获得以下结论： 1. 为了保证收线结果达到最好结果，必须使收线盘卷绕时平稳地旋转，也就是说需要传动系统具有平稳传动的特点，显然， 本设计 采用的齿形带传动和链传动具有平稳传动的特点。 2. 通过分析收线装置的卷绕特性知道，要 使卷绕成品的质量能够符合产品要求，就必须控制收线过程中线径的张力，于是 本设计 采用了间接张力控制原理，控制在收线过程中一些与张力有关的电气量，达到了收线过程中张力保持恒定的要求。 3. 采用光杆排线器的排线原理，并对其不断地完善和改进， 设计出了一个具有瞬时换向、节距可调、排线推力可变的并且带有释放装置的排线器。实现了收线时让线径整齐地卷绕在收线盘上，满足了排线器的排线功能要求。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 24 - 致谢 感谢我的导师崔思海老师，在这篇学位论文的设计中，崔思海老师给予了我 细心的指导和不懈的支持，从开始进入课题到论文完成，其中无不包含了老师的汗水