Изучение работы намоточных станков и исследование алгоритма функционирования системы



Состояние вопроса

В ходе намотки материал снимается с подающей оправки (барабана катушки), проходит через кинематическую цепь передачи и укладывается на приемную оправку. Качество наматываемых изделий зависит от программы изготовления и точности ее отработки. В общем случае управляемыми координатами являются натяжение различных участков наматываемого материала, их перемещения, скорости и ускорения. Управление указанными координатами выполнятся преимущественно по заданной программе. Разработка и исследование устройств программного управления различными параметрам намотки является задачей актуальной, позволяющей удовлетворительно решать следующие вопросы:

– повышение производительности труда;

– улучшение качества наматываемых изделий;

– уменьшение времени на переналадку оборудования.

Рассмотрим основные параметры, влияющие на качество намотки, и устройства их реализующие.

Натяжение проволоки при намотке

Основным технологическим фактором, определяющим качество и производительность процесса намотки, является натяжение проводки. Сила натяжения определяет геометрические размеры и рабочие характеристики наматываемого узла. Поэтому вопрос правильного выбора натяжения проволоки приобретает первостепенное значение.

Различают три вида натяжения провода: максимально и минимально допустимые натяжения и оптимальное натяжение.

В общем случае под максимально допустимым натяжением понимается натяжение, при котором в процессе формирования обмотки не происходит практически заметных изменений электрических и геометрических параметров провода и не нарушается целостность изоляции.

Под минимально допустимым натяжением понимается натяжение, необходимое для изгиба провода по форме каркаса при заданных плотности и коэффициенте заполнения обмотки и сохранении прочности, жёсткости и других свойств каркаса.

Натяжение, при котором получается обмотка с точностью в пределах, заданных допуском, считается оптимальным для данной обмотки. Оптимальное натяжение T_Qпт находится между максимально Т_макс и минимально Т_мин предельными натяжениями:

T_мин ≤ T_опт ≤ Т_макс

Настройка намоточного станка на определенное натяжение обычно осуществляется по таблице предельно допустимых натяжений, при этом динамические нагрузки на привод, возникающие в процессе наматывания, практически не учитываются. Создаваемое статическое натяжение, возникающему в процессе наматывания. Экспериментальные исследования показывают, что динамическое натяжение в 1.5–2 раза превосходят статическое, а при попадании системы в резонанс — достигает еще больших значений.

Разработка механизмов и устройств регулирования натяжения провода является задачей самостоятельного исследования и в данной работе не рассматривается.

Механизм раскладки провода

Для обеспечения шага, длины, места и направления хода проводоводителя относительно каркаса и оправки в процессе намоточного производства применяются механизмы раскладки провода. Их роль непосредственно связана с образованием шага обмотки и поэтому механизмы раскладки кинематически связаны с механизмами главного движения. Проводоводитель перемещается на величину шага и, кроме того, обеспечивает наматывание катушки определенной длины и с необходимым количеством рядов.

Для станков рядового наматывания применяются следующие классы и типы механизмов раскладки, которые приведены в таблице 1.

Таблица 1

Классы итипы механизмов раскладки для станков рядового наматывания

Класс	Тип	Разновидность
Электромеханические	Реечные	С простой рейкой С орбитальной рейкой
	Винтовые	Двухвинтовые Одновинтовые
	Шаблонно-винтовые	С винтовым шаблоном
	Кулачковые	С дисковым кулачком С одновитковым кулачком С многовитковым кулачком
	Кулисные	Простого действия
	Фрикционные	С вариатором Со стальной лентой
Пневматические	Пневмоцилиндрические	Прямого действия С клином
Гидравлические	Гидроцилиндрические	Прямого действия

В реечном механизме раскладки с применением простой рейки точность раскладки определяется точностью зубчато-реечного зацепления, кинематической цепи подачи, а также скоростью переключения реверсирующего устройства.

В механизме с орбитальной рейкой реверсирование осуществляется значительно быстрее. В намоточных станках нашли широкое применение винтовые механизмы раскладки в виде двухвинтовых и одновинтовых механизмов.

При применении шаблонно-винтовых механизмов раскладки провод укладывается с определенным шагом на каркас, связанный кинематически с шаблоном.

Кулачковые механизмы раскладки применяются обычно в специальных намоточных станках. Шаг раскладки при этом регулируется скоростью кулачка и поэтому точность раскладки во многом зависит от точности изготовления кулачка.

Для универсальных станков применяются рычажно-кулачковые механизмы раскладки, к недостаткам которых следует отнести сложность изготовления кулачков высокой точности.

Кулисные механизмы раскладки используются для изготовления неответственных обмоток. Установка шага наматывания производится изменением скорости вращения эксцентрика.

К электромеханическим устройствам относятся также и фрикционные механизмы раскладки с применением различных вариаторов и ленточных передач. Настройка на шаг при этом производится изменением вращения вала и изменением угла наклона ведомого фрикционного ролика, инерционности и значительного времени реверсирования.

Кроме электромеханических устройств, в намоточных станках применяются пневматические и гидравлические механизмы раскладки.

Управление приводов намоточных станков

Современные намоточные станки оснащаются устройствами управления циклом наматывания, которые обеспечивают плавное изменение скорости вращения шпинделя, наматывание обмотки при установившейся скорости и ступенчатое торможение шпинделя.

Из-за инерционности механической части намоточного станка он снабжен электромагнитным тормозом. Электромагнитный тормоз имеет подвижный конический фрикцион, соединяющий шпиндель станка либо с вращающим шкивом, либо с неподвижным фрикционом (в момент торможения).

Станки рядового наматывания

Наиболее широкое распространение получили станки для наматывания рядовых обмоток (однорядовых и многорядовых).

Подавляющее большинство станков рядового наматывания бесчелночные, кинематика их обеспечивает строго согласованное вращение каркаса с движением раскладывающего устройства. Раскладывающее устройство с проводом должно за один оборот шпинделя переместиться на величину шага и обеспечить наматывание катушки определенной длины с необходимым количеством рядов.

Кинематика станков для однорядового наматывания проще, т. к. укладка провода на каркас производится при одностороннем движении раскладывающего устройства, в то время как для многорядовых обмоток необходимо реверсирование проводоводителя.

Повышения производительности труда можно добиться путем увеличения скорости наматывания (не всегда выполнимо вследствие низких кинематических и динамических возможностей станка), автоматизации различного рода приемов и переходов, применения многоместных, многошпиндельных и многопозиционных станков. К недостаткам таких станков можно отнести необходимость последовательного выполнения вспомогательных приемов и переходов. Этих недостатков лишены многошпиндельные и многопозиционные станки, в которых время наматывания совмещается со временем вспомогательных операций.

Управляемые параметры процесса намотки

В соответствии с техническим заданием на разработку и исследование системы числового программного управления намоточным станком должна обладать следующими функциональными возможностями:

– обеспечить контроль числа наматываемых витков;

– торможение главного привода (привода оправки) в конце наматываемой обмотки;

– остановка привода оправки в конце наматываемой обмотки;

– реверс или остановка раскладчика в конце наматываемого слоя;

– требуемый шаг раскладки.

Литература:

1. Марголит Р. Б. Наладка станков с программным управлением — Инфра Инженерия 1983. — 256 с.
2. Скороходов Е. А. Намоточные станки — Энергия 1970. — 88 с.
3. Алиев И.И Ассинхронные двигатели в трехфазном и однофазных режимах — 2004. — 128 с.