国产粗纺梳毛机由于缺少同步传动装置,在开车或关车时各锡林机组的起动和停止转动的时间明显不一,使工艺所给定的整机传动比被它破坏,势必造成在开车后的一段时间内,纺纱条干粗细差异严重而报废。纺废纱的时间与联接锡林的数量有关,锡林越多,机体越长,纺废纱的时间也愈长,严重降低了纺纱制成率,成本增高。因此锡林机组越多的梳毛机,采用同步传动的经济意义也就愈大,同步传动装置已成为多联式粗纺梳毛机的必不可少的组成部分。 国外粗纺梳毛机几乎已全部发展成同步传动,不同国家所制造的不同型号梳毛机,传动的形式也各不相同,有采用同步电机来实现同步传动,而现在国内还不能提供这类同步电机给梳毛机应用。电轴联动或直流电机转速反馈控制的二种同步传动装置,其同步的性能欠佳,且电机的控制系统比较复杂,与国内目前生产企业中的维修保养实际能力不相适应,就难能普及推广。上述传动装置的主要特点是无传动长轴的联系,保持传动装置的独立性,其安装精度要求较低。
或者采用一台大电机作为传动整机的同步传动装置,机构似乎比较简单,但由于粗纺梳毛机是机组既多而又庞大的传动体,机械惯量极大,启动重,于是国外有采用液力偶合器作电机的起动装置来传动梳毛机,能移长起动时间、减小电机地转矩,解决启动重的问题,而国内也无这类现成规格的液力偶合器。
由于上述种种条件所限,因此就无法照搬国外梳毛机的同步传动机构用于国产梳毛机。
经中国专利局审查部门检索,仅查得与技术背景相关文件C两篇CN87208307和USP2847716,属磁控式闭环同步控制和齿轮变换伺服电机式同步控制。而要真正解决好国产粗纺梳毛机的同步传动问题或类似的多台异步电机情况下同步传动问题,必须考虑国内的具体情况,克服各种条件限制,选用国内所能供应的机电标准零件和标准器材,设计出机构合理、简单、传动性能可靠、使用及维修保养方便的同步传动装置。
简单地采用多台异步电机作同步联动是不可能,这是因为所谓异步电机,其转子的实际转速落后于定子内的磁场转速而产生转差,其转差大小,不仅随负载大小变化,而且还随电机的材质差异、制造精度高低而变化,所以即使是同一种型号、功率相同的异步电机,在工作负载等条件相同情况下,其转速也有高低差异,因此若简单地将多台异步电机以刚性连接成整体,强制其转速快慢一致,就必然导致工作负载集中到其中某一台电机上,造成该电机超载发热而损坏,由此历来禁止将多台异步电机刚性连接成整体的同步传动。
本专利发明的构思是认为如果要采用多台异步电机作同步传动使用,就必须解决异步电机转速差异特性、这个造成损坏电机的根本问题,因而采取超载卸荷的技术方案以保护电机,保证电机在工作运行中所承受的最大负载限制在电机的额定功率以内。所以研究电机过载的保护装置是解决采用多台异步电机实现梳毛机同步传动或类似的多台异步电机情况下同步传动的关键问题。图1是本专利发明对电机过载保护装置的设计。
图1:
1 齿轮箱带轮(从动轮) 7 支点
2 测力轮支臂 8 折角β
3 测力轮
4 电机带轮(主动轮)
5 弹簧
6 传动三角胶带
在各锡林的单元传动中,从电机到齿轮箱的传动,选用三角胶带6,因为三角胶带有较好的弹性,在传动中能起缓冲作用,但更为主要的胶带传动是依靠胶带与带轮接触面之间所产生的摩擦力来传递负载的,所以当承载过大时会产生打滑,这就提供对电机过载卸荷必须条件的基础。但这还不能直接作为电机过载保护的技术方案。因为现有的胶带带轮的传动方式,还不可能做到这一点。为了要控制电机的传动功率,还须创造一定的其他条件。
显然,电机输出功率N之大小与胶带传递功率所承载的拉力P(见图1)的大小相关,即输出功率N=f(P)的函数关系。从这一点出发,如果设法能够控制胶带的拉力P,就能够控制电机的输出功率N。为控制拉力P,在三角胶带的紧边背面,特设立包含有测力轮支臂2、测力轮3和弹簧5的电机过载保护装置(图1)来检测并控制胶带在运行过程中的拉力P的大小,防止电机过载。测力轮3要检测胶带所传递功率的拉力P,所以测力轮的位置就只能设立在胶带的紧边处,由于弹簧拉力Q的作用使测力轮3将胶带向下压成一个折角β,于是胶带的拉力P就产生PR之反力,与弹簧的拉力Q力系相平衡,胶带实际承载功率的拉力P的大小受弹簧的拉力Q所制约,因此弹簧5的拉力又必须按下述公式算得的P′值予以匹配。
P,≤NN(974×103efa)/(RO·NN(efa- 1)) Kg (10
P′ 为胶带限制过载的拉力
NN为电机在额定功率时的转速
RO为电机带轮的半径(毫米)
f 为胶带与带轮间的摩擦系数
α 为胶带在带轮上的包角
测力轮3与弹簧5相配合组成,能起过载卸荷保护的作用。就是说当传动负载增加,胶带拉力P相应增加,若传动负载增加到超过额定功率时,胶带的拉力P增加到超过弹簧5的拉力Q,测力轮3因此失去平衡而上升,折角β增大,胶带趋向伸直,使在带轮1、4上有所松驰而产生部分打滑,达到卸荷目的。
但还有一个问题就是必须使胶带在齿轮箱带轮(从动轮)1上打滑。因为在正常工作运转中,如当梳毛机启动时转速极慢,而电机则在极短的时间内就能启动到正常转速,若胶带随同从动轮1运行,在初始的一段时间中胶带运行的速度几乎趋于静止状态,这样就导致电机带轮(主动轮)4在一段固定的胶带上打滑,由摩擦所产生的大量热能,在胶带上难以散发,导致胶带急剧损坏。反之,若胶带能随同电机带轮(主动轮)4高速运行,胶带则在齿轮箱带轮(从动轮)1上回旋打滑,摩擦热量就不会聚合固定在一段胶带上,同时可随即散发。
因此,本发明设计了一对特殊的传动副。在同一对传动副中,采用二种不同形式的带轮,即在电机上主动轮4用三角带轮,齿轮箱上从动轮1用平胶带轮,用一条三角胶带将三角带轮与平胶带轮组成一对传动副。因为平胶带和平胶带轮之间的摩擦系数为f,三角胶带和三角带轮之间的摩擦系数为f0=f/sinα,fo约大于f三倍。故电机带轮4的拉泄能力也比齿轮箱平胶带从动轮1的拉泄能力将近大三倍,因此当发生过载时传动三角胶带必先在从动轮1上打滑。
本发明的过载保护装置,结构非常简单,便于推广,它不仅能实现用多台异步电机作梳毛机的同步传动,或类似情况的多台异步电机的同步传动,并且具有良好的起动特性,移长梳毛机的起动时间,减小起动转矩,因此可以减小电机传动功率,有节电之功能,毋须液力偶合器或铁砂离心联轴器等作起动装置。
用多台异步电动机作同步传动还需配置同步齿轮箱13,见图2。
图2:
1 齿轮箱平胶带轮 10,10′ 圆锥齿轮
3 测力轮 11 锡林传动轴
4 电机带轮 12 电磁离合器
6 三角胶带 13 同步齿轮箱
8,8′ 圆柱齿轮 14 传动输入轴
9,9 同步轴 15 电机
同步齿轮箱13包含传动输入轴14、圆柱齿轮8和8′、圆锥齿轮10和10′、电磁离合器12、锡林传动轴11和同步轴9与9′等部件。传动输入轴14上有圆柱齿轮8,与锡林传动轴11上的圆柱齿轮8′相啮合,还有圆锥齿轮10与同步轴9上的圆锥齿轮10′啮合。圆锥齿轮10′通过电磁离合器12与同步轴9′进行偶合,以控制同步轴9上圆锥齿轮10′与传动输入轴14上圆锥齿轮10的分或合,供单机分动或整机联动的正常生产时用,也供抄针、磨针、调试等不同场合时使用。
此外还有:
1.各个锡林机组都有自己独立的动力,各配有同步齿轮箱,为使机体很长的梳毛机同步传动,并功率均匀分散,由同步轴9、9′分别与相邻各机组的同步齿轮箱13的同步轴连成同步长轴16(图3),该同步长轴16不当作传递功率主轴使用,而起到平衡各传动齿轮箱13之间的负载差异,使电机的功率均衡,同时同步长轴所承载的转矩极小,对离合器12而言,就不会发生过载而发生打滑,这是保证全机同步传动可靠性的决定因素。
图3:
1 同步齿轮箱带轮 16 同步长轴
3 测力轮 17 联轴节
4 电机带轮 18 同步长轴支座
13 同步齿轮箱
2.本发明的同步传动装置不受锡林机组数量多少的限制,因此不论由多少台锡林机组所联合的粗纺梳毛机,都会得到合理的传动,成为组合式的同步传动装置,为发展组合式梳毛机打下基础。
实施例:
本发明的同步传动装置应用于BC 272 Y型新三联梳毛机的同步传动,分别在浙江兰溪毛纺织厂、江苏常熟市毛纺织厂进行实施,并由上海市电机研究所对同步传动装置和齿轮箱进行传动特性测试,并在生产现场进行全面的特性测试。
一.生产使用工艺
江苏常熟毛纺织厂对BC 272 Y型新三联梳毛机安装调试结束,就开始生产1.4.5,1.2.7 14Nm/1,16Nm/1等品种的兔羊毛针织纱,并从一九八七年五月初起统计BC 272 Y型梳毛机的生产使用情况,于一九八七年八月一日汇总了五至七月生产概况,其中对梳毛机同步传动装置的使用情况摘要如下:
1.达到同步起动,避免了老三联(BC 272)梳毛机不同起步所产生的毛网铺层脱节和起动不一致所造成的长片段粗、细节纱,新三联(BC 272 Y)梳毛机运转协调,均匀一致,大幅度降低了纵向不匀等问题,同时提高了毛条成卷率。
2.提高毛纱质量,能生产14Nm/1~16Nm/1兔羊毛纱、羊仔毛纱,一等品比老三联(BC 272)梳毛机提高28.6%。
3.生产效率高,全机联轴起动,负荷均匀,减少机械故障的停台,提高生产效率4%。
二.传动特性测定
同步传动装置经正常运转二个月后,由上海市电机研究所负责测定。
1.三台电机联动起动电流特性测定:电机序号最大起动电流(安)启动时间(秒)输入电压(伏)初梳 #1机(4 kW)中梳 #2机(4 kW)末梳 #3机(5.5kW)25.224.336.90.360.2850.54380
测得:三台电机中启动最长时间5.5Kw电机为半秒左右。
各同步齿轮箱从启动至升速到904转/分稳定运行,其启动时间(也是各个锡林的启动时间)t=62.5秒。
经测定证明电机先在极短时间内由启动至正常转速,由于过载保护装置的效果,移长了锡林的起动时间,启动缓慢平稳,减小了电机功率。
2.对三台同步齿轮箱联动、启动运行测得同步轴承载的转矩:
(1)初梳与中梳齿轮箱连接的同步轴转矩,在#1转矩转速仪测得转矩为-10.39牛·米。
(2)中梳与末梳齿轮箱连接的同步轴转矩,在#2转矩转速仪测得转矩为-11.57牛·米。
3.同步性能测定:
在同步齿轮箱传动带轮上安装有30齿的发讯齿轮,带轮每一转,传感器发出30次脉冲讯号,三台同步齿轮箱从联动启动测试仪被开始记录运转至正常转速,再相隔一段时间记录仪打印出同步波形,再经3分钟运转,再打印出同步波形,三台齿轮箱的脉冲波形始终保持对准,测试证明三个锡林完全保持同步运行,没有发现异步现象。
#3波形位移7.69°,#2波形位移3.077°,即同步测试得同步长轴承载后扭转变形为7.69°-3.077=3.92°,同步长轴在设计计算时,同步长轴由承载至电机的额定功率时,允许扭转变形1°/米,6米长的同步长轴能允许变形为6°/米,现6°>3.92°,允许变形量大于实际变形量,也证明同步长轴工作的安全可靠。
4.电机输入和齿轮箱输出功率测定:
三台电机联动运行时:电机序号电压(伏)电流(安)输入功率电机(瓦)输出功率机(瓦)输入总功率(瓦)输出总功率(瓦) #1 4 kW#2 4 kW#3 5.5kW3873873875.426.69.0258030004425175021303425100057305
从以上测得数据可知,二台4kW电机,实际使用电流最大为6.6A<8.8A电机的额定电流。5.5kW电机,实际使用电流为9.0A<11.6A电机的额定电流,非但未发生超载现象,而且还有相当余量,实际耗用的电机功率为额定功的74.1%,故上海电机研究所建议三台电机启动后停去中间一台电机,即用二台电机传动,经测试结果:
电机序号电压(伏)电流(安)输入功率电机(瓦)输出功率机(瓦)输入总功率(瓦)输出总功率(瓦) #1 4 kW#3 5.5kW3873878.1510.63394853502930425092987180
经测得#1,4kW,电机实际使用电流最大为8.15A<8.8A额定电流,#3,5.5kW,实际使用电流最大为10.63A<11.6A,均未超过电机的额定电流,实际耗用的电机功率为额定功率之97.9%,提高了电机的功率因素。若实现上述建议,每台梳毛机在原来每天能节电39度的基础上,再可节约2.24度/小时,全天以21小时生产计算可节电47度/天。且在测定时BC 272 Y各工作辊、剥毛辊用的是滑动轴承,现常熟市机械总厂已全部改用滚动轴承,传动荷载还可以减小,因此对上述建议的实现创造了更好的条件。
从以上的使用情况及测定数据来看,采用多台异步电机传动的同步传动装置,不但能够成立,而且比采用一台大电机传动整机的同步传动装置具有更大的优越性。