устройство для намотки кабеля на барабан

Формула изобретения

1. Устройство для намотки кабеля на барабан, содержащее барабан, механизм установки барабана и траверсу для направления и натяжения кабеля, базирующуюся на платформе с приводным винтом, вращение которого обеспечивает привод, и имеющую концевые датчики, на которой жестко закреплено устройство бокового поджатия кабеля, включающее в себя вертикальные прижимные ролики и устройство протяжки кабеля, в которое входят горизонтальные ролики поддержки сверху и снизу, отличающееся тем, что содержит контроллер, датчик метража, датчик координаты положения траверсы и устройство измерения толщины кабеля, в которое входит подвижный элемент с ходовым винтом, на одном конце которого находится датчик толщины, а на другом - цилиндрическая поворотная ручка, причем на подвижном элементе закреплена ось первого из двух вертикальных прижимающих цилиндрических роликов, а ось второго закреплена на платформе траверсы, на которой также жестко закреплен кронштейн крепления устройства протяжки кабеля, причем входящие в него два горизонтальных ролика поддержки снизу расположены по обе стороны вертикальных прижимных цилиндрических роликов, а над горизонтальными роликами поддержки снизу расположен горизонтальный ролик поддержки сверху, являющийся измерительным роликом, связанным с датчиком метража, кроме того, датчик координаты положения траверсы соединен с концом приводного винта платформы с противоположной стороны от привода.

2. Устройство для намотки кабеля на барабан по п.1, отличающееся тем, что механизм установки барабана содержит горизонтальную балку, ось которой проходит через вертикальную стойку, закрепленную на опоре, на которой также закреплен мотор-редуктор привода угловых перемещений горизонтальной балки с датчиком угловых перемещений горизонтальной балки, а также - электрический привод вращения барабана, причем цепь привода и две звездочки располагаются внутри горизонтальной балки, причем ведущая звездочка соединена с электрическим приводом вращения барабана, а ведомая - со шпинделем для насадки барабана.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для намотки нитевидного материала на круглый барабан, а именно к устройствам для компактной автоматической намотки электрического кабеля, имеющего толщину в широком диапазоне значений.

Известно устройство для намотки кабельных изделий по патенту РФ № 2086494. Оно имеет две соосные бобины с приводом их вращения и раскладчик материала, каретка которого жестко закреплена на силовом цилиндре, установленном с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно неподвижного штока, закрепленного на раме. Также имеется система укладки материала с реверсом каретки, счетчик метража материала и средство для его отрезки. Параллельно оси силового цилиндра имеется ходовой шлицевой вал. Каретка раскладчика выполнена в виде составной конструкции, состоящей из двух щек, смонтированных на шлицевом валу, и размещена между щеками кронштейна, выполненного вильчатым и связанного со шлицевым валом посредством сменной передачи винт-гайка.

Это устройство обеспечивает удобную намотку кабеля на барабан конкретного размера, однако не обеспечивает оптимальной плотности намотки.

Известна намоточная машина с программируемым контролем положения траверсы по патенту США № 5499775. Эта машина включает в себя: шпиндель, катушку, монтируемую на шпинделе, мотор для вращения шпинделя, траверсу, направляющую кабель, мотор, приводящий в движение траверсу, средство, определяющее положение траверсы по отношению к шпинделю, а именно устройство для запоминания профиля намотки и определения положения траверсы по отношению к угловому положению шпинделя, датчик углового положения шпинделя и устройство, подающее сигнал на перемещение траверсы по сигналу с датчика профиля.

Положение шпинделя определяется датчиком, который выдает сигнал на контроллер об угловом положении шпинделя. Перемещение траверсы производит серводвигатель переменного тока. В двигатель встроен датчик, выдающий сигнал о положении траверсы на контроллер. Два концевых датчика обеспечивают защиту от выхода траверсы за заданные пределы. Они смонтированы на рычаге крепления траверсы, и по их сигналу немедленно прекращается движение траверсы. Контроллер также поддерживает передаточное соотношение между шпинделем и траверсой.

Эта машина содержит программируемый контроллер движения с процессором и работает подобно электронному лекалу. Она обеспечивает оптимальную намотку кабеля заданной толщины на барабан заданного размера благодаря работе контроллера, который задает профиль намотки и ее длину вне зависимости от длины барабана. Недостатком является отсутствие автоматического определения толщины кабеля и отсутствие приспособлений для намотки на барабан большого размера.

Известна аппаратура для автоматической намотки кабеля по патенту США № 3951355, взятая авторами за прототип. Она содержит: барабан, основание траверсы и средство для перемещения основания траверсы (туда-обратно) вдоль направления намотки, траверсный блок, имеющий возможность осуществлять возвратно-поступательное движение относительно основания траверсы, траверсное плечо, смонтированное на траверсном блоке для направления кабеля при намотке на барабан и содержащее ролики поддержки кабеля сверху и снизу, прижимной ролик для бокового прижима и устройство для обеспечения прижимающего усилия. Также имеется устройство, фиксирующее подход наматываемого кабеля к фланцу барабана, средство для изменения направления движения траверсы при подходе кабеля к фланцу барабана или для остановки движения траверсы, датчик угла вращения барабана, средство контроля положения траверсы относительно барабана, связанное с датчиком угла и которое может быстро переместить траверсу вдоль барабана, а также средство для поднятия рычага траверсы, если толщина намотки больше диаметра фланцев барабана.

Эта аппаратура обеспечивает равномерную намотку кабеля заданной толщины на барабан заданного размера, однако она не предназначена для автоматической оптимизации параметров при использовании кабеля любого размера для намотки на барабан любой величины. Имеет место ручная перенастройка положения переключателей, обнаруживающих наличие кабеля вблизи фланцев в случае смены катушки на катушку других габаритов, в частности другой ширины. Также требуется перенастройка средств контроля положения траверсного блока относительно барабана, связанного с датчиками угла вращения барабана при переходе от намотки провода одного диаметра к другому диаметру с тем, чтобы выдержать шаг перемещения траверсы на один полный оборот барабана. В целом отсутствует автоматизация процесса определения параметров: ширины поля намотки и автоматического измерения диаметра наматываемого кабеля и, как следствие, вычисления шага перемещения траверсы на полный оборот барабана.

Целью настоящего изобретения является обеспечение оптимальной плотности намотки кабеля любого профиля сечения и толщины на катушки (барабаны) различных типоразмеров.

Сущность изобретения состоит в том, что в устройство для намотки кабеля на барабан, содержащее барабан, механизм установки барабана и траверсу для направления и натяжения кабеля, дополнительно введены контроллер, датчик метража, датчик координаты положения траверсы и устройство измерения толщины кабеля.

Введение дополнительных устройств позволит использовать барабаны любого типоразмера для намотки кабеля, имеющего толщину в широком диапазоне значений.

Траверса базируется на платформе. Платформа имеет возможность возвратно-поступательного движения с помощью приводного винта, вращение которого обеспечивается приводом. Траверса имеет концевые датчики, фиксирующие крайние положения платформы. На платформе закреплены устройство бокового поджатая кабеля с вертикальными прижимными роликами и устройство протяжки кабеля, включающее горизонтальные ролики поддержки сверху и снизу.

Платформа имеет двухъярусную конструкцию с верхним и нижним плоскими основаниями. Причем сквозь нижнее основание проходит приводной винт, а на верхнем основании закреплены устройство протяжки кабеля и часть устройства бокового поджатая кабеля с одним из вертикальных прижимных роликов. Между двумя ярусами платформы расположен подвижный элемент, который может перемещаться в горизонтальной плоскости при помощи ходового винта. На подвижном элементе закреплена ось первого вертикального прижимного ролика, входящего в устройство бокового поджатая кабеля, а ось второго вертикального прижимного ролика жестко закреплена на верхнем основании платформы. Устройство измерения толщины кабеля, измеряющего линейный размер кабеля вдоль линии перемещения траверсы, включает в себя помимо устройства бокового поджатая кабеля датчик толщины, расположенный на одном конце ходового винта, а на другом конце этого ходового винта размещена цилиндрическая поворотная ручка, предназначенная для ручного управления. Конструктивно устройство крепления вертикальных прижимных роликов выполнено таким образом, что между ними можно пропускать кабель практически любой толщины. Толщина кабеля соответствует линейному перемещению первого вертикального ролика относительно второго вертикального ролика при повороте цилиндрической ручки и соответственном повороте ходового винта, обеспечивающем линейное перемещение подвижного элемента. Сигнал с этого датчика толщины, по сути являющегося датчиком линейного перемещения, поступает на контроллер, а конкретно на аналого-цифровой преобразователь, входящий в контроллер, где преобразуется в цифровое значение толщины кабеля.

На плоском верхнем основании платформы также установлен кронштейн для крепления горизонтальных роликов. Два горизонтальных ролика для поддержки кабеля снизу расположены по обе стороны от вертикальных прижимных роликов. Над горизонтальными роликами поддержки снизу расположен один горизонтальный ролик для поддержки кабеля сверху, который одновременно является измерительным роликом и соединен с датчиком метража. Контроллер преобразует сигнал от датчика метража в длину пропущенного кабеля.

Датчик координаты положения траверсы расположен на конце приводного винта платформы траверсы со стороны, противоположной приводу. Он обеспечивает передачу сигналов обратной связи по углу поворота винта привода на контроллер.

Кроме того, механизм установки барабана содержит горизонтальную балку, ось которой проходит через вертикальную стойку, закрепленную на нижней опоре. На ней также закреплен мотор-редуктор привода угловых перемещений горизонтальной балки с датчиком угловых перемещений горизонтальной балки, а также - электрический привод вращения барабана. Цепь привода и две звездочки располагаются внутри горизонтальной балки. Ведущая звездочка соединена с электрическим приводом вращения барабана, а ведомая - со шпинделем для насадки барабана.

Механизм установки барабана является механизмом для подъема и установки катушки (барабана) в исходное положение, и наоборот. Он снабжен датчиком обратной связи по углу поворота консоли механизма (горизонтальной балки) относительно вертикальной оси. Сигнал от датчика поступает на аналого-цифровой преобразователь контроллера, где преобразуется в цифровую форму. При достижении запрограммированного контроллером значения вырабатывается команда, останавливающая привод механизма установки барабана.

Заявленное техническое решение позволяет использовать барабаны любого типоразмера (в нашей стране, например, по ГОСТ 5151-79) для плотной намотки на него кабеля. Сигналы от измерительного узла толщины кабеля, от датчика координаты положения траверсы, от датчика метража, от датчика угловых перемещений консоли поступают на контроллер, который пересчитывает эти данные для установки скорости вращения барабана и скорости движения траверсы, раскладывающей кабель, с учетом предварительно заданных плотности и вида намотки.

Перечень фигур графического исполнения:

Фиг.1. Устройство для намотки кабеля на барабан. Кинематическая схема.

Фиг.2. Траверса. Эскиз конструкции.

Фиг.3. Механизм установки барабана. Эскиз конструкции.

На Фиг.1-3 цифрами обозначены следующие позиции:

1 - барабан,

2 - механизм установки барабана,

3 - траверса,

4 - контроллер,

5 - кабель

6 - платформа,

7 - приводной винт,

8 - привод,

9 - концевые датчики,

10 - подвижный элемент,

11 - ходовой винт,

12 - датчик толщины,

13 - цилиндрическая поворотная ручка,

14 - первый вертикальный прижимной ролик,

15 - второй вертикальный прижимной ролик,

16 - кронштейн;

17 - горизонтальные ролики поддержки кабеля снизу,

18 - измерительный ролик,

19 - датчик метража,

20 - датчик координаты положения траверсы,

21 - горизонтальная балка,

22 - вертикальная стойка,

23 - нижняя опора,

24 - мотор-редуктор привода угловых перемещений,

25 - датчик угловых перемещений,

26 - электрический привод вращения барабана,

27 - цепь привода,

28 - ведущая звездочка,

29 - ведомая звездочка,

30 - шпиндель,

31 - направляющие платформы,

32 - направляющие подвижного элемента.

Описание конструкции

Устройство для намотки кабеля на барабан представляет собой совокупность четырех основных блоков (фиг.1). Барабан 1 поднимается и приводится в рабочее состояние механизмом установки барабана 2. Траверса 3, являющаяся сложным электромеханическим устройством, управляемым контроллером 4, служит для направления и натяжения при намотке кабеля 5.

Контроллер 4 задает расстояние, на которое может перемещаться платформа 6 (фиг.2) параллельно оси барабана 1 по приводному винту 7. Вращение приводного винта 7 обеспечивает привод 8, расположенный на конце этого винта. Для ограничения хода платформы 6 служат концевые датчики 9 (фиг.1), сигнал с которых поступает на контроллер 4. Платформа 6 выполнена двухуровневой. На верхней плоскости платформы 6 жестко закреплено устройство бокового поджатая кабеля, выполненное в виде подвижного элемента 10 с ходовым винтом 11, расположенным параллельно и выше приводного винта. На одном конце ходового винта 11 находится датчик толщины 12, а на другом - цилиндрическая поворотная ручка 13. На подвижном элементе 10 жестко закреплена ось первого вертикального прижимного ролика 14 цилиндрической формы. Ось второго вертикального прижимного ролика 15 жестко закреплена на верхней плоскости платформы 6. Если между этими роликами кабеля нет, - угол поворота цилиндрической ручки равен 0. Для размещения между ними кабеля любой толщины поворотом цилиндрической поворотной ручки 13 осуществляют поворот ходового винта 11 и соответственное перемещение по нему подвижного элемента 10 на расстояние, обеспечивающее достаточно плотное зажатие кабеля между двумя вертикальными прижимными роликами, но позволяющее свободно скользить в процессе намотки. Датчик толщины 12 фиксирует этот угол поворота ходового винта 11 и передает сигнал на контроллер, где значение углового поворота преобразуется в линейное значение толщины кабеля, что является значением шага раскладки при рядковой раскладке.

На верхней плоскости платформы 6 также жестко закреплен кронштейн 16 для крепления устройства протяжки кабеля. На кронштейне 16 жестко закреплены оси двух горизонтальных роликов поддержки кабеля снизу 17, причем они расположены на одном уровне по обе стороны от вертикальных прижимных роликов 14 и 15. В верхней части кронштейна 16 расположен измерительный ролик 18 (являющийся заодно горизонтальным роликом поддержки сверху). Ось вращения этого измерительного ролика 18 соединена с датчиком метража 19. Сигнал с этого датчика метража 19 поступает на контроллер 4, где число оборотов измерительного ролика 18 преобразуется в линейное значение длины пропущенного кабеля.

На конце приводного винта 7 платформы 6 со стороны, противоположной приводу 8, расположен датчик координаты положения траверсы 20. Он обеспечивает передачу импульсов обратной связи на контроллер по углу поворота приводного винта 7 от привода 8. То есть на контроллер поступает информация, в каком положении находится траверса (а значит - кабель) при начале намотки на барабан.

Механизм установки барабана содержит горизонтальную балку 21, ось которой проходит через вертикальную стойку 22, закрепленную на нижней опоре 23. На ней также закреплен мотор-редуктор привода угловых перемещений 24 горизонтальной балки 21 с датчиком угловых перемещений 25, а также - электрический привод вращения барабана 26. Цепь привода 27 и две звездочки 28,29 располагаются внутри горизонтальной балки 21. Ведущая звездочка 28 соединена с электрическим приводом вращения барабана 26, а ведомая звездочка 29 - со шпинделем 30.

Перемещение платформы 6 осуществляется по приводному винту 7 и направляющим платформы 30, а перемещение подвижного элемента 10 - по ходовому винту 11 и направляющим подвижного элемента 32.

Устройство работает следующим образом.

Оператор задает на пульте управления контроллера тип барабана, плотность и вид намотки, включает механизм установки барабана.

Изначально горизонтальная балка 21 находилась в начальном положении, при котором сигнал с датчика угловых перемещений 25 соответствует нулю. С выхода контроллера 4 рассчитанный сигнал поступает на мотор-редуктор привода угловых перемещений 25, который сначала перемещает горизонтальную балку в исходное для данного барабана положение. Затем вручную барабан 1 закрепляют на шпинделе 30. После этого конец кабеля закрепляют на фланце барабана, предварительно пропустив его между вертикальными роликами 14 и 15. Затем включают датчик толщины 12. Сигналы от датчика толщины 12, от датчика координаты положения траверсы 20, от датчика метража 19 поступают на контроллер 4, который пересчитывает эти данные для установки скорости вращения барабана и скорости движения траверсы, раскладывающей кабель. В дальнейшем производится намотка кабеля на барабан в соответствии с заданными параметрами (тип катушки, вид намотки, линейная скорость намотки) с вычисленным шагом раскладки, равным толщине кабеля.

Электрический привод вращения барабана 26 приводит шпиндель 30 и соответственно барабан 1 во вращательное движение с заданной скоростью. Одновременно привод 8 начинает вращать приводной винт 7, и платформа 3 начинает вдоль него двигаться. При достижении платформой крайнего заданного программой положения происходит траверс, и платформа начинает движение в обратном направлении. Концевые датчики 9 срабатывают в случае непредвиденного выхода траверсы за пределы заданного поля координат и выдают сигнал на остановку перемещения траверсы. Датчик метража 19 фиксирует длину пропущенного кабеля, при достижении нужной заданной длины выдают сигнал на остановку процесса намотки. После окончания намотки горизонтальная балка 21 с помощью привода мотора-редуктора привода угловых перемещений 24 перемещается в нижнее положение, барабан снимается со шпинделя и откатывается в нужное место.

Промышленная применимость

Основные узлы заявляемого устройства для намотки кабеля на барабан могут быть реализованы с помощью известных технических средств.

Введенное в устройство для намотки кабеля на барабан устройство измерения толщины кабеля (например, с датчиком толщины в виде потенциометрического датчика РП1-4bе-10 К) позволяет автоматизировать расчеты шага и плотности намотки кабеля на барабан по его фактической толщине (аналоговая форма измерения толщины).

Единый датчик обратной связи по координате траверсы (датчик координаты положения траверсы) является модулем Е6С2 - CWZ (фирма Omron) и позволяет автоматически вычислять длину поля раскладки (длина шейки L по ГОСТ 5151-79) с одной стороны, а также программно организовывать любой профиль намотки по углу поворота винта привода траверсы.

Датчик метража может представлять собой, например, инкрементный датчик E6C2-CWZ (фирма Omron), жестко соединенный с осью вращения измерительного ролика. Он преобразует число оборотов ролика в длину пропущенного через него кабеля.

Введение механизма установки барабана в виде электромеханического узла подъема в исходное состояние для намотки и опускания барабана в заранее заданное положение в зависимости от диаметра барабана позволяет без дополнительного оборудования легко устанавливать и снимать барабаны с устройства намотки по всей гамме номеров барабана (ГОСТ 5151-79). Он снабжен потенциометрическим датчиком РП1 - 4be - 10K в качестве датчика угловых перемещений горизонтальной балки.