Аналогичен механизм действия схемы на рис. 2.5Д Здесь сначала вращается в одном направлении дальний конец изделия, движущегося слева направо, а затем ближний конец ((причем в противоположном направле нии изделия, изменившего свое направление на обратное
вточке 5).
Взависимости от постоянного направления враще ния крутильной рамки — по часовой или против часовой
стрелки — в каждой из схем осуществляется либо пра вая, либо левая двойная скрутка.
2.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССА СКРУТКИ
Основным параметром, характеризующим процесс скрутки, является шаг скрутки. К числу вспомогатель ных параметров относятся: кратность шага скрутки, угол скрутки, а также модуль скрутки.
Под ша г о м с к р у т к и Н |
понимается расстояние |
по длине скручиваемого изделия |
(жилы, группы, пучка, |
кабельного сердечника), которое соответствует одному полному обороту вокруг него любого из элементов скрут ки, например отдельной проволоки, жилы, группы или пучка (см. рис. 2.2). Иными словами, при данном диа метре скручиваемого изделия шаг скрутки характери зует степень крутизны, с которой производится скрутка. Чем скрутка круче, тем меньше для изделия одного и того же диаметра ее шаг, и наоборот. Шаг скрутки обычно выражается в миллиметрах.
В технологической практике удобнее пользоваться не шагом скрутки в миллиметрах, а безразмерным отноше нием шага скрутки к диаметру окружности скручивае мого изделия в целом или рассматриваемого повива эле ментов скрутки D. Указанное отношение H/D носит название к р а т н о с т и ш а г а скрутки и обозначается буквой т. Применяемый иногда термин «коэффициент скрутки» характеризует совершенно иные отношения (например, между диаметром группы и диаметром изо лированной жилы или диаметром скрученного сердечни ка и диаметром изолированной жилыили диаметром скрученного сердечника и диаметром группы) и исполь зуется в теории конструктивного расчета кабелей связи.
Различают теоретическое и практическое значения кратности шага скрутки. Первое получается, если шаг
скрутки Н относить к диаметру окружности Dn= D 0-{-dt проходящей по центрам элементов диаметром d, состав ляющих скручиваемый повив (рис. 2.6). Теоретически
Р н с ^ 2 £ г К определению кратности шага |
скрутки. |
|
|
||||
а — расположение витка |
одной из проволок |
(жил) в повиве на длине шага |
|||||
скрутки; |
б — развертка |
на плоскости одного |
витка проволоки (жилы); |
Н — |
|||
шаг скрутки; L — длина |
витка; d — диаметр |
проволоки (изолированной жилы |
|||||
и т. п.); |
D0 —диаметр |
центрального цилиндра, на который накладывается |
|||||
данный |
повив проволок |
(жил); |
Dy — диаметр |
окружности, |
проходящей |
по |
|
центрам |
проволок (жил) повнва; |
D — наружный |
диаметр |
повива; а — угол |
|||
подъема цилиндрической винтовой линии, образуемой каждой проволокой (жи лой) в иовнве, или угол скрутки.
подобное определение более строго. Однако практически удобнее пользоваться наружным диаметром данного по вива D, который легко измерить. При этом D = D n+ d=
= £ > o + 2 d .
Таким образом, теоретическая и практическая крат ности шага скрутки
/Л т= #/Д , и mnp= m = H /D . |
(2.1) |
Из рассмотрения рис. 2.6 следует, что
tga= H /nD n или //=.л£>д tg а. |
(2.2) |
Сопоставляя уравнения (2.1) и (2.2), получаем:
tg а= т г/л или тт—п tg а. |
(2.3) |
Действительно, кратность шага скрутки, зависящая от диаметра скручиваемого изделия, дает более объек тивное и наглядное представление о степени крутизны
58
скрутки, чем абсолютные значения шага скрутки, взя тые безотносительно к размерам изделия. Убедимся
в этом на простом примере. Предположим, что однопо- |
|
вивный кабель А с наружным диаметром |
10 мм скручен |
с шагом 250 мм, а другой аналогичный |
кабель Б с на |
ружным диаметром 15 мм скручен с шагом 300 мм. В каком кабеле крутизна скрутки больше? На первый взгляд может показаться, что в кабеле Л, так как шаг его скрутки меньше. Однако следует учитывать полуто ракратное различие диаметров кабелей. При сравнении практических кратностей шагов скрутки обоих кабелей получается:
mi= t f1/Di=250/10=25
и
tn2= H 2/D 2= m /15=20,
т. е. оказывается, что кабель Б скручен с меньшей крат ностью шага скрутки и, следовательно, имеет большую крутизну скрутки и большую гибкость.
Согласно рис. 2.6,6 под углом скрутки а понимается острый угол между нормалью к оси скручиваемого изде лия и осью развертки на плоскость элемента скрутки (проволоки, жилы и т. д.).
Установим зависимость между шагом скрутки изде лия Н и основными параметрами, характеризующими работу крутильной машины: ее линейной скоростью г)л и частотой вращения крутильного устройства (или устройств) яКрут. Согласно определению шаг скрутки ра вен длине изделия, прошедшего через машину за вре мя /, в течение которого ее крутильное устройство совер шит полный оборот, образуя при этом один спиральный виток элемента скрутки. Если взять единицу времени в 1 мин, то получаются соответственно линейная ско
рость, которая выражается обычно в метрах |
в минуту, |
|
и частота вращения в оборотах в минуту. Так |
как шаг |
|
скрутки принято выражать в миллиметрах, то |
искомая |
|
зависимость примет вид: |
|
|
H =VJI *1000//2крут. |
|
(2.4) |
Модуль скрутки М характеризует число витков эле мента скрутки, приходящееся на единицу длины скру ченного изделия, или «число круток на единицу длины» {/(//, м -1). Модуль скрутки соответствует отношению числа оборотов, совершаемых вращающимся концом
изделия в единицу времени (т. е. в простейшем случае Пнрут), к его длине, прошедшей через крутильное устрой ство также в единицу времени (т. е. к линейной скоро сти прохождения изделия через машину ил):
|
М'=Пцрут/Ул- |
|
(2-5) |
Согласно сделанным определениям |
модуль |
скрут |
|
ки— величина, физически обратная шагу скрутки |
(М = |
||
= 1 /Н). |
С учетом различия в единицах |
обеих величин |
|
(Н — мм, |
М — м-1) зависимость между |
ними |
выра |
жается |
М=Ю00/Н, |
|
|
|
|
(2.6) |
|
или |
|
|
|
Я = 1000/уИ.
Понятием модуля скрутки удобно пользоваться при рассмотрении различного рода машин разнонаправлен ной скрутки, а также машин многократной однонаправ ленной скрутки, в частности двойной, применительно к схеме рис. 2.3,в, если оба крутильных устройства — отдающее и приемное — вращаются с различными ча стотами.
Следует отметить, что соотношение (2.4) справедли во для простейших машин одинарной однонаправленной скрутки, работающих по схемам рис. 2.3,а и б. Для ма^ шин с более сложными схемами, например согласно рис. 2.5,а и б, соответствующие зависимости будут вы водиться по мере рассмотрения устройства этих машин.
2.3.МАШИНЫ ОДНОНАПРАВЛЕННОЙ СКРУТКИ
Взависимости от того, какой из узлов машины вра щается относительно оси скрутки, различаются четыре
базовых типа крутильных машин: с крутильно-отдающим устройством; с крутильно-приемным устройством; с рам кой, вращающейся вокруг отдающего устройства; с рам кой, вращающейся вокруг приемного устройства.
Машины всех четырех типов в зависимости от распо ложения вращающегося узла можно разделить на два рода (табл. 2.1). К первому относятся машины, в кото рых крутильная часть пространственно совмещена с отдающим устройством и либо составляет с ним целое (крутильно-отдающее устройство, см. рис. 2.3,а), либо вращается вокруг него (крутильная рамка, см. рис. 2.5,а).
60
В этих машинах тяговое и приемное устройства непо движны относительно оси скрутки. При этом следует иметь в виду, что во многих машинах 1-го типа наряду с вращающимся отдающим устройством имеется одна' неподвижная независимая выносная секция отдающегоустройства, с которой сходит заготовка (одна или даже несколько), поступающая (ие) в центр скручиваемого1 изделия. Аналогичная независимая секция также может быть в некоторых машинах 3-го типа; в этом случае она> располагается вне крутильной рамки.
Т а б л и ц а 2.1
Классификация однородных машин однонаправленной скрутки
|
|
|
|
Род машин |
|
|
Группа машин |
|
первый—крутильное уст |
второй —крутильное уст |
|||
|
|
|
ройство пространственно |
ройство пространственно |
||
|
|
|
совмещено с отдающим |
совмещено с приемным |
||
Первая — с |
кру |
Тип 1-й— с крутиль- |
Тип 2-й— с |
крутиль |
||
тильно-несущим уст но-отдающим устрой |
но-приемным |
устрой |
||||
ройством |
(инерцион |
ством |
|
ством |
|
|
ные машины) |
|
|
|
|
|
|
Вторая — с |
кру |
Тип |
3-й — с рам |
Тип 4-й — с |
рамкой,- |
|
тильной |
рамкой |
(ра |
кой, |
вращающейся |
вращающейся |
вокруг |
мочные безынерцион |
вокруг отдающего уст |
приемного устройства |
||||
ные машины) ройства
В машинах второго рода отдающее устройство не подвижно, а крутильный механизм пространственно со
вмещен с |
приемным устройством и либо составляет |
с ним одно |
целое (крутильно-приемное устройство, см. |
рис. 2.3,6), |
либо вращается вокруг него (крутильная- |
рамка, см. рис. 2.5,6).
Четыре базовых типа машин можно группировать и: по другому признаку — в зависимости от несущей функ ции крутильного устройства. Если оно несет массу всех, отдающих катушек с подвергающимися скрутке заготов ками или приемной тары со скручиваемым изделием,, т. е. совмещено соответственно с отдающим или прием ным устройством, то машины образуют первую группу крутильного оборудования — с вращающимся несущим: устройством. В эту группу входят, следовательно, ма-
6i;
шины с крутильно-отдающим (1-й тип) И С КрутЙЛЬНОэтриемным (2-й тип) устройствами. Подобные машины (см. рис. 2.3,а и б) являются инерционными.
Во вторую группу входят все машины с вращающей ся крутильной рамкой, т. е. 3-го и 4-го типов (см. рис. 2.5,а и б). В общем случае их называют рамочными. В отличие от машин с крутильно-несущим устройством рамочные машины, в которых масса отдающей или приемной тары неподвижна относительно оси скрутки, в вращается лишь легкая рамка, называют безынерцион ными. При этом крутильная рамка вращает только тот участок скручиваемого изделия, которое в данный мо мент времени находится в пределах контура самой рамки.
Клетьевые крутильные машины. Крутильная клеть — цилиндрическая 1 (рис. 2.7) или коническая, часто на; ’зываемая также фонарем, состоит из нескольких парал лельно расположенных металлических дисков," жестко укрепленных на полом металлическом валу 2, проходя щем через их центр. Между дисками в подшипниках установлены люльки 3 для отдающих катушек (или ба рабанов) 4, число которых может достигать нескольких десятков в зависимости от назначения машины. Конец
вала посажен в подшипник, расположенный в укреплен ной на фундам^те опорной стойке. На этом же конце; вала, закреплен^ приводная шестерня 5, служащая для-
передачи вращения клети. Каждый диск покоится на си стеме опорных роликов.
Часть клети между двумя соседними дисками носит название секцищ Отдающие катушки в смежных сек циях несколько смещены по окружности относительно’ друг друга. Сходящие с отдающих катушек заготовки проходят через полые оси люлек, вставленные в равно мерно распреде^£ННЫе отверстия в переднем диске со ответствующей Секции, и далее мимо люлек с отдающи
ми катушками следующей секции поступают к выход ному концу клетц.
На выходном конце центрального вала имеется рас пределительная розетка 6, обеспечивающая правильное* взаимное расположение скручиваемых заготовок (про волок, жил, элементарных групп) перед входом их в ка либр 7. Тяговое п приемное устройства 8 и 9 применя ются стандартных типов (см. § 1.6 и 1.8).
В подавляющем большинстве крутильных клетей' люльки для отдающих катушек связаны с несущими их дисками шарнирно. Оси отдающих катушек (бараба нов) перпендикулярны оси скручиваемого изделия. Экс центриковое кольцо 10 служит для осуществления открутки люлек с катушками (см. § 2.8).
Отдающая катушка устанавливается в люльке на* одной сплошной оси или на двух выдвижных цилиндри ческих полуосях (линолях). Ось закрепляется в люлькезамком. Торможение каждой отдающей катушки произ водится тормозным металлическим шкивом с наложен ной на него тормозной металлической лентой (или тро сом). Тормозной шкив может крепиться либо на щеке катушки, либо на ее оси, либо на внутренней боковой стороне люльки. Наиболее совершенным является по следний вариант, так как в этом случае не требуется на страивать тормоз при каждой перезаправке отдающей: катушки. Оба конца тормозной ленты связаны через-, пружины с натяжным регулируемым приспособлением: типа винта с гайкой, жестко закрепленным на боковой стороне люльки. Для контроля тормозного усилия и соз дания равномерного натяжения всех скручиваемых эле ментов тормозное приспособление иногда снабжается динамометром. Тормозной шкив сочленяется с отдающей
-катушкой посредством специального пальца, вводящего в отверстие, имеющееся в щеке катушки.
Имеются также машины, в которых люльки жестко -связаны с крутильной клетью. При этом оси отдающих катушек могут быть как перпендикулярны, так и парал лельны оси скрутки. Такие машины называются клетьевыми — жесткорамными;
Дисковые крутильные машины. Крутильный диск 1 насажен на полый вал 2 с приводной шестерней 3 на -входном и распределительной розеткой 5 на выходном
.-конце (рис. 2.8). Крепление дискового крутильного
Рис. 2.8. Дисковая горизонтальная крутильная машина.
устройства на опорной стойке и на опорных роликах аналогично креплению крутильной клети. В отличие от клетьевых машин в подавляющем большинстве дисковых машин отдающие катушки 4 жестко связаны с несущими их (одним или несколькими) дисками. В этом отношении дисковые машины, как правило, подобны жесткорамным клетьевым машинам. В то же время к дисковым маши нам относят и такие, в которых осуществляется шарнир ная связь люлек с отдающими катушками с несущим их диском (например, вертикальную для скрутки четверок). Позиции 6—8 на рисунке — калибр, тяговое и приемное устройства.
Машины с крутильно-отдающим устройством могут ■содержать однокрутильное устройство (одноклетьевые, однодисковые) или несколько, расположенных последо вательно (многоклетьевые, многодисковые). Машины с крутильно-отдающим устройством появились раньше других и до сего времени широко распространены. Ос-
64
тельно больших вращающихся масс. Частоты вращения всех этих машин весьма ограничены, уменьшаются по мере увеличения габаритов и масс соответственно отда ющей или приемной тары и даже в наиболее совершен ных конструкциях не превышают 200—250 об/мин.
Всем рамочным машинам присущи два общих преи мущества, принципиально отличающих их от машин с крутильно-несущим устройством. Первое — быстро ходность, обусловленная отсутствием тяжелых вращаю щихся масс. Частота вращения относительно легкой «безынерционной» крутильной рамки ограничивается лишь ее конструктивной прочностью, совершенством формы и степенью балансировки и достигает нескольких тысяч оборотов в минуту. Второе преимущество заклю чается в способности производить двойную скрутку из делия за один оборот крутильной рамки (согласно схе мам рис. 2.5). Следует твердо уяснить, что последнее возможно при обязательном условии, что направления поступательного прямолинейного движения скручивае мого изделия при входе на рамку и сходе с нее взаимно противоположны. В тех машинах, в которых подобное реверсирование движущегося по рамке изделия не про исходит, за каждый оборот рамки осуществляется толь ко одно кручение. В зависимости от того, обеспечивают ли конструкции рамочных машин возможность исполь зования указанного свойства, их делят на машины оди нарной скрутки и машины двойной скрутки.
На рис. 2.10 показаны схемы крутильных машин с рамкой, вращающейся вокруг отдающего устройства.
Конструктивно крутильную рамку выполняют в двух вариантах: 1) в виде литого или сварного полого ци линдра, сплошного или составного (из нескольких по следовательных шарнирно-сочлененных секций)— с вы резами для установки отдающих катушек при их пере
заправке, имеющего |
внутри |
опорные диски и с обоих |
|||
концов |
переходящего |
в |
конусы (цилиндрические |
рам |
|
ки— рис. 2.10,а); 2) |
из |
сплошных или полых |
(труб |
||
чатых) |
стержней — двух |
или |
нескольких, равномерно |
||
распределенных по окружности (с целью лучшей балан сировки) и жестко связанных между собой (стержневые рамки — рис. 2.10,6).
Машины одинарной скрутки с узкой длинной обте каемой формы рамкой (любого вида), вращающейся вокруг отдающего устройства, принято называть с и г а-
5* |
67 |
цией, не требуют сложной балансировки и, следователь но, допускают большую частоту вращения.
На внутренней поверхности крутильного цилиндра укреплено несколько пар (по числу отдающих катушек) поперечно расположенных опорных сплошных дисков или крестовин. Задняя и передняя цапфы люлек с отда ющими катушками свободно расположены в подшипни ках, установленных в центре этих вращающихся перего родок. Люльки сконструированы так, что центр тяжести их вместе с отдающими катушками оказывается ниже геометрической оси цилиндра, поэтому при вращении по следнего отдающее устройство не увлекается им и не участвует во вращательном движении, а остается непо движным, лишь слегка покачиваясь под воздействием сил трения.
Сходящие с отдающих катушек скручиваемые прово локи (или жилы) проходят сквозь полую переднюю цапфу люльки через центр передней опорной крестови ны (диска) и посредством направляющих роликов вы водятся к внутренней или внешней стороне боковой по верхности цилиндра. Проходя вдоль цилиндра к перед нему конусу, проволоки подводятся к распределительной розетке. Скрутка в данном случае осуществляется бла годаря тому, что вращающийся цилиндр одновременно вращает проходящие вдоль него проволоки вокруг оси скручиваемой жилы. Наиболее распространены сигары на 6 и 12 катушек, но могут быть на 18 катушек и более. Люльки с отдающими катушками всегда расположены последовательно в один ряд по длине цилиндра. Отда ющие катушки могут устанавливаться в закрытых и от крытых люльках, подобных люлькам клетьевых крутиль ных устройств, на осях или в пинолях. Оси отдающих катушек, как правило, перпендикулярны оси вращения цилиндра и располагаются чаще всего в горизонтальной плоскости, но могут быть и расположены вертикально. В последнем случае оси консольные.
Отличием сигар от всех прочих рамочных машин яв ляется возможность накладывать повив на центральную заготовку любого размера, отдающая катушка с которой располагается при этом вне пределов крутильной рам ки, на независимом отдающем устройстве. В клетьевых и дисковых машинах центральная заготовка с отдающей катушки (или барабана), установленной вне клети или диска, позади их, на выносной неподвижной секции про-
н°» вРаЩается только вокруг приемного устройства (рис. 2.11,а) ч в машинах двойной скрутки рамка обязательно
должна вращаться вокруг обоих устройств — тягового и приемного (рис. 2.11,6).
В Машинах одинарной скрутки вращающийся конец скручиваемого изделия совершает один оборот вокруг оси скруТки^т е одно кручение за один оборот крутиль
ного узда. Параметрическое соотношение для всех этих |
|
машин: |
|
Vn\=n\Hi=nilMu |
(2.7) |
где п1 ^ частота вращения крутильного узла или с уче
том принятых величин ил\=П\Нi/lOQO. Здесь модуль скрутки M ^ K l ^ n J v ль
В машинах двойной скрутки за каждый оборот кру тильного узла скручиваемое изделие совершает два кру чения вокруг оси скрутки, т. е. M2=2Kll=2n2lvR2. При tii=n2 и ол1= а л2 получается М2=2М\.
Следовательно, шаг скрутки изделия в этом случае:
LT _ 1_____ 1____ 7/1 АЛ) £/л2
2 — М 2 — 2 М Х ~ 2 — 2п х “ 2п 2 ‘
Таким образом, при одинаковых линейных скоростях процесса и одинаковых частотах вращения крутильной рамки шаг скрутки изделия на машинах двойной скрут ки вдвое меньше, чем на машинах одинарной скрутки. Шаг скрутки определяется при конструировании изде лия и является технологически заданным параметром, который должен выдерживаться неизменным независи мо от применяемого оборудования. Полагая Н2= Н \= Н и исходя из равенства п\ и п2, получаем для машин двойнойскрутки
vsl2=2ti2H2=2n\H\=2v5l\. (2.8)
Итак, решающим преимуществом рамочных машин двойной скрутки является возможность вдвое увеличить линейную скорость по сравнению с машинами одинарной скрутки без увеличения частоты вращения крутильной рамки. Принципиально возможны машины не с одной, а с несколькими крутильными рамками, вращающимися в противоположных направлениях одна внутри другой. Примером одного из таких практически осуществленных сочетаний являются польские двухрамочные машины
71
СДВ-160, предназначенные для скрутки токопроводящих жил, принцип действия которых иллюстрирует рис- 2.12. Проволоки 1 получают первую скрутку на участке 2—За при входе в наружную рамку 4. Вторая скрутка проис ходит на участке 3d—Зе, т. е. между точками выхода из наружной рамки 4 и точкой входа во внутреннюю рамку
|
|
5, но так как рамка 5 не |
|||||||
|
|
неподвижна, а вращается |
|||||||
|
|
навстречу рамке 4, то на |
|||||||
|
|
участке |
3d-—Зе |
осущест |
|||||
|
|
вляется еще одна |
(третья |
||||||
|
|
по счету) скрутка — здесь |
|||||||
|
|
как бы суммируются |
дне |
||||||
|
|
скрутки:если рассмотреть |
|||||||
|
|
отрезок жилы |
на участке |
||||||
|
|
3d—Зе, |
то |
его |
ближний |
||||
|
|
(по |
движению) |
|
конец |
||||
Рис. 2.12. Схема двухрамочной ма |
вращается |
в |
одну |
сторо |
|||||
ну, |
а дальний — в |
проти |
|||||||
шины четверной |
скрутки. |
воположную. |
Четвертая |
||||||
участке 3h—6, |
|
скрутка |
происходит |
на |
|||||
где 6 — условное обозначение |
схематиче |
||||||||
ски объединенных в один узел тягового |
и |
приемного |
|||||||
устройств. Машина на рис. 2.12 является двухрамочной двукратно-двойной (четверной) скрутки. Машины с боль шим числом рамок следует называть многорамочными многократно-двойной скрутки, так как за один оборот каждой рамки достигается двойная скрутка изделия.
Параметрическое соотношение для подобных |
машин |
|
в самом общем виде |
|
|
ел = 2 2 .п ,Н , |
(2.9) |
|
/=I |
|
|
где k — число крутильных рамок; |
— частота вращения |
|
i-й рамки. |
|
|
Если все рамки вращаются с |
одинаковой частотой, |
|
т. е. rt(-=const=n, то |
|
|
Vn=2knH. |
|
(2.10) |
Проверить правильность (2.9) и (2.10) можно, ис пользуя понятие модуля скрутки М. Пусть линейная скорость машины v„. В сфере действия каждой рамки i число круток на единицу длины изделия (т. е. модуль)