CN115504329B - 一种上丝装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种上丝装置，包括框架、取丝平台和绕丝模块；框架的顶部固定有水平的喷丝板；取丝平台包括引丝棒、步进电机和舵机I；步进电机用于带动引丝棒作升降运动；舵机I用于带动引丝棒绕位于引丝棒下方的一点左右摆动；框架的顶部设有供引丝棒穿过的通孔，各部件的位置关系满足：引丝棒能够通过升降运动和左右摆动与喷丝板中的熔体接触；绕丝模块包括绕丝筒、立板I、立板II、步进电机、舵机II；步进电机用于带动立板I和立板II环绕绕丝筒圆周运动；舵机II用于带动立板I前后运动；各部件的位置关系满足：立板I和立板II能够通过圆周运动和前后运动夹紧由引丝棒牵引的丝。本发明的装置可代替人工，在短时间内完成取丝和绕丝。
Description
技术领域
本发明属于自动化技术领域，具体涉及一种上丝装置。
背景技术
随着科技的发展，作为化纤生产核心工序的纺丝，其生产线也向着自动化、智能化方向改进。但目前从喷丝板上取丝并缠绕至绕丝筒仍然依靠人工完成，一方面，需要投入人工成本、影响生产效率；另一方面，温度较高的喷丝板对操作者存在一定的安全隐患。
为了解决上述问题，文献(自动上丝机构的研发[J].纺织器材,2012,39(S1):50-51+66.)提出了一种自动上丝机构，该机构主要由链条、传动链轮、多个支撑链轮(对链条起支撑、导向作用)、导丝环、分丝棒、两台减速电机(两台减速电机通过支架固定在箱体的背面，它们分别通过各自的联轴器、传动轴将动力传递给传动链轮和传动链轮)等组成，该装置在上丝前需要人工检查导丝环是否处于传动链轮和第一个导丝辊之间，如果没有处于合适位置，手动同时启动两台减速电机，将导丝环调整后，再进行上丝工作。开始上丝时，将丝束手动系在导丝环上，启动两台减速电机，由各个链轮作导向，链条带着导丝环沿着丝束的走向绕着各个导丝辊运行，并将丝束缠绕到各个导丝辊上，此时各导丝辊的线速度即为上丝速度。当导丝环运行到设备的出丝口附近时，立即切断两台驱动链轮的减速电机电源，然后及时切断设备的主动减速电机的电源，最后将丝束从导丝环上解下，放在分丝棒的支杆上，上丝工作结束。
但是，该机构在每次使用前需要人工确认初始位置、需要手动控制减速电机、手动将丝束系上与解下、装置结构复杂且无法应用于玄武岩纤维等一类易断丝束。
发明内容
为了解决现有技术中上丝动作复杂、需要人工操作且装置结构复杂的问题，本发明提供一种上丝装置。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种上丝装置，包括框架、取丝平台和绕丝模块；
框架的顶部固定有水平的喷丝板；
取丝平台包括引丝棒、步进电机I和舵机I；引丝棒竖直布置且顶端呈圆锥状，长度为60mm，引丝棒的主体为直径4mm的圆柱；步进电机I用于带动引丝棒作升降运动；舵机I用于带动引丝棒绕位于引丝棒下方的一点左右摆动；
框架的顶部设有供引丝棒穿过的通孔，各部件的位置关系满足：引丝棒能够通过所述升降运动和所述左右摆动与喷丝板中的熔体接触，即引丝棒向上运动至一定程度(200mm)同时向左摆动至一定程度(120°)时，引丝棒的顶端与喷丝板中的熔体接触；由于喷丝口直径很小，此处如果采用下取丝方式，装置需要较高的定位要求，加工难度与成本上升，因此采用上取丝的方式；
绕丝模块包括绕丝筒、立板I、立板II、步进电机II、舵机II；绕丝筒水平放置且平行于前后方向，同时位于引丝棒升降运动轨迹的右侧；立板I和立板II都平行于左右方向，且立板I位于立板II的后方；步进电机II用于带动立板I和立板II环绕绕丝筒圆周运动；舵机II用于带动立板I前后运动；
各部件的位置关系满足：立板I和立板II能够通过所述圆周运动和所述前后运动夹紧由引丝棒牵引的丝，即立板I和立板II环绕绕丝筒圆周运动至一定程度(90°)时，由引丝棒牵引的丝位于立板I和立板II之间；立板I向前运动至一定程度(10mm)时，立板I和立板II的间距小于由引丝棒牵引的丝的直径。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种上丝装置，上丝装置还包括FPGA控制器，FPGA控制器同时与步进电机I、舵机I、步进电机II和舵机II连接。
如上所述的一种上丝装置，取丝平台还包括取丝平台基座、丝杆螺母、光轴、丝杆、联轴器I和电机固定板；
引丝棒和舵机I安装在水平板状的取丝平台基座上，取丝平台基座为L形结构，由平行于左右方向的A部和平行于前后方向的B部组成，A部位于B部的前方，A部的左端固定套在竖直的丝杆螺母上，B部的后端活动套在竖直的光轴上，丝杆螺母与竖直的丝杆螺纹连接，丝杆通过联轴器I与步进电机I的竖直的输出轴连接，步进电机I通过电机固定板与框架连接。
如上所述的一种上丝装置，取丝平台还包括安装在取丝平台基座上的取丝平台壳体。
如上所述的一种上丝装置，取丝平台还包括引丝棒支架、支座、从动锥齿轮、惰轮、惰轮支架、主动锥齿轮和舵机支架；
引丝棒支架由水平杆以及位于水平杆下方的斜杆组成，水平杆和斜杆都为直径4mm的圆柱，引丝棒固定在水平杆上，水平杆平行于前后方向，且由两个支座支承且与其间隙配合，初始状态时斜杆位于引丝棒的右侧且下端与取丝平台基座接触，支座中供水平杆穿过的孔的直径为5mm，初始状态时引丝棒处于竖直状态，斜杆位于引丝棒的右侧且下端与取丝平台基座接触，水平杆的前端从支座内穿出后固定套接从动锥齿轮，从动锥齿轮与惰轮啮合，惰轮活动套在竖直的惰轮支架上，惰轮与位于其前方的主动锥齿轮啮合，主动锥齿轮固定套在舵机I的平行于前后方向的水平的输出轴上，舵机I通过舵机支架与取丝平台基座连接，从动锥齿轮、惰轮、主动锥齿轮的内径均为5mm，舵机I的长宽高分别为19.6mm、8mm和17.4mm。
如上所述的一种上丝装置，绕丝模块还包括曲柄、从动轴、从动带轮、同步带、主动带轮、主动轴、联轴器II、上固定支座和下固定支座；曲柄为竖直板状结构；
立板I、立板II和舵机II安装在平行于左右方向的曲柄上，立板I和立板II均为长10mm、宽6mm的矩形板；曲柄固定套在平行于前后方向的水平的从动轴的后端上，从动轴的前端固定套接从动带轮；从动带轮通过同步带与位于其下方的主动带轮连接；主动带轮固定套在平行于前后方向的水平的主动轴的前端上，主动轴的后端通过联轴器II与步进电机II的平行于前后方向的水平的输出轴连接；从动轴由上固定支座支承，主动轴由下固定支座支承，上固定支座和下固定支座与框架连接。
如上所述的一种上丝装置，绕丝模块还包括主动杆、从动杆、弹簧、连杆、摇杆、舵机固定板和舵机固定盒；
立板I与平行于前后方向的水平的主动杆的后端连接呈L形，立板II与平行于前后方向的水平的从动杆的后端连接呈L形；主动杆的前端依次穿过从动杆、弹簧和曲柄与平行于前后方向的水平的连杆的后端铰链连接，连杆的前端与平行于前后方向的水平的摇杆的后端铰链连接，摇杆的前端固定套在舵机II的竖直的输出轴上；舵机II通过舵机固定板与舵机固定盒连接，舵机固定盒固定在曲柄的前表面上；弹簧的后端与从动杆固定连接，前端与曲柄固定连接。
如上所述的一种上丝装置，框架的顶部设有滑轮，滑轮位于喷丝板的右侧的上方，滑轮的直径为10mm，用以防止引丝棒引出的丝再次接触喷丝板而熔断的情况出现；各部件的位置关系满足：所述引丝棒作升降运动时，滑轮能够与由引丝棒牵引的丝接触。
如上所述的一种上丝装置，滑轮活动套在平行于前后方向的水平的短轴(直径3mm、长66mm)上，短轴由两个轴承座支承，轴承座固定在框架的顶部上。
有益效果
(1)本发明的一种上丝装置，解决了人工上丝的成本及安全问题，极具有应用前景；
(2)本发明的一种上丝装置，结构简单，适应性好，性价比高；
(3)本发明的一种上丝装置，可在短时间内完成取丝的直线运动和绕丝的螺旋运动，代替人工操作。
附图说明
图1为本发明的一种上丝装置的整体结构示意图；
图2为本发明的一种上丝装置的框架结构示意图；
图3为本发明的一种上丝装置的取丝平台结构示意图；
图4为本发明的一种上丝装置的取丝平台部分结构示意图；
图5为本发明的一种上丝装置的绕丝模块结构示意图；
图6为本发明的一种上丝装置的绕丝抓手结构示意图；
其中，1-顶板，2-轴承座，3-短轴，4-滑轮，5-喷丝板，6-绕丝筒，7-后板，8-底板，9-丝杆，10-丝杆螺母，11-联轴器I，12-电机固定板，13-步进电机I，14-光轴，15-引丝棒，16-取丝平台壳体，17-取丝平台基座，18-从动锥齿轮，19-惰轮，20-主动锥齿轮，21-舵机I，22-舵机支架I，23-支座，24-引丝棒支架，25-惰轮支架，26-曲柄，27-从动轴，28-抓手壳体，29-舵机固定盒，30-联轴器II，31-步进电机II，32-主动轴，33-从动带轮，34-上固定支座，35-同步带，36-主动带轮，37-下固定支座，38-主动杆，39-从动杆，40-弹簧，41-舵机II，42-舵机固定板，43-摇杆，44-连杆。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，术语“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
一种上丝装置，如图1～2所示，包括框架、取丝平台、绕丝模块和FPGA控制器；
框架包括顶板1、后板7和底板8；
取丝平台包括引丝棒15、步进电机I13、舵机I21、引丝棒支架24、支座23、从动锥齿轮18、惰轮19、惰轮支架25、主动锥齿轮20、舵机支架22、丝杆螺母10、光轴14、丝杆9、联轴器I11、电机固定板12、取丝平台基座17和安装在取丝平台基座17上的取丝平台壳体16；
如图3所示，取丝平台基座17为L形结构，由平行于左右方向的A部和平行于前后方向的B部组成，A部位于B部的前方，A部的左端固定套在竖直的丝杆螺母10上，B部的后端活动套在竖直的光轴14上，丝杆螺母10与竖直的丝杆9螺纹连接，丝杆9通过联轴器I11与步进电机I13的竖直的输出轴连接，步进电机I13通过电机固定板12与框架的底板8连接；
如图4所示，引丝棒支架24由水平杆以及位于水平杆下方的斜杆组成，水平杆和斜杆都为直径4mm的圆柱，水平杆平行于前后方向，且由两个支座23支承且与其间隙配合，支座中供水平杆穿过的孔的直径为5mm，初始状态时斜杆位于引丝棒的右侧且下端与取丝平台基座接触，水平杆的前端从支座23内穿出后固定套接从动锥齿轮18，从动锥齿轮18与惰轮19啮合，惰轮19活动套在竖直的惰轮支架25上，惰轮19与位于其前方的主动锥齿轮20啮合，主动锥齿轮20固定套在舵机I21的平行于前后方向的水平的输出轴上，舵机I21通过舵机支架22与取丝平台基座17连接；其中，从动锥齿轮18、惰轮19、主动锥齿轮20的内径均为5mm，舵机I21的长宽高分别为19.6mm、8mm和17.4mm；
引丝棒15竖直固定在水平杆上且顶端呈圆锥状，长度为60mm，引丝棒15的主体为直径4mm的圆柱；
如图5所示，绕丝模块包括绕丝筒6、立板I、立板II、步进电机II31、舵机II41、曲柄26、从动轴27、从动带轮33、同步带35、主动带轮36、主动轴32、联轴器II30、上固定支座34、下固定支座37、主动杆38、从动杆39、弹簧40、连杆44、摇杆43、舵机固定板42和舵机固定盒29；
曲柄26为平行于左右方向的竖直板状结构，曲柄26固定套在平行于前后方向的水平的从动轴27的后端上，从动轴27的前端固定套接从动带轮33；从动带轮33通过同步带35与位于其下方的主动带轮36连接；主动带轮36固定套在平行于前后方向的水平的主动轴32的前端上，主动轴32的后端通过联轴器II30与步进电机II31的平行于前后方向的水平的输出轴连接；
从动轴27由上固定支座34支承，主动轴32由下固定支座37支承，上固定支座34和下固定支座37与框架连接；
如图6所示，立板I和立板II均为长10mm、宽6mm且平行于左右方向的矩形板，立板I位于立板II的后方，立板I与平行于前后方向的水平的主动杆38的后端连接呈L形，立板II与平行于前后方向的水平的从动杆39的后端连接呈L形；主动杆38的前端依次穿过从动杆39、弹簧40和曲柄26与平行于前后方向的水平的连杆44的后端铰链连接，连杆44的前端与平行于前后方向的水平的摇杆43的后端铰链连接，摇杆43的前端固定套在舵机II41的竖直的输出轴上；舵机II41通过舵机固定板42与舵机固定盒29连接，舵机固定盒29固定在曲柄26的前表面上；弹簧40的后端与从动杆39固定连接，前端与曲柄26固定连接；如图5所示，弹簧40位于中空圆柱状的抓手壳体28的内部，抓手壳体28的前端与曲柄26连接，后端是圆柱状通孔，抓手壳体28与从动杆39同轴心；
如图1所示，绕丝筒6水平放置且平行于前后方向，同时位于引丝棒15升降运动轨迹的右侧；
如图1所示，框架的顶部(即顶板1)固定有水平的喷丝板5，框架的顶部设有滑轮4和供引丝棒15穿过的通孔，滑轮4的直径为10mm，位于喷丝板5的右侧的上方；滑轮4活动套在平行于前后方向的水平的短轴3上，短轴3直径为3mm，长为66mm，由两个轴承座2支承，轴承座2固定在框架的顶部上；
FPGA控制器同时与步进电机I13、舵机I21、步进电机II31和舵机II41连接；
步进电机II31用于带动立板I和立板II环绕绕丝筒6圆周运动；舵机II41用于带动立板I前后运动；步进电机I13用于带动引丝棒15作升降运动；舵机I21用于带动引丝棒15绕位于引丝棒15下方的一点左右摆动；
各部件的位置关系满足：引丝棒15能够通过所述升降运动和所述左右摆动与喷丝板5中的熔体接触；滑轮4能够与由引丝棒15牵引的丝接触；立板I和立板II能够通过所述圆周运动和所述前后运动夹紧由引丝棒15牵引的丝。
本发明工作原理：
装置启动后，步进电机I13正转，通过联轴器I11使与之相连的丝杆9转动，使取丝平台整体做向上的直线运动；当取丝平台到达指定高度后，步进电机I13停止转动，此时舵机21开始正转，动力通过锥齿轮组传输至引丝棒支架24，引丝棒支架24带动引丝棒15旋转，使引丝棒15的顶点旋转至喷丝板5中，与其中熔融状态下的丝接触，随后舵机21反转，引丝棒15复位至垂直状态，完成取丝动作；随后步进电机I13反转，取丝平台做向下的直线运动，这时丝一端处于引丝棒15顶点处，一端处于喷丝板5中，并且通过滑轮4的上方(避免接触喷丝板5的边缘而被再次熔断)；
随后步进电机II31正转，通过联轴器30与之相连的主动轴32转动，进而主动带轮36转动，通过同步带35驱动与从动轴32相连的曲柄26做圆周运动，旋转半圈后，绕丝抓手(立板I和立板II)开口到达引丝棒15正上方，此时舵机41正转，主动杆38与从动杆39闭合(立板I和立板II接触)，即将丝抓牢；步进电机II31继续旋转做圆周运动，舵机41接着旋转，主动杆38继续做直线运动，两种运动重合后，主动杆38将围绕绕丝筒6做螺旋运动，绕至3圈后，步进电机II31停止转动，舵机41反转复位，此时即完成一个工作循环；随后装置复位，为下一个工作循环做准备。
Claims (9)
1.一种上丝装置，其特征在于，包括框架、取丝平台和绕丝模块；
框架的顶部固定有水平的喷丝板(5)；
取丝平台包括引丝棒(15)、步进电机I(13)和舵机I(21)；引丝棒(15)竖直布置且顶端呈圆锥状；步进电机I(13)用于带动引丝棒(15)作升降运动；舵机I(21)用于带动引丝棒(15)绕位于引丝棒(15)下方的一点左右摆动；
框架的顶部设有供引丝棒(15)穿过的通孔，各部件的位置关系满足：引丝棒(15)能够通过所述升降运动和所述左右摆动与喷丝板(5)中的熔体接触；
绕丝模块包括绕丝筒(6)、立板I、立板II、步进电机II(31)、舵机II(41)；绕丝筒(6)水平放置且平行于前后方向，同时位于引丝棒(15)升降运动轨迹的右侧；立板I和立板II都平行于左右方向，且立板I位于立板II的后方；步进电机II(31)用于带动立板I和立板II环绕绕丝筒(6)圆周运动；舵机II(41)用于带动立板I前后运动；
各部件的位置关系满足：立板I和立板II能够通过所述圆周运动和所述前后运动夹紧由引丝棒(15)牵引的丝。
2.根据权利要求1所述的一种上丝装置，其特征在于，上丝装置还包括FPGA控制器，FPGA控制器同时与步进电机I(13)、舵机I(21)、步进电机II(31)和舵机II(41)连接。
3.根据权利要求1所述的一种上丝装置，其特征在于，取丝平台还包括取丝平台基座(17)、丝杆螺母(10)、光轴(14)、丝杆(9)、联轴器I(11)和电机固定板(12)；
引丝棒(15)和舵机I(21)安装在水平板状的取丝平台基座(17)上，取丝平台基座(17)为L形结构，由平行于左右方向的A部和平行于前后方向的B部组成，A部位于B部的前方，A部的左端固定套在竖直的丝杆螺母(10)上，B部的后端活动套在竖直的光轴(14)上，丝杆螺母(10)与竖直的丝杆(9)螺纹连接，丝杆(9)通过联轴器I(11)与步进电机I(13)的竖直的输出轴连接，步进电机I(13)通过电机固定板(12)与框架连接。
4.根据权利要求3所述的一种上丝装置，其特征在于，取丝平台还包括安装在取丝平台基座(17)上的取丝平台壳体(16)。
5.根据权利要求3所述的一种上丝装置，其特征在于，取丝平台还包括引丝棒支架(24)、支座(23)、从动锥齿轮(18)、惰轮(19)、惰轮支架(25)、主动锥齿轮(20)和舵机支架(22)；
引丝棒支架(24)由水平杆以及位于水平杆下方的斜杆组成，引丝棒(15)固定在水平杆上，水平杆平行于前后方向，且由两个支座(23)支承且与其间隙配合，初始状态时斜杆位于引丝棒(15)的右侧且下端与取丝平台基座(17)接触，水平杆的前端从支座(23)内穿出后固定套接从动锥齿轮(18)，从动锥齿轮(18)与惰轮(19)啮合，惰轮(19)活动套在竖直的惰轮支架(25)上，惰轮(19)与位于其前方的主动锥齿轮(20)啮合，主动锥齿轮(20)固定套在舵机I(21)的平行于前后方向的水平的输出轴上，舵机I(21)通过舵机支架(22)与取丝平台基座(17)连接。
6.根据权利要求1所述的一种上丝装置，其特征在于，绕丝模块还包括曲柄(26)、从动轴(27)、从动带轮(33)、同步带(35)、主动带轮(36)、主动轴(32)、联轴器II(30)、上固定支座(34)和下固定支座(37)；曲柄(26)为竖直板状结构；
立板I、立板II和舵机II(41)安装在平行于左右方向的曲柄(26)上；曲柄(26)固定套在平行于前后方向的水平的从动轴(27)的后端上，从动轴(27)的前端固定套接从动带轮(33)；从动带轮(33)通过同步带(35)与位于其下方的主动带轮(36)连接；主动带轮(36)固定套在平行于前后方向的水平的主动轴(32)的前端上，主动轴(32)的后端通过联轴器II(30)与步进电机II(31)的平行于前后方向的水平的输出轴连接；从动轴(27)由上固定支座(34)支承，主动轴(32)由下固定支座(37)支承，上固定支座(34)和下固定支座(37)与框架连接。
7.根据权利要求6所述的一种上丝装置，其特征在于，绕丝模块还包括主动杆(38)、从动杆(39)、弹簧(40)、连杆(44)、摇杆(43)、舵机固定板(42)和舵机固定盒(29)；
立板I与平行于前后方向的水平的主动杆(38)的后端连接呈L形，立板II与平行于前后方向的水平的从动杆(39)的后端连接呈L形；主动杆(38)的前端依次穿过从动杆(39)、弹簧(40)和曲柄(26)与平行于前后方向的水平的连杆(44)的后端铰链连接，连杆(44)的前端与平行于前后方向的水平的摇杆(43)的后端铰链连接，摇杆(43)的前端固定套在舵机II(41)的竖直的输出轴上；舵机II(41)通过舵机固定板(42)与舵机固定盒(29)连接，舵机固定盒(29)固定在曲柄(26)的前表面上；弹簧(40)的后端与从动杆(39)固定连接，前端与曲柄(26)固定连接。
8.根据权利要求1所述的一种上丝装置，其特征在于，框架的顶部设有滑轮(4)，滑轮(4)位于喷丝板(5)的右侧的上方；各部件的位置关系满足：所述引丝棒(15)作升降运动时，滑轮(4)能够与由引丝棒(15)牵引的丝接触。
9.根据权利要求8所述的一种上丝装置，其特征在于，滑轮(4)活动套在平行于前后方向的水平的短轴(3)上，短轴(3)由两个轴承座(2)支承，轴承座(2)固定在框架的顶部上。
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