專利名稱：用于長絲卷繞的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的內容是對美國專利4,548,366(歐洲專利182389)中所公開的長絲卷繞裝置的進一步的發(fā)展。
美國專利4,548,366中公開了一種卷繞裝置，在該裝置中，一個接觸羅拉(與一個長絲絲筒的外表面相接觸)受到驅動，以對長絲絲筒(或卷繞)的表面作用一個可控制的力，而該羅拉的轉動速度是通過調整絲筒的轉動速度來進行調節(jié)的。
美國專利4,765,552(與歐洲專利出版物0 254 944相對應)公開了將該控制力限定在由作用于接觸羅拉的電機扭矩給定的每個長絲絲筒0～1.5牛頓-厘米的范圍內。該專利說明書對所提出的范圍的解釋是不甚清楚的，但它已表現(xiàn)出在避免“微小的滑動”所引起的絲線質量變化，或是為了避免在羅拉與空繞絲筒管剛接觸時的速度差造成筒管損壞方面的合理性。
德國專利文件35 13 796推薦了一種驅動裝置，在該驅動裝置中，絲筒在其圓周上由一個摩擦傳動輥驅動，而從往復運動來的絲線則通過一個輔助接觸羅拉鋪放在該絲筒上。受到驅動后的接觸羅拉，它的速度略高于絲筒速度。這樣就使絲線張力能夠得到控制。
美國專利4,986,483中比較詳細地敘述了下面要討論的問題(在“問題論述”一節(jié)中)并推薦了一種上述形式的驅動裝置與一種特殊的往復運動凸輪裝置相結合的裝置。該驅動裝置以一種例如可避免接觸羅拉和絲筒之間有圓周力的傳遞的方式工作，以使接觸羅拉和絲筒之間所產(chǎn)生的滑動減至最少。
德國專利文件41 26 392描述了一種向接觸羅拉作用生成電機扭矩的反饋控制系統(tǒng)。該生成的電機扭矩直接與羅拉和絲筒之間所傳遞的圓周力有關。
按照德國專利文件41 26 392中所述裝置的目的是實現(xiàn)對于羅拉與絲筒的接觸面處所傳遞的力的控制。用這種裝置，可以避免在該接觸面處出現(xiàn)的滑動。根據(jù)德國說明書中所述，當接觸壓力太低以及裝置承受某種變化(這種變化有達到或超過滑動極限的危險)時，滑動尤其可能產(chǎn)生。該裝置的另一個目的是在卷繞絲筒過程中避免出現(xiàn)不均勻性。
本發(fā)明是論述卷繞一個圓柱形交叉卷繞的長線絲筒的問題，該絲筒是在這樣的條件下進行卷繞的，即緊靠卷繞機上游處的線路張力處于某一水平，如果該線路張力一直延續(xù)到絲筒處，則絲筒在達到要求的絲筒尺寸之間即會發(fā)生卷裝成形問題。為了進一步解釋這一問題，下面將對與絲線張力有關的卷裝成形問題作一簡單說明。
與卷繞一個交叉卷繞的絲筒有關的主要問題是由使絲線沿軸向運動從而產(chǎn)生卷繞角所必須的往復運動而引起的。絲線在絲筒(端部)轉向區(qū)內的運行速度比在絲筒中央?yún)^(qū)域的運行速度要慢得多，這是往復運動必然會具有的特性。在產(chǎn)生往復運動的機械裝置中，已經(jīng)提出了許多改進方案，這些改進是為了減緩這個問題，且它們也已經(jīng)取得了很大的成功。但是它們的作用并不能使該問題消除，而只能推遲問題的發(fā)生。近幾年來，由于對往復機構的改進，我們已經(jīng)能夠穩(wěn)定地卷繞較大的絲筒(即大尺寸的絲筒)。
由于絲線在轉向區(qū)域相對緩慢的軸向運動，因而絲線材料在絲筒的端部區(qū)域所產(chǎn)生的堆積比其在絲筒的中央?yún)^(qū)域多，這將產(chǎn)生兩種后果，即1.該絲筒的外表面遲早會不再是圓柱形——由于在其邊緣處形成了“臺肩”，絲筒已呈現(xiàn)為一種“馬鞍形”的外形(見圖8和

圖12)。
2.該絲筒在其邊緣區(qū)域的密度(及硬度)要高于其中央?yún)^(qū)域的密度。
接觸羅拉曾長期用來作為減輕上述第一種后果的裝置。通過這一羅拉所施加的接觸壓力，絲筒有可能將臺肩整平一點。但由于施加的接觸壓力(見圖3)在絲筒的兩端(即絲筒的兩個側壁)造成向外彭脹，整平的效果受到了限制。因此，如上所述，遲早(由于絲筒直徑增加)臺肩仍會出現(xiàn)，且當臺肩達到一定尺寸時，就會引起絲筒內部的絲線層的不穩(wěn)定，并在隨后的進一步加工時發(fā)生退繞問題。
第二個后果加上絲線張力，使第一后果更為嚴重。因為絲筒在中央?yún)^(qū)域的密度較低，因而該絲筒在其中央?yún)^(qū)域比它的兩端部分更容易壓縮。當絲線被繞成卷筒狀時，絲線的張力就對于下面的絲線層(以及在構成絲筒的芯子的繞絲筒管上)產(chǎn)生一種壓縮作用。絲線張力越大，擠壓作用就越強，并且絲筒中央?yún)^(qū)域相對于兩端部分所受到的擠壓越大。
如果能從卷繞機上游處影響線路張力的話，就需要從卷繞機本身來提供解決第二個問題的方法?，F(xiàn)代長絲生產(chǎn)工藝傾向于簡化上游加工，從而逐漸排除在絲線進入卷繞機時確定絲線張力的可能性，此外，現(xiàn)代長絲加工技術還傾向產(chǎn)生穩(wěn)定的高的絲線張力。從經(jīng)濟方面考慮，還需要有穩(wěn)定的大絲筒。為此，卷繞機制造商量現(xiàn)在面臨著將卷繞機入口處的“現(xiàn)有的”絲路條件改造成為至少500毫米以上直徑的能夠令人滿意的卷裝成形(就卷裝外形而言)的條件。但是如上所述，形成鞍形和軸向凸出限制了在給定條件下所能卷繞的絲筒尺寸。
由于上述原因，在大多數(shù)情況下，問題是由從卷繞機入口處的高的絲路張力一直延續(xù)到靠近絲筒中鋪層處的高的絲線張力所引起的。但是，在一種比較少見但卻重要的情況下，會出現(xiàn)相反的問題。在這些情況下的加工技術是絲線在卷繞時趨于松弛。因而此時就必須增加絲線張力，以保證所要求的卷裝成形。
本發(fā)明的目的是促進在絲筒與接觸羅拉之間的接觸面上產(chǎn)生滑動，使絲筒形狀與圓柱形之間的偏差率減小，從而在給定的卷繞條件下，能夠卷繞較大的絲筒。在卷繞試驗絲筒過程中，通過改變所增加的滑動量，就可得到給定絲線品種的最佳滑動量。
本發(fā)明提供一種通過本文前面所述的裝置來影響卷繞張力(即在絲筒上的鋪層區(qū)處的絲線張力)的方法，該卷繞張力與在卷繞機的上游(即在卷繞機的入口處)絲路的輸出張力有關。按照現(xiàn)在所推薦的方法，接觸羅拉被驅動，以便在絲筒的表面上作用一個凈圓周力(或是驅動力或是制動力)，同時被卷繞的絲線在以基本上預定的包欠繞過接觸羅拉的部分圓周之后，由接觸羅拉傳遞到絲筒表面上，。產(chǎn)生在接觸羅拉和絲筒之間的滾動接觸應使羅拉的轉動和絲筒的轉動之間保持通常的控制關系，但是允許在絲筒的表面和羅拉的表面之間有一個較小的速度差，從而在羅拉的上游端的線路張力和它的下游端的線路引力之間給出絲線張力一個有效的變化。
該卷繞機的配置最好是在絲筒卷裝成形期間速度差是可變的。
如果由于速度差而造成絲線張力的減小，該減小的程度可以隨著絲筒卷繞的進行而降低。如果由于速度差而造成絲線張力的增加，該增加的程度可以隨著絲筒卷繞的進行而增加。
下面我們將以舉例的方式參照附圖來說明本發(fā)明的具體裝置及方法，其中圖1和圖2是美國專利4,548,366中附圖的復制圖，用來說明先有技術及適用于本發(fā)明的長絲卷繞機的基本特點；圖3是一個用來說明力從一個轉動物體傳遞到與該物體的外表面相接觸的細長件上的經(jīng)典理論的簡圖；圖4是示意性地說明圖3中的經(jīng)典理論在本發(fā)明系統(tǒng)中的應用；圖5是示意性地說明在按照本發(fā)明的卷繞機中更為接近實際的情況；圖6和圖7是示意性地說明在不同階段中的一個卷繞操作過程，圖7A示出了圖7中的局部細節(jié)；圖8是示意性地說明同一個卷繞過程在卷裝的卷繞結束時的情況，但此圖是從與圖6和圖7成直角的方向看去的；圖9是示意性地說明本發(fā)明所使用的卷繞機的優(yōu)選結構；圖10示出了適用于圖9卷繞機的接觸羅拉的驅動電機的力矩/速度特性曲線；圖11示意性地說明按照本發(fā)明的第二個方面的卷繞機立體圖；圖12為一個絲筒的側視圖，說明卷裝(或絲筒)成形的第一個評定標準；以及圖13為一個絲筒的側視圖，說明卷裝(或絲筒)成形的第二個評定標準。
下面將詳細說明在給定的卷繞條件下，本發(fā)明能通過降低絲筒的鞍形(圖12)和/或軸向凸起(圖13)的形成率卷繞出大直徑的絲筒。這可以通過下列方法取得卷繞幾個試驗絲筒；測量它們的形狀與圓柱形的偏差；然后改變在該絲筒中鋪層處的絲線張力，以減少在后面的一個試驗絲筒中這類偏差的形成率。在該絲筒成形過程中，使絲筒與接觸羅位之間的接觸面上產(chǎn)生滑動，在各個試驗絲筒成形時的滑動量應是可變化的，以改變絲筒中鋪層處的絲線張力。該滑動量的改變可以通過改變在絲筒與接觸羅拉之間產(chǎn)生接觸壓力的壓緊力和/或改變在絲筒和接觸羅拉之間所傳遞的圓周力來實現(xiàn)。
在圖1和圖2中示出的機器是一臺用于合成塑性長絲的高速卷繞機。為了解釋和說明方便起見，僅參照一根絲線來對該機進行說明。然而該卷繞機是可以適用于同時處理許多根絲線的。圖1和圖2所示的元件表示出在絲線卷繞過程情況下它們所達的狀態(tài)，因為本發(fā)明只與在這種工作情況下的卷繞機有關。而機器的其它工作情況將在本說明的描述過程中只是簡單地涉及。
此外，為了說明方便起見，用來選擇說明本發(fā)明的例子只有一個筒管夾。但本發(fā)明也同樣適用于具有一個以上的筒管夾(例如一對筒管夾，它們可以交替地進入卷繞位置)的自動卷繞機。為了敘述的完整性，本文也將參照圖9來說明這類卷繞機，然而由于本發(fā)明本身主要涉及一個獨立的卷繞過程，因此將充分地參照圖1和圖2中所示的單個筒管夾的卷繞機來進行說明。
卷繞機包括一個機架和殼體結構(以下統(tǒng)稱“機架”)10，該機的其它元件都安裝在該機架10上。筒管夾12以懸臂延伸的形式固定在機架10的前面。該筒管夾12可通過一臺異步電機18(圖2)圍繞其縱向軸線16轉動。
筒管夾12通過一個裝置(未示出)能作向著和離開接觸羅拉20的移動，該接觸羅拉安裝在機架10上，可繞該羅拉的軸線22(圖2)轉動。羅拉20繞其軸線22的轉動是通過一臺異步電機24來實現(xiàn)的，該異步電機設計成由外轉子包圍著固定在機架上的定子的型式。
筒管夾12向著和離開羅拉20的移動就是軸線16沿著一條曲線軌跡26(圖1)所作的移動。在該曲線軌跡26的一端，離開羅拉20的最遠處，筒管夾12有一個靜止位置，在該位置處，可將在卷繞工序中形成的絲筒30從筒管夾上取下，并且換上一個空筒管28，在下一個卷繞過程中即可在該空筒管上繞制一個新的絲筒。
在曲線軌跡26的另一端，即最接近接觸羅拉20的一端，筒管夾進入卷繞位置，在該位置處，輸送給卷繞機的絲線32將卷繞在空筒管28上，以形成絲筒30。如圖1所示，該卷繞機是一種十分有名的“轉移摩擦”型卷繞機，在該機中，絲線32在從接觸羅拉20傳送到絲筒30上以前，先從該接觸羅拉20的一部分圓周上繞過。在絲筒30進行卷繞的過程中，通過一個普通的往復運動機構36使絲線沿筒管夾的軸線16作軸向往復運動，該往復運動機構位于接觸羅拉20的上游端(從絲線移動的方向看)。
圖2中示出了一個用來控制卷繞速度的控制裝置，該裝置在接觸羅拉20與絲筒30之間已經(jīng)發(fā)生接觸，從而驅動力可以在接觸羅拉與絲筒之間傳遞時使用。該控制裝置包括以下組成部分一臺與轉子或接觸羅拉20的驅動軸相連接的測速發(fā)電機42；一臺與筒管夾12的驅動軸相連接的測速發(fā)電機44；一臺用來向羅拉電機24供電的變頻器46；一臺用來向筒管夾電機18供電的變頻器48；一臺用來調節(jié)變頻器46的輸出的調節(jié)器50；一臺用來調節(jié)變頻器48的輸出的調節(jié)器52；一臺用來設定變頻器46的輸出的設定裝置54；一臺用來向調節(jié)器52提供設定值的設定裝置56；一臺輔助設定裝置58以及一臺定時器60。
在圖2所示的電路排布圖中，調節(jié)器52接受來自其設定裝置56的輸出和測速發(fā)電機42的輸出。調節(jié)器52對來自設定裝置56和測速發(fā)電機42的輸入進行比較，并根據(jù)比較結果向變頻器48提供輸出。變頻器48則向電機18提供相應的輸出，以控制電機18的轉速。
在現(xiàn)有技術的美國專利(專利號4,548,366)中，為了便于說明，假定在絲筒30和接觸羅拉20之間的接觸區(qū)中沒有滑動發(fā)生。如果這個假設是正確的，則在接觸區(qū)內的卷繞的切線速度將與接觸羅拉20的切線速度相等。由于該羅拉20的直徑在整個卷繞過程中是不變的，因此該切線速度可以直接由測速發(fā)電機42的輸出量代表。調節(jié)器52通過變頻器48使從測速發(fā)電機42的輸出量保持恒定在由設定裝置56所設定的一個數(shù)值上。換句話說，調節(jié)器52能有效地使接觸羅拉20的轉動速度在整個卷繞過程期間保持恒定，圖2中所示的電路排布對此是有效的。由于絲筒的直徑在整個卷繞過程中穩(wěn)定地增加，并且已作出了在絲筒和接觸羅拉之間的接觸區(qū)內無滑動的假設，因此在接觸區(qū)中的絲筒的恒定的圓周速度將迫使電機18和筒管夾12的轉速從卷繞過程開始到結束時逐漸減小。
在上述電路分布中，測速發(fā)電機44、輔助設定裝置58和定時器60在控制操作方面不起直接作用。這些部件主要是在更換絲筒期間，當在新的空筒管28和/或絲筒30與接觸羅拉20之間已經(jīng)發(fā)生接觸時才起作用。為此，在美國專利4,548,366中已對某些適用的電路配置方案進行了說明，但是這些配置方案對于本發(fā)明并不是必需的，因而在這里就不再介紹了。
接觸羅拉20一方面受到它與絲筒30相接觸的影響，而另一方面又受到它與電機24相連接的影響。在卷繞過程期間，電機24從它的變頻器46接受輸入信號。該輸入信號由設定裝置54直接確定，為此，該設定裝置直接與變頻器46相連接。設定裝置54的設定偏差所產(chǎn)生的影響已在美國專利4,548,366(特別在它的圖6的說明)中作了概括性地說明，并且這些影響還將在下文中對本發(fā)明預定達到的目的作了附加說明之后作出進一步討論。
在本發(fā)明的前言中涉及的一定程度的混亂已經(jīng)進入某些現(xiàn)有技術說明書中，因為這些說明書試圖推導出在圖1和圖2中示出的這類裝置的運行與“絲線質量”概念(或多或少已接近于確定)之間的直接關系。在以下幾個段落中，要介紹的本發(fā)明將只對絲線質量有間接影響，這種影響將在接近本發(fā)明說明書的最后部分進行說明。然而改進“絲線質量”并非本發(fā)明的主要目的，本發(fā)明也沒有將保證絲線質量優(yōu)于其它卷繞方法(包括普通的方法)所能取得的絲線質量作為目的。業(yè)已證明，對于一般商業(yè)用途來說，絲線的質量是完全足夠的。
本發(fā)明致力于研究為保證良好的卷裝(紗筒)成形所必須具備的條件。也就是說，研究能生產(chǎn)良好的卷裝成形的卷繞條件。通過對本發(fā)明的利用，可將由于卷裝成形缺陷而產(chǎn)生的絲疵消除，從而可以對絲線質量間接產(chǎn)生有效的影響。
美國專利4,548,366介紹了一種影響如圖1和圖2所示裝置中的接觸羅拉與絲筒之間的接觸面上產(chǎn)生的圓周力的方法。隨后介紹用“絲線質量”來作為這類系統(tǒng)(或裝置)工作的一個主要目標，這樣就導致對在接觸羅拉與絲筒之間的接觸區(qū)中的滑動的作用產(chǎn)生錯誤的判斷。
美國專利4,548,366假定在該接觸區(qū)中不存在滑動。作出這個假定的目的在于把接觸羅拉作為絲筒表面的圓周(切線)速度的測量裝置來說明接觸羅拉的工作。美國專利4,548,366中的這個假定并沒有提高該系統(tǒng)(或裝置)的主要特點的地位，而且隨后的研究表明，如果能達到調整(即改變)圓周力的設定值的目的，在接觸區(qū)內不發(fā)生滑動實際上不可能的。這個結論是和對涉及通過滾動表面來傳遞傳動力的運動傳遞裝置的某些理論研究的結果是一致的，例如請參看由斯普端格(Springer)出版社出版，雷門(G·Niemenn)和韋特(H·Winter)所合著的“機械零件”教科書的第3冊，第182-201頁。這些研究表明，要在那些研究中所涉及的這類接觸面上傳遞圓周力而在該接觸面上不產(chǎn)生一定的滑動是不可能的。相關的研究并非可直接轉用到接觸羅拉與絲筒之間的接觸面上，但是由這些研究所得出的一般結構在這兩種情況下都同樣適用。
如同本說明書(見“存在的問題”部分)的前言部分所述，本發(fā)明的主要目的在于相對應于接觸羅拉上游端的絲線張力對接觸羅拉下游端(即絲筒上新形成的最外層)的絲線張力起作用。后面的這個張力不是本發(fā)明的控制范圍，它是由長絲的紡絲加工技術和卷繞機上游設備的設計來決定的。這在技術上是可行的，但是要為一個給定的紡絲加工專門特定設計一個卷繞機在經(jīng)濟上是很不可取的。因此，實際上，一臺長絲卷繞機必須設計成能把具有可在較大范圍內(例如從0.1～0.3克/分特)變化的喂入張力(即在卷繞機入口處的線路張力)的長絲卷繞成一個合格的絲筒，然而一個理想的卷裝成形通常只能在鋪層位置的絲線張力為0.08～0.15克/分特時才能獲得。
根據(jù)本發(fā)明，對絲線張力所需的調整可以通過在接觸羅拉和絲筒之間的接觸區(qū)域內產(chǎn)生一個圓周力，以使接觸羅拉的表面相對于絲筒的表面產(chǎn)生一個可控制的速度差來實現(xiàn)。換句話說，本發(fā)明試圖通過在接觸羅拉和絲筒的表面層之間的接觸面上對應于接觸羅拉上游端絲路中的張力產(chǎn)生一個可控制的滑動來影響絲筒圓周上的絲線張力。這與現(xiàn)在技術不同，在現(xiàn)有技術中試圖取消這種滑動，或者假定這種滑動不存在。
為了全面地說明問題，在此應當指出，按照本發(fā)明所產(chǎn)生的滑動對于纏繞在絲筒上的絲線的質量將會產(chǎn)生輕微的降低。但是這種絲線質量的輕微降低應與下列背景連系起來觀察——長絲絲筒卷繞實際上總是與接觸羅拉和新形成的絲筒之間的接觸有關，而在該接觸區(qū)內差不多總會有一定量的滑動存在。就前述普通的摩擦驅動裝置來說，有許多這樣的裝置目前仍然在實際運行著，在接觸區(qū)中的滑動量已經(jīng)達到相當大的程度。這種滑動在允許范圍內所造成的影響，早已結合在商用合格長絲紗的長絲性能規(guī)格中。
——本發(fā)明代表著在控制滑動量的控制程度方面向前邁進了一步，從而在給定的卷繞過程中，它的影響基本上可以預測的。這種可預測性不是理論上的而是經(jīng)驗上的。這就是說，在給定卷繞條件下完成的初始試驗的結果能始終如一的重復加工出來。
——在現(xiàn)代的生產(chǎn)條件下，對部分取向絲(POY)和全牽伸絲(FDY)的絲質量在卷繞機絲路上游已經(jīng)基本上預先確定，卷繞機內的接觸區(qū)對絲線質量的任何影響和卷繞機上游的臨界區(qū)對絲線質量的影響相比是小些的。本發(fā)明可以實現(xiàn)POY和FDY加工所需要的比較高的卷繞速度，這樣在卷繞機內的接觸區(qū)處的較小的質量下降將由通過使用現(xiàn)代加工技術而產(chǎn)生的質量提高來得到更多的補償。
——如同在本說明書中涉及絲線質量問題的最后部分中將要說明的那樣，在接觸區(qū)的絲線質量下降問題表明基本上只是發(fā)生在卷繞機中的諸多下降問題中的一個，在接觸區(qū)中由于滑動而產(chǎn)生的缺點可以由采用新提出的整體卷繞機的工作方法而產(chǎn)生的優(yōu)點得到更多的補償。
通過在接觸區(qū)內控制滑動量可以使接觸羅拉在該區(qū)內比絲筒表面層的傳送速度理會快(稱為“羅拉在先”)這樣就使絲線從羅拉傳遞到絲筒上時發(fā)生松弛現(xiàn)象。這個松弛量將與絲筒的表面層中的絲線的彈性伸長量的減少相對于接觸羅拉的表面上的絲線的相應伸長量的減少相對應。這就是在現(xiàn)代加工技術中最普遍應用的工作方式，其特有的趨向就是朝著長絲卷繞機的入口處的線路張力相對高些的方向發(fā)展。
然而，與美國專利4,765,552中所說明的內容相反，本發(fā)明并不局限于卷繞時能產(chǎn)生絲線張力松弛的“羅拉在先”裝置。在一個比較小的、但對工業(yè)化生產(chǎn)很重要的紡絲加工范圍內，卷繞機在其入口處的線路張力太小就不能成功地進行卷裝成形。這種情況在低速(例如低于1000米/分)下紡絲時特別容易發(fā)生。這種加工方法通常用于在紡絲之后接著是通過一個單獨的牽伸工序(例如一個拉伸加捻機)的情況下。某些工業(yè)用絲線和輪胎簾線是用這種方法加工而成的。低速加工方法還可用于高模量長絲的生產(chǎn)中，例如通常所說的芳族聚酰胺。在卷繞機的進料位置與絲筒的鋪層位置之間的張力的增加也有助于對較粗的長絲進行高速紡絲。在這種情況下，本發(fā)明可用來保證絲筒的圓周速度高于接觸羅拉的圓周速度(稱為“絲筒在先”)，因而實際上當絲線從羅拉傳遞到絲筒外層上時，它將產(chǎn)生附加的伸長。這就是說，在絲筒表面層上的絲線的彈性伸長量要大于在接觸羅拉的表面上的絲線的相應伸長量。
按照本發(fā)明，對卷繞過程進行控制具有重要意義，即在羅拉/絲筒的接觸面上發(fā)生的滑動量大小在整個卷繞過程中應保持在一個可以允許的有限數(shù)值范圍(即允許公差范圍)之內。這是因為本發(fā)明中的接觸羅拉還是測量裝置中的一個重要零件，通過它可以對絲筒本身的圓周速度進行控制。因此，如果接觸區(qū)出現(xiàn)不可預見的滑動量時，通過接觸羅拉產(chǎn)生的反饋信號對絲筒沒有意義，它也就不可能保持能給出均勻的和具有重現(xiàn)性的絲線性能的控制卷繞狀態(tài)。當然，對于給定的卷繞過程來說，也不需要知道將要發(fā)生的滑動量大小。接觸羅拉的圓周速度在任何情況下均應通過一個反饋回路保持在一個預定值上，該返饋回路可參看圖1和圖2及更詳細的說明可參照美國專利4,548,366。然后在給定卷繞條件下對該裝置選行初始試驗，以便在給定的卷繞和紡絲條件下確定能給出最佳卷裝成形的接觸羅拉驅動力的設定值，給定的卷繞和紡絲條件包括長絲類型和纖度，紡絲油劑，卷繞接觸壓力等。換句話說，在這些給定條件下，該裝置可以用接觸羅拉的圓周速度的設定值和該接觸羅拉的驅動電機的設定值來說明，而無需精確地了解滑動量大小。用來評定該裝置的性能的有關特性指標在任何情況下都不是發(fā)生在羅拉/絲筒的接觸面上的滑動量大小而是卷裝成形，它可以通過利用該接觸面上的速度差而取得。
本發(fā)明裝置的一個重要特性是絲線與位于接觸羅拉/絲筒的接觸面上游的接觸羅拉的表面之間沒有發(fā)生滑動。這是很重要的，因為在用來將往復運動傳遞給羅拉/絲筒的接觸面的裝置中，接觸羅拉的表面起著一個零件的作用。換句話說，接觸羅拉的表面在該裝置中作為一個零件，用來保證“單元絲線”(即一段長度很短的絲線)在鋪放到絲筒表面上時的運動實質上該運動是由在這一瞬間傳給這一“單元絲線”的直接結合著往復運動裝置的運動所確定的。如果絲線與位于羅拉/絲筒的接觸面上游處的接觸羅拉的表面之間發(fā)生了滑動，那么在絲線鋪放到絲筒表面處的絲線張力就會失去控制。
在轉動件和與該轉動件的表面相接觸的細長件之間必須滿足的是避免發(fā)生滑動的條件，這在繩和滑輪以及皮帶和皮帶輪傳動的情況下在很久以前已經(jīng)由數(shù)學分析確定了。關于這種數(shù)學分析一個實例可以在由麥克米蘭出版公司出版的“機械設計；理論與實踐”一書的第663-664頁中找到，該書的作者為阿論·D·戴斯曼，沃特·J·米切爾和查爾斯·E·威爾森(Aaron D·Deutehmann，Water J·Michels和Charles E·Wilson)。該數(shù)學分析的結論本文已作了概括，可參看圖3，在該圖中轉動件用RM表示，細長件則用EE表示。在轉動件RM的一側的細長件上的張力用T1表示，而在轉動件的另一側的細長件上的張力用T2表示。細長件EE在轉動件RM上的包角用W角表示。在細長件EE與轉動件RM之間的摩擦系數(shù)用F表示。在極限情況下，即在細長件EE與轉動件RM之間剛要發(fā)生滑動之前，基本的數(shù)學分析對上述有關各參數(shù)給出了下列公式T1＝T2eFW(此處引用的公式取自1940年由Julius Springer Veriag在柏林出版的Von Dipl·Ing·M·ten Bosch所著“機械零件教程”一書，上述德教科書中還包括考慮離心力在內的幾個附加系數(shù))圖3的經(jīng)典分析適合于按圖4中的透視簡圖所表示的假定工作條件來配置的一臺長絲卷繞機的情況，圖4中與圖1中的相同的零件也用同一參考編號表示。參考編號70表示往復運動的導紗器36(圖1)。該導紗器假定沿箭頭72的方向向著接觸羅拉20的右手端移動，如圖4所示。接觸羅拉20的表面上的線74代表絲線32通過往復運動傳遞給導紗器70使絲線沿著該羅拉的長度方向來回擺動時與接觸羅拉20初次接觸的接觸點的軌跡。虛線76表示相對應的接觸點的軌跡，絲線在此相應接觸點處被鋪放在絲筒30的最外層表面上，并在該表面上給出鋪層形式，其形式以78表示。該鋪層形式包括由中間直線部分84連接的位于絲筒的相應邊緣處的轉向區(qū)80、82。每個中間直線部分84與一條假想線L之間的夾角為角C，而該假想線從絲筒的表面上引出并沿著與絲筒的轉動軸線相平行的方向延伸。角C被稱為螺旋角，而它等于通常所說的交叉卷繞角的一半，該交叉卷繞角是一個重要的卷繞參數(shù)，其對于絲筒結構有重大的影響。角C由導紗器70的往復運動速度和絲線32向卷繞機傳遞的速度之比來決定。
絲線在接觸羅拉20上的包角W大約為90℃，且它由線74、76連接到羅拉20的軸線22上在一個平面內的兩個半徑所確定，在該平面內還包含絲線和導紗器70的接觸點。也就是說，在簡化的接近方法中，假定絲線在導紗器70和絲線在絲筒80的表面上的現(xiàn)有鋪層的有效位置之間在羅拉20的軸線方向沒有傾斜。如前所述，在這種情況下，由圖3中所示的裝置推導出的數(shù)學分析也同樣可以應用于圖4中所示的裝置中。但是圖4中的簡化示意圖相對實際的卷繞工序來說是一種簡化情況，實際情況更接近于圖5中所示的簡圖。
在圖5中，再一次使用了同一參考編號表示相同的零件。與圖4的重要區(qū)別之處在于，在導紗器70和同接觸羅拉20的現(xiàn)有的初始接觸點FC的有效位置之間，配置有所謂的“拖曳長度”DL。該拖曳長度不再假定包含在垂直于接觸羅拉的軸線22的一個平面內(與圖4相比較)。而代之以假定該拖曳長度將它本身與接觸羅拉20的表面在初始接觸點FC處的切線之間所形成的交叉卷繞角圍住。因此絲線在初始接觸點FC和絲線向絲筒30的表面?zhèn)魉蜁r的位置之間與羅拉20的表面相接觸的長度已不再假定是處在以前提到的垂直平面內，而是沿著圍繞在羅拉的表面上的一條螺旋線SD來運動。因此前面所述的在羅拉20上游的絲線張力與絲筒30的表面層中的絲線張力之間的數(shù)學關系(假定在絲線與接觸羅拉20之間沒有滑動)就應修改成包括一項表示交叉卷繞角的影響在內的數(shù)學關系。通過減少絲線的往復運動裝置的往復運動速度，可使交叉卷繞角增大。
本發(fā)明可以在絲線32被輸送到軌跡74和76(圖4和圖5)之間的接觸羅拉20的表面上的過程中確定張力調整的范圍。但是本發(fā)明并不確定在該范圍內的實際的張力調整值。該實際的張力調整值大小將根據(jù)發(fā)生在位于接觸羅拉20和絲筒30之間的接觸面區(qū)域的情況來確定。下面將參照圖6-8中的簡圖來進行說明，在一個給定的卷繞過程中，接觸面的情況必然會發(fā)生變化?？梢匀菀椎刈R別出，圖6和圖7是用不同的比例繪制的。在圖6中，假定一個給定的絲筒的卷繞過程剛剛開始。因此在繞絲筒管28的外表面上形成的絲線層在該圖上是看不見的。實際上筒管28(用筒管夾12支承在其內部)的外表面與羅拉20的外表面之間是直接接觸。在這種情況下，實際上筒管28的材料可以假定為是不可壓縮的，在鋪層區(qū)IR處實際上為線接觸。
在圖7中，表示同一個絲筒處于該卷繞過程的后期階段，但處于絲筒直徑d(圖7)達到其預定的尺寸之前的某段時間。圖7中的絲筒30的外表面層比繞絲筒管28(圖6)要軟，因此該接觸羅拉在接觸區(qū)壓入絲筒少許，從而在接觸區(qū)產(chǎn)生一個凹痕。
在單獨的卷繞過程中所發(fā)生的凹痕的程度取決于羅拉/絲筒接觸面上產(chǎn)生的接觸壓力和絲筒的硬度(密度)。該凹痕的存在意味著在羅拉的表面和絲筒的表面之間在其各面的接觸區(qū)域內的滑動是不可避免的。在對圖7A進行研究后就可以明顯地看到，該圖表示將圖7的接觸區(qū)域放大比例后的示意圖。絲筒的凹痕表面在接觸點Q和P之間的圓周速度逐漸減少，而在接觸點P和Q之間的圓周速度則相應的增加。因此，使羅拉的表面速度和絲筒的表面在凹痕區(qū)域內的所有各接觸點上相等是不可能的。
利用簡單的方法來研究羅拉和絲筒在P點處的圓周速度之間的關系是可能的，在P點處各圓周使羅拉的轉動軸線到絲筒的轉動軸線的連接線相交。具體來說，測量羅拉的轉速(每分鐘轉數(shù))、絲筒的轉數(shù)(每分鐘轉數(shù))以及所述兩軸之間的距離(它們之間的間隔)是可能的。由于羅拉的半徑是已知的(并且可以假定在接觸壓力作用下不會發(fā)生變化)，點P與絲筒的轉動軸線之間的距離(即絲筒中P點處的半徑)是可以從這些測量值得到的。
根據(jù)上述測量值和由此推算出來的數(shù)據(jù)，就可以計算羅拉和絲筒在P點處的圓周速度。研究表明a)在整個卷繞過程中，羅拉的圓周速度基本上保持不變(正如所料，在控制裝置的作用下)；b)當以“羅拉在先”的方式工作并且處于“零設定”狀態(tài)下時，計算出的絲筒在P點處的圓周速度卻持續(xù)地低于羅拉的圓周速度。
通過在傳遞速度(接觸羅拉的速度)為3500米/分和4000米/分之間進行的多次試驗所計算出來的P點處的速度差表明，在設定點為零并采用羅拉在先方式進行操作的試驗條件(壓力為60N)下，在P點處的速度差的范圍為0.5％-1.5％。
因此在P點處絲筒的圓周速度即使是在減小接觸羅拉驅動的設定值時也不會高于接觸羅拉的(不變的)圓周速度，從而絲筒開始向羅拉傳遞圓周力，實際上，試驗測定的數(shù)據(jù)表明，羅拉和絲筒在P點的圓周速度只有當從絲筒傳給羅拉的圓周力很大時才會相等。
由圖8可見，絲筒的各側壁區(qū)域有最大的絲筒直徑D，而在絲筒的中央?yún)^(qū)域則有減小的直徑D1，因此接觸面區(qū)I只是在接觸羅拉20和軸向間隔的側壁區(qū)域之間形成。絲筒中央?yún)^(qū)域比側壁區(qū)域直徑縮小的程度為了看得清楚在圖8中被放大了，然而對于給定卷繞條件下的最大直徑的絲筒將具有很小的這種中央收緊量。實際上，絲筒中央?yún)^(qū)域比側壁區(qū)域的直徑縮小達到不能接受的程度的出現(xiàn)，它說明和確定了絲筒的最大可能直徑。本發(fā)明的目的在于能夠適合其它卷繞條件，以便能夠達到本限定條件而不發(fā)生中間斷線或由于其它原因而中斷卷繞過程。
考慮到在羅拉20和絲筒30之間的接觸面區(qū)的這些變化情況，最好是能在給定的卷繞過程進行期間，對在該區(qū)發(fā)生的滑動量大小以一種可控制的(預編程序)方式來進行改變。這可以首先根據(jù)對圖6和圖7以及圖8中所示的情況進行比較來說明。在卷繞過程的初期和中期(圖6和圖7)，羅拉20沿著往復運動的整個軸向長度與絲筒(此外的絲筒含義應理解成包括繞絲筒管28和/或繞在它上面的絲線卷繞層)相接觸。作用在絲筒的表面上的羅拉20的差動運動因此在整個絲筒的軸向長度上基本上是均勻的。但是，當絲筒卷滿時，差動運動的作用僅在實際上與羅拉20相嚙合的側壁區(qū)域出現(xiàn)。處在羅拉與絲筒的最外層表面之間的已經(jīng)不再接觸的絲筒中央?yún)^(qū)域(至少如圖8中的簡圖所示)，絲線在任何情況下都會發(fā)生張力的少量下降，因為由具有較小直徑D1的絲筒中央?yún)^(qū)域產(chǎn)生的卷繞速度小于由具有絲筒全直徑D的側壁區(qū)域產(chǎn)生的卷繞速度。
因此，如果將該裝置安排成在卷繞機上游的絲路與位于絲筒的表面上的絲線之間的絲線中發(fā)生松弛，那么在羅拉與絲筒之間產(chǎn)生的滑動的作用在從開始到結束的整個卷繞過程中都可以減少，從而為與該作用有關的絲筒中央?yún)^(qū)域內的絲線的松弛創(chuàng)造條件，這種作用示意性地(并且是以夸大的形式)圖示于圖8中。另一方面，如果在接觸面區(qū)中的受控制的滑動的作用被設計成使絲筒表面上的絲線張力相對于卷繞機上游的絲線張力增大，那么這種作用在從開始到結束的整個卷繞過程中都應增大，以允許中央?yún)^(qū)域出現(xiàn)松弛，參見圖8的說明。
到現(xiàn)在為止的上述說明都假定有一個圓柱形的接觸羅拉20。這并不是本發(fā)明的一個主要特征。已知道可以提供另一種“桶形的”接觸羅拉。這兩種形狀的羅拉都可以用于本發(fā)明的機器中，但是最好的還是使用一種具有圓柱形羅拉表面的結構，這樣羅拉就可以對整個橫向寬度上的絲線施加均勻的影響。
接觸羅拉20與絲筒30之間的接觸面區(qū)中的情況不僅取決于相互接觸表面的相對速度，同時還取決于作用在接觸羅拉20和筒管夾12之間的接觸壓力。接觸壓力能對滾動接觸情況下出現(xiàn)的滑動量的大小產(chǎn)生重大的影響的這個事實已經(jīng)在先前涉及的有關滾動傳動裝置的研究中作了說明。因此使接觸面情況適應給定的卷繞過程包括對接觸表面的相互速度和接觸表面之間產(chǎn)生的接觸壓力兩者都進行適當?shù)目刂?。在長絲卷繞機中產(chǎn)生接觸壓力的裝置早已為人們所了解，因而在本說明書中就不再作詳細的說明。但是為了說明的完整性起見，下面將參照圖9對本發(fā)明擬使用的這種自動卷繞機作一簡單的說明。接觸壓力的產(chǎn)生將從圖9的說明中進行簡單的介紹。
在圖1的說明中已經(jīng)用過的參考編號在圖9中如涉及到相同零件時將再一次使用。因此，圖9示出了一個機架10，一個接觸羅拉20，一個往復運動裝置36和一被卷繞的絲線32。但是圖9中所示的卷繞機是一臺自動卷繞機，它包括一個其上裝有一對懸臂安裝的筒管夾12、14的轉位裝置90，工作時每個筒管夾都裝有使用的繞絲筒管28。在圖9所示的情況下，卷繞從裝在筒管夾12上的繞絲筒管開始，這些繞絲筒管是與接觸羅拉20相接觸?，F(xiàn)在筒管夾14已從卷繞位置移出并進入到一個最低的“備用”或落筒位置，在該位置中筒管夾14上的繞滿的絲筒30已經(jīng)(能夠)從該筒管夾上取下。這應在轉位過程完成后立即進行，以便對已安裝在處于卷繞位置的筒管夾12上的一個新絲筒盡快進行卷繞。
轉位裝置90在卷繞過程中保持靜止不動，所以接觸羅拉20和往復運動裝置36必須隨著新形成的絲筒直徑的增加而垂直向上移動。為此羅拉20和往復運動裝置36由一個懸臂安裝的載體94所運送，該載體可沿導軌96垂直移動。
壓緊力是由載體94和由其運送的零件的重量所產(chǎn)生的，該壓緊力大到足以在羅拉20與在卷繞位置中裝在筒管夾上的絲筒之間的接觸面區(qū)中產(chǎn)生所需的接觸壓力。所以載體的一部分重量由用虛線示意性表示的活塞和汽缸裝置98所承受。該活塞和汽缸裝置98由程序控制器100所操縱，該控制器位于在卷繞機的左上部的操縱板102的后面，如圖9中所示，該卷繞機是一個型號為RIEMATA6-09的卷繞機由瑞特(Rieter)化學纖維公司出售。
要詳細了解用來保證在轉位裝置90轉動時卷繞能平穩(wěn)地從一個筒管夾轉換到另一個筒管夾上的細節(jié)可以在申請?zhí)枮?7/097，557的美國專利中獲得，該專利由皮特·布森哈特、魯?shù)稀に箍四岵?、彼得·斯得夫和彼得·霍?Peter Busenhart，RuediSchneeberger，Beat Schefer和Beat Horler)等人于1992年7月2日提出的申請。一種用來對在接觸羅拉和絲筒之間產(chǎn)生的接觸壓力進行控制的裝置已在美國專利5,033,685中公開和說明。此外，一種能把接觸羅拉安裝到這類卷繞機中的裝置已在美國專利5,044,170中公開和說明。
舉例來說，適用于本發(fā)明工作的卷繞機的重要數(shù)據(jù)引述如下——卷繞速度范圍 最高可達12,000米/分——絲筒直徑范圍 最大至600毫米——接觸羅拉直徑 50毫米～200毫米——接觸羅拉的驅動力矩 ±4牛頓米(即4牛頓米的驅動或制動力矩)——壓緊力的范圍(產(chǎn)生接觸壓力)每絲筒為10牛頓到50牛頓——交叉卷繞角的范圍(可根據(jù)卷繞速度調整)最大至35°——筒管夾長度 300毫米-2米——絲筒的最大軸向長度(每個筒管夾裝1個絲筒) 1米——絲筒的最小軸向長度(每個筒管夾裝8個絲筒) 40毫米在簡單明了的處理中，圖3中所示的關系可以直接應用于圖9所示類型的裝置。圖9中所示接觸羅拉20上的長絲的包角W接近90°。該角是由卷繞機設計的幾何形狀所決定的，當該幾何形狀沒有作重要修改時不能對它作重大的調整。長絲與羅拉的表面之間的摩擦系數(shù)主要受到紡絲條件的影響(例如所涉及長絲的橫截面，潤滑油以及其它可能倩的液體在卷繞機上游的絲線上的應用以及在某種程度上受接觸羅拉本身的表面情況的影響)。在實際卷繞條件下，這一分析表明，在圖9所示的這種裝置中，卷繞張力與絲路張力的相對比值是可以改變的，該比值最高可達1.7左右，也就是說，卷繞張力比絲路張力最多可增大到1.7倍，或者最多可減少為絲路張力的1.7分之一。在這個范圍內，卷繞張力可以通過選擇作用在接觸羅拉上的驅動力的設定值來可控制的確定，并同時保持一個給定的卷繞速度，該卷繞速度是由用來與來自接觸羅拉的反饋信號相比較的設定值所決定的。
通過增加接觸羅拉的驅動力設定值(即增加圖2中裝置54的設定值)，由接觸羅拉作用在絲筒上的圓周力就增加，從而使接觸羅拉與絲筒之間的滑動增加，以使在絲筒的鋪層中的絲線張力相對于卷繞機入口處的絲線張力減小。同樣，通過減小該設定值，就會使在絲筒的鋪層中的絲線張力相對于卷繞機入口處絲線張力增加。
直接作用在接觸羅拉20上并產(chǎn)生一個輸出力矩的電機是一個異步電機24，該電機由變頻器46供電。這種類型的電機的輸出力矩和轉子速度的特性曲線示于圖10中，該曲線的垂直軸表示電機力矩，其單位為牛頓-米，而水平軸則表示電機的轉速。虛線框表示該電機的實際功率的極限范圍，特別是表示出這類電機在載荷情況下所能產(chǎn)生的最大力矩。對圖10的說明如下——垂直軸(輸出力矩)與水平軸(速度)相交于接觸羅拉的驅動電機的空載速度上，該空載速度最好選定為與所需要的絲線的傳遞速度相等(如在美國專利4,548,366所述，參照圖6)。
——電機特性曲線與垂直軸的交點低于速度與力矩軸的交點的這個事實表明，即使在空載條件下，接觸羅拉的驅動也必須給予小量的能量，從而電機損失，例如風阻損失和軸承損失，就可由電機能量進行補償，因此在假定的空載條件下，接觸羅拉20以與絲筒表面接觸處的速度相同的圓周速度轉動，并在絲筒和接觸羅拉(在兩個方向中的任何一個方向)之間不傳遞載荷。
——上述接觸羅拉驅動電機的空載速度與恰好在給定值H(Hz)下的供給頻率相對應。
——如果需要在接觸面區(qū)傳遞力，對于接觸羅拉驅動電機的供給頻率必須設定在一個不同于空載頻率的數(shù)值上，例如設定在(H+1)Hz；這將引起該電機特性曲線相對于圖10中所示的位置向右偏移，直到該特性曲線在設定的供給頻率下在假設的例子(H+1)Hz中與“同步”速度相交。
——但是，接觸羅拉實際上仍然以與卷繞速度相同的圓周速度運行，該卷繞速度由美國專利4,548,366中說明的反饋回路所決定，因此就產(chǎn)生一個從接觸羅拉傳給絲筒表面的凈傳遞力，而該傳遞力由接觸羅拉的驅動電機的輸出力矩代表，在圖10以OT表示。
由于接觸羅拉的直徑是固定不變的(相反，絲筒的直徑在整個卷繞過程中是不斷變化的)，因而在接觸羅拉的表面產(chǎn)生的輸出力矩就可以用來直接測量接觸羅拉20向與其接觸的絲筒所作用的圓周力。該圓周力分配在絲筒表面的整個軸向長度上(或是許多絲筒在一個筒管夾上與羅拉20相接觸同時成形時在整個軸向長度上所有的絲筒與羅拉20相接觸)。
圖10中示出了對給出能作用于給定絲筒上的最大力矩的一個簡單的分析。該最大力矩取決于由接觸羅拉驅動力所產(chǎn)生的實際力矩和同時在一個筒管夾上成形的絲筒數(shù)目。例如，在卷繞過程中如果圖10中的接觸羅拉20產(chǎn)生最大力矩為1.2牛頓·米，并且8個絲筒同時在筒管夾上成形，那么由接觸羅拉作用在每個絲筒上的力矩(假定接觸羅拉和筒管夾軸為平行配置)將為每個絲筒0.15牛頓·米(等于每個絲筒1.5公斤·厘米)。如果在該筒管夾上只裝一個絲筒進行成形，則由該羅拉作用在該絲筒的表面上的最大力矩為1.2牛頓·米。由于該接觸羅拉的直徑(半徑)是不變的。當該絲筒的直徑增加時，與該產(chǎn)生的力矩相對應的圓周力不變。
從圖4和圖5中可以清晰地看到，新鋪在絲筒的表面上的長絲只占位于接觸羅拉20和絲筒30之間的全部接觸面的一小部分。在給定的任何瞬間，絲線都不會響應由接觸羅拉所作用的總圓周力，而只是響應該圓周力在鋪層點處的局部作用。因此，很明顯施加在一個絲筒上的不是總圓周力(有效電機力矩)，而是位于羅拉和絲筒之間的單位接觸長度上產(chǎn)生的圓周力。例如一個長度為900毫米的筒管夾可以安裝8個軸向長度為85毫米的絲筒或者兩個軸向長度為410毫米的絲筒。由向8個絲筒作用1.2牛頓·米的有效力矩(即每個絲筒作用0.15牛頓·米)所達到的張力效果將與由向兩個絲筒作用約1牛頓·米(即每絲筒0.5牛頓·米)的有效力矩所達到的張力效果幾乎相同(在給定的長絲和其它卷繞條件不變的情況下)。給定頻率設定值對于接觸羅拉的影響將因在卷繞過程中由于在一個給定絲筒和接觸羅拉之間的有效“接觸長度”的逐漸變化而有微小的變化，其理由的說明參見圖8。這是在一個給定的卷繞過程的整個工作期間內需要以預編程序的方式對張力調整設定值進行修改的另一個原因。該裝置的性能還需根據(jù)是否只裝有一個絲筒(此時根據(jù)給定的速度設定值所產(chǎn)生的圓周力大體上均勻地沿著絲筒的整個長度分布)或裝有幾個絲筒(在這種情況下，由于在筒管夾上各相鄰絲筒之間存在的間隙或多個間隙，因而根據(jù)給定的速度設定值所產(chǎn)生的同一圓周力是分布在一個已經(jīng)減少了的接觸長度上)的不同情況而有略微的差別。
前文中已經(jīng)提到，事實上，本發(fā)明對絲線質量有某些影響，雖然絲線質量的改進并不是目前提出的建議的主要原因。在這方面應當認識到在整個卷繞過程中，對絲線質量產(chǎn)生影響的主要因素是作用在有限表面積上的接觸壓力，例如在圖8中所示的側壁區(qū)域中那些表面積上的接觸壓力。本發(fā)明可以通過進一步延遲馬鞍形的出現(xiàn)來改進絲線的平均質量，參見前述馬鞍形是質量下降的直接原因。這種質量下降是特別不能接受的(當它已超出規(guī)定極限值時)，因為在絲筒整個寬度方向有著質量下降的變化，因而使在后續(xù)工序中的紗綻絲筒上取出時，綻絲筒的頭到尾不能得到均勻的紗性能。
在工作中，第一個給定絲線的試驗絲筒是以通常的方式進行卷繞的，使接觸羅拉20的轉動速度保持不變，以便在靠近接觸羅拉和該絲筒之間的接觸面上的絲線中產(chǎn)生一個恒定的拉伸張力。在該絲筒已經(jīng)被至少卷繞到一個預定的最小直徑以后，例如400毫米，就停止卷繞并對該絲筒的表面狀況進行檢查，以決定在下一個試驗絲筒卷繞期間，該裝置是以本文前面所述的“絲筒在先”方式還是以“羅拉在先”的方式進行工作。如果在該絲筒表面已經(jīng)有隆起產(chǎn)生，很可能在絲筒入口處的絲線張力太低，這表明要在下一個卷繞過程中該裝置應以“絲筒在先”的方式工作。
用這種方法，鋪層處的絲線的張力就會比卷繞機入口處的絲線張力高。因此，應當對接觸羅拉的設定值進行調整，從而由絲筒將傳動力傳給羅拉(以制動方式作用)一直到絲筒的隆起消失或者是達到允許張力調整(見對圖3-5的有關論述)的極限值。在后一種情況下，絲線不能在給定條件下進行卷繞，必須對卷繞機的上游進行某些調整。
在此，假定接觸羅拉驅動的可能的設定值是可以在某一范圍內進行調整的，因而通過只調整接觸羅拉驅動力的設定值(即不需要另外改變其它卷繞參數(shù)，例如接觸壓力)就可以取得可能的最大張力調整(當由接觸羅拉上的滑動來決定時)。然后接觸壓力本身可以根據(jù)其它卷繞條件來獨立地設定，如同我們可以從下面有關缺點的討論所看到的，這些缺點可以用與增加在卷繞機入口處和鋪層處之間的絲線張力不同的方法來解決。
如果在絲筒外層中的絲線張力太小，“隆起”就會在絲筒的本應是圓柱形的表面上形成，其結果是卷繞出一些“松弛”層。在這種情況下，只有一種有把握的補救辦法(如上所述)，即增加卷繞張力。下面將要討論的這些缺陷是由各種因素的相互作用而產(chǎn)生的，從而使卷繞張力的改變可以作為許多可以處理這些問題的方法之一。
下面的說明涉及到一系列的絲筒的卷繞，在對該系列絲筒中的下一個絲筒進行卷繞以前，通過對該系列中的每個絲筒的評定能對卷繞參數(shù)作調整。應當指出這里的“絲筒”在任何情況下都指的是“一組”同時卷繞的絲筒中的一個(在同一卷繞過程，安裝在同一個筒管夾上)。從下面說明中所涉及的“絲筒”而得出的結果代表了在一系列這類過程中的一個給定卷繞過程的結果。
假如在絲筒表面沒有形成隆起(即卷繞張力至少能夠滿足于卷繞所要求的絲筒)，操作者可以對絲筒進行外觀檢查，以確定絲筒是否存在任何圓柱形偏差，例如馬鞍形(圖12)或側壁鼓脹(圖13)。從現(xiàn)有技術可知，可以通過改變交叉卷繞角和/或接觸壓力來解決這類偏差。本發(fā)明增加了另一個調整特點，可以利用這個特點連同前面已知的可能性來處理在卷繞條件下發(fā)生的問題。
如果發(fā)現(xiàn)了不合格的偏差，操作者可采用列于下表1中的各項步驟。
表1 羅拉在先的方式
應當指出表1中“交叉卷繞角”和“接觸壓力”這兩個參數(shù)在處理某種給定偏差或故障時，其有效性將受到限制，因為在某種特定情況下(為了解決這兩個問題中的一個)對這兩個卷繞參數(shù)的調整將會引起另一個問題。只有減少在鋪層位置處的絲線張力，才對這兩個問題的解決都有好效果。但是在鋪層位置處的絲線張力能夠調整的范圍受到了一個條件的限制，即絲線不能在接觸羅拉上發(fā)生滑動(見圖3～圖5及相應的說明)。
交叉卷繞角和接觸壓力的變化在任何情況下均應和接觸羅拉驅動力的設定值的補償量度化同時進行，以便獲得最佳的卷裝成形。對于接觸壓力來說，這是比較容易理解的，在由接觸羅拉電機產(chǎn)生的一定大小的圓周力的情況下它直接影響出現(xiàn)在接觸面上的摩擦力以及滑動量的大小。因此如果接觸壓力必須增加(在試圖“碾平”鞍形成形的側壁區(qū)時)，則在接觸羅拉電機給定的設定值下，接觸面處的摩擦力將增加，而接觸面上的滑動量將減少。這將減少在該給定的設定值下所取得的前面的絲線張力作用。隨后的接觸羅拉驅動力設定值的增加也許會因此得到一個比保持在接觸壓力改變以前所使用的設定值所取得的效果更好。
用來處理發(fā)生在給定卷繞過程中出現(xiàn)側壁彭脹問題的程序的一個實例表示如下——在第一步驟中，先增加交叉卷繞角，然后對第二個絲筒進行卷繞并檢查；——如果鼓脹仍未被消除，應再次增加交叉卷繞角，只要其它情況(例如打算在下游加工中使用的絲筒)不是說反對這樣的進一步的變動。如果不允許/希望進一步變動交叉卷繞角的話，操作者應進行步驟(II)，通過增加接觸羅拉的設定裝置54的設定來減少絲筒上鋪層處的絲線張力對繞絲機入口處的絲路張力的相對值。在采取了無論哪一個步驟以后，即對第三個試驗絲筒進行卷繞和評定(目測檢查)；——如果在第三個絲筒上的側壁鼓脹仍然不合格，操作者可以試著選一步減少卷繞張力或者可以進行第三步驟(改變接觸壓力)。然后對第四個試驗絲筒進行卷繞和目測檢查；——如果第四個絲筒上仍然有不合格的鼓脹，操作者可以試著對引用的卷繞參數(shù)作進一步調整。如果這些參數(shù)的改變已經(jīng)到達其極限值，而鼓脹仍然存在的話，那么就必須改變“給定的卷繞條件”。
列入表1中的步驟(I)，(II)和(III)表示了進行調整的優(yōu)選的或初始的推薦程序。但是，操作者還必須根據(jù)他對周圍情況的了解對實際情況作出判斷。涉及處理鞍形生成的問題的程序同處理側壁鼓脹問題的程序相類似。但是優(yōu)選的調整程序與表1中用順序(I′)，(II′)，(III′)表示的程序是不同的。
上述程序并不要求卷繞參數(shù)在對一個給定試驗絲筒進行卷繞過程中保持不變。相反，一個參數(shù)(例如接觸壓力)在絲筒卷繞過程中是可以改變的，例如當絲筒達到預定的絲筒直徑時。也就是說，對一個特定類型的絲線進行卷繞時的最佳卷繞參數(shù)，在對給定的試驗絲筒進行卷繞過程中，可以包括一個(或幾個)改變的卷繞參數(shù)。
在這種工作方式中，每個卷繞參數(shù)(或至少，對于變動的卷繞參數(shù))都有其相應的“成形”。從卷繞過程的開始到結束，所述參數(shù)可以根據(jù)預選的“成形”來改變。因此前面所述的三個卷繞參數(shù)即交叉卷繞角、接觸壓力和卷繞張力(相對于卷繞入口處的張力)都可以以這樣的方法根據(jù)預選設定的成形來進行改變。在卷繞進行期間成形包含著參數(shù)的不斷變化。但是在已使用的成形中最好是成形包含有階段性的變化(例如)在卷繞所謂的階段性精密卷繞的卷裝中。
在卷裝形成期間，改變絲筒的鋪層處的絲線張力的原因之一已參照圖8作了說明。實際上，為了獲得一個不變的張力調整作用，根據(jù)卷繞條件，可以在卷裝形成期間必須改變接觸羅拉驅動力的設定值。即使在接觸羅拉驅動力設定值和接觸壓力都保持不變的情況下，絲筒直徑的逐步變化仍可能影響由接觸羅拉所造成的凹痕的變化。這種影響很難預測，因為它還取決于隨著絲筒直徑的增大而可能出現(xiàn)的卷裝密度的變化。通過經(jīng)驗評定，可以采用程序變化來補償在給定情況下的實際影響，從而提供例如一個不變的張力調整作用。
成形最好定義為絲筒直徑的函數(shù)，因為目前使用的卷繞機通常就測量這個參數(shù)。但是這并不是必需的。例如該成形還可以定義為時間的函數(shù)，因為卷繞一給定絲筒所需的時間既可以通過計算也可以通過經(jīng)驗方便地確定。
一旦當用來使鼓脹和鞍形的形成率減至最小的卷繞參數(shù)的最佳設定值被確定以后，對該特定絲線隨后進行的工業(yè)化卷繞過程中都將在該最佳設定值下進行。
應當指出，上述程序將減少圓柱形特定偏差的形成率，從而在給定的卷繞條件下它能繞制出的絲筒直徑比用其它方法所能繞制出的直徑更大。
在上文中，我們已經(jīng)說明了由操作者對絲筒進行目測檢查的程序。下面我們將討論能夠自動完成這種檢查的方法。這種能對卷繞機的性能自動進行調整的方法可以通過使用一種如圖1或圖9所示的長絲卷繞機(但不排除使用其它卷繞機)來進行。根據(jù)本發(fā)明在這方面的內容，該卷繞機裝有一個控制裝置，該控制裝置根據(jù)對由該卷繞機在卷繞過程中所生產(chǎn)出來的絲筒的測定結果來調整預先確定的卷繞。該卷繞機另外還包括一個測定裝置，該測定裝置可用來對在卷繞過程中卷繞出來的絲筒進行測定并向控制裝置送出一個相應的信號或一組信號。然而在單個卷繞機中該絲筒測定裝置并不是必不可少的。從一組卷繞機中生產(chǎn)出來的絲筒可以送到一個公共的檢測站，從該檢測站輸出的一個檢測信號或一組信號被傳送到各自的卷繞機上。但是在這種情況下各卷繞機的產(chǎn)品必須與檢測站中產(chǎn)生的信號相一致，從而使檢測站的信號能夠返回到相應的卷繞機中。
所以在優(yōu)選配置中，每個卷繞機都裝有自己的測定裝置，該裝置最好是適用于對一個全完成絲筒的情況作出反應。在這種配置中，無需在單個卷繞過程中根據(jù)對一個絲筒的測定值而對卷繞參數(shù)進行改變，但是在一個新過程開始之前，可根據(jù)前面卷繞過程的結果來采用某些參數(shù)。在一種自動從一個卷繞過程轉位到下一個卷繞過程的卷繞機中，例如圖9所示的這種卷繞機中，測定裝置可以裝在例如落筒位置或備用位置附近，以便當全成形絲筒到達該位置時立刻對該絲筒的狀況作出測定。在下一個卷繞過程開始以前，將產(chǎn)生的信號輸入卷繞機的控制裝置，以便修改卷繞參數(shù)。
與本發(fā)明的第一個方面的內容的說明相一致，該測定裝置最好用來在卷繞成形(卷裝結構)的基礎上檢測絲筒的狀況。具體來說，一方面可以測定鞍形形成情況(參看圖8所示的這種鞍形)，另一方面可以測定絲筒的軸向端壁上的鼓脹。用于這種用途的測定裝置應以已知的光學影像分析技術為基礎。
作為本發(fā)明第二方面的實例，下面將參照圖11、12和13加以說明。圖11示出了一個基本上與圖9相似的卷繞機的立體圖，圖中相同的參考編號用來表示同一種零件。因此圖11中的卷繞機包括一個機架10，一個可垂直往復移動的載體94和一對安裝在旋轉裝置上的筒管夾12和14。該旋轉裝置在圖11中沒有示出，因為它對我們目前要說明的內容不是必不可少的，并且它可以隨時很容易地從圖9中看到。
圖11中所示的卷繞機上還裝有一個細長的空心裝載元件104，該元件從機架10與在落筒位置的一個筒管夾(圖14中的筒管件14)相平行地延伸。裝載元件104上裝有四個絲筒結構測定裝置106，這些測定裝置分別與在各卷繞過程中產(chǎn)生的四個絲筒相對應。每個測定裝置106通過沿著該裝載元件104的內部延伸到連接機架10的導線(未示出)與控制裝置100(圖9)相連接。
每個測定裝置106用來測定卷裝成形或絲筒結構的兩項指標，分別如圖12和圖13所示。圖12和圖13都用實線表示一個具有預定的最大直徑D和軸向長度L的“完整的”絲筒30。在鞍形形成的情況下，偏離理想形狀的程度是可以測定的，如圖12所示(以及前面參照圖8所說明的)。這意味著絲筒的中央?yún)^(qū)域的直徑將比完整的絲筒直徑小ΔD。在絲筒的縱向側壁上存在鼓脹缺陷的情況下，絲筒的實際軸向長度在繞絲筒管28和絲筒的外圓柱面的表面之間的中點處將比預定長度L長ΔL。
利用已知的光學影像技術可以確定出鞍形的程度(例如確定為ΔD/D×100％)和鼓脹的程度(例如確定為ΔL/L×100％)，并且把相應的信號提供給控制裝置100。
在圖12和圖13中所示的絲筒缺陷基本上可以通過下列三個卷繞參數(shù)求出，即——壓力(產(chǎn)生接觸壓力)；——交叉卷繞角；——在絲筒中鋪層處的絲線張力。
所有上述三個參數(shù)均由控制裝置100進行控制。在給定的絲線32的傳遞速度下，交叉卷繞角可以通過例如控制導紗器70(圖4和圖5)的軸向往復運動的速度來調整。在絲筒中鋪層位置處的絲線張力可以通過接觸壓力和對接觸羅拉的驅動力的設定值來進行控制，參看圖1-圖10所述。
控制裝置100中編有控制函數(shù)的程序，該控制函數(shù)可以具有例如下述形式ΔD＝F1(C，CP，TT)及ΔL＝F2(C，CP，TT)式中F1和F2代表函數(shù)關系，C為交叉卷繞角(見圖4和圖5)，CP為接觸壓力以及TT為絲線張力。
控制裝置100可以用來貯存來自一系列卷繞過程的ΔD和ΔL的實際值，并且分析這些數(shù)值的趨勢(或者沒有趨勢)。然后卷繞機就可以進行自調整(自選最佳值)，以便使三個卷繞參數(shù)盡可能調整到最小，所獲得的數(shù)值ΔD和ΔL供進一步卷繞過程使用。
如果對第一個試驗絲筒的測定表明卷裝成形存在問題，卷繞機最好設計成能改變在第一和第二個試驗絲筒之間的卷繞參數(shù)的設定值，這樣，該機器將自動地檢查和測定一系列卷繞過程，以測定偏差形成的趨向，而卷繞參數(shù)的改變是人工進行的。
另一種可以用機器自動測定的絲筒缺陷稱為“超頭絲”，這種缺陷是在絲線超過絲筒的端部并且越過絲筒的側壁時發(fā)生的，該缺陷可以通過改變交叉卷繞角來糾正。用來檢測超頭絲端的傳感器已在德國專利DE-36 30 668，DE-37 18 616和DE-42 11 985中公開，這些公開文件均為本文的參考文獻。
雖然本發(fā)明已經(jīng)結合一些優(yōu)選實施裝置進行了介紹，但應當指出，只要不違背本權利要求中所規(guī)定的精神和范圍，本領域技術人員可以對本文未曾具體說明的內容進行增加、更改、替代和刪除。
權利要求
1.一種絲線卷繞機，包括一個用來支承絲筒(30)的筒管夾(12，14)；一個用來與裝在所述筒管夾(12，14)上的絲筒(30)的圓周相接觸的接觸羅拉(20)；一個相對于絲線的移動方向安裝在接觸羅拉(20)上游的橫向往復運動裝置，該裝置用來使絲線(32)相對于其移動方向作橫向往復運動以形成一圓柱形絲筒(30)，并且設置成使得絲線(32)在到達絲筒(30)之前至少部分地包繞接觸羅拉(20)；其特征在于控制裝置(100)根據(jù)在卷繞過程中由該機器所生產(chǎn)的絲筒(30)的評定值對預定的卷繞參數(shù)進行編程調整，所述評定包括評定絲筒卷繞以消除卷裝的圓柱形偏差。
2.根據(jù)權利要求1所述的卷繞機，其特征在于能夠被控制裝置(100)響應以調整預定的卷繞參數(shù)的偏差包括端部脫出、馬鞍形構形和端部鼓脹。
3.根據(jù)權利要求1所述的卷繞機，其特征在于所述預定的卷繞參數(shù)包括在接觸羅拉(20)和絲筒(30)之間的接觸壓力和/或改變絲線(32)在絲筒(30)上的交叉卷繞角的橫向往復運動裝置(72)的橫向往復速度和/或由接觸羅拉(20)施加在絲筒(30)上的圓周力。
4.根據(jù)權利要求3所述的卷繞機，其特征在于驅動所述筒管夾(12，14)圍繞縱向筒管夾軸線轉動的第一驅動裝置(18)；驅動所述接觸羅拉(20)圍繞縱向羅拉軸線轉動的第二驅動裝置(24)；用來可調節(jié)地控制作用在所述接觸羅拉(20)和裝在所述筒管夾(12，14)上的絲筒(30)之間的圓周力，同時用來使接觸羅拉(20)保持在預定轉動速度的第一控制裝置(100，54，46)；用來可調節(jié)地控制所述接觸羅拉(20)和所述絲筒(30)之間的接觸壓力的第二控制裝置(100，98)；用來可調節(jié)地控制所述往復運動裝置(72)的往復運動速度，以改變絲線(32)在所述絲筒(30)上的交叉卷繞角的第三控制裝置(100，36)。
5.根據(jù)權利要求1-4任一所述的卷繞機，其還包括一個測定裝置，該測定裝置(106)用來測定在卷繞過程中所生產(chǎn)出來的絲筒(30)，并且用來向所述控制裝置(100)提供一個相應的信號或一組信號。
6.根據(jù)權利要求5所述的卷繞機，該機可以從一個卷繞過程自動換位到下一個過程，測定裝置(106)裝在落筒位置的區(qū)域內，以便當完全卷繞成形的絲筒(30)達到該位置時測定出該絲筒的狀況。
7.一種為了減小在絲筒(30)卷繞時所形成的圓柱形偏差的形成率而確定卷繞參數(shù)的方法，該方法使用了以下裝置一個用來支承絲筒(30)的筒管夾(12，14)；用來驅動所述筒管夾(12，14)圍繞其縱向軸線轉動的第一驅動裝置(18)；一個用來與裝在所述筒管夾(12，14)上的絲筒(30)的圓周相接觸并將絲線(32)引向所述絲筒(30)的接觸羅拉(20)；用來驅動接觸羅拉(20)圍繞其縱向軸線(22)轉動的第二驅動裝置(24)；一個相對于絲線的移動方向安裝在接觸羅拉(20)上游處的橫向往復運動的裝置(72)，該裝置用來使絲線(32)相對于其移動方向作橫向往復運動；用來可調節(jié)地控制作用在所述接觸羅拉(20)和裝在所述筒管夾(12，14)上的絲筒(30)之間的圓周力，同時使接觸羅拉(20)保持在預定轉動速度的第一控制裝置(100，54，46)；用來可調節(jié)地控制所述接觸羅拉(20)和絲筒(30)之間的接觸壓力的第二控制裝置(100，98)；以及用來可調節(jié)地控制所述往復運動裝置(72)的往復運動速度，以改變絲線(32)在所述絲筒(30)上的交叉卷繞角的第三控制裝置(100，36)；該方法包括以下步驟當在接觸羅拉(20)和所述絲筒(30)之間傳遞圓周力時，連續(xù)地形成絲筒(30)；檢查所述絲筒(30)是否出現(xiàn)圓柱形偏差，該偏差包括軸向的鼓脹和沿絲筒長度的絲筒直徑的不均勻度；根據(jù)在檢查步驟中所檢測出的偏差，至少在所述第一、第二和第三控制裝置(100，54，46；100，98；100，36)中選出一個控制裝置來進行調節(jié)，而形成的調節(jié)改變所述檢測出的偏差的形成率。所述第一控制裝置(100，54，46)是以改變發(fā)生在所述接觸羅拉(20)和所述絲筒(30)之間的滑動量的方式來進行調節(jié)的。所述第二控制裝置(100，98)是以改變所述接觸羅拉(20)和所述絲筒(30)之間的接觸壓力的方式來進行調節(jié)的；和所述第三控制裝置(100，36)是以改變絲線(32)在所述絲筒(30)上的交叉卷繞角的方式來進行調節(jié)的。
8.一種絲線卷繞機，其包括一個用來支承絲筒(30)的筒管夾(12，14)；用來與所述筒管夾(12，14)上的絲筒(30)的圓周相接觸的一個接觸羅拉(20)；一個相對于絲線的移動方向安裝在所述接觸羅拉(20)上游處的往復運動裝置(72)，該裝置用來使絲線(32)相對于其移動方向作橫向往復運動以形成一圓柱形絲筒(30)；其特征在于測定裝置(106)自動地測定絲筒(30)的圓柱形偏差。
9.根據(jù)權利要求8所述的卷繞機，其中，所述測定裝置包括用來檢測沿絲筒長度上的絲筒直徑變化的第一測定裝置，和用來檢測絲筒的軸向端壁的鼓脹的第二測定裝置。
全文摘要
一種為減小絲筒卷繞時所形成的圓柱形偏差的形成率而確定絲線卷繞參數(shù)的方法,當將一個從動旋轉的接觸羅拉壓緊在絲筒上以使圓周力能在兩者之間傳遞時,絲筒就通過在一個從動旋轉的筒管夾上鋪放絲線而依次形成。對每個絲筒都要檢查其圓柱形偏差。促進在接觸羅拉和絲筒之間的接觸面處所產(chǎn)生的滑動量。在相繼形成的絲筒之間,可以使已促進的滑動量發(fā)生變化,以改變絲筒上圓柱形偏差的形成率。
文檔編號B65H54/28GK1269321SQ0010657
公開日2000年10月11日 申請日期2000年4月10日 優(yōu)先權日1993年11月15日
發(fā)明者A·韋爾茨, P·布森哈特 申請人:里特機械公司