一種安全啟動和/或停止用於轉杯紡紗機內的轉杯的方法和轉杯紡紗機與流程

2023-10-08 23:50:59

本發明涉及一種安全啟動和/或停止用於生產紗線的轉杯紡紗機內的轉杯的方法，所述轉杯紡紗機具有多個轉杯，每個轉杯分別在各自帶封蓋的轉杯外殼裡轉動，並通過其自身電機驅動，同時由至少一個徑向和/或軸向的已激活的磁軸承通過位置控制來支承。其電機的數據傳輸帶有控制器，以控制轉杯的各種運行狀態。

背景技術：

在德國專利文件10 2000 700 851 A1中公開了一種帶紡杯的自由端紡紗裝置。該紡杯通過皮帶帶動杆柄驅動。該紡杯位於帶封蓋的轉杯外殼內。打開轉杯外殼，即將封蓋從轉杯外殼移開，只能通過抬高手柄實現。通過抬高手柄將轉杯剎停，避免轉杯在外殼打開狀態下轉動。從而避免操作者因仍然轉動的轉杯而受傷的風險。

在德國專利DE 26 58 477 A1中公開了一種單獨驅動自由端紡紗機內轉杯的方法。每個轉杯由它自己的電機驅動，並與一個控制器相連。該控制器作用包括：當紡出缺陷紗線時記錄驅動紡杯的電流變化並且在必要時關閉電機。

技術實現要素：

儘管在現有技術中描述了自由端紡紗裝置的紡杯應通過何種(工具)停止，然而並未由此給出一個詳細的安全技術方案。

因此，本發明的目的在於，提出一種安全啟動和/或停止轉杯紡紗機轉杯的方法以及發明相應的轉杯紡紗機，該轉杯紡紗機配備有一個安全技術方案來應對不同故障。

本發明目的可通過本發明提供的方法和轉杯紡紗機得以實現。

本發明提供的方法用於安全啟動和/或停止用於生產紗線的轉杯紡紗機內的轉杯，該轉杯紡紗機具有多個轉杯，每個轉杯分別在各自帶封蓋的轉杯外殼裡轉動，並通過其自身電機驅動，同時由至少一個徑向和/或軸向的已激活的磁軸承通過位置控制來支承。電機的數據傳輸帶有控制器，以控制轉杯的各種運行狀態。根據本發明會逐項對轉杯驅動控制和/或一個或多個已激活的磁軸承的位置控制，用於控制電機的數據傳輸，以及本發明的一個優選實施例內封蓋的正確閉合進行檢查。對於不滿足預定的目標值和/或狀態的情況，則阻止轉杯啟動或有針對性地停止正在運行的電機。

通過對轉杯驅動控制的檢查一方面能保證，在驅動控制出錯的情況下(機器)不生產缺陷紗線。另一方面同時能夠保證，在轉杯當前轉速達到200000轉/分鐘左右的情況下，轉杯不因運轉錯誤而損壞，從而操作者不受危害且這臺轉杯紡紗機不會被損壞。

通過監測一個或多個已激活的磁軸承的位置控制可以讓轉杯始終處於預設位置。若轉杯離開了預設位置，則存在產生缺陷紗線及損壞紡紗裝置的風險。

當電機和電機控制器間的數據傳輸出錯時，紡紗設備的有效運行不能得到保證。在這種情況下不能啟動轉杯，若檢測出這種狀態時轉杯已經開始運行，也必須以儘可能無損的方式停止轉杯。

最後，同樣重要的是正確地關閉轉杯外殼的封蓋。否則一方面紡不出紗線，另一方面也存在操作者捲入轉動的轉杯並且受傷的風險。

在上述所有情況中，將檢查是否已經達到並且遵循所要求的相應目標值或狀態。若沒有，則阻止轉杯啟動或有針對性地停止正在運行的電機。這樣可避免機器損壞和操作者受傷的風險。

本發明一個特別優選實施例中，在電機電壓供給故障的情況下，轉杯速度緩慢降低，使之與其餘產紗所需的驅動器相協調，以保持產紗程序的正常運轉。此類其餘驅動器包括餵給驅動器，分梳輥驅動器，牽引輥驅動器或卷輥驅動器等。若此類驅動器分別按比例減速，則在低速下仍能紡織出本質上相同的紗線。通過有針對性地按照相同比例降低各個驅動器的速度，以避免在此紗線生產階段後還須在紗筒上退繞紗線再進行處理。因為現代轉杯紡紗機的紡紗速度約為300米/分鐘，即能在極短時間內生產大量紗線，導致最壞情況下需要處理數米的紗線。

在電機電壓供給故障以及低於轉杯最低轉速(特別是約15000轉/分鐘)的情況下，電機會被短路，導致電機緩慢停止運行並且達不到預定的紡紗產量。但此優勢在於，在這個時刻，由於缺乏足夠的轉杯轉速，無法繼續實現有控制地產紗，紗線會斷裂且不再繼續產紗。在電機短路的情況下，轉杯無需控制就會緩慢停止運行。

在位置控制和/或用於控制的數據傳輸和/或電壓供給發生故障的情況下，轉杯首先緩慢停止運行，並且作為發電機為磁軸承供電。通過此方式保證了，對轉杯無故障運轉而言特別重要的磁軸承能長效地正常工作。只有下降到某一特定的不關鍵的轉速時，轉杯才可不受損壞地在不再激活的磁軸承的支承下直至停止。

特別優勢在於，在位置控制故障的情況下，轉杯會被壓向軸向上的應急軸承方向。這就避免轉杯不受控地移動或從磁軸承上脫出。該軸向上的應急軸承保證轉杯位於相應位置。

當轉杯速度超過預先設定的最低轉速時，封蓋首先被鎖止。例如將該類預定的最低轉速設定為15000轉/分鐘，在此轉速下轉杯轉動對機器和操作者的危險性較小，轉杯也能在相對較短的時間內達到靜止狀態。

封蓋主要可通過磁力，機械和/或電力鎖止。可通過控制器非常簡單地實現封蓋的鎖止。

本發明的一個特別優選實施例為，對封蓋是否可開啟進行冗餘檢查。通過檢查轉杯的轉速和當前運行狀態保證了，在轉杯處於安全轉速範圍或靜止狀態時才能打開封蓋，避免機器損壞及操作者受傷的風險。通過冗餘檢查可確定測量裝置是否故障，從而避免對轉杯狀態的誤判。

當封蓋打開時，若轉杯處於不符合要求的高轉速時(特別是高於15000轉/分鐘)，轉杯將被急停，以保證轉杯在最短時間內達到靜止狀態。急停可通過例如饋電的方式實現，用電力使得轉杯驅動急停。該措施是非常有利的，因為高轉速的轉杯有著極大的致人受傷的風險。轉杯可能從自身軸承中脫出甚至炸裂，從而極大可能導致操作者受傷和機器損壞。因此需要在最短時間內讓轉杯達到靜止狀態。

在轉杯急停的一段特定時間裡或直到轉杯達到一定的速度時，驅動控制保持激活狀態，這保證了轉杯儘可能不受損壞且較快地達到安全轉速區域或者達到靜止狀態。同時該措施還有助於後續產紗程序。

轉杯可通過電力，機械和/或磁力急停，這樣就可以採取一種恰當的措施儘可能快地實現急停。

根據本發明製造出的轉杯紡紗機配備有根據上述方法步驟進行處理的安全技術方案。該轉杯紡紗機能夠在故障出現時儘快反應，使轉杯根本無法啟動或有針對性地停止其運行。該停止能夠儘可能長時地保持產紗正常運行，或者儘可能快地停止轉杯或至少降低到一個不關鍵的轉速範圍。從而確保避免操作者受傷或機器損壞。

根據本發明的另一個發明，提供一種安全啟動和/或停止用於生產紗線的轉杯的轉杯紡紗機，所述轉杯紡紗機具有多個轉杯，每個轉杯分別在各自帶封蓋的轉杯外殼裡轉動，並通過其自身電機驅動，同時由至少一個徑向和/或軸向的已激活的磁軸承通過位置控制來支承，電機的數據傳輸帶有控制器，以控制轉杯的各種運行狀態，其特徵在於，轉杯驅動控制、一個或多個已激活的磁軸承的位置控制和/或用於控制電機的數據傳輸將被檢查，對於不滿足預定的目標值和/或狀態的情況，則阻止轉杯啟動或有針對性地停止正在運行的轉杯。

同樣的，紡紗機應具有上述方法對應的機械結構或下述設備特徵，並且這些特徵可以單個或在隨機組合中得以實現。

附圖說明

通過閱讀參照以下安全技術方案附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特徵、目的和優點將會變得更明顯：

圖1示出根據本發明的一個優選實施例的「啟動機器」方案，

圖2示出根據本發明的一個優選實施例的「觸發機器急停」方案，

圖3示出根據本發明的一個優選實施例的「總電壓故障」方案，

圖4示出根據本發明的一個優選實施例的「轉杯驅動電壓供給故障」方案，

圖5示出根據本發明的一個優選實施例的「CAN通訊中斷」方案，

圖6示出根據本發明的一個優選實施例的「開啟轉杯外殼」方案，以及

圖7示出根據本發明的一個優選實施例的「關閉機器」方案。

具體實施方式

機器運行過程中須遵循的安全要求包括：轉杯高於某一特定轉速值轉動時轉杯外殼必須保持關閉。此外機器在轉筒關閉和鎖止後才可以啟動。不允許由控制器橋接來解鎖轉杯外殼封蓋，也不允許使用安全相關的措施和控制器狀態解鎖。

當轉杯仍在轉動或者轉杯的轉動能量低於一個規定值時，為實現轉杯外殼的開啟，必須獲得轉杯轉速的冗餘測量值。這些冗餘且離散的測量值可確定電機的電壓，該電壓與轉杯轉速基本上成正比。由此產生一個邏輯信號，例如其內容可以是表明轉杯轉速較低。

如因為閉鎖機構失靈時，轉杯外殼在轉杯高速運行時被打開，，則電機將主動停止。例如，可通過在最初四秒內施加給電機儘可能高的電流，實現電力制動。使得轉杯儘可能快地停止。若不採取這種方法則需要大約60秒使轉杯停止。

和閉鎖和急停機制一樣，所有採用的傳感技術，如用於產生轉杯外殼已關閉這一信號的傳感技術，應當儘可能地帶有冗餘和故障自動保險的功能。由此可確保，即使在第一個措施失效時，存在第二個措施或第二個傳感裝置來確定某一狀態或某一理論值。

為了更好的使本發明應用於特定情況下的安全技術方案清晰的表示出來，下面結合附圖對本發明作進一步說明。

圖1示出的「啟動機器」安全技術方案用於檢查轉杯外殼是否關閉以及轉杯驅動和控制器之間的CAN通信是否存在及激活。同時可檢查已激活的磁軸承的位置控制是否正常工作。所有這些檢查成功完成後，接通DC/DC轉換器，驅動器準備就緒。只要其中一項檢查結果不能令人滿意，就會關閉DC/DC驅動器，同時激活低側FETs。由此電機被短路，不再運轉。從而排除了電機誤啟動的危險。

圖2示出的「觸發機器急停」安全技術方案首先會檢查轉杯驅動是否運行。若是，則轉杯驅動的速度至少下降至最低速度。也就是說，紡杯對應的電機速度會降低。因而在本發明的一個優選實施例中，(轉杯驅動)速度可以平緩下降。這意味著速度下降非常緩慢。尤其是當紡紗區的其他驅動的速度一樣同步地緩慢降低時，可以繼續紡紗。在理想情況下，這些紗線與正常運轉時產出的紗線相同。轉速降至某一特定值，如15000轉/分鐘時，轉杯就不具備能力製造相應的紗線。從這一時間點開始轉杯可以迅速停止，即快速停止。當確定轉杯不再轉動或者其轉速相當低，如低於15000轉/分鐘時，則關閉DC/DC轉換器並激活低側FETs。與此同時電機短路，緩慢停止運行或通過其他手段(磁力或機械手段)停止。

圖3示出的「總電壓故障」安全技術方案也會首先檢查轉杯是否運行。若轉杯運行，則在制紗過程出現不穩定前，其速度將根據紗線旋度值有所下降。這是為了在停止過程實施後還能夠繼續紡紗。在理想情況下，紗線基本上同紡紗區正常狀態下生產的紗線相同。當紡紗過程不穩定，如轉杯轉速對於紡紗程序而言太低時，將根據紡紗機的能量需求採取措施，以降低轉杯驅動速度。這意味著轉杯進一步減速，並充當發電機為諸如磁軸承提供電力，從而使轉杯支承繼續起作用。當轉杯轉速繼續下降，如低於15000轉/分鐘時，低側FETs激活，與此同時電機短路。電機不能再像發電機一樣供電，也無法再提供給磁軸承相應的電壓。在這種情況下，當已激活的磁軸承發生可預見的停工後，應急軸承的存在是有利的，因為它能接管轉杯；同時，在電源供給切斷或發生故障時，應急軸承也能使支承元件不因轉杯而損壞。例如：在已激活的磁軸承停工時，轉杯會撞上止擋件從而被機械制動，轉杯此時受到的是軸向擠壓，該擠壓使轉杯穩定地停止運行，這是有利的。最後關閉DC/DC轉換器，就可以打開轉杯外殼了。

圖4示出的「轉杯驅動電壓供給故障」安全技術方案也將首先檢查轉杯驅動是否運行。若轉杯不運行，則DC/DC轉換器關閉。若轉杯仍在運行，在確保通過發電機驅動實現自主供電的情況下降低轉杯驅動速度。速度低於某一定值，如15000轉/分鐘時，低側FETs激活，電機短路。若已激活的磁軸承也停工，則使用應急軸承。一旦轉杯驅動不再運轉，DC/DC轉換器就關閉。此時起，可通過移開封蓋打開轉杯外殼。

圖5示出的「CAN通訊中斷」安全技術方案同圖4示出的「轉杯驅動電壓供給故障」方案類似。降低轉杯驅動速度，以確保自主供電。轉杯驅動首先平緩減速，以維持紡紗正常運轉。當達到一個低轉速時，如15000轉/分鐘，低側FETs激活。若已激活的磁軸承停工，則在必要時時使用應急軸承。當轉杯停止(運轉)時，DC/DC轉換器關閉。安全技術方案「CAN通訊中斷」結束。

圖6示出的「開啟轉杯外殼」方案中，若轉杯驅動仍在運行，則對轉杯施加長達4秒的最大電流。驅動裝置會很快在電力制動下降至低速。當轉速降至15000轉/分鐘時，則重新採取上述措施。即激活低側FETs，短路電機。如有必要，在已激活的磁軸承停工時使用應急軸承，以防止損壞。最後關閉DC/DC轉換器，使紡紗裝置處於安全狀態。

圖7示出的「關閉機器」方案中，轉杯驅動和生產組驅動不再運行時，DC/DC轉換器和低側FETs處於非激活狀態。反之，若發現轉杯驅動和生產組驅動仍然運行，則首先停止所有轉杯驅動。然後停止所有生產組驅動。只有關閉了所有的驅動器，方可解鎖該紡紗區內轉杯外殼的鎖緊裝置。最後確認DC/DC驅動器和低側FETs處於非激活狀態，以確保機器處於一個安全的狀態。也可能發生這樣的情況：首次檢查時先確認轉杯驅動和生產組驅動不再運行。之後還會再一次檢查DC/DC轉換器和低側FETs是否處於非激活狀態，以確保機器的安全。

對圖述用於安全啟動和/或停止轉杯的方法而言至關重要的是，只有滿足所有安全措施以及達到預定的目標值和/或狀態時才可以啟動轉杯。否則，就會阻止轉杯啟動或有正對性地停止正在運行的轉杯。通過針對性地停止(轉杯)可避免機器損壞和操作者受傷，理想情況下在停止過程中也能產紗，所產紗線與正常紡紗過程生產的紗線相同。即使單個組件發生故障，仍具有生產可使用的紗線的可能性。因此除了安全方面，上述方案也可確保產量的提高。

綜上所述，單個或所有下述狀態具有重要意義，以目的分類為：

1.允許轉杯啟動

-為獲得AC能量傳輸，轉杯外殼必須關閉；

-所有紡紗區內的控制器電線必須正常；

-控制器必須正常工作，以產生信號。

2.必須停止轉杯外殼

-紡紗箱開啟；

-紡紗區損壞——變形；

-紡紗區控制電線中斷或短路；

-傳感器功能故障；

-控制器不產生安全信號。

以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明並不局限於上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的範圍內做出各種變形或修改，這並不影響本發明的實質內容。