ITMI20060193A1 - Sistema di azionamento peer filatoi open-end ad elevata produzione - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale

La presente invenzione si riferisce alla filatura "open end" ovvero filatura a rotore. I filatoi open end sono generalmente costituiti da una pluralità di unità di filatura individuali, allineate sui due fronti della macchina, ciascuna delle quali è composta da un rotore di filatura, che produce filo ritorto a partire dalle fibre singolarizzate di uno stoppino, e da un'unità di raccolta che - previo il controllo della qualità di filato con l'interposizione di una stribbia tra i due componenti - porta il filato ad avvolgersi su di un tubetto a formare una rocca. Questa rocca si forma così tirando ed avvolgendo il filato sulla sua superficie, essendo trascinata in rotazione dal rullo sottostante sul quale la rocca in formazione è appoggiata. Il filato viene avvolto a spire sulla rocca in rotazione poiché l'unità di raccolta è dotata di un dispositivo guidafilo che distribuisce con moto assiale di va-e-vieni il filato sulla superficie esterna della rocca.

La struttura della stazione di filatura individuale è illustrata nello schema di figura 1, e qui di seguito ne viene brevemente descritto il funzionamento secondo il suo normale esercizio.

Procedendo dal basso verso l'alto, la singola stazione di filatura 1 è costituita dall'unità di filatura vera e propria 2 e dall'unità di raccolta 3, delle quali si illustrano brevemente qui di seguito i principali componenti che portano alla trasformazione dello stoppino di fibre parallelizzate alla rocca di filato avvolto.

Il nastro o stoppino di alimentazione S è contenuto in un vaso cilindrico 4 ove è depositato a doppia spirale. Lo stoppino S viene alimentato all'unità da un rullo di alimentazione 5 passando per il convogliatore ad imbuto 6 e perviene alla cardina 7, un rullo rotante dotato di guarnizione dentata che singolarizza le fibre dello stoppino S e le convoglia per aspirazione al rotore di filatura 8, che lavora in depressione.

Nel rotore di filatura 8, che ruota a elevatissime velocità (fino a 150.000 giri/minuto ed oltre) le fibre singolarizzate si depositano nella sua gola periferica per effetto centrifugo; di qui vengono raccolte e prelevate sotto forma di filo F, uscendo assialmente dalla sua apertura centrale 9, ricevendo le torsioni dalla rotazione del rotore stesso nel percorso che intercorre tra la sua gola interna e tale apertura 9, così generando il filo ritorto F.

Il richiamo del filo è effettuato con una coppia di cilindri di estrazione 11 e 12 contrapposti a pinzare il filo F e azionati a velocità controllata secondo la freccia a, determinando così la produzione lineare di filato, generalmente indicata in m/min. La stribbia 14 di controllo della qualità del filato F può venire posta prima dei cilindri 11/12.

Il filo F così prodotto entra nell'unità di raccolta 3, passa da un sensore 15 di presenza del filo ed incontra un compensatore 16 per compensare le variazioni di lunghezza del percorso intercorrente tra l'unità di filatura 2 e il punto di deposito del filato F sulla rocca. Il dispositivo guidafilo 21 distribuisce il filo sulla rocca in formazione spostandosi trasversalmente con moto di va-e-vieni secondo la doppia freccia b, azionato da un motore 20 che comanda un'asta longitudinale 22 comune con le altre unità del filatoio.

La rocca 25 raccoglie il filo F e viene tenuta dal braccio portarocche 26 dotato di due contropunte 27 folli ed apribili che entrano in presa con il tubetto 28 di base della rocca. La rocca in formazione 25 viene appoggiata sul suo rullo di azionamento o cilindro di raccolta 29.

Il filatoio open-end è tipicamente costituito da un notevole numero di unità di filatura open-end allineati sui due fronti della macchina, dotati ciascuno di organi di azionamento in comune delle unità di filatura disposte su ciascun fronte e in particolare degli organi citati più sopra:

- rulli di alimentazione 5

- cardine 7

- rotori di filatura 8

- cilindri di estrazione 11/12

- dispositivo guidafilo 21

- cilindro di raccolta 29

A parte i guidafili 21, che sono azionati in moto alternato di va-e-vieni, gli altri organi vengono azionati in rotazione con motori in comune mediante trasmissioni che corrono lungo il fronte della macchina e che trasmettono il loro moto all'organo rotante di ciascuna unità di filatura.

Lo schema del sistema di trasmissione del moto - in un filatoio open-end convenzionale - viene qui descritto con riferimento alla figura 2, con specifico riferimento esemplificativo all'azionamento di rotori di filatura 8 disposti allineati su uno dei due fronti della macchina, con l'avvertenza che l'azionamento di altri organi rotanti, ad esempio le cardine 7, può essere analogo a quello dei rotori di filatura e che la presente invenzione può trovare vantaggiosa applicazione anche per altri azionamenti rotanti del filatoio open-end.

Rispetto ad altri organi del filatoio open-end, l'azionamento dei rotori di filatura è quello che presenta i maggiori problemi tecnici in vista degli elevati valori di velocità, potenza e tensione a cui viene sottoposta la cinghia di trasmissione che aziona i rotori di un intero fronte di filatura.

Nella testata del filatoio, unitamente agli organi di comando e di controllo del filatoio, sono posti gli azionamenti in comune dei vari organi delle singole unità di filatura. Per quanto concerne i rotori di filatura la struttura di sostegno della macchina, non indicata in figura, sostiene il motore elettrico asincrono di azionamento 31, che trasmette il moto con la trasmissione 32 a cinghia alla puleggia 33, che è più piccola e coassiale rispetto alla puleggia principale 34, moltiplicando così la velocità lineare trasmessa in base al rapporto dei diametri 034/033. La cinghia 35 di azionamento dei rotori avvolge la puleggia principale 34 per circa 180° e perviene alla puleggia folle di rinvio 37. Su questa puleggia di rinvio è posto un rilevatore di rotazione 38, ad esempio a disco sonda, correntemente denominato "encoder", che consente all'unità di governo del filatoio di rilevare la velocità di rotazione della puleggia 37 corrispondente alla velocità lineare della cinghia 35 di azionamento dei rotori. In base ai rilevamenti dell'encoder l'unità di governo 39 della macchina controlla e comanda il motore asincrono 31, per impartire alla puleggia principale 34 la velocità di rotazione desiderata, con un generatore 40 di corrente a frequenza variabile, correntemente denominato "inverter" .

Dalla puleggia folle 37 la cinghia 35 corre orizzontale lungo tutto il fronte del filatoio fino alla coda del filatoio con il ramo superiore del suo percorso. Lungo la sua corsa superiore la cinghia 35 trova uno o più rulli folli 41 di appoggio che la mantengono sollevata al livello desiderato.

In coda al filatoio si trovano due pulegge 43,44 di livellamento e di rinvio di coda che consente alla cinghia 35 di invertire il suo percorso e di ritornare con il ramo inferiore del suo percorso definito dalle pulegge di rinvio 44,45.

Sul ramo inferiore del suo percorso, la cinghia 35 come meglio illustrato nel particolare ingrandito -trova i gambi 47 dei rotori di filatura, sui quali si appoggia tangenzialmente e ai quali trasmette la coppia di rotazione ai detti rotori, facendoli ruotare alla velocità richiesta, che può arrivare ai 150.000 giri al minuto. Sul suo percorso inferiore la cinghia 35 trova anche una serie di galoppini tendifilo 48, consistenti in pulegge folli, opposte e lievemente spostate rispetto ai gambi 47 dei rotori, che spingono la cinghia stessa con una forza F predeterminata contro i detti gambi dei rotori.

I filatoi "open-end" automatici di recente concezione sono costruiti per elevate produzioni allineando su ciascun fronte di macchina un numero sempre crescente di unità di filatura, a raggiungere e superare le duecento unità per ciascun fronte.

L'ingombro frontale di ciascuna unità di filatura è dell'ordine dei 250 mm, così come il passo s tra i rotori di filatura mostrato in figura 2. L'installazione - ad esempio - di duecento unità su ciascun fronte porta ad una lunghezza del filatoio superiore ai 50 metri e a lunghezze di cinghia di trasmissione ben superiori ai 100 metri, tenendo conto delle testate di azionamento e comando che sono previste per il filatoio e dei necessari rinvìi dell'azionamento.

Agli attuali regimi di rotazione dei rotori, le prestazioni richieste alla cinghia di trasmissione sono assai severe. La sua velocità lineare è nell'ordine dei 55-75 m/sec, la sua tensione di posa da ferma è nell'ordine dei 700-950 N, la potenza complessiva assorbita per rotore è nell'ordine dei 120-180 W. Una parte significativa della potenza richiesta è da attribuire all'energia spesa per i cicli di sollecitazioni meccaniche a flessione e a tensione a cui è sottoposta la cinghia di trasmissione nella sua corsa lungo il suo circuito chiuso: tale energia si traduce in riscaldamento della cinghia stessa, nella riduzione del suo coefficiente di attrito e della potenza trasmissibile, nonché in un progressivo decadimento delle sue caratteristiche meccaniche. Per questi motivi si ricorre a cinghie sottili di trasmissione di piccola sezione trasversale e ben tesate, di rigidità limitata al minimo possibile per contenere la quota di energia dissipata per la flessione che si traduce nel loro riscaldamento.

Nel suo moto in circuito chiuso, la cinghia di trasmissione risulta meno tesa nel suo percorso superiore di andata e più tesa nel suo percorso inferiore, lungo il quale trasmette la coppia di rotazione ai gambi 47 dei rotori e ne vince la coppia resistente.

Nel suo circuitare, la cinghia 35 si tende periodicamente di più e di meno tra le pulegge terminali.

La cinghia di trasmissione 35 viene montata con una tensione di posa già notevole, per assicurare che essa, in corsa, non risulti mai allentata anche nel suo tratto superiore. In esercizio, nel suo tratto inferiore la tensione della cinghia cresce gradualmente per vincere la coppia resistente dei gambi dei rotori allineati lungo la macchina. Ad ogni rotore azionato l'incremento di tensione sulla cinghia è dell'ordine dei 2-4 N, e la coppia resistente è dell'ordine dei 0,15-0,3 Nm, a seconda delle geometrie e delle velocità.

Al crescere del numero delle unità di filatura openend allineate su ciascuno dei fronti della macchina, cresce pertanto la potenza e la coppia motrice da trasmettere al sistema di azionamento con la puleggia principale 34, nell'arco dei 180° circa del suo avvolgimento da parte della cinghia 35. Al crescere del numero di unità di filatura si ha pertanto un limite alla potenza e alla coppia trasmissibili con la puleggia principale, tenendo conto dei requisiti di flessibilità e dimensionali tipici per l'azionamento della filatura open-end. In prossimità di tali limiti si hanno slittamenti e malfunzionamenti, specialmente quando i coefficienti di attrito tra cinghia e puleggia iniziano a decadere.

Parimenti, al crescere del numero delle unità di filatura per fronte di macchina, crescono l'incremento di tensione della cinghia tra la puleggia 44 di coda e la puleggia principale 34 che funge da motrice dell'azionamento. Per 200 unità di filatura per ciascun fronte di filatoio, la tensione agente sulla cinghia in corrispondenza della puleggia principale 34 può arrivare a valori anche di 1200-1500 N.

Il sistema di azionamento del filatoio open-end secondo l'invenzione viene definito nella prima rivendicazione per i suoi componenti essenziali, mentre sue varianti e realizzazioni preferenziali vengono specificate e definite nelle successive rivendicazioni dipendenti.

Per rendere con migliore evidenza i problemi affrontati e le soluzioni tecniche proposte con la presente invenzione si fa quindi riferimento, nella descrizione che segue, ad uno schema di azionamento dei rotori di un filatoio "open-end" secondo l'invenzione, a titolo esemplificativo ma non limitativo, con l'esplicita avvertenza che esso può trovare impiego vantaggioso anche per l'azionamento di gruppi ed organi differenti nell'ambito dello stesso filatoio open-end.

Nella figura 1 si illustra lo schema di una unità di filatura open-end nei suoi componenti più significativi .

Nella figura 2 si illustra uno schema di azionamento dei rotori di un filatoio open-end di tipo convenzionale, per renderne evidenti i problemi ed i limiti tecnologici .

Con riferimento alla figura 3 si illustrano lo schema di azionamento dei rotori di un filatoio open-end secondo l'invenzione.

Secondo la presente invenzione, la potenza necessaria all'azionamento dei rotori di filatura viene ripartita tra due motori elettrici posti in testata e in coda al filatoio.

Analogamente allo schema di figura 2, in testata del filatoio viene posto un motore elettrico asincrono di azionamento 51, che in genere fornisce una potenza pari alla metà della potenza richiesta complessivamente dai rotori di filatura. Il motore 51 trasmette il moto con la trasmissione 52 a cinghia alla puleggia 53, che è più piccola e coassiale rispetto alla puleggia principale 54. Analogamente allo schema di figura 2, si ha qui l'effetto moltiplicatore della velocità lineare trasmessa in base al rapporto dei diametri delle due pulegge 054/053.

La cinghia 55 di azionamento dei rotori, a valle della puleggia principale 54, perviene alla puleggia folle di rinvio 57 che funge da puleggia di riferimento per l'intero azionamento. Analogamente allo schema di figura 2, sulla puleggia di riferimento 57 di essa è posto un encoder 58, che consente all'unità di governo 59 del filatoio di rilevare la velocità lineare della cinghia 55 di azionamento dei rotori. In base ai rilevamenti dell'encoder 58 l'unità di governo 59 della macchina - mediante l'inverter 60 -controlla e comanda sia il motore asincrono 51, posto in testata che il motore asincrono 51', posto in coda del filatoio. L'inverter 60 di comando del motore asincrono 51 di testa è infatti collegato con l'inverter 60' di comando del motore asincrono 51' di coda con una linea 62 cosiddetta "syncro master slave", vale a dire una linea di trasmissione di un segnale di sincronismo di impulsi tra i due inverter 60,60' che comandano i motori 51,51', essendo la rotazione del motore 51' asservita alla rotazione del motore 51.

Dalla puleggia folle 57, la cinghia 55 corre orizzontale lungo tutto il fronte del filatoio fino alla coda del filatoio con il ramo superiore del suo percorso. Lungo la sua corsa superiore la cinghia 55 trova uno o più rulli folli 61 di appoggio che la mantengono sollevata al livello desiderato.

In coda al filatoio si ripete con assoluta simmetria lo schema di azionamento in testata.

In coda del filatoio viene posto un secondo motore elettrico asincrono di azionamento 51', che in genere fornisce anch'esso una potenza pari alla metà della potenza richiesta complessivamente dai rotori di filatura. Il motore 51' trasmette il moto con la trasmissione 52' a cinghia alla puleggia 53' e alla puleggia asservita 54'.

La cinghia 55 di azionamento dei rotori, avendo compiuto il suo percorso superiore, perviene alla puleggia folle di rinvio 57' e arriva alla puleggia asservita di azionamento 54'.

La cinghia 55 riceve la potenza del motore 51' e perviene al suo percorso inferiore, invertendo il suo moto nel ramo inferiore del suo percorso definito dalle pulegge di rinvio 64,65.

Del tutto analogamente allo schema di figura 2, sul ramo inferiore del suo percorso, la cinghia 55 trova i gambi 67 dei rotori di filatura, ai quali trasmette la coppia di rotazione. Sul detto percorso inferiore la cinghia 55 trova ancora i galoppini tendicinghia 68, che spingono la cinghia stessa con una forza F predeterminata contro i detti gambi dei rotori.

Il sistema di azionamento dei filatoi open-end secondo l'invenzione, così come esemplificativamente descritto con riferimento alla figura 3, consente notevoli vantaggi rispetto allo schema di figura 2 secondo la tecnica nota. Tra di essi meritano almeno un cenno esplicito i seguenti miglioramenti. Ai fini dell'efficienza di azionamento e di sollecitazioni sui vari organi si ha un notevole progresso.

In linea generale, e in assenza di malfunzionamenti, i due motori 51,51' si ripartiscono il carico al 50%, ma nel caso in cui uno di essi tenda a rallentare la sua velocità, la trasmissione comune con la cinghia 55 consente che l'altro motore "tiri" a ristabilire il normale regime di tensioni sulla cinghia, riequilibrando così le coppie resistenti che causano il rallentamento e consentendo al motore in rallentamento di tornare in sincronismo.

A parità di potenza trasmessa e di numero di unità azionate, nonché a parità delle geometrie e dei parametri operativi, la ripartizione dell'azionamento su due motori asserviti in sincronismo tra loro consente di ridurre le tensioni sulla cinghia di azionamento. Tale riduzione risulta, nelle diverse condizioni di esercizio e di tensioni di posa della cinghia, nell'ordine del 10-25% per quanto concerne la tensione massima esercitata sulla cinghia in esercizio, mentre per quanto riguarda la tensione media la riduzione è dell'ordine del 15-30%.

Sempre a parità di condizioni, la potenza trasmissibile risulta - con il sistema di azionamento a doppio motore secondo l'invenzione - sostanzialmente raddoppiata e quindi sarebbe possibile raddoppiare il numero di unità di filatura per fronte di filatoio, a parità di margine di sicurezza rispetto agli slittamenti dello stesso sistema di azionamento.

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di azionamento per filatoi open-end, in particolare dei rotori (8) di un fronte di un filatoio open-end, caratterizzato dal fatto che la potenza necessaria all'azionamento dei rotori di filatura viene ripartita tra due motori elettrici (51,51') posti rispettivamente in testata (51) e in coda (51') al filatoio, mediante una trasmissione mediante una cinghia comune (55) di azionamento dei rotori (8), essendo la rotazione del motore (51') asservita alla rotazione del motore (51).
2. 2. Sistema di azionamento per filatoi open-end, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che, a valle della puleggia principale (54) mossa dal motore (51) di testata, la cinghia (55) perviene alla puleggia folle (57) di riferimento per l'intero azionamento, essendo su di essa posto un encoder (58), di rilevamento della velocità lineare della cinghia (55) di azionamento dei rotori, e che in base ai rilevamenti dell'encoder (58) l'unità di governo (59) della macchina controlla e comanda sia il motore (51) in testata che il motore (51'), posto in coda del filatoio.
3. 3. Sistema di azionamento per filatoi open-end, secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che i motori (51,51') sono motori elettrici asincroni sono controllati e comandati dall'unità di governo (59) della macchina mediante inverter (60,60').
4. 4. Sistema di azionamento per filatoi open-end, secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che 1'inverter (60) di comando del motore asincrono (51) di testa è infatti collegato con 1'inverter (60') di comando del motore asincrono (51') di coda con una linea (62) di trasmissione di un segnale di sincronismo di impulsi tra i due inverter (60,60') che comandano i motori (51,51'), essendo la rotazione del motore (51') asservita alla rotaione del motore (51) .
5. 5. Sistema di azionamento per filatoi open-end, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che sul ramo inferiore del suo percorso, la cinghia (55) trasmette la coppia di rotazione ai gambi (67) dei rotori di filatura (8) intervallati dai galoppini tendifilo (68).
6. 6. Sistema di azionamento per filatoi open-end, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la trasmissione a cinghia com tilizzata per l'azionamento delle cardine