CN112265166A - 一种金刚线张力调整机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金刚线张力调整机构，其技术方案要点是包括张力轮，其设置有两个，两张力轮分别位于收放线辊一和靠近收放线辊一一侧的切割轮之间以及收放线辊二与靠近收放线辊二一侧的切割轮之间；以及推力施加机构，其为张力轮提供保持一直线方向的推力；作用在张力轮上的金刚线的拉力与推力施加机构提供的推力位于同一直线上，张力轮可沿推力所处直线方向往复移动；通过施加一直线方向的推力来调节张力，影响张力调节时张力波动的因素只有两种，使得张力调节更加准确。

Description

一种金刚线张力调整机构

技术领域

本发明涉及金刚线张力调节的技术领域，更具体的说，它涉及一种金刚线张力调整机构。

背景技术

在硅料加工的过程当中，经常需要使用金刚线来进行切割，金刚线经一侧的收放线辊一放出，经过中间多重轮系传动后到切割轮系，然后从切割轮系经过另一多重轮系传动后达到另一侧收放线辊二的过程；由于存在收线、放线以及切割轮系等多个电机驱动轮系，电机驱动的主动轮系由于转速的同步控制以及轮径变化，导致金刚线在经过这些轮系的过程中，线速度难以保持完全一致，造成了轮系间的金刚线存在一定的速度差，该速度差会造成轮系间的金刚线张紧或松弛，从而产生张力波动，这样的张力波动会影响切割质量，严重的会影响金刚线的寿命，造成金刚线破断。

传统的张力调节是通过在收放线辊一和所述侧切割轮以及另一侧切割轮与收放线辊二之间分别设置张力摆杆机构，张力摆杆带动张力轮偏摆，并通过张力轮的被动回转运动来实时调节张力轮两侧金刚线的速度差，从而达到平衡线辊与切割轮系之间的张力差；摆杆的一端设置电机，另一端设置张力轮，张力摆杆的电机设置成恒扭矩输出，通过摆杆将扭矩转换成张力轮用于平衡张力的力，但是通过摆杆调节时，由于摆杆调节张力时，对张力波动的影响因素包括：摆杆机构及电机转子的转动惯量，摆杆角度，轮系间距等，由于影响因素较多，使得张力调节过程当中误差较大。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种金刚线张力调整机构，通过提供保持一直线方向的力来调节张力，影响张力调节时张力波动的因素只有两种，使得张力调节更加准确。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种金刚线张力调整机构，包括张力轮，其设置有两个，两张力轮分别位于收放线辊一和靠近收放线辊一一侧的切割轮之间以及收放线辊二与靠近收放线辊二一侧的切割轮之间；

以及推力施加机构，其为张力轮提供保持一直线方向的推力；

作用在张力轮上的金刚线的拉力与推力施加机构提供的力位于同一直线上，张力轮可沿推力所处直线方向移动。

通过采用上述技术方案，通过施加一直线方向的推力的推力施加机构进行张力调节，调节时，影响张力调节时张力波动的因素只有两种，使得张力调节更加准确。

本发明进一步设置为：所述推力施加机构为张力轮提供的推力为恒力。

本发明进一步设置为：所述推力施加机构为直线电机。

本发明进一步设置为：每一个张力轮两侧都对应设置有两导向轮；

导向轮使得张力轮上的金刚线从张力轮上引出时，金刚线的长度方向与推力施加机构施加在张力轮上力的方向相互平行。

本发明进一步设置为：所述推力施加机构为气缸。

本发明进一步设置为：所述推力施加机构为液压缸。

本发明进一步设置为：所述推力施加机构为悬挂的重物。

本发明进一步设置为：所述推力施加机构提供的力为设定恒力，在线张力变化时随着张力的变化而短时波动并进行调整，调整的目标为恒力。

本发明进一步设置为：所述推力施加机构为弹簧。

本发明的另一目的在于提供一种金刚线张力调节方法，包括以下步骤：

确定推力：根据公式

计算得到推力F_T；其中，F为金刚线张力，N；F_T为直线电机的推力，N；m₁直线电机的动子质量，kg；v₁和v₂分别为张力轮1两侧金刚线的线速度m/min；Ff为直线电机摩擦力，N；V_line为直线电机动子的运动速度，m/min；

施加推力：根据计算得到的推力，通过直线电机为张力轮(1)施加恒定的推力；

机构运行：运行过程中，当张力轮受到的金刚线施加的拉力出现变化的时候，张力轮(1)处的平衡被打破，张力轮(1)进行移动，直至张力轮(1)受到的拉力重新与直线电机施加的推力平衡为止。

通过采用上述技术方案，采用直线电机的提供直线推力的方式进行张力调解时，力平衡方程式为：

金刚线张力

其中v_line＝v₁-v₂，直线电机的恒推力输出，则影响金刚线张力波动的因素为

影响金刚线张力波动的因素为动子的质量和张力轮两侧的金刚线的速度差，速度差由金刚线的运行速度决定，因此采用直线电机提供直线推力的方式进行张力调节时，影响张力调节时张力波动的因素只有两种；

采用摆杆调节张力轮张力的时候，力平衡方程式为

计算可得，

电机恒扭矩输出，影响张力波动的因素为

和

其中第一项影响因素包括摆杆质量、摆杆角度、摆杆中心与电机轴的距离以及摆杆长度；第二项的影响因素包括摆杆和电机的转子的等效转动惯量以及摆杆的长度，对金刚线进行张力调节时，影响张力调解时张力波动的因素有多种；

因此，采用直线电机能够使得张力调解时，张力波动的影响因素更少，张力波动可以控制的更小，张力调节的精度更高，并且便于进行控制；直线电机进行张力调节时，不会受到摆杆角度误差的影响，张力调节符合线性；张力轮侧两边线的张力更接近，不会因为摆杆方式张力轮两侧线的力臂不同而有差别。

综上所述，本发明相比于现有技术具有以下有益效果：本发明通过施加一直线方向的推力的推力施加机构进行张力调节，调节时，影响张力调节时张力波动的因素只有两种，使得张力调节更加准确。

附图说明

图1为实施例一的整体结构的示意图；

图2为对比例的整体结构的示意图。

图中：1、张力轮；2、推力施加机构；3、收放线辊一；4、收放线辊二；5、切割轮；6、导向轮；7、摆杆。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。

下面结合附图和较佳的实施例对本发明作进一步说明。

实施例一：一种金刚线张力调整机构，参见附图1，包括张力轮1以及向张力轮1施加推力的推力施加机构2；张力轮1设置有两个，其中一张力轮1位于收放线辊一3和靠近收放线辊一3一侧的切割轮5之间，另一张力轮1位于收放线辊二4与靠近收放线辊二4一侧的切割轮5之间；推力施加机构2施加给张力轮1的推力一直保持一条直线，张力轮1所受到的金刚线的拉力与推力施加机构2施加的推力在一条直线上，张力轮1所受金刚线施加的拉力与所受推力在平衡状态时，大小相等，方向相反；张力轮1能够沿推力所处直线进行移动。

具体的，本实施例中还设置有四个导向轮6，每一个张力轮1两侧都设置有两个导向轮6，两导向轮6用于对金刚线进行导向，通过导向轮6的引导作用，使得处于导向轮6与张力轮1之间的金刚线的长度方向与推力施加机构2施加的推力的作用方向相互平行；具体的，本实施例中，一张力轮1两侧的两导向轮6分别为第一导向轮6和第二导向轮6，金刚线从收收放线辊一3伸出后，先绕经第一导向轮6，然后绕经张力轮1，之后绕经第二导向轮6后进入切割轮5系；第一导向轮6与张力轮1之间的金刚线为一条直线，该直线与金刚线绕出第一导向轮6处的第一导向轮6的切线处于一条线上，并且，与金刚线绕进张力轮1处的张力轮1的切线处于一条线上；金刚线在张力轮1上绕经半圈，然后从张力轮1上绕出，金刚线在张力轮1和第二导向轮6之间的部分为一条直线，该直线与金刚线绕出张力轮1处的张力轮1的切线位于一条线上，并且，与金刚线绕进第二导向轮6处的第二导向轮6的切线处于一条线上。通过在张力轮1的两侧设置两导向轮6，使得导向轮6所受的金刚线的拉力能够保持一条直线并且能够与推力处于一条直线。

本实施例中，推力施加机构2给张力轮1施加恒定的推力，在初始状态的时候，推力施加机构2施加的恒定推力与张力轮1上所受到的拉力相等，在进行运行的过程当中，当金刚线的张力变大时，也就是张力轮1所受到的金刚线的张力变大，张力轮1的受力平衡被打破，在张力的作用下，张力轮1发生移动，张力轮1在移动的过程当中，金刚线收缩，施加在张力轮1上的张力逐渐减少，直至张力轮1上所受张力与恒定推力重新达到平衡时，张力轮1停止运动。在运行过程中，当金刚线的张力变小时，也就是张力轮1所受到的金刚线的张力变小，张力轮1的受力平衡被打破，在推力的作用下，张力轮1发生移动，在张力轮1的移动过程当中，金刚线被拉伸，施加在张力轮1上的张力逐渐增大，直至张力轮1所受张力和推力重新达到平衡时，张力轮1停止运动。全程推力施加机构2提供给张力轮1的推力保持恒定，为了达到恒定推力与金刚线张力的平衡，推力施加机构2通过直线位移的变化调节张力轮1两侧金刚线的收放长度。

推力施加机构2可以为液压缸、气缸、直线电机、悬挂的重物等能够为张力轮1提供恒定推力的结构；当推力施加机构2为液压缸或者气缸时，张力轮与气缸或液压缸的活塞杆转动连接在一起，气缸或液压缸的活塞杆的轴线与施加的推力的方向相互平行；当推力施加机构2为重物的时候，张力轮1与一滑块转动连接在一起，滑块与重物之间通过一连接绳连接在一起，滑块在机体上的滑动方向与推力的施加方向相互平行，并且连接绳绕过一定滑轮，拉绳在定滑轮处将重物竖直的重力转化为施加给张力轮1恒定的推力；具体的，本实施例中，以直线电机为例进行说明，直线电机为张力轮1提供动力，直线电机的动子与张力轮1转动连接在一起。

在某些实施例中，推力施加机构2为张力轮1提供的力为设定恒力，在线张力变化时随着张力的变化而短时波动并进行调整，调整的目标为恒力，具体的，推力施加机构2设置为弹簧；初始状态的时候，弹簧施加给张力轮1的推力与金刚线施加给张力轮1的张力保持平衡，在运行过程当中，当金刚线的张力变大时，也就是张力轮1所受到的金刚线的张力变大，张力轮1的受力平衡被打破，在张力的作用下，张力轮1发生移动，张力轮1在移动的过程当中，金刚线收缩，施加在张力轮1上的张力逐渐减少，弹簧也逐渐发生弹性形变，使得施加在张力轮1上的推力逐渐增大，直至张力轮1上所受拉力与推力重新达到平衡时，张力轮1停止运动。在运行过程中，当金刚线的张力变小时，也就是张力轮1所受到的金刚线的张力变小，张力轮1的受力平衡被打破，在推力的作用下，张力轮1发生移动，在张力轮1的移动过程当中，金刚线被拉伸，施加在张力轮1上的拉力逐渐增大，弹簧也逐渐发生弹性形变，使得施加在张力轮1上的推力逐渐减少，直至张力轮1所受拉力和推力重新达到平衡时，张力轮1停止运动。全程推力机构提供给张力轮的推力保持恒定，为了达到恒定推力与金刚线张力的平衡，直线推力机构通过直线位移的变化调节张力轮两侧金刚线的收放长度。

对比例，参见附图2，对比例中调节张力的机构为张力轮1、带动张力轮1摆动的摆杆7以及带动摆杆7转动的电机；将本实施例与对比例进行比较。

实施例一中，张力轮1处的力平衡方程式为

忽略摩擦力后计算可得，

其中v_line＝v₁-v₂，直线电机的恒推力输出，则影响金刚线张力波动的因素为

其中，F为金刚线张力，N；F_T为直线电机的推力，N；m₁直线电机的动子质量，kg；v₁和v₂分别为张力轮1两侧金刚线的线速度m/min；Ff为直线电机摩擦力，N；V_line为直线电机动子的运动速度，m/min；

影响金刚线张力波动的因素为动子的质量和张力轮1两侧的金刚线的速度差；

对比例中，张力轮1处的力平衡方程式为

计算可得，

电机恒扭矩输出，影响张力波动的因素为

和

其中F为金刚线张力，N；M为摆动电机的转矩，Nm；L为摆杆7长度，mm；l为摆杆7机构重心与电机轴的距离，mm；m₂为摆杆7机构质量，kg；I为摆杆7和电机的转子的等效转动惯量kgmm²；ω为摆杆7角速度，rad/s；I_m为电机转子转动惯量，kgmm²；m_M为电机转子对应摆杆7长度的等效质量，kg；V_arm为摆杆7张力轮1轴心处的线速度，m/min。

其中第一项影响因素包括摆杆7质量、摆杆7角度、摆杆7中心与电机轴的距离以及摆杆7长度；第二项的影响因素包括摆杆7和电机的转子的等效转动惯量以及摆杆7的长度。

从上述公式推导可以看出，实施例一中，影响金刚线张力波动的因素中，与调整机构有关的仅为动子的质量；而对比例中，影响因素与调整机构有关的包括摆杆7质量、摆杆7角度、摆杆7中心与电机轴的距离、摆杆7长度以及摆杆7和电机的转子的等效转动惯量。明显实施例一的调整机构在进行张力调节时，影响张力波动的因素更少。

并且，实施例一中，直线运动无摆动角度产生，张力轮1两侧金刚线的长度固定，也就是张力轮1运动时，对张力轮1两侧的金刚线的位移影响相同。而对比例中，摆杆7对张力进行调节时，张力轮1两侧金刚线的变化长度不等长。

实施例一中，张力调节不会出现摆杆7角度误差的影响，使得张力调节更加符合线性规律，从而提高了张力调节的精度；张力轮两侧的金刚线的张力更加接近，不会因为摆杆7的摆动造成张力轮两侧金刚线的力臂不同而有差别，从而进一步提高张力调节的精度。

由上述对比能够得出，采用直线电机对金刚线的张力进行调节，在进行调整的时候影响张力波动的因素更少，从而使得调整时张力更稳定，波动更小，并且张力的调节更加精准。

实施例二：一种金刚线张力调节方法，包括以下步骤：

确定推力：根据公式

计算得到推力F_T；其中，F为金刚线张力，N；F_T为直线电机的推力，N；m₁直线电机的动子质量，kg；v₁和v₂分别为张力轮1两侧金刚线的线速度m/min；Ff为直线电机摩擦力，N；V_line为直线电机动子的运动速度，m/min；

施加推力：根据计算得到的推力，通过直线电机为张力轮(1)施加恒定的推力；

机构运行：运行过程中，当张力轮受到的金刚线施加的拉力出现变化的时候，张力轮(1)处的平衡被打破，张力轮(1)进行移动，直至张力轮(1)受到的拉力重新与直线电机施加的推力平衡为止。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种金刚线张力调整机构，其特征在于：包括张力轮(1)，其设置有两个，两张力轮(1)分别位于收放线辊一(3)和靠近收放线辊一(3)一侧的切割轮(5)之间以及收放线辊二(4)与靠近收放线辊二(4)一侧的切割轮(5)之间；

以及推力施加机构(2)，其为张力轮(1)提供保持一直线方向的推力；

作用在张力轮(1)上的金刚线的拉力与推力施加机构(2)提供的力位于同一直线上，张力轮(1)可沿推力所处直线方向移动。

2.根据权利要求1所述的一种金刚线张力调整机构，其特征在于：所述推力施加机构(2)为张力轮(1)提供的推力为恒力。

3.根据权利要求2所述的一种金刚线张力调整机构，其特征在于：所述推力施加机构(2)为直线电机。

4.根据权利要求1所述的一种金刚线张力调整机构，其特征在于：每一个张力轮(1)两侧都对应设置有两导向轮(6)；

导向轮(6)使得张力轮(1)上的金刚线从张力轮(1)上引出时，金刚线的长度方向与推力施加机构(2)施加在张力轮(1)上力的方向相互平行。

5.根据权利要求2所述的一种金刚线张力调整机构，其特征在于：所述推力施加机构(2)为气缸。

6.根据权利要求2所述的一种金刚线张力调整机构，其特征在于：所述推力施加机构(2)为液压缸。

7.根据权利要求2所述的一种金刚线张力调整机构，其特征在于：所述推力施加机构(2)为悬挂的重物。

8.根据权利要求1所述的一种金刚线张力调整机构，其特征在于：所述推力施加机构(2)提供的力为设定恒力，在线张力变化时随着张力的变化而短时波动并进行调整，调整的目标为恒力。

9.根据权利要求8所述的一种金刚线张力调整机构，其特征在于：所述推力施加机构(2)为弹簧。

10.一种金刚线张力调节方法，其特征在于：包括以下步骤：

确定推力：根据公式

计算得到推力F_T；其中，F为金刚线张力，N；F_T为直线电机的推力，N；m₁直线电机的动子质量，kg；v₁和v₂分别为张力轮1两侧金刚线的线速度m/min；Ff为直线电机摩擦力，N；V_line为直线电机动子的运动速度，m/min；

施加推力：根据计算得到的推力，通过直线电机为张力轮(1)施加恒定的推力；

机构运行：运行过程中，当张力轮受到的金刚线施加的拉力出现变化的时候，张力轮(1)处的平衡被打破，张力轮(1)进行移动，直至张力轮(1)受到的拉力重新与直线电机施加的推力平衡为止。

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