Аннотация
В статье рассматривается проблема повышения эффективности электротехнических систем регулирования натяжения (ЭТСН), применяемых при производстве изделий из композиционных материалов методом «мокрой» намотки. Авторы указывают, что традиционные системы регулирования обладают ограниченным быстродействием из-за инерционности механических узлов, в частности, из-за медленного перемещения ролика-восьмерки, отвечающего за изменение натяжения ленты. Для решения этой проблемы предложен новый подход, основанный на использовании активных шпулярников – жгутовых держателей с электроприводами и индивидуальными регуляторами натяжения. Такая конструкция позволяет реализовать двухконтурную систему регулирования: «быструю» – за счёт управления моментом электродвигателей шпулярников, и «медленную» – за счёт изменения положения восьмерки натяжного устройства. В статье приведены функциональная и структурная схемы предложенной ЭТСН, включающие синхронные двигатели с постоянными магнитами, регуляторы тока, скорости, натяжения и положения, а также логическое устройство для координации работы контуров. Проведено математическое моделирование и анализ переходных процессов при изменении внешних условий (например, коэффициента трения материала по направляющим). Результаты моделирования показали, что время переходного процесса системы с активными шпулярниками составляет около 0,042 с, что более чем в пять раз быстрее по сравнению с традиционными схемами. Предложенная архитектура ЭТСН обеспечивает стабильность натяжения ленты и высокое качество формируемых изделий при изменении геометрии и скорости намотки, что подтверждает её перспективность для внедрения в современные технологии производства композиционных материалов.
Ключевые слова
электротехнические системы натяжения, активный шпулярник, намотка композиционных материалов, «мокрая» намотка, электропривод натяжного устройства, синхронный двигатель с постоянными магнитами, регулирование натяжения ленты, двухконтурная система управления, моделирование электромеханической системы, быстродействие системы регулирования
1. Ричардсон М., Филлипс Д., Харрис Б. Промышленные полимерные композиционные материалы: пер. с англ. М.: Химия, 1980. 472 с.
2. Любин Дж. Справочник по композиционным материалам: пер. с англ. В 2 кн. Кн. 2. М.: Машиностроение, 1988. 584 с.
3. Антипов Ю.В., Кульеев А.А., Пименов Н.В. Полимерные композиционные материалы. Технологии и применение // Высокомолекулярные соединения. Серия С. 2016. № 1(58). С. 29-41. doi: 10.7868/S2308114716010015
4. Технологические факторы и их влияние на качество изделий из композитов, изготовляемых методом намотки / Ю.В. Василевич, К.А. Горелый, С.В. Сахоненко, С.Н. Иванов // Актуальные вопросы машиноведения. 2015. Т. 4. С. 194-196.
5. Болотин В.В. Влияние технологических факторов на механическую надежность конструкций из композитов // Механика полимеров. 1972. № 3. С. 529-540.
6. Двирный В.В., Исеева О.А., Пацков Е.Г. Исследование влияния усилия натяжения углеродного волокна при намотке // Материалы XIX Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 55-летию Сиб. гос. аэрокосмич. ун-та им. акад. М. Ф. Решетнева, 10–14 нояб. 2015 г. Красноярск: Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т, 2015. Ч. 1. С. 101-102.
7. Влияние технологических условий намотки на свойства полимерных композиционных материалов / С.П. Захарычев, В.А. Иванов, Д.В. Отмахов, В.А. Авдеев, В.М. Манаков // Вестник ТОГУ. 2010. № 1 (16). С. 55-64.
8. Официальный сайт компании ООО «Виртус Контролс». URL:http://www.намотка.com (дата обращения 20.10.2025)
9. Официальный сайт компании ООО «НПП ВИУС». URL: http://nppvius.ru (дата обращения 20.10.2025)
10. Микитинский А.П. Развитие теории и практики электротехнических систем регулирования натяжения композиционных материалов : дис. … д-ра техн. наук. 2.4.2 / Микитинский Александр Петрович. Магнитогорск, 2025.
11. Синтез регуляторов электропривода натяжного устройства композиционных материалов / А.П. Микитинский, О.А. Кравченко, Д.Ю. Богданов, Б.Н. Лобов // Научные труды КубГТУ. 2023. № 6. С. 132-149.
12. Микитинский А.П. К синтезу электропривода с упругостью второго рода // Научные труды КубГТУ. 2023. № 5. С. 108-122.
13. Особенности применения активных шпулярников в электротехнических системах регулирования натяжения / А.П.Микитинский, Л.Л.Алтунян, К.А.Микитинский, О.А. Кравченко // XXIV Всерос. конф. по автоматизированному электроприводу (АЭП-2024): сб. науч. тр. Новосибирск: Новосибирский государственный технический университет, 2024. С. 21-25.
14. Assadi M., Field T. AFP Processing of Dry Fiber Carbon Materials (DFP) for Improved Rates and Reliability // SAE Int. J. Adv. & Curr. Prac. in Mobility. 2020. No. 3(2). Pp. 1196-1201. doi: 10.4271/2020-01-0030
15. Микитинский А.П. Математическая модель лентопротяжного тракта станка для намотки изделий из композиционных материалов // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2016. № 1. С. 62-66. doi: 10.17213/0136-3360-2016-1-62-66
16. Микитинский А.П. Математическая модель лентопротяжного тракта станка для «мокрой» намотки изделий из ком-позиционных материалов // Труды IX Междунар. (XX Всерос.) конф. по автоматизированному электроприводу (АЭП-2016): сб. науч. тр. Пермь: Пермский национальный исследовательский политехнический университет, 2016. С. 447-450.
О возможности применения активных шпулярников в электротехнических системах регулирования натяжения / А.П. Микитинский, О.А. Кравченко, Б.Н. Лобов, К.А. Микитинский, А.А. Прудий // Электротехнические системы и комплексы. 2025. № 4(69). С. 54-60. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2025-4(69)-54-60
© Микитинский А.П., Кравченко О.А., Лобов Б.Н., Микитинский К.А., Прудий А.А., 2025 Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License