专利名称：一种长纤维片材的自动层叠系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及自动叠层设备领域，具体涉及一种长纤维片材的自动层叠系统。
背景技术：
复合材料具有高比强度和高比刚度、良好的抗疲劳性、损伤容限高和力学性能可设计等优异特性，它还能使产品轻量化，节能减排潜力十分巨大，它还能提高产品的抗撞性能，改善安全性。因此，在汽车、航空、船艇、建筑等行业 获得越来越广泛的应用。制约复合材料获得广泛应用的主要原因，仍然是复合材料的叠层效率低和复合材料的价格较贵，如碳纤维的叠层效率低和碳纤维价格昂贵，碳纤维的叠层效率低也会使其生产成本升高。虽然在纤维制备过程中，预浸布有自动化层叠的机器，但纤维干布(即纤维片材)世界上还没有自动化层叠的设备和技术。宝马公司采用真空吸盘实现操作复合材料部件，只能实现形状简单部件如汽车顶棚、前盖等的自动化生产，不能适用于柔性物件。在实践中，使用长纤维做结构材料，通常由纱线做成长纤维片材，叠层长纤维片材到一定厚度后得到长纤维片材叠层的复合材料，才能应用到实际中去。由于自动化机械操作长纤维片材的难度较大，只有要求很高的飞机和形状比较规则构件才能够采用昂贵的自动化铺层设备。而一般领域中，纤维叠层多采用手工，效率低，成本高，阻碍了大规模生产，特别是手工层叠长纤维片材，需要多人协作完成，效率很低。公开号为CN 101450754A的中国发明专利申请公开了一种规则物件的自动叠层装置，包括两块平等设置的支撑板，在两块支撑板之间对称安装有两条平行的传送带和单向门，在两条平行的传送带之间的下方设有一组举升机构，该组举升机构的数量等于被举升物件一层的数量，每个举升机构可独立的上下运动。虽然该自动叠层装置可以将传送带上的硬质的规则物件(如一箱一箱的香烟)通过举升机构举升后再进行叠层，并可减少货物的破损率，提高硬质的规则物件的叠层效率和减少货物的占地面积，但是该自动叠层装置不能适用于柔性物件，无法完成柔性物件的叠层。专利号为ZL 200820101726. 4的中国实用新型专利公开了一种规整物体自动叠层包装机，机架上设置有进料输送机构、分离释放机构、多层举升定位机构和平推机构，在进料输送机构的末端处顺次设置构成第一工位的分离释放机构、构成第二工位的多层举升定位机构和平推机构，该平推机构中推动推板平移的平移部件上附设有带动推板升降的升降部件。虽然该规整物体自动叠层包装机可以将规整物体，如包装后的条形香烟、盒装药品、盒装食品进行层叠，工作效率较高，但是该规整物体自动叠层包装机也不能适用于柔性物件，无法完成柔性物件的叠层。
实用新型内容针对现有手工层叠长纤维片材存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种长纤维片材的自动层叠系统，能够自动层叠的长纤维片材，适合于柔性物件，该自动层叠系统成本低，层叠效率高，柔性大，能够满足大规模生产的需求。[0008]—种长纤维片材的自动层叠系统，包括层叠工作台；在所述层叠工作台上来回运动铺设长纤维片材的铺层小车；位于所述层叠工作台两端的长纤维片材夹紧机构；以及用于切割长纤维片材的纤维片材切割器。先通过层叠工作台的长纤维片材夹紧机构对长纤维片材的一端固定，然后通过铺层小车的来回运动在层叠工作台铺设长纤维片材，铺完一层后通过纤维片材切割器切割。由于需要对长纤维片材进行层叠，作为优选，所述层叠工作台为长条形，从而有利 ·于长纤维片材在层叠工作台上的自动层叠。作为优选，所述层叠工作台与铺层小车之间设有相互配合的导向机构。进一步优选，所述导向机构包括设置在所述层叠工作台上的轨道以及设置在所述铺层小车上并与所述轨道配合的滑轮，通过电机驱动所述滑轮，从而使得铺层小车在层叠工作台上来回运动。通过该导向机构实现铺层小车的来回运动，使用稳定性好。作为优选，所述铺层小车包括与所述层叠工作台滑动配合的车架以及设置在所述车架顶部用于卷取长纤维片材的转轴。设置在车架顶部的转轴卷取有长纤维片材，长纤维片材一端通过长纤维片材夹紧机构固定，随着铺层小车运动，就能够实现长纤维片材的铺层，当铺层小车从层叠工作台上长纤维片材夹紧机构夹紧长纤维片材的那一端(即开始端)运动到另一端(即终止端)时，通过纤维片材切割器对长纤维片材进行切割，然后切割侧的夹紧机构夹紧长纤维片材，铺层小车返回开始端，准备第二次铺层。进一步优选，所述车架中部设有一对导向辊，且至少一根导向辊上设有间隙调整机构。长纤维片材的自由端从一对导向棍之间伸出，从而有利于长纤维片材在层叠工作台上平整地铺层。为了使得导向辊之间有一定的调整空间，所述一对导向辊中至少一根导向辊上设有间隙调整机构，所述间隙调整机构包括与所述导向辊连接的导向杆，所述导向杆上套设有压紧弹簧，该压紧弹簧的两端分别抵紧所述导向辊和车架，所述导向杆沿导向辊径向延伸并具有贯穿出所述车架的延伸部，该延伸部上带有限位头。从而在一对导向辊工作过程中，通过压紧弹簧的伸缩，达到调整导向辊之间间隙的目的。所述纤维片材切割器用于长纤维片材的切割，铺层小车运动到终止端，需要对铺设完成的长纤维片材进行切割，纤维片材切割器可设置在层叠工作台上铺层小车运动的终止端或者在铺层小车上，作为优选，所述纤维片材切割器安装在所述车架上，所述纤维片材切割器包括固定在所述车架上的直线导轨以及安装在所述直线导轨的滑块上的割刀。直线导轨包括轨道和滑块。割刀通过在直线导轨上的滑动实现长纤维片材的切割，结构简单，易于实现，方便使用。作为优选，所述车架上设有叠层压力调整机构，所述叠层压力调整机构包括横架于所述层叠工作台上的压辊，以及用于推动所述压辊贴紧所述层叠工作台的弹簧。叠层压力调整机构能够在铺层小车来回运动铺层过程中，对铺设在层叠工作台的长纤维片材进行层压，从而得到更平整、性能更优异的长纤维片材层叠的复合材料。设置在所述层叠工作台两端的长纤维片材夹紧机构，用于对长纤维片材进行夹紧固定，作为优选，所述长纤维片材夹紧机构包括固定在所述层叠工作台上的固定块、与所述固定块配合的活动块以及驱动所述活动块的气缸，所述活动块中部与所述固定块轴接，所述活动块一端与所述气缸的活塞杆连接，所述活动块另一端与所述固定块形成夹紧部。进一步优选，所述夹紧部设有相配合的锯齿，以进一步提高夹紧的牢固度。这种长纤维片材夹紧机构不但结构简单，易于实现，而且，对长纤维片材的夹紧效果非常好。作为优选，所述层叠工作台端部设有长度控制传感器。长度控制传感器用于检测到铺层小车铺设的长纤维片材是否已经达到所需的长度。作为优选，所述层叠工作台两端设有铺层小车的限位块，用于限制铺层小车在层叠工作台上的极限运动位置，从而保证铺层小车的运行的安全性和稳定性。本实用新型长纤维片材的自动层叠系统适用柔性物件，比较适合长纤维片材，作为优选，所述的长纤维片材包括纤维片材纤维体、固定设置在所述纤维片材纤维体一侧的钩以及固定设置在所述纤维片材纤维体另一侧的圈。所述长纤维片材中的纤维片材纤维体 为碳纤维、玻璃纤维、化纤纤维、人造纤维、硼纤维、碳化硅纤维或纺织业用纤维。与现有技术相比，本实用新型具有如下优点一、本实用新型长纤维片材的自动层叠系统为纤维干布(即纤维片材)的自动化层叠找到了解决的技术方案，目前在世界上存在预浸布有自动化层叠的机器，但纤维干布还没有自动化叠层的设备和技术，本实用新型利用铺层小车、层叠工作台、层叠工作台两端的长纤维片材夹紧机构和纤维片材切割器相互配合，实现了纤维干布的自动化层叠，填补了此项技术的空白，能够实现长纤维片材层叠，系统柔性好。本实用新型长纤维片材中的纤维片材纤维体可以是碳纤维、玻璃纤维、化纤纤维、人造纤维、硼纤维、碳化硅纤维或纺织业用纤维等各类纤维片材，可以在汽车、建筑、风机叶片、船艇、飞机等各重要行业获得应用，系统应用范围广。二、本实用新型长纤维片材的自动层叠系统中，铺层小车在层叠工作台上来回运动铺层，系统效率高，其速度完全可以满足规模化生产对生产速度的要求。在铺层小车、层叠工作台、层叠工作台两端的长纤维片材夹紧机构和纤维片材切割器相互配合工作下使得能够顺利对柔性物件进行层叠，结构简单，易于实现，大大提高了层叠的工作效率，能够快速、高效、大批量地层叠长纤维片材，具有良好的应用前景。
图I中(a)为目前工业生产的长纤维片材的结构示意图；图I中(b)为目前工业生产的长纤维片材的结构示意图；图2为本实用新型长纤维片材的自动层叠系统的结构示意图；图3为图2中铺层小车的结构示意图；图4为本实用新型长纤维片材的自动层叠系统中铺层小车另一视角的结构示意图；图5为安装在层叠工作台一端的长纤维片材夹紧机构的结构示意图；图6为本实用新型长纤维片材的自动层叠系统中长纤维片材夹紧机构的结构示意图。
具体实施方式
如图I (a)、图I (b)所示，为目前工业生产长纤维片材6的结构，包括纤维片材纤维体6-2、以及固定设置在纤维片材纤维体6-2两侧的纤维片材连接元件(即钩6-1和圈6-3),钩6-1具体可选鱼钩、箭头钩或锚形钩等，圈6-3具体可选网圈、圈套圈或组圈等,本实用新型长纤维片材的自动层叠系统非常适合于长纤维片材6的层叠。如图2所示，为本实用新型长纤维片材的自动层叠系统，包括层叠工作台I、在层叠工作台I上来回运动铺设长纤维片材6的铺层小车2、位于层叠工作台I两端的长纤维片材夹紧机构(分别为第一长纤维片材夹紧机构3和第二长纤维片材夹紧机构4)以及用于切割长纤维片材6的纤维片材切割器5。层叠工作台I为长条形。第一长纤维片材夹紧机构3和第二长纤维片材夹紧机构4沿铺层小车2的运动方向设置在层叠工作台I的两端。第一长纤维片材夹紧机构3所在层叠工作台I一端为铺层小车2运动的开始端，第二长纤维片材夹紧机构4所在层叠工作台I一端为铺层小车2运动的终止端。层叠工作台I两端设有铺层小车2的限位块7，用于限制铺层小车7在层叠工作台I上的极限运动位置。纤维片材切割器5在铺层小车2运动的终止端对铺设完成的长纤维片材6进行切害IJ，纤维片材切割器5可设置在层叠工作台I上铺层小车2运动的终止端或者在铺层小车2 上，如图3所示，纤维片材切割器5安装在铺层小车2的车架2-1上，纤维片材切割器5包括固定在车架2-1上的直线导轨以及安装在直线导轨的滑块上的割刀(割刀在图中被遮挡)，直线导轨的滑块可通过电机直接驱动或者通过电机连接丝杆驱动。割刀的刀锋朝向层叠工作台I的台面，使得滑动的割刀能够对铺设在层叠工作台I上的长纤维片材6进行切割。如图3所示，为图2中铺层小车2的放大的结构示意图。如图3所示，铺层小车2包括与层叠工作台I滑动配合的车架2-1以及设置在车架2-1顶部用于卷取长纤维片材6的转轴2-2。车架2-1中部设有一对导向辊2-3，卷取有长纤维片材6的转轴2_2通过转轴2-2的转动释放长纤维片材6,长纤维片材6的自由端从这一对导向棍2-3之间伸出，为了使得导向棍之间有一定的调整空间，一对导向棍2-3中一根导向棍上设有间隙调整机构2-4，间隙调整机构2-4包括与该导向辊的接头固定连接的导向杆，导向杆上套设有压紧弹簧，该压紧弹簧的两端分别抵紧导向辊和车架2-1，导向杆沿导向辊径向延伸并具有贯穿出车架2-1的延伸部，该延伸部上带有限位头。车架2-1上带有用于穿设导向杆的通孔，并且限位头的直径大于该通孔直径。压紧弹簧位于车架2-1与该导向辊的接头之间，从而在导向辊运动过程中，可以通过受力大小进行调整。车架2-1两端均设有叠层压力调整机构(叠层压力调整机构2-5和叠层压力调整机构2-6)，每一个叠层压力调整机构包括横架于层叠工作台I的压辊，以及用于推动压辊贴紧层叠工作台I的弹簧。车架2-1设有压辊的接头沿竖直方向活动的调整孔，该弹簧通过T形件安装，该弹簧套设在T形件的杆部，车架2-1上设有用于穿设T形件杆部的通孔，T形件杆部穿过该通孔与压辊的接头固定连接，T形件头部大于该通孔。弹簧为拉伸弹簧，弹簧与车架2-1连接一端固定在车架2-1上，从而压辊在层压长纤维片材6时，可通过弹簧对叠层压力进行调整。如图4所示，为本实用新型长纤维片材的自动层叠系统中铺层小车2沿第一长纤维片材夹紧机构3至第二长纤维片材夹紧机构4方向的结构示意图。如图4所示，层叠工作台I与铺层小车2之间通过安装导向机构9实现铺层小车2在层叠工作台I上来回运动，导向机构9包括安装在层叠工作台I两侧相平行的轨道9-1以及安装在铺层小车2的车架2-1上并与轨道9-1配合的滑轮9-2，通过电机9-3驱动滑轮9_2，从而使得铺层小车2在层叠工作台I上来回运动。[0039]如图5所示，层叠工作台I上铺层小车2运动的终止端设有长度控制传感器8，长度控制传感器8检测到铺层小车2铺设的长纤维片材6达到所需的长度后，长度控制传感器8发出信号以停止铺层小车2运动，纤维片材切割器5将长纤维片材6切割，得到所需的长纤维片材6。也可以在层叠工作台I上铺层小车2运动的开始端，设置传感器，用于检测铺层小车2的返回，当检测到铺层小车2返回开始端时，传感器发出信号以停止铺层小车运动。当然也可以直接采用限位块7进行限停。设置在层叠工作台I两端的第一长纤维片材夹紧机构3和第二长纤维片材夹紧机构4，两者的结构相同。如图5和图6所示，为第二长纤维片材夹紧机构4，包括固定在层叠工作台I端部的固定块4-1、与固定块4-1配合的活动块4-2以及驱动活动块4-2的气缸4-3，活动块4-2中部与固定块4-1端部轴接，活动块4-2 —端与气缸4_3的活塞杆连接，活动块4-2另一端与固定块4-1形成夹紧部，夹紧部设有相配合的锯齿，以进一步提高 夹紧的牢固度。本实用新型长纤维片材的自动层叠系统的具体工作原理如下目前工业生产长纤维片材6通过转轴2-2卷取，将卷取有长纤维片材6的转轴2_2安装在铺层小车2的车架2-1顶部，卷取有长纤维片材6的转轴2-2通过转轴2-2的转动释放长纤维片材6，长纤维片材6的自由端从一对导向辊2-3之间伸出，铺层小车2位于铺层小车2运动的开始端，即第一长纤维片材夹紧机构3所在层叠工作台I 一端，第一长纤维片材夹紧机构3的气缸推动活塞杆，使得第一长纤维片材夹紧机构3的夹紧部打开，然后长纤维片材6的自由端落入夹紧部，第一长纤维片材夹紧机构3的气缸的活塞杆缩回，从而夹紧长纤维片材6的一端，铺层小车2向铺层小车2运动的终止端运动，即向第二长纤维片材夹紧机构4所在层叠工作台I 一端运动，运动过程中，间隙调整机构2-4能够根据长纤维片材6拉力的大小调整一对导向辊2-3之间的间隙，叠层压力调整机构2-5和叠层压力调整机构2-6对铺设在层叠工作台I的长纤维片材6进行层压，有利于得到平整、性能优异的长纤维片材层叠的复合材料。当长度控制传感器8检测到铺层小车2铺设的长纤维片材6达到所需的长度后，即铺层小车2运动到铺层小车2运动的终止端，长度控制传感器8发出信号以停止铺层小车2运动，纤维片材切割器5将长纤维片材6切割，切割后的长纤维片材6一端通过第二长纤维片材夹紧机构4进行夹紧固定，第一长纤维片材夹紧机构3松开，铺层小车2返回铺层小车2运动的开始端，在返回过程中，铺层小车2的叠层压力调整机构2-5和叠层压力调整机构2-6对铺设在层叠工作台I的长纤维片材6进行再次地层压，铺层小车2返回铺层小车2运动的开始端，叠层小车2准备开始新一次层叠，第一长纤维片材夹紧机构3夹紧，第二长纤维片材夹紧机构4松开，开始新一次层叠，如此反复，从而得到长纤维片材叠层的复合材料。以上所述的实施例对本实用新型的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本实用新型的具体实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种长纤维片材的自动层叠系统，其特征在于，包括 层叠工作台； 在所述层叠工作台上来回运动铺设长纤维片材的铺层小车； 位于所述层叠工作台两端的长纤维片材夹紧机构； 以及用于切割长纤维片材的纤维片材切割器。
2.根据权利要求I所述的长纤维片材的自动层叠系统，其特征在于，所述层叠工作台与铺层小车之间设有相互配合的导向机构。
3.根据权利要求2所述的长纤维片材的自动层叠系统，其特征在于，所述导向机构包括设置在所述层叠工作台上的轨道以及设置在所述铺层小车上并与所述轨道配合的滑轮，通过电机驱动所述滑轮。
4.根据权利要求I所述的长纤维片材的自动层叠系统，其特征在于，所述铺层小车包括与所述层叠工作台滑动配合的车架以及设置在所述车架顶部用于卷取长纤维片材的转轴。
5.根据权利要求4所述的长纤维片材的自动层叠系统，其特征在于，所述车架中部设有一对导向辊，且至少一根导向辊上设有间隙调整机构。
6.根据权利要求4所述的长纤维片材的自动层叠系统，其特征在于，所述车架上设有叠层压力调整机构，所述叠层压力调整机构包括横架于所述层叠工作台上的压辊，以及用于推动所述压辊贴紧所述层叠工作台的弹簧。
7.根据权利要求I所述的长纤维片材的自动层叠系统，其特征在于，所述纤维片材切割器包括固定在所述车架上的直线导轨以及安装在所述直线导轨的滑块上的割刀。
8.根据权利要求I所述的长纤维片材的自动层叠系统，其特征在于，所述长纤维片材夹紧机构包括固定在所述层叠工作台上的固定块、与所述固定块配合的活动块以及驱动所述活动块的气缸，所述活动块中部与所述固定块轴接，所述活动块一端与所述气缸的活塞杆连接，所述活动块另一端与所述固定块形成夹紧部。
9.根据权利要求I所述的长纤维片材的自动层叠系统，其特征在于，所述层叠工作台端部设有长度控制传感器。
10.根据权利要求I所述的长纤维片材的自动层叠系统，其特征在于，所述层叠工作台两端设有铺层小车的限位块。
专利摘要本实用新型公开了一种长纤维片材的自动层叠系统，包括层叠工作台；在所述层叠工作台上来回运动铺设长纤维片材的铺层小车；位于所述层叠工作台两端的长纤维片材夹紧机构；以及用于切割长纤维片材的纤维片材切割器。本实用新型长纤维片材的自动层叠系统中，铺层小车在层叠工作台上来回运动铺层，系统效率高，其速度完全可以满足规模化生产对生产速度的要求。在铺层小车、层叠工作台、层叠工作台两端的长纤维片材夹紧机构和纤维片材切割器相互配合工作下使得能够顺利对柔性物件进行层叠，结构简单，易于实现，大大提高了层叠的工作效率，能够快速、高效、大批量地层叠长纤维片材，具有良好的应用前景。
文档编号B65G57/03GK202754550SQ20122033259
公开日2013年2月27日 申请日期2012年7月10日 优先权日2012年7月10日
发明者王志坚, 张洪生, 解卫华 申请人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所