专利名称：复合材料锥形电线杆缠绕机及缠绕方法
技术领域：
发明涉及一种用于缠绕锥形电线杆的复合材料锥形电线杆缠绕机及缠绕方法。
背景技术：
传统的输电杆塔普遍存在笨重、易腐烂、锈蚀或开裂、寿命不长的缺点，施工运输和运行维护困难，容易出现各种安全隐患，随着新材料技术及其制备工艺的发展，复合材料得到了快速发展，复合材料电线杆具有质量轻、耐腐蚀、强度高、寿命更长等优点，维护成本低且能够承受极端的气候条件，在输配电线路、通讯线路、通讯塔等工程中可以很好地取代传统的木杆、钢筋混凝土杆和铁塔。目前复合材料电线杆在输电杆塔中已经得到应用，然而复合材料锥形电线杆加工工艺还存在许多关键的问题仍未解决，导致生产的锥形电线杆厚度不均勻、生产效率低。
发明内容
发明的目的是提供一种能够提高复合材料锥形电线杆加工效率、制造的电线杆壁厚均勻，强度高的复合材料锥形电线杆缠绕机及缠绕方法。上述的目的通过以下的技术方案实现
一种复合材料锥形电线杆缠绕机，其组成包括主轴伺服电机，所述的主轴伺服电机通过减速器连接主轴，所述的主轴连接锥形管状芯模，所述的锥形管状芯模通过玻璃纤维浸渍树脂连接导丝头，所述的导丝头连接具有伸臂机构的缠绕小车，所述的缠绕小车具有沿着小车轨道左右平移的车体，运动控制器Trio控制所述的主轴伺服电机。所述的复合材料锥形电线杆缠绕机，所述的小车轴Axisl连接伺服驱动器，所述的伺服驱动器连接伺服电机，所述的伺服电机连接减速器，所述的减速器连接所述的缠绕小车，所述的伸臂轴Axis2连接伺服驱动器，所述的伺服驱动器连接伺服电机，所述的伺服电机连接减速器，所述的减速器连接所述的伸臂机构，所述的导丝头轴Axis3连接伺服驱动器，所述的伺服驱动器连接伺服电机，所述的伺服电机连接减速器，所述的减速器连接导丝头。所述的复合材料锥形电线杆缠绕机，所述的控制器具有串行通讯口、电源模块、I/ 0模块、模拟量输出模块、编码器输入口。所述的复合材料锥形电线杆缠绕机，所述的控制器控制具有四个自由度的控制机构，所述的主轴与所述的缠绕小车与所述的伸臂机构与所述的导丝头分别与所述的伺服电机连接，可以实现所述的主轴旋转、所述的缠绕小车沿与所述的小车轨道左右平移、所述的伸臂机构沿与所述的主轴垂直方向前后平移、所述的导丝头绕竖直方向旋转。一种复合材料锥形电线杆的缠绕方法，由玻璃纤维浸渍树脂复合材料制造的锥形管状结构，以四轴缠绕机控制机构为加工设备，采用变缠绕角缠绕工艺将玻璃纤维浸渍树脂缠绕在锥形管状芯模表面实现等壁厚缠绕，内固化完毕后脱模形成锥形管状结构电线杆。所述的复合材料锥形电线杆缠绕机，所述的运动控制器Trio包括主轴AxisO、小车轴Axisl、伸臂轴Axis2、导丝头轴Axis3，所述的控制器Trio具有串行通讯口、电源模块、I/O模块、模拟量输出模块、编码器输入口，所述的主轴AxisO通过主轴伺服驱动器连接主轴伺服电机，所述的小车轴Axisl通过伺服驱动器、伺服电机、减速器连接所述的缠绕小车，所述的伸臂轴Axis2通过伺服驱动器、伺服电机、减速器连接所述的缠绕小车，所述的导丝头轴Axis3通过伺服驱动器、伺服电机、减速器连接导丝头。所述的复合材料锥形电线杆的缠绕方法，所述的变缠绕角缠绕工艺，锥形管状等厚缠绕的条件为:r>._a0 = d遍ad (1)，其中D为锥形管状芯模大端直径与管壁厚度之和、d
为锥形管状芯模小端直径与管壁厚度之和、《B， 为对应直径处的缠绕角；
由锥形管状几何关系可知式=:^(1-(2)，其中&为锥形管状芯模某i位置的直径、L为芯模长度、Ii为i处长度；
Jji ρ λ ρ jy
由公式(1)和公式(2)得到i处缠绕角为(3),设芯模的转速为η r/
min，当缠绕锥形管状芯模时，i处缠绕小车的运动速度=(4)则为随<变化而
变化的变量；缠绕小车根据公式(3)和公式(4)计算得到的速度K运动，四轴缠绕机控制机构就会缠绕出等壁厚的电线杆。所述的四轴缠绕机控制机构的控制方法，运动控制器Trio以发模拟量电压的方式对主轴转速进行闭环控制，6V电压对应电机转速为1500r/min，则模拟量电压dac与主
轴转速η r/min的关系为Ac== (5)，利用运动控制器Trio中电子齿轮指令Connect
1500
(k，o)将缠绕小车运动连接到主轴上，实现缠绕小车以速比λ跟随主轴运动，由缠绕小车的运云力速度…=(4)和主轴转速η r/min (5)得到参数k = 6 = =二二 ,参数
k是一个随缠绕小车位置而变化的值，从而实现变齿轮控制，其中为主轴减速比， 含义为主轴转1周对应编码器的脉冲数，麵-哪为缠绕小车减速比，含义为缠绕小车走1 毫米对应的对应编码器的脉冲数。同理利用Trio运动控制器中电子齿轮指令CONNECT (kl，1)将伸臂机构运动连接
到缠绕小车上，实现伸臂机构跟随缠绕小车运动，参数~ =,其中为
伸臂机构减速比，含义为伸臂机构走1毫米对应的对应编码器的脉冲数，馳ο—鄉为缠绕小车减速比，含义为缠绕小车走1毫米对应的对应编码器的脉冲数。然后利用1Trio运动控制器中绝对位置指令M0VEABS 90 - a,) *ROio_Mad )实现导
Γ) ρqg^y
丝头跟踪缠绕小车旋转保持纱宽不变，确保纱片搭接良好，其中 i处缠绕
角是随缠绕小车的位置、变化而变化，臉-‘―为导丝头减速比，含义为导丝头旋转Γ 对应编码器的脉冲数。在缠绕过程中，在芯模两端存在换向问题，可以通过速度匹配M0VELINK指令实现缠绕小车加速或减速^距离后速度匹配于主轴速度，已知两端匹配长度分别为L 从A加速运动到B采用的指令为
速度匹配 M0VELINK (
权利要求
1.一种复合材料锥形电线杆缠绕机，其组成包括主轴伺服电机，其特征是所述的主轴伺服电机通过减速器连接主轴，所述的主轴连接锥形管状芯模，所述的锥形管状芯模通过玻璃纤维浸渍树脂连接导丝头，所述的导丝头连接具有伸臂机构的缠绕小车，所述的缠绕小车具有沿着小车轨道左右平移的车体，运动控制器Tri0控制所述的主轴伺服电机，运动控制器Trio控制缠绕小车跟踪主轴的单轴伺服运动、伸臂机构跟踪缠绕小车的单轴伺服运动和导丝头跟踪缠绕小车的单轴伺服运动。
2.根据权利要求1所述的复合材料锥形电线杆缠绕机，其特征是所述的运动控制器 Trio包括主轴AxisO、小车轴Axisl、伸臂轴Axis2、导丝头轴Axis3，所述的控制器Trio具有串行通讯口、电源模块、I/O模块、模拟量输出模块、编码器输入口，所述的主轴AxisO通过主轴伺服驱动器连接主轴伺服电机，所述的小车轴Axisl通过伺服驱动器、伺服电机、减速器连接所述的缠绕小车，所述的伸臂轴Axis2通过伺服驱动器、伺服电机、减速器连接所述的缠绕小车，所述的导丝头轴Axis3通过伺服驱动器、伺服电机、减速器连接导丝头。
3.根据权利要求2所述的复合材料锥形电线杆缠绕机，其特征是所述的小车轴Axisl 连接伺服驱动器，所述的伺服驱动器连接伺服电机，所述的伺服电机连接减速器，所述的减速器连接所述的缠绕小车，所述的伸臂轴Axis2连接伺服驱动器，所述的伺服驱动器连接伺服电机，所述的伺服电机连接减速器，所述的减速器连接所述的伸臂机构，所述的导丝头轴Axis3连接伺服驱动器，所述的伺服驱动器连接伺服电机，所述的伺服电机连接减速器， 所述的减速器连接导丝头。
4.根据权利要求1或2或3所述的复合材料锥形电线杆缠绕机，其特征是所述的控制器控制具有四个自由度的控制机构，所述的主轴与所述的缠绕小车与所述的伺服电机连接、所述的伸臂机构与所述的伺服电机连接，所述的导丝头与所述的伺服电机连接，以实现所述的主轴旋转、所述的缠绕小车沿与所述的小车轨道左右平移、所述的伸臂机构沿与所述的主轴垂直方向前后平移、所述的导丝头绕竖直方向旋转。
5.一种复合材料锥形电线杆的缠绕方法，其特征为由玻璃纤维浸渍树脂复合材料制造的锥形管状结构，以四轴缠绕机控制机构为加工设备，采用变缠绕角缠绕工艺将玻璃纤维浸渍树脂缠绕在锥形管状芯模表面实现等壁厚缠绕，内固化完毕后脱模形成锥形管状结构电线杆。
6.根据权利要求5所述的复合材料锥形电线杆的缠绕方法，其特征是所述的变缠绕角缠绕工艺，锥形管状等厚缠绕的条件为 Dxosaa = d.cosa, (1)，其中D为锥形管状芯模大端直径与管壁厚度之和、d为锥形管状芯模小端直径与管壁厚度之和 为对应直径处的缠绕角；由锥形管状几何关系可知:
7.根据权利要求5或6所述的四轴缠绕机控制机构的控制方法，其特征是运动控制器Trio以发模拟量电压的方式对主轴转速进行闭环控制，6V电压对应电机转速为1500r/min，则模拟量电压dac与主轴转速η r/min的关系为
8.根据权利要求7所述的四轴缠绕机控制机构的控制方法，其特征是运动控制器 Trio以发模拟量电压的方式对主轴转速进行闭环控制，6V电压对应电机转速为1500r/min，则模拟量电压dac与主轴转速η r/min的关系为
9.根据权利要求5或6所述的四轴缠绕机控制机构的控制方法，其特征是运动控制器Trio以发模拟量电压的方式对主轴转速进行闭环控制，6V电压对应电机转速为1500r/min，则模拟量电压dac与主轴转速η r/min的关系为= (5)，利用运动控制器Trio中指令Connect (k，0)将缠绕小车运动连接到主轴上，实现缠绕小车以速比ft 跟随主轴运动，由缠绕小车的运动速度6 = 3 (4)和主轴速度 Ρ^ (5)得到参数Ianai1500ft=60丄,—,賴猶别、辅籠靴随，颜·变織翻，胃中IMo—mis为主轴减速比，含义为主轴转1周对应编码器的脉冲数， 輪—腳为缠绕小车减速比，含义为缠绕小车走1毫米对应的对应编码器的脉冲数；同理利用Trio运动控制器中指令CONNECT (kl，1)将伸臂机构运动连接到缠绕小车上，实现伸臂机构跟随缠绕小车运动，参数％ = tat^jto如—麵,其中为伸臂机构减速比，含义为伸臂机构走1毫米对应的对应编码器的脉冲数，^o_€OT为缠绕小车减速比， 含义为缠绕小车走1毫米对应的对应编码器的脉冲数；然后利用Trio运动控制器中指令M0VEABS (( - ,) ^firfo^)实现导丝头跟踪缠绕Ji m^t jv小车旋转保持纱宽不变，确保纱片搭接良好，其中 =·。^^ i处缠绕角是随缠绕小车的位置A变化而变化，脑O—为导丝头减速比，含义为导丝头旋转1°对应编码器的脉冲数；在缠绕过程中，在芯模两端存在换向问题，通过M0VELINK指令实现缠绕小车加速或减速距离后速度匹配于主轴速度，已知两端匹配长度分别为~ 从A加速运动到B采用的指令为M0VELINK Ci ,^^,^^，0，0)1I wDπ 从C减速运动到D采用的指令为 M0VELINK (ο,^^,Ο)￡ι παη .从D加速运动到C采用的指令为2L tan CCj 21 η tam 、 MOVELINK (r，±ii^fl，f^^l，0，0) 1I παπ 从B减速运动到A采用的指令为, 2L· tan α η 21 tan cc r. 、 MOVELINK (f， fl ^ D ,0, B ^ 0，0)jB πΩfiD运动控制器Trio以发模拟量电压的方式对主轴转速进行闭环控制，驱动主轴电机带动芯模转动，同时采用发脉冲的方式对缠绕小车、伸臂机构和导丝头进行控制，并结合运动控制器Trio中CONNECT指令将缠绕小车与主轴通过电子齿轮联接，使缠绕小车以变化的齿轮比跟踪主轴的运动来实现变缠绕角的缠绕；CONNECT指令将伸臂机构与缠绕小车通过电子齿轮联接和M0VEABS指令控制导丝头跟踪缠绕小车运动实现纱宽不变，最终通过主轴、 缠绕小车、伸臂机构和导丝头四轴协调运动缠绕出变缠绕角等壁厚的锥形管状电线杆。
全文摘要
复合材料锥形电线杆缠绕机及缠绕方法。传统的输电杆塔普遍存在笨重、易腐烂、锈蚀或开裂、寿命不长的缺点.本发明其组成包括主轴伺服电机(7)，所述的主轴伺服电机通过减速器(8)连接主轴(9)，所述的主轴连接锥形管状芯模(10)，所述的锥形管状芯模通过玻璃纤维浸渍树脂(11)连接导丝头(12)，所述的导丝头连接具有伸臂机构(13)的缠绕小车(14)，所述的缠绕小车(15)具有沿着小车轨道(15)左右平移的车体，运动控制器Trio控制所述的主轴伺服电机。本发明用于缠绕电线杆。
文档编号B29C53/80GK102529083SQ20111045876
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者乔明, 尤波, 张增超, 沈爱华, 许家忠 申请人:哈尔滨理工大学