本发明涉及复合材料制造设备领域，特别涉及一种用于卧式纤维缠绕机的自动挂纱系统。
背景技术：
随着研究深度、运用广度以及生产需求的不断扩大，复合材料在各行各业的重要地位也逐步体现出来。复合材料的成型方式以纤维缠绕成型为主，其中涉及的核心环节为挂纱、压纱、夹纱、剪纱等。我国纤维缠绕设备的研发与市场的需求还存在着一定的差距，而且相对于国外而言我国在纤维缠绕自动挂切纱方面的研究很少，现阶段的自动化程度并不是很高，甚至许多研究还是实验阶段，市场上的材料成型工艺大多还在依赖单一繁重的人工操作，难以满足不断增大的复合材料制品的需求；对工人而言，除了繁重的工作强度之外还容易受到胶液气味和纤维屑的损害，严重危害到工人的身体健康。
技术实现要素：
本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种灵活性高的用于卧式纤维缠绕机的自动挂切纱系统。
本发明采用的技术方案为：一种用于卧式纤维缠绕机的自动挂切纱系统，主要包括机架、箱体、系纱装置、小车装置、压纱装置、夹纱装置、剪纱装置和张力控制模块，所述机架上安设箱体、系纱装置和水平方向的导轨；所述小车装置安装在导轨上，小车装置沿导轨的长度方向往返移动；所述压纱装置、夹纱装置、剪纱装置和张力控制模块均设于小车装置上；所述自动挂纱机构还包括芯模，芯模配置于系纱装置上，芯模的轴线方向与导轨的长度方向平行。
按上述方案，所述小车装置主要包括驱动机构、小车侧板、丝嘴和胶槽，驱动机构带动小车侧板沿芯模的轴线方向和垂直于芯模轴线方向移动；所述小车侧板上竖直安装丝杠，丝杠与安装座相适配，丝杠的下端与丝杠电机相连；所述压纱装置、夹纱装置和剪纱装置均安设于安装座上；所述小车侧板上还开设有两条竖直的滑轨，滑轨与安装座相适配，安装座沿滑轨上下移动；丝杠电机驱动丝杠转动时，与丝杠配合的安装座带动压纱装置、夹纱装置和剪纱装置沿丝杠上下移动。
按上述方案，所述系纱装置包括系纱机构a和系纱机构b，系纱机构a包括与导轨相适配的箱体尾座，以及安设于箱体尾座内侧面的顶尖；系纱机构b上安设有卡盘组件和系纱组件，芯模的一端端面与顶尖顶紧，芯模的另一端安设于卡盘组件上，并随卡盘组件转动。
按上述方案，所述卡盘组件包括主轴电机、主动带轮、从动带轮和三抓卡盘，所述主轴电机的电机轴与主动带轮相连，主动带轮通过皮带与从动带轮相连，从动带轮安设于法兰长筒b上，法兰长筒b的一端与三抓卡盘相连，带动三抓卡盘转动。
按上述方案，所述系纱组件包括由内向外依次配置在法兰长筒b上的内套筒、外套筒和法兰长筒a，法兰长筒a与滚子轴承相配置，滚子轴承安设在箱体上的轴承座内；所述内套筒与内驱动机构相连，内驱动机构可带动内套筒转动；所述外套筒与外驱动机构相连，外驱动机构带动外套筒转动；在内套筒上固设立杆a，立杆a的顶端伸出一根夹臂a；在外套筒上固设立杆b，立杆b的顶端伸出一根夹臂b，夹臂a和夹臂b的伸出端铰接于悬臂。
按上述方案，所述外驱动机构包括外伺服电机、外主动齿轮和外从动齿轮，所述外伺服电机的电机轴上安装外主动齿轮，外主动齿轮与外从动齿轮啮合，外从动齿轮安设于外套筒上，外伺服电机可带动外套筒转动；所述内驱动电机包括内伺服电机、内主动齿轮和内从动齿轮，内伺服电机的电机轴通过联轴器与转轴相连，转轴上安设内主动齿轮，内主动齿轮与内从动齿轮相啮合，内从动齿轮安设于内套筒上，内伺服电机可带动内套筒转动。
按上述方案，所述压纱装置包括伺服电机d、主动齿轮d、从动齿轮d、压纱轴、支座、滚子轴承和伸缩气缸，所述伺服电机d的驱动轴上安装主动齿轮d，主动齿轮d与从动齿轮d啮合，从动齿轮d设于压纱轴的一端，压纱轴与滚子轴承相配置，滚子轴承设于支座内，支座与小车装置连接固定；压纱轴的另一端通过键连接伸臂，伸臂的下部固定伸缩气缸，伸缩气缸的伸缩端设有压辊，压辊的轴线与芯模的轴线平行。
按上述方案，夹纱装置安设于小车装置上，夹纱装置包括气缸固定架、旋转气缸、压辊固定架、伸缩气缸、上压辊和下压辊；所述气缸固定架与小车装置连接固定，气缸固定架上安设旋转气缸和伸缩气缸，旋转气缸和伸缩气缸的驱动端均分别与安设在压辊固定架上的上压辊相连，上压辊与下压辊正对布置，下压辊通过连杆与压辊固定架相连；纤维缠绕时，夹纱装置的上压辊垂直于芯模的轴线，与纱线位于同一侧；纱线缠绕结束时，旋转气缸旋转90°，上压辊平行于芯模轴线。
按上述方案，所述剪纱装置安设于小车装置上，剪纱装置包括l形臂、长臂、伸缩气缸和刀具，所述l形臂的水平段与长伸臂固连，长臂固定在小车装置的安装座上；l形臂的竖直段安设伸缩气缸，伸缩气缸的驱动端与刀具相连，刀具正对芯模。
本发明的有益效果为：
1、本发明中的压纱装置、夹纱装置和剪纱结构均设计于小车装置上，压纱、夹纱及剪纱过程不受小车位置的限制，无论小车装置运行至哪一位置，均可进行压纱和夹纱，当缠绕指令结束时都可剪纱，提高了自动挂切纱系统的灵活性；
2、当纤维缠绕、芯模转动时，可通过调整小车装置的速度，继而改变纤维制品缠绕的角度和尺寸等，寻求新的纤维缠绕方式，大大增加了纤维制品的工艺选择性；
3、小车装置设于导轨上，通过驱动机构实现小车主梁沿芯模轴线方向及垂直于芯模轴线方向上的往复运动，完成缠绕、压纱、夹纱、剪纱动作；小车装置上的丝杠，可调节夹纱装置在竖直方向的高度，从而改变缠绕的角度，以适应不同的芯模直径；
4、所述系纱装置通过三个法兰长筒和轴承实现传动，运行可靠；所述自动挂切纱系统可实现全自动化操作，无需人工辅助，节约了生产成本，提高了生产效率。
附图说明
图1为本发明一个具体实施例的结构示意图。
图2为本发明一个具体实施例结构示意图的右视图。
图3为本发明一个具体实施例右视图的局部放大图。
图4为本实施例中系纱装置的结构示意图(一)。
图5为本实施例中系纱装置的结构示意图(二)。
图6为本实施例中系纱装置的截面图。
图7为本实施例中压纱装置的结构示意图。
图8为本实施例中压纱装置的分解示意图。
图9为本实施例中夹纱装置夹纱示意图。
图10为本实施例中夹纱装置的结构示意图。
图11为本实施例中小车装置的结构示意图(一)。
图12为本实施例中小车装置的结构示意图(二)。
图13为本实施例中小车装置的结构示意图(三)
图14为本实施例中剪纱装置的结构示意图。
其中：1、系纱装置；1.1、法兰长筒b；1.2、皮带；1.3、轴承座；1.4、悬臂；1.5、三抓卡盘；1.6、法兰长筒a；1.7、内从动齿轮；1.8、主轴电机；1.9、立杆a；1.10、夹臂a；1.11、夹臂b；1.12、立杆b；1.13、卡盘气缸；1.14、内主动齿轮；1.15、联轴器；1.16、内伺服电机；1.17、外伺服电机；1.18、外从动齿轮；1.19、从动带轮；1.20、外主动齿轮；1.21、外套筒；1.22、内套筒；1.23、滚子轴承；2、压纱装置；2.1、主动齿轮d；2.2、从动齿轮d；2.3、伸臂；2.4、压辊；2.5、伺服电机d；2.6、压纱轴；2.7、支座；2.8、滚子轴承；2.9、气缸；3、夹纱装置；3.1、气缸固定架；3.2、旋转气缸；3.3、压辊固定架；3.4、伸缩气缸；3.5、上压辊；3.6、下压辊；4、小车装置；4.1、小车侧板；4.2、丝嘴；4.3、小车电机；4.4、丝杠；4.5、丝杠电机；4.6、安装座；4.7、滑轨；5、导轨；6、芯模；7、箱体；8、机架；9、剪纱机构；9.1、刀具；9.2、伸缩气缸；9.3、l形伸臂；9.4、长臂；10、箱体尾座；10.1、顶尖。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。
如图1-3所示的一种用于卧式纤维缠绕机的自动挂切纱系统，主要包括机架8、箱体7、系纱装置1、小车装置4、压纱装置2、夹纱装置3、剪纱装置9和张力控制模块，所述机架8上安设箱体7、系纱装置1和水平方向的导轨5，所述小车装置4安装在导轨5上，小车装置4可沿导轨5的长度方向往返移动；所述压纱装置2、夹纱装置3、剪纱装置9和张力控制模块均安设于小车装置4上，可随小车装置4运动；卧式纤维缠绕机的芯模6安设于系纱装置1上，芯模6的轴线方向与导轨5的长度方向平行。纤维缠绕机内的纤维束自纱团牵引出后，经系纱装置1到达芯模6表面进行缠绕；缠绕完成后，夹纱装置3夹住纱线，压纱装置2压住缠绕在芯模6上的纱线，夹纱装置控制纱线的张力，在一定程度上缩短纱线的弹性范围并辅助剪纱装置9剪断纱线。
如图1～3，以及图11～13所示，小车装置4其主要包括驱动机构、小车侧板4.1、丝嘴和胶槽，驱动机构带动小车侧板4.1沿芯模6的轴线方向和垂直于芯模6轴线方向移动(小车装置的胶槽、丝嘴等结构均为现有技术，不再赘述)；所述小车侧板4.1上竖直安装丝杠4.4，丝杠4.4与安装座4.6相适配(安装座4.6内开设有与丝杠4.4相适配的内螺纹)，丝杠4.4的下端与丝杠电机4.5相连；所述压纱装置2、夹纱装置3和剪纱装置9均安设于安装座4.6上；所述小车侧板4.1上还开设有两条竖直的滑轨4.7，滑轨4.7与安装座4.6相适配，且安装座4.6可沿滑轨4.7上下移动；丝杠电机4.5驱动丝杠4.4转动时，与丝杠4.4配合的安装座4.6带动压纱装置2、夹纱装置3和剪纱装置9沿丝杠4.4上下移动。
本发明中，如图4～6所示，所述系纱装置1包括系纱机构a和系纱机构b，系纱机构a包括与导轨5相适配的箱体尾座10，以及安设于箱体尾座10内侧面的顶尖10.1；系纱机构b上安设有卡盘组件和系纱组件，芯模6的一端端面与顶尖10.1顶紧，芯模6的另一端安设于卡盘组件上，并随卡盘组件转动；卡盘组件包括主轴电机1.8、主动带轮、从动带轮1.19\三抓卡盘1.5和气缸1.13，所述主轴电机1.8的电机轴与主动带轮相连，主动带轮通过皮带1.2与从动带轮1.19相连，从动带轮1.19安设于法兰长筒b1.1上，法兰长筒b1.1的一端与三抓卡盘1.5相连，并带动三抓卡盘1.5转动；所述三抓卡盘1.5为气动卡盘，三抓卡盘1.5的卡盘气缸1.13安装于法兰长筒b1.1的尾部。系纱组件包括由内向外依次配置在法兰长筒b1.1上的内套筒1.22、外套筒1.21和法兰长筒a1.6，法兰长筒a1.6与滚子轴承1.23相配置，滚子轴承1.23安设在箱体7上的轴承座1.3上；所述内套筒1.22与内驱动机构相连，内驱动机构可带动内套筒1.22转动；所述外套筒1.21与外驱动机构相连，外驱动机构可带动外套筒1.21转动。在内套筒1.22上固设立杆a1.9，立杆a1.9的顶端伸出一根夹臂a1.10；在外套筒1.21上固设立杆b1.12，立杆b1.19的顶端伸出一根夹臂b1.11，夹臂a1.10和夹臂b1.11的伸出端铰接于悬臂1.4。本发明中，外驱动机构包括外伺服电机1.17、外主动齿轮1.20和外从动齿轮1.18，所述外伺服电机1.17的电机轴上安装外主动齿轮1.20，外主动齿轮1.20与外从动齿轮1.18啮合，外从动齿轮1.18安设于外套筒1.21上，外伺服电机1.17可带动外套筒1.21转动。所述内驱动电机包括内伺服电机1.16、内主动齿轮1.14和内从动齿轮1.7，内伺服电机1.16的电机轴通过联轴器1.4与转轴相连，转轴上安设内主动齿轮1.14，内主动齿轮1.14与内从动齿轮1.7相啮合，内从动齿轮1.7安设于内套筒1.25上，内伺服电机1.16可带动内套筒1.22转动。外伺服电机1.17和内伺服电机1.16启动时通过外套筒1.21和内套筒1.22带动立杆a1.10和立杆b1.11发生相对运动，此时的夹臂a1.10和夹臂b1.11形成一定角度，使纱线进入两个夹臂之间，此时两个夹臂旋转合并，夹住纱线。缠纱时，内套筒1.22与外套筒1.21的转速需保持一致；内套筒1.22与外套筒1.21不同步时可能使夹臂对纱线的压力减小，而缠绕过程的张力会将纱线拉出夹臂，纱线无法被夹臂夹住，整个纤维缠绕后续工序也将无法进行，延长工作时间，降低效率。缠绕完成后，纱线重新回到系纱装置1，为下一工件系纱做准备。
如图7和图8，压纱装置2包括伺服电机d2.5、主动齿轮d2.1、从动齿轮d2.2、压纱轴2.6、支座2.7、滚子轴承2.8和伸缩气缸2.9，所述伺服电机d2.5的驱动轴上安装主动齿轮d2.1，主动齿轮d2.1与从动齿轮d2.2啮合，从动齿轮d2.2安设于压纱轴2.6的一端，压纱轴2.6与滚子轴承2.8相配置，滚子轴承2.8设于支座2.7内，支座2.7与小车装置4连接固定；压纱轴2.6的另一端通过键连接伸臂2.3，伸臂2.3的下部固定伸缩气缸2.9，伸缩气缸2.9的伸缩端设有压辊2.4，压辊2.4的轴线与芯模6的轴线平行。纤维缠绕初始阶段，由于纱线频繁翘起或者掉落，利用压纱装置2可使纱线头平铺在芯模6上，避免后续缠绕纱线的错乱或凸起；缠绕结束剪断纱线，此时作用在纱线上的张力消失，纱线尾部无法粘附在芯模6上，也需进行压纱处理将纱线粘附在芯模6上。
如图9所示夹纱示意图，本设计为了适应不同芯模6的大小，考虑到芯模6直径变化时，缠绕角度也会变化，纱线高度随之变化，设计如下夹纱原理。当纤维缠绕结束时，丝嘴4.2通过电机运行到夹纱装置3后面，芯模6与丝嘴4.2分别位于夹纱装置3的两侧，以便夹纱工作进行，此时夹纱装置3位于丝嘴4.2和芯模6之间。缠绕结束时，通过丝嘴4.2缠绕在芯模6上的纱线与水平方向的夹角为α，当芯模6直径增大或随着纱线缠绕厚度增加，α也随之增大，位于夹纱处纱线的斜度也增加。而夹纱装置3在竖直方向上的位置通过小车装置4的丝杠4.4来调节。如图9-13所示，夹纱装置3安设于小车装置4的安装座4.6上，夹纱装置3包括气缸固定架3.1、旋转气缸3.2、压辊固定架3.3、伸缩气缸3.4、上压辊3.5和下压辊3.6；所述气缸固定架3.1与小车装置4连接固定，气缸固定架3.1上安设旋转气缸3.2和伸缩气缸3.4，旋转气缸3.2和伸缩气缸3.4的驱动端均分别与安设在压辊固定架3.3上的上压辊3.5相连，上压辊3.5与下压辊3.6正对布置，下压辊3.6通过连杆与压辊固定架3.3相连。纤维缠绕时，夹纱装置3的上压辊3.5垂直于芯模6的轴线，与纱线位于同一侧；纱线缠绕结束时，旋转气缸3.2旋转90°，上压辊3.5平行于芯模6轴线，垂直纱线，且纱线位于上压辊3.5和下压辊3.6之间，此时伸缩气缸3.4推动上压辊3.5向下运动，与下压辊3.5合拢，压住纱线，完成夹纱，以辅助剪纱环节(剪纱时，在用夹纱装置夹紧纱线后要稍微松弛纱线，便于剪纱装置9剪纱)。
如图14所示，剪纱装置9安设于小车装置4上，剪纱装置9包括l形臂9.3、长臂9.4、伸缩气缸9.2和刀具9.1，所述l形臂9.3的水平段与长伸臂9.4固连(螺栓连接)，长臂9.4的水平段固定在小车装置4的安装座4.6上，l形臂9.3的竖直段安设伸缩气缸9.2，伸缩气缸9.2的驱动端与刀具9.1相连，刀具9.1正对芯模6。纱线缠绕完成后，通过丝嘴4.2缠绕在芯模6上的纱线在张力控制下处于绷直状态，小车装置4上的夹纱装置3在剪切前进行夹纱，夹纱装置3在一定程度上缩短了纱线的弹性范围，使剪纱装置9实现夹纱功能，而刀具9.1的动作靠伸缩气缸9.2来推动，实现剪纱环节。
本发明的工作原理为：张力控制模块控制张力大小，在浸胶纱线的粘附力配合下，错位将纱线经丝嘴4.2，由系纱装置1夹住，最后粘附于芯模6上；为了防止纱线缠绕过松从芯模6上滑落，小车装置4上的压纱装置3接收张力控制模块发送的信号，上压辊3.5向前推动在芯模6上滚动压紧纱线；小车装置4沿芯模6的轴线方向做往复移动，形成错位缠绕；缠绕结束后，小车装置4的丝嘴4.2牵引纱线运行到夹纱装置3，夹纱装置3(位于芯模6与丝嘴4.2之间)夹住中间部分的纱线(此时芯模6上的纱线与水平方向成一定夹角，此角度可通过丝杠4.4转动带动安装座4.6移动来调节，以适应不同直径的芯模6和不同的缠绕厚度)；夹纱装置3夹紧之后纱线处于紧绷状态，不便于剪纱的，故夹纱装置此时会给纱线一定程度的伸缩，再利用压辊压住纱线，所述剪切装置9切断纱线，完成整个自动挂切纱系统结束。纱线剪断后线头自然垂落，此时再用压纱装置2的压辊压紧线头使其紧贴在芯模6上已经缠绕好的纱线上，整个挂切纱过程结束。
最后应说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。