新能源氢气瓶五轴联动缠绕一体化智能装置的制作方法

1.本发明涉及氢气瓶缠绕领域，特别是涉及一种新能源氢气瓶五轴联动缠绕一体化智能装置。


背景技术：

2.氢气瓶是新能源氢燃料电池汽车的主要气体储运部件，在新能源领域具有至关重要的作用，为了提高氢气瓶的强度，需要在氢气瓶表面缠绕一层碳纱，目前所使用的氢气瓶缠绕设备，在氢气瓶上料安装时，对不同长度芯模轴的安装固定较为繁琐，无法做到快速上下料，导致对氢气瓶的缠绕效率较低。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明提供了一种新能源氢气瓶五轴联动缠绕一体化智能装置，可快速的完成氢气瓶芯模的上料安装及下料拆卸，并采用五轴联动多维度一体化缠绕的方式，可提高对新能源氢气瓶的缠绕效率。
4.本发明的技术方案如下：
5.一种新能源氢气瓶五轴联动缠绕一体化智能装置，包括龙门架，所述龙门架上设有可左右滑动的定位立柱，所述定位立柱与龙门架的一侧立柱之间设有多组上下分布的缠绕工位，所述缠绕工位与龙门架的立柱和定位立柱之间均为可拆卸连接，所述龙门架上设有驱动缠绕工位转动的驱动机构；所述龙门架的底座上可滑动的设有行走机构，所述行走机构的滑动方向与定位立柱的滑动方向相同，所述行走机构上可滑动的设有纱架，所述纱架的滑动方向与行走机构的滑动方向垂直，所述纱架上对应每组缠绕工位分别设有出纱结构，所述出纱结构的出纱组件与纱架可转动连接。
6.上述技术方案的工作原理如下：
7.本发明整体为龙门架式的氢气瓶缠绕设备，其中，由可左右滑动的定位立柱作为第一轴，通过定位立柱的滑动，可满足不同长度芯模的工作需求；由驱动机构和缠绕工位构成旋转的第二轴，带动氢气瓶匀速旋转接受碳纱缠绕；由行走机构带动纱架上的出纱结构左右滑动构成第三轴，改变出纱口的横向位置；由纱架带动出纱结构垂直于缠绕工位做靠近或远离缠绕工位的前后滑动构成第四轴；由出纱结构中的出纱组件所做的旋转运动构成第五轴。
8.本发明采用五轴联动的工作模式完成对氢气瓶的智能化缠绕工作，相比现有技术中应用较多的卧式缠绕设备(该设备主要由两部分构成，一部分固定不动，另一部分可移动，用于配合安装固定芯模，其可滑动的组件结构复杂，整体滑动不方便)，本发明仅需移动定位立柱即可，其所附带的结构组件少，操作更加便捷，结构更加稳定，具有更高的工作效率。
9.在进一步的技术方案中，所述缠绕工位包括芯模轴，所述定位立柱上对应每组缠绕工位分别设有一组可与该组缠绕工位中的芯模轴的一端配合的顶尖；所述驱动机构的输
出轴通过连接固定组件与芯模轴的另一端可拆卸连接，具体的，连接固定组件可以采用以下两种结构：
10.一、在所述驱动机构的输出轴上可拆卸的连接有气动旋转卡盘，所述芯模轴的另一端设有可与气动旋转卡盘配合的气动旋转夹爪，所述气动旋转夹爪具有多个周向均匀分布且可沿径向松开或夹紧的夹爪部，夹爪部由手动电磁阀控制松开或夹紧，本发明首先将气动旋转卡盘预安装在驱动机构的输出轴上，在芯模轴装上待缠绕的氢气瓶芯模后，通过手动电磁阀控制气动旋转夹爪松开或夹紧，即可快速的完成芯模的安装和拆卸，降低了对操作人员的能力要求。
11.二、连接固定组件包括安装在驱动机构的输出轴上的卡盘，以及安装在芯模轴端部的卡板，所述卡盘和卡板分别与驱动机构的输出轴和芯模轴可拆卸连接，所述卡盘上开设有与卡板配合的卡槽，所述卡板上与卡槽内相对应的设有螺纹孔，可通过螺栓进行安装固定。
12.在进一步的技术方案中，所述龙门架的底座上设有圆柱轴，所述定位立柱的底部设有与圆柱轴配合的直线轴承，所述定位立柱的顶部与龙门架的横梁滑动连接；所述定位立柱上还设有可将其位置锁定的定位机构。
13.在进一步的技术方案中，所述定位机构包括第一齿条和第一驱动气缸，所述第一齿条设于龙门架的横梁上，且所述第一齿条的延伸方向与定位立柱的滑动方向相同；所述第一驱动气缸设于定位立柱的顶部，所述第一驱动气缸的活塞端连接有可与第一齿条配合的第二齿条。
14.通过第一驱动气缸带动第二齿条与第一齿条的配合，可快速精准的完成对定位立柱的锁定和解锁，相比于现有技术中需要对半个设备进行移动和定位的结构，本发明的定位机构结构更加简单，操作更加方便。
15.在进一步的技术方案中，所述定位立柱的顶部设有安装槽，所述第一驱动气缸设于安装槽内，可对第一驱动气缸起到保护及稳定结构的作用，所述安装槽的槽壁上设有供第一驱动气缸的活塞端伸出的开口。
16.在进一步的技术方案中，所述定位立柱的顶端位于第二齿条的两侧设有一对滑板，所述第二齿条的两侧分别与两块滑板滑动连接，可保证第二齿条运动的稳定性。
17.在进一步的技术方案中，所述驱动机构包括与龙门架立柱转动连接的第一同步轮，所述第一同步轮通过连接轴与气动旋转卡盘可拆卸连接，所述龙门架立柱上设有第一旋转电机，所述第一旋转电机的输出轴通过第一同步带与各组驱动机构中的第一同步轮传动连接，龙门架的立柱上还设有机箱，第一旋转电机、各组第一同步轮和第一同步带均安装在机箱内，采用一个旋转电机作为动力，同时带动多组缠绕工位的旋转，可保证各缠绕工位旋转的同步性，提高设备的同步性精度和较高的缠绕效率。
18.在进一步的技术方案中，所述出纱结构包括设在纱架上的树脂槽和绕线辅助轮、设在纱架一侧的立板以及固定板，所述固定板通过第二同步轮与立板转动连接，固定板与第二同步轮偏心连接，所述立板上设有出纱口，所述第二同步轮的中部设有与出纱口连通可供碳纱穿过的圆孔，所述固定板上设有展纱轮和出纱轮；所述纱架上还设有第二旋转电机，所述第二旋转电机的输出轴通过第二同步带与各组出纱结构中的第二同步轮传动连接。
19.本发明采用固定板、展纱轮、出纱轮、出纱口和第二同步轮共同组成出纱组件，由高精度伺服电机带动整体滑动，实现精确定位，高速平稳运行，便于大跨度距离的运动，并通过一个旋转电机同步带动多组出纱组件进行多种角度的高精度旋转，可提高设备的同步性精度和缠绕效率，此外，固定板与第二同步带为可拆卸连接，便于工艺变更与扩展。
20.在进一步的技术方案中，所述纱架上对应每组出纱结构还分别设有张紧筒，用于保持碳纱具备一定的张紧力。
21.在进一步的技术方案中，所述龙门架的两侧立柱之间设有丝杆，丝杆由伺服电机带动，位于所述丝杆的两侧设有线轨，所述行走机构的底部设有与丝杆配合的丝杆支撑座，所述行走机构的两侧分别设有与线轨滑动配合的u型板。
22.本发明的有益效果是：
23.1、本发明采用五轴联动的工作模式完成对氢气瓶的智能化缠绕工作，相比现有技术中应用较多的卧式缠绕设备，仅需移动定位立柱即可，其所附带的结构组件少，操作更加便捷，结构更加稳定，具有更高的工作效率；
24.2、通过手动电磁阀控制气动旋转夹爪松开或夹紧，即可快速的完成芯模的安装和拆卸，降低了对操作人员的能力要求；
25.3、通过第一驱动气缸带动第二齿条与第一齿条的配合，可快速精准的完成对定位立柱的锁定和解锁，相比于现有技术中需要对半个设备进行移动和定位的结构，本发明的定位机构结构更加简单，操作更加方便；
26.4、采用一个旋转电机作为动力，同时带动多组缠绕工位的旋转，可保证各缠绕工位旋转的同步性，提高设备的同步性精度和较高的缠绕效率；
27.5、本发明的出纱组件由高精度伺服电机带动整体滑动，实现精确定位，高速平稳运行，便于大跨度距离的运动，并通过一个旋转电机同步带动多组出纱组件进行多种角度的高精度旋转，可提高设备的同步性精度和缠绕效率。
附图说明
28.图1是本发明实施例所述新能源氢气瓶五轴联动缠绕一体化智能装置的结构示意图一；
29.图2是图1中a处的放大图；
30.图3是图2中b处的放大图；
31.图4是本发明实施例所述新能源氢气瓶五轴联动缠绕一体化智能装置的结构示意图二；
32.图5是本发明实施例所述新能源氢气瓶五轴联动缠绕一体化智能装置的结构示意图三；
33.图6是图5中c处的放大图；
34.图7是图6中d处的放大图；
35.图8是本发明实施例所述新能源氢气瓶五轴联动缠绕一体化智能装置的结构示意图四；
36.图9是图8中e处的放大图。
37.附图标记说明：
38.10、龙门架；11、机箱；12、圆柱轴；13、直线轴承；14、第一齿条；21、定位立柱；211、安装槽；22、气动旋转卡盘；23、气动旋转夹爪；24、顶尖；25、第一驱动气缸；26、第二齿条；31、行走机构；32、纱架；321、立板；322、出纱口；33、出纱结构；331、第二旋转电机；332、第二同步带；333、第二同步轮；334、固定板；335、出纱轮；336、展纱轮；337、绕线辅助轮；338、树脂槽；34、丝杆；35、线轨；36、u型板；37、张紧筒；40、芯模轴。
具体实施方式
39.下面结合附图对本发明的实施例作进一步说明。
40.实施例：
41.一种新能源氢气瓶五轴联动缠绕一体化智能装置，如图1所示，包括龙门架10，龙门架10上设有可左右滑动的定位立柱21，定位立柱21与龙门架10的一侧立柱之间设有多组上下分布的缠绕工位，缠绕工位与龙门架10的立柱和定位立柱21之间均为可拆卸连接，龙门架10上设有驱动缠绕工位转动的驱动机构；龙门架10的底座上可滑动的设有行走机构31，行走机构31的滑动方向与定位立柱21的滑动方向相同，行走机构31上可滑动的设有纱架32，纱架32的滑动方向与行走机构31的滑动方向垂直，纱架32上对应每组缠绕工位分别设有出纱结构33，出纱结构33的出纱组件与纱架32可转动连接。
42.本发明整体为龙门架式的氢气瓶缠绕设备，其中，由可左右滑动的定位立柱21作为第一轴，通过定位立柱21的滑动，可满足不同长度芯模的工作需求；由驱动机构和缠绕工位构成旋转的第二轴，带动氢气瓶匀速旋转接受碳纱缠绕；由行走机构31带动纱架32上的出纱结构33左右滑动构成第三轴，改变出纱口322的横向位置；由纱架32带动出纱结构33垂直于缠绕工位做靠近或远离缠绕工位的前后滑动构成第四轴，该前后滑动由气缸伸臂轴带动；由出纱结构33中的出纱组件所做的旋转运动构成第五轴。
43.在本实施例中，龙门架由底座、立柱和横梁采用组合式焊接构成，焊接完成后上cnc加工在安装，可以有效的保证装配时的精度和长时间的稳定性。基础结构通过反复设计、计算、有限元分析等方法，优化设备底座机构及型材厚度，按照最大重量1吨的缠绕载荷工况下，底座强度设计安全系数36倍，最大变形量0.022mm。
44.在本实施例中，如图4所示，龙门架10的两侧立柱之间设有丝杆34，丝杆34由伺服电机带动，位于丝杆34的两侧设有线轨35，行走机构31的底部设有与丝杆34配合的丝杆支撑座，行走机构31的两侧分别设有与线轨35滑动配合的u型板36。
45.在本实施例中，如图1所示，龙门架10的底座上设有圆柱轴12，定位立柱21的底部设有与圆柱轴12配合的直线轴承13，定位立柱21的顶部与龙门架10的横梁滑动连接。
46.本发明采用五轴联动的工作模式完成对氢气瓶的智能化缠绕工作，相比现有技术中应用较多的卧式缠绕设备(该设备主要由两部分构成，一部分固定不动，另一部分可移动，用于配合安装固定芯模，其可滑动的组件结构复杂，整体滑动不方便)，本发明仅需移动定位立柱21即可，其所附带的结构组件少，操作更加便捷，结构更加稳定，具有更高的工作效率。
47.在另外一个实施例中，如图8-图9所示，缠绕工位包括芯模轴40，定位立柱21上对应每组缠绕工位分别设有一组可与该组缠绕工位中的芯模轴40的一端配合的顶尖24；驱动机构的输出轴上可拆卸的连接有气动旋转卡盘22，该气动旋转卡盘22为气动旋转三爪卡
盘，芯模轴40的另一端设有可与气动旋转卡盘22配合的气动旋转夹爪23，气动旋转夹爪23具有多个周向均匀分布且可沿径向松开或夹紧的夹爪部，夹爪部由手动电磁阀控制松开或夹紧。
48.本发明首先将气动旋转卡盘22预安装在驱动机构的输出轴上，在芯模轴40装上待缠绕的氢气瓶芯模后，通过手动电磁阀控制气动旋转夹爪23松开或夹紧，即可快速的完成芯模的安装和拆卸，降低了对操作人员的能力要求。
49.在另外一个实施例中，所述驱动机构的输出轴上可拆卸的安装有卡盘，所述芯模轴的端部可拆卸的安装有卡板，所述卡盘上开设有与卡板配合的卡槽，所述卡板上与卡槽内相对应的设有螺纹孔，可通过螺栓进行安装固定。
50.在另外一个实施例中，如图2所示，定位立柱21上还设有可将其位置锁定的定位机构，定位机构包括第一齿条14和第一驱动气缸25，第一齿条14设于龙门架10的横梁上，且第一齿条14的延伸方向与定位立柱21的滑动方向相同；第一驱动气缸25设于定位立柱21的顶部，第一驱动气缸25的活塞端连接有可与第一齿条14配合的第二齿条26。
51.通过第一驱动气缸25带动第二齿条26与第一齿条14的配合，可快速精准的完成对定位立柱21的锁定和解锁，相比于现有技术中需要对半个设备进行移动和定位的结构，本发明的定位机构结构更加简单，操作更加方便。
52.在本实施例中，如图3所示，定位立柱21的顶部设有安装槽211，第一驱动气缸25设于安装槽211内，可对第一驱动气缸25起到保护及稳定结构的作用，安装槽211的槽壁上设有供第一驱动气缸25的活塞端伸出的开口。
53.在本实施例中，如图3所示，定位立柱21的顶端位于第二齿条26的两侧设有一对滑板，第二齿条26的两侧分别与两块滑板滑动连接，可保证第二齿条26运动的稳定性。
54.在另外一个实施例中，如图1所示，驱动机构包括与龙门架10立柱转动连接的第一同步轮，第一同步轮通过连接轴与气动旋转卡盘22可拆卸连接，龙门架10立柱上设有第一旋转电机，第一旋转电机的输出轴通过第一同步带与各组驱动机构中的第一同步轮传动连接，龙门架10的立柱上还设有机箱11，第一旋转电机、各组第一同步轮和第一同步带均安装在机箱11内，采用一个旋转电机作为动力，同时带动多组缠绕工位的旋转，可保证各缠绕工位旋转的同步性，提高设备的同步性精度和较高的缠绕效率。
55.在另外一个实施例中，如图5-图7所示，出纱结构33包括设在纱架32上的树脂槽338和绕线辅助轮337、设在纱架32一侧的立板321以及固定板334，固定板334通过第二同步轮333与立板321转动连接，固定板334与第二同步轮333偏心连接，立板321上设有出纱口322，第二同步轮333的中部设有与出纱口322连通可供碳纱穿过的圆孔，固定板334上设有展纱轮336和出纱轮335；纱架32上还设有第二旋转电机331，第二旋转电机331的输出轴通过第二同步带332与各组出纱结构33中的第二同步轮333传动连接。
56.本发明采用固定板334、展纱轮336、出纱轮335、出纱口322和第二同步轮333共同组成出纱组件，由高精度伺服电机带动整体滑动，实现精确定位，高速平稳运行，便于大跨度距离的运动，并通过一个旋转电机同步带动多组出纱组件进行多种角度的高精度旋转，可提高设备的同步性精度和缠绕效率，此外，固定板334与第二同步带332为可拆卸连接，便于工艺变更与扩展。
57.在另外一个实施例中，如图8所示，纱架32上对应每组出纱结构33还分别设有张紧
筒37，用于保持碳纱具备一定的张紧力。
58.上述实施例中所涉及的主要技术参数如下：
59.1、缠绕直径：φ10-φ60mm；
60.2、芯模长度:800-1500mm；
61.3、主轴转速(第二轴)(正转和反转)：1-75r/min；
62.4、卡盘直径：φ160mm(气动旋转三爪卡盘)；
63.5、行走方向轴(第三轴)：有效行程1500mm，速度0-10m/min；
64.6、前后行程(第四轴)：行程150mm、速度0-10m/min；
65.7、最大缠绕速度：30m/min；
66.8、设有断纱检测功能；
67.9、控制单元：整体数控系统及触摸屏；
68.设备运行环境条件：
69.1)电源：ac380v
±
10％、50hz，三相五线制；
70.2)环境温度：5-35℃；
71.3)相对湿度：＜95％；
72.4)气源压力：0.6-0.8mpa。
73.以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。