一种可调温防粘预浸丝束减张输送装置的制作方法

本发明涉及一种自动铺丝设备，具体涉及一种可调温防粘预浸丝束减张输送装置，用于生产由复合材料制成的部件，有效减少了铺放过程的丝束张力，大幅简化了张力控制逻辑，提高了张力控制的可靠性。

背景技术：

树脂基纤维增强复合材具有重量轻、高强度、高模量、结构功能一体化和设计制造一体化等优点，尤其是碳纤维增强复合材料的应用，在轨道交通、能源装备、航空航天等领域有着非常广阔的应用前景。自动铺丝技术(afp)作为一种先进的复合材料制造技术，具有高效率、高精度和低成本的优点，已经成为大型复合材料自动化制造的重要装备。输送系统及输送方式作为纤维铺放设备的重要组成部分，是确保预浸丝束铺放速度、铺放精度以及成型效果的关键。

在现有的送料方案中，送料电机根据实际铺放速度以及测得张力值调节料卷转动速度，实现主动送料以及调节张力的作用。控制算法复杂且需要重复调试确定参数，根据张力反馈进行调节响应性慢，不利于张力的稳定调控。

复合材料已经得到广泛运用，如市场上已存在多种型号与配比的碳纤维预浸料。不同种类的预浸丝束具有不同的黏性，因此对设备的适用性也提出了更高的要求，能顺利地完成不同材料的铺放工作。同时黏性过大的预浸丝束易发生粘黏与回卷，降低设备的可靠性，因此实现对丝束粘性的控制意义重大。

技术实现要素：

为克服现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种可调温防粘预浸丝束减张输送装置，能简化控制算法，提高张力控制响应性，通过高压冷气降低预浸丝束的粘性，同时加装了张紧机构以解决因为丝束脆性及弹性所产生的冗余问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种可调温防粘预浸丝束减张输送装置，包括设置在纱架板顶面上的输送电机和制动器，设置在纱架板底面上的隔离膜收卷机构、输送装置安装板以及料卷机构，输送装置安装板上安装有气缸、张紧机构和输送装置，张紧机构与气缸相连并且设置在气缸底端，输送电机与输送装置相连，制动器与料卷机构相连，预浸丝束从料卷机构送出，经隔离膜收卷机构，再通过张紧机构后进入输送装置。

本发明进一步的改进在于，在输送过程中，气缸顶端通气，活塞杆向下推，活塞杆带动张紧机构到达最底端，张紧机构与丝束不接触；停止输送后，制动器制动力矩受控制达到最大值，气缸底部通气，使拉力大于输送装置的拖拽力，张紧机构向上将丝束提起，将冗余丝束拉直，同时气缸产生的拉力小于制动器提供的制动力。

本发明进一步的改进在于，输送装置包括主输送轴以及辅助输送轴，主输送轴和辅助输送轴上均套装有输送辊，主输送轴以及辅助输送轴均与输送电机相连。

本发明进一步的改进在于，主输送轴与辅助输送轴之间通过齿轮副或皮带相连。

本发明进一步的改进在于，输送辊与主输送轴和辅助输送轴通过螺栓连接。

本发明进一步的改进在于，输送装置安装板一侧设置有齿轮箱，并且输送装置安装板与齿轮箱形成封闭腔体，主输送轴和辅助输送轴设置在封闭空腔内并伸出封闭空腔，主输送轴和辅助输送轴为中空结构且侧壁上均开设有若干孔，输送装置安装板上设置有气嘴，高压冷气通过气嘴进入封闭空腔，封闭空腔内的冷气沿主输送轴和辅助输送轴侧壁上孔进入中空结构中，封闭空腔外部的主输送轴和辅助输送轴的侧壁上也开设有若干孔；

输送辊在圆周方向开侧孔，且安装后其侧孔位置与主输送轴和辅助输送轴的侧壁上的孔同轴心，最终高压冷气从输送辊上的侧孔排出。

本发明进一步的改进在于，输送辊线速度是实际铺放速度的1.1～1.4倍；

在非铺放状态下，输送辊怠速旋转，始终与丝束保持打滑状态。

本发明进一步的改进在于，输送装置安装板上安装有两根导向梳杆，导向梳杆用于将经过张紧机构的预浸丝束从竖直状态翻折为水平状态，并且预浸丝束与两个输送辊贴合；

主输送轴和辅助输送轴上下错位设置，两根导向梳杆位于同一竖直面内，间隙小于6.25mm，两根导向梳杆之间的中心线所在水平面与最上方的输送辊相切。

本发明进一步的改进在于，停止铺放时，输送电机控制输送辊怠速转动，制动器输出最大扭矩，张紧机构在气缸作用下将预浸丝束向上提起拉直；铺放过程中，输送电机控制输送辊以铺放速度1.1～1.4倍的线速度转动，制动器根据料卷直径调整转矩，张紧机构在气缸作用下保持在最底部与预浸丝束不发生接触，预浸丝束进入输送装置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：在输送过程中，气缸顶端通气，活塞杆向下推，活塞杆带动张紧机构到达最底端，张紧机构与丝束不接触，预浸丝束从料卷机构送出，经隔离膜收卷机构，再通过张紧机构后进入输送装置；停止输送后，制动器制动力矩受控制达到最大值，气缸底部通气，使拉力大于输送装置的拖拽力，张紧机构向上将丝束提起，增加了丝束路径的行程，将冗余丝束拉直，同时气缸产生的拉力小于制动器提供的制动力，防止丝束被抽出达不到张紧效果。张紧机构解决了因为丝束脆性及弹性所产生的冗余问题。本发明不需要复杂的张力控制算法以及额外的张力控制与缓冲机构就能将预浸丝束的铺放张力有效减少至2n，提高张力控制响应性。

进一步的，高压冷气从气嘴进入齿轮箱中，再由主输送轴和辅助输送轴侧壁上的孔进入轴内的空腔，并沿空腔通向外侧。最后高压冷气从输送辊侧孔排出，同时对输送辊以及预浸丝束进行降温，减小丝束的粘性，高压冷气还起到了将预浸丝束与输送辊表面脱离，防止因粘黏导致的回卷。根据不同预浸丝束的材料可进行温度调节，所使用的预浸丝束越粘，通入温度更低的冷气，防粘效果越佳。

进一步的，高压冷气从输送辊侧孔排出能在一定程度上将丝束从输送辊表面吹离，进一步防止丝束粘黏回卷。

进一步的，预浸丝束在张力作用下贴合于输送辊表面，输送辊以铺放速度1.1～1.4倍的线速度转动，持续与预浸丝束表面打滑，预浸丝束所受摩擦力方向与路径一致，克服了一定的制动力，从而减小了张力。

进一步的，输送辊拆卸和安装省力，便于更换与清理。

附图说明

图1是可调温防粘预浸丝束减张输送装置的结构示意图。

图2是可调温防粘预浸丝束减张输送装置的三维示意图。

图3是输送装置传动系统三维示意图。

图4是输送装置的剖面示意图。

图中：1为制动器；2为输送电机；3为纱架板；4为隔离膜收卷机构；5为气缸；6为张紧机构；7为输送装置；8为料卷机构；9为导向机构；10为电机安装板；11为气嘴；12为齿轮箱；13为导向梳杆；14为输送辊；15为输送装置安装板；16为直齿轮副；17为电机输出轴；18为锥齿轮副；19为主输送轴；20为辅助输送轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细描述。

如图1所示，本发明的一种可调温防粘预浸丝束减张输送装置，包括设置在自动铺丝设备的纱架板3顶面上的输送电机2和制动器1，设置在纱架板3底面上的隔离膜收卷机构4、输送装置安装板15、料卷机构8以及导向机构9，导向机构9设置在料卷机构8一侧。输送装置安装板15上安装有气缸5、张紧机构6和输送装置7，输送电机2与输送装置7相连，制动器1与料卷机构8相连，张紧机构6与气缸5相连并且设置在气缸5底端，预浸丝束从料卷机构8送出，经隔离膜收卷机构4，再通过张紧机构6后进入输送装置7。

在输送过程中，气缸5顶端通气，活塞杆向下推，活塞杆带动张紧机构6到达最底端，张紧机构6位于行程最底端，与丝束不接触；设备停止后，制动器1制动力矩受控制达到最大值，气缸5底部通气，保证拉力大于输送装置7的拖拽力，张紧机构6向上将丝束提起，增加了丝束路径的行程，将冗余丝束拉直，同时气缸5产生的拉力小于制动器1提供的制动力，防止丝束被抽出达不到张紧效果。可见，所述张紧机构6受双向气缸作用，铺丝设备工作状态下摆杆在气压作用下固定在限位点，对预浸丝束输送过程不产生影响；当设备停止时摆杆受另一侧气压作用将丝束拉直，气缸5所产生的拉力应小于将丝束从料卷抽出大制动力，同时大于输送装置的摩擦驱动力。

本发明中输送装置7包括主输送轴19以及辅助输送轴20，主输送轴19和辅助输送轴20上下错位设置，主输送轴19以及辅助输送轴20均与输送电机2相连，主输送轴19和辅助输送轴20上均套装有输送辊14，主输送轴19与辅助输送轴20之间可以通过齿轮副传动，也可以通过皮带传动。输送辊14与主输送轴19和辅助输送轴20螺栓连接，可便捷安装和拆卸。

丝束附着于输送装置的输送辊14上，在张力作用下丝束与输送辊14表面接触产生压力，输送辊14表面摩擦力驱动作用使丝束从料卷上抽出，同时摩擦力克服张力起到了减张的作用；

参见图3，输送电机2设置在电机安装板10上，输送电机2的电机输出轴17通过锥齿轮副18与主输送轴19相连，主输送轴19通过直齿轮副16与辅助输送轴20相连。

如图2所示，输送装置安装板15一侧设置有齿轮箱12，并且输送装置安装板15与齿轮箱12形成封闭腔体，主输送轴19和辅助输送轴20设置在封闭空腔内并伸出封闭空腔，主输送轴19和辅助输送轴20为中空结构且侧壁上均开设有若干孔，输送装置安装板15上设置有气嘴11，高压冷气通过气嘴11进入封闭空腔，封闭空腔内的冷气沿主输送轴19和辅助输送轴20侧壁上孔进入中空结构中，封闭空腔外部的主输送轴19和辅助输送轴20的侧壁上也开设有若干孔，确保冷气沿圆周方向排出。

同样的，输送辊14在圆周方向开侧孔，且安装后其侧孔位置与主输送轴19和辅助输送轴20的侧壁上的孔同轴心，最终高压冷气从输送辊14与预浸丝束的接触面处排出。

通过气嘴11从外部通入高压冷气对腔体内的输送过程进行降温，冷气来源可以是涡流管，也可以是冷气箱等。冷气温度可在5℃至20℃范围内调节，降低丝束粘性以保证不同材料的输送效果。

输送辊14线速度始终大于实际铺放速度，输送辊14线速度是实际铺放速度的1.1～1.4倍，优选1.3倍。在非铺放状态下输送辊14以20mm/s至50mm/s的线速度怠速旋转，始终与丝束保持打滑状态。

如图2所示，输送装置安装板15上安装有两根导向梳杆13，用于限制丝束翻转角度，导向梳杆13将经过张紧机构6的预浸丝束从竖直状态翻折为水平状态，预浸丝束与两个输送辊14能平整贴合，并限制其随出料位置不同产生的上下摆动，确保输送过程预浸丝束路径的稳定。本发明中两根导向梳杆13竖直排布(即位于同一竖直面内)，间隙小于6.25mm，使丝束不会随意翻折，两根导向梳杆13之间的中心线所在水平面与最上方的输送辊14相切。

预浸丝束在张力作用下贴合于输送辊14表面，输送辊14以铺放速度1.3倍的线速度转动，持续与预浸丝束表面打滑，预浸丝束所受摩擦力方向与路径一致，克服了一定的制动力，从而减小了张力。

如图4所示，高压冷气从气嘴11进入齿轮箱12中，再由主输送轴19和辅助输送轴20侧壁上的孔进入轴内的空腔，并沿空腔通向外侧。最后高压冷气从输送辊14侧孔排出，同时对输送辊14以及预浸丝束进行降温，减小丝束的粘性，高压冷气还起到了将预浸丝束与输送辊14表面脱离，防止因粘黏导致的回卷。所使用的预浸丝束越粘，通入温度更低的冷气，防粘效果越佳。该装置可将丝束铺放张力减小至2n以内。

该装置有两种工作状态。停止铺放时，输送电机2控制输送辊14保持50mm/s的线速度怠速转动，制动器1输出最大扭矩防止料卷转动，张紧机构4在气缸5作用下将预浸丝束向上提起拉直；铺放过程中，输送电机2控制输送辊14以铺放速度1.3倍的线速度转动，制动器1根据料卷直径调整转矩，并提供6n制动力，张紧机构6在气缸5作用下保持在最底部与预浸丝束不发生接触。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，在不脱离本发明构思的前提下，所做出简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。