一种可调节多束纤维螺旋缠绕装置

1.本发明属于纤维缠绕装置技术领域，具体涉及一种可调节多束纤维螺旋缠绕装置。


背景技术：

2.纤维缠绕装置广泛应用到压力容器的生产过程中，作为内胆承压层，保证着压力容器的性能与工作寿命。目前压力容器应用范围广，容器尺寸、结构多样化，这给缠绕设备的通用性带来了挑战。
3.在纤维缠绕工艺方面，以单束纤维缠绕为主，在缠绕过程中，会引起纤维堆叠，缠绕不均匀，以及缠绕过程中纤维滑移，局部应力集中。该工艺缠绕效率低，质量差。单束纤维缠绕设备已无法满足压力容器日益增长的市场需求，因此急需开发缠绕效率更高，缠绕质量更好，缠绕产品性能更优的纤维缠绕设备。


技术实现要素：

4.针对上述技术问题，本发明提供了一种可调节多束纤维螺旋缠绕装置，该装置可以提高螺旋缠绕的适应性。
5.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
6.一种可调节多束纤维螺旋缠绕装置，包括架体和导丝头，所述架体上设有通孔，导丝头设有若干个，若干个导丝头沿通孔中心呈环形分布并均与架体滑动连接，各导丝头内均可伸出纤维；所述架体上设有伸缩机构，通过伸缩机构驱动各导丝头伸缩。
7.所述导丝头为空心杆，其两端设有开口，纤维可以从一端开口进入空心杆内，从而另一端开口伸出；所述空心杆的另一端为扁平状，该另一端开口的形状与纤维的截面形状相同。
8.所述导丝头通过连接套与架体滑动连接，连接套与架体转动连接，导丝头与连接套滑动连接，通过伸缩机构驱动各导丝头沿连接套的滑动；还包括第一驱动机构，第一驱动机构与连接套连接并驱动可导丝头旋转。
9.所述第一驱动机构包括第一驱动元件和第一齿轮传动机构，第一驱动元件通过第一齿轮传动机构与连接套连接，驱动各导丝头旋转。
10.5、根据权利要求4所述的一种可调节多束纤维螺旋缠绕装置，其特征在于：所述第一齿轮传动机构包括第一齿圈和第一连接柱，所述第一齿圈与架体转动连接，第一驱动元件与第一齿圈连接并驱动第一齿圈旋转；所述第一连接柱设有若干个并均与架体转动连接，每个导丝头均连接有一个第一连接柱；通过第一齿圈的转动驱动第一连接柱转动，第一连接柱带动导丝头旋转，第一连接柱的一端设有与第一齿圈啮合的第一连接齿轮，第一连接柱的另一端设有第一传动齿轮，第一传动齿轮与连接套上设有的第一驱动齿轮啮合。
11.所述第一齿圈通过回转支承与架体滑动连接，第一齿圈与回转支承滑动连接，在第一齿圈与回转支承之间设有第三驱动机构，通过第三驱动机构驱动第一齿圈轴向滑动；
若干个第一连接柱分为至少两组，通过第一齿圈的移动可与其中一组或几组第一连接柱上的第一连接齿轮啮合，驱动相应的导丝头旋转。
12.所述第一驱动元件通过第一蜗杆或齿轮与回转支承上的齿牙啮合，带动第一齿圈旋转。
13.所述伸缩机构包拨叉机构和第二驱动机构，拨叉机构设有若干个，每个导丝头均连接有一个拨叉机构；所述拨叉机构包括拨叉和导向杆，所述导向杆与架体固定连接，拨叉与导向杆滑动连接，拨叉的一端与导丝头转动连接；第二驱动机构与拨叉连接，驱动拨叉沿导向杆滑动。
14.所述第二驱动机构包括第二驱动元件、第二齿轮传动机构和丝杆螺母机构，所述丝杆螺母机构设有若干个，每个拨叉均连接有一个丝杆螺母机构，丝杆螺母机构中丝杆的一端与拨叉固定连接，丝杆螺母机构中的螺母与架体转动连接；
15.所述第二齿轮传动机构包括第二齿圈和第二连接柱；所述第二齿圈与架体转动连接，通过第二驱动元件驱动第二齿圈旋转；所述第二连接柱设有若干个并均与架体转动连接，每个丝杆螺母机构均连接有一个第二连接柱；通过第二齿圈的转动驱动第二连接柱转动，第二连接柱带动导丝头伸缩，第二连接柱的一端设有与第二齿圈啮合的第二连接齿轮，第二连接柱的另一端设与螺母的外齿啮合的第二传动齿轮。
16.所述第二齿圈为双齿圈结构，双齿圈的内齿与第二齿轮啮合，第二驱动元件通过第二蜗杆或齿轮与双齿圈的外齿啮合。
17.本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：
18.若干个导丝头沿通孔中心呈环形分布并均与架体滑动连接，各导丝头内均可伸出纤维，引出的纤维可以呈螺旋状平均分布在压力容器的外表面；伸缩机构驱动各导丝头伸缩，可以根据压力容器外形的变化控制导丝头伸缩，从而使纤维可以很好的贴合压力容器，提高了缠绕效果和适应性。
19.通过第一驱动机构驱动各导丝头旋转改变各纤维的角度，可以使纤维更好的与压力容器表面贴合。采用该装置在缠绕时，可以保证各纤维之间均匀分布，纤维之间不发生重叠或交叉，在保证缠绕效率的同时，可以有效减少纤维的使用。
20.空心杆的另一端为扁平状，该另一端开口的形状与纤维的截面形状相同；设置为扁平状可以防止导丝头之间发生干涉。开口形状为与纤维的截面形状相同，可以保证纤维顺利穿过并可带动纤维旋转。
21.第一驱动机构包括第一驱动元件和第一齿轮传动机构，第一驱动元件通过第一齿轮传动机构与各导丝头连接，驱动各导丝头旋转。采用齿轮传动方式，可以保证传动过程平稳和精准。
22.通过第一齿轮传动机构的结构设置，可以驱动所有导丝头进行旋转，而且其结构简单，设置合理。
23.若个第一连接柱分为至少两组，通过第一齿圈的移动可与其中一组或几组第一连接柱上的第一连接齿轮啮合，驱动相应的导丝头旋转。即可以压力容器的尺寸选择导丝头的数量，然后通过齿圈的一端，驱动相应数量的导丝头旋转。因此，可以根据压力容器的尺寸，控制所需要旋转的导丝头，实现可变式驱动。
附图说明
24.图1是本发明一个方向的轴测图；
25.图2是图1中a平面的剖视图；
26.图3是图2中a处的局部放大图；
27.图4是图2中b处的局部放大图；
28.图5是本发明另一个方向的轴测图；
29.图6是图5中b平面的剖视图；
30.图7是图6中c处的局部放大图；
31.图8是图6中d处的局部放大图；
32.图9是本发明拨叉机构的结构示意图；
33.图10是本发明的原理图一；
34.图11是本发明的原理图二；
35.图12是本发明的控制系统示意图；
36.其中：1为架体，100为通孔，2为导丝头，3为第一驱动机构，300为第一驱动元件，301为第一齿轮传动机构，3010为第一齿圈，3011为第一连接柱，3012为第一连接齿轮，3013为第一驱动齿轮，3014为第一传动齿轮，4为回转支承，400为内圈，401为外齿圈，402为滑柱，5为第三驱动机构，6为第一蜗杆，7为连接套，8为伸缩机构，800为拨叉机构，8000为拨叉，8001为导向杆，801为第二驱动机构，8010为第二驱动元件，8011为第二齿轮传动机构，80110为第二齿圈，80111为第二连接柱，80112为第二连接齿轮，80113为第二传动齿轮，8012为丝杆螺母机构，80120为螺母，80121为丝杆，9为第二蜗杆，10为卡箍，11为纤维。
具体实施方式
37.下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.如图1至11所示，一种可调节多束纤维螺旋缠绕装置，包括架体1和导丝头2，架体1上设有通孔100，导丝头2设有若干个，若干个导丝头2沿通孔100中心呈环形分布并均与架体1滑动连接，各导丝头2内均可伸出纤维；架体1上设有伸缩机构8，通过伸缩机构8驱动各导丝头2伸缩。
39.使用时，将待缠绕的工件穿过架体1上的通孔100，并通过相应的固定装置进行固定。通过固定装置可以带动工件旋转和移动。固定装置可以采用多种结构实现，如可以设置卡盘和可移动的底座上，卡盘设置在底座上，通过卡盘夹持工件并带动工件旋转，底座带动卡盘和工件移动。
40.缠绕时，从纱架上引出若干束纤维并经过现有的张力控制器控制张力，每束纤维分别穿过对应的导丝头2；各导丝头2伸出的单束纤维汇聚呈多束纤维，多束纤维平均分布在工件的表面，纤维之间不重叠和交叉。之后通过工件的旋转和移动，将多束纤维呈螺旋状同时缠绕在工件的表面。
41.在进行缠绕时，导丝头2可以根据工件(如压力容器内胆)的外形变化进行伸缩，从
而保证纤维可以很好的贴合工件外表面，进一步提高缠绕效果和适应性；同时，还可适应不同规格的工件。
42.进一步，导丝头2通过连接套7与架体1滑动连接，连接套7与架体1转动连接，导丝头2与连接套7滑动连接，通过伸缩机构8驱动各导丝头2沿连接套7的滑动；还包括第一驱动机构3，第一驱动机构3与连接套7连接并可驱动导丝头2旋转。
43.通过设置有连接套7在保证导丝头2旋转的同时还可以沿连接套7移动。具体的可以在连接套7内设有凸起，导丝头2上设有相应的键槽，通过键槽与凸起的配合实现滑动；当然，也可以将连接套7的内孔设置为棱型孔，导丝头2外部也为棱形；故本领域技术人员可以采用多种结构设置实现两者的滑动连接。
44.因此，在缠绕过程中，各导丝头2可以带动各纤维旋转，使各纤维更好贴合在工件的外表面。
45.进一步，导丝头2可以采用多种结构设置，只要可以保证纤维通过即可，优选采用以下结构：
46.导丝头2为空心杆，其两端设有开口，纤维可以从一端开口进入空心杆内，从而另一端开口伸出；空心杆的另一端为扁平状，该另一端开口的形状与纤维的截面形状相同。常见的纤维的截面形状为矩形，因此另一端开口的形状也为矩形。通过此种结构设置，可以在导丝头2旋转的同时带动纤维也相应旋转。另一端开口与纤维之间存在间隙，保证纤维可以穿过即可；当然，在保证纤维移动的前提下，可以设计较小的间隙。
47.进一步，第一驱动机构3包括第一驱动元件300和第一齿轮传动机构301，第一驱动元件300通过第一齿轮传动机构301与各连接套7连接，驱动各导丝头2旋转。采用齿轮传动方式，可以保证各导丝头2的平稳、精准旋转。
48.进一步，第一齿轮传动机构301包括第一齿圈3010和第一连接柱3011，第一齿圈3010与架体1转动连接，第一驱动元件300与第一齿圈3010连接并驱动第一齿圈3010旋转；第一连接柱3011设有若干个并均与架体1转动连接，每个导丝头2均连接有一个第一连接柱3011；通过第一齿圈3010的转动驱动第一连接柱3011转动，第一连接柱3011带动连接套7(导丝头2)旋转，第一连接柱3011的一端设有与第一齿圈3010啮合的第一连接齿轮3012，第一连接柱3011的另一端设有第一传动齿轮3014，第一传动齿轮3014与连接套7上设有的第一驱动齿轮3013啮合。
49.当第一齿圈3010旋转时，可以通过与第一连接柱3011一端的第一连接齿轮3012啮合带动第一连接柱3011旋转；第一连接柱3011旋转，可以通过其上另一端的第一传动齿轮3014与连接套7上设有的第一驱动齿轮3013啮合，进而驱动导丝头2旋转。因此，当第一齿圈3010旋转时，可以驱动所有的导丝头2旋转。
50.进一步，由于工件的尺寸不同，因此缠绕不同的尺寸工件所使用的导丝头2(纤维)也不相同；简单举例：当缠绕较小规格的，通过20个导丝头2即可进行缠绕作业；当缠绕较大规格的，有可能需要40个导丝头2。虽然上述结构可以同时驱动所有导丝头2旋转，但适应性差，不能根据所需进行相应的控制。因此，采用以下结构实现分别控制，根据工件的规格驱动相应数量的导丝头2旋转，实现变驱动，优选采用以下结构：
51.第一齿圈3010通过回转支承4与架体1滑动连接，第一齿圈3010与回转支承4滑动连接，在第一齿圈3010与回转支承4之间设有第三驱动机构5，通过第三驱动机构5驱动第一
齿圈3010沿轴向滑动；若干个第一连接柱3011分为至少两组，通过第一齿圈3010的移动可与其中一组或几组第一连接柱3011上的第一连接齿轮3012啮合，驱动相应的导丝头2旋转。
52.具体的：回转支承4的内圈400与架体1固定连接，回转支承4的外齿圈401与第一齿圈3010滑动连接，反之亦可。对于滑动连接而言，本领域人员可以设置相应滑槽、滑柱402等结构实现，即在外齿圈401上设有滑柱402，第一齿圈3010与滑柱402连接，第一齿圈3010上设有相应的连接孔。对于第三驱动机构5而言，可以采用电动伸缩缸、螺杆升降机等多种具有伸缩功能的元件；以电动伸缩缸为例，电动伸缩缸的缸体与外齿圈固定连接，电动伸缩缸的杆体与外齿圈401固定，通过杆体的伸缩实现第一齿圈3010的滑动(移动)。
53.举例说明：当第一连接柱3011设有60个时，可以分为三组，每组包括20个连接柱(当然可不平均分)。当第一齿圈3010移动时，与第一组中的第一连接柱3011(20个)上的第一连接齿轮3012啮合，同时驱动20个第一连接柱3011旋转，即驱动20个导丝头2旋转对小规格的工件进行缠绕。
54.第一齿圈3010继续移动时，可以与两组的第一连接柱3011上的第一连接齿轮3012啮合，同时驱动40个第一连接柱3011旋转，即驱动40个导丝头2旋转对中等规格的工件进行缠绕。
55.第一齿圈3010再继续移动时，可以与三组(全部)的第一连接柱3011上的第一连接齿轮3012啮合，同时驱动60个第一连接柱3011旋转，即驱动60个导丝头2旋转对中等规格的工件进行缠绕。
56.具体的：各组中第一连接柱3011上的第一连接齿轮3012轴向长度可以设置为不同，各组的第一连接齿轮3012轴向长度逐渐增长或缩短，从而保证第一齿圈3010在移动过程中可以相应的第一连接齿轮3012啮合，增加或减少与之啮合的数量。当然，也可以改变各组中第一连接齿轮3012的设置位置，同样可以实现上述功能。
57.举例说明：第一连接柱3011设有60，同样分为三组；第一组中第一连接柱3011上的第一连接齿轮3012的轴向长度>第二组中第一连接柱3011上的第一连接齿轮3012的轴向长度>第三组中第一连接柱3011上的第一连接齿轮3012的轴向长度。因此，当第一齿圈3010移动时，可与第一组中的第一连接齿轮3012啮合；继续移动时，可同时与第一组和第二组中的第一连接齿轮3012啮合；再继续移动时，可同时与第一组、第二组和第三组中的第一连接齿轮3012啮合。
58.由于第一齿圈3010不仅需要通过第三驱动机构5驱动移动，同时还需要通过第一驱动件8010驱动其旋转；为此了保证第一驱动元件300始终与第一齿圈3010连接，本领域技术人员可以适当增加第一齿圈3010的轴向长度，保证其无论如何移动均可与第一驱动元件300连接。
59.当然，本领域技术人员，还可以将第一驱动件300与回转支承4或架体1之间采用滑动连接，从而可以保证第一驱动元件300可以随第一齿圈3010一同移动。
60.因此，本领域技术人员，可以采用多种结构实现第一驱动元件300与第一齿圈3010连接并驱动第一齿圈3010旋转。
61.但为了提高整体的运行效果，优选采用以下结构设置：
62.进一步，第一驱动元件300通过齿轮或第一蜗杆6与回转支承4上的齿牙(外齿圈401)啮合，带动第一齿圈3010旋转。采用结构设置，第一驱动元件300可固定在架体1上，无
需随第一齿圈3010一同移动，从而可以保证驱动过程中的平稳性。
63.伸缩机构8可以采用多种结构实现，无论采用何种结构只要可以实现导丝头2的伸缩即可，如：可以设置多个伸缩缸，通过伸缩缸的伸缩带动导丝头2的伸缩。优选采用以下结构设置：
64.进一步，伸缩机构8包拨叉机构800和第二驱动机构801，拨叉机构800设有若干个，每个导丝头2均连接有一个拨叉机构800；拨叉机构800包括拨叉8000和导向杆8001，导向杆8001与架体1固定连接，拨叉8000与导向杆8001滑动连接，拨叉8000的一端与导丝头2转动连接；第二驱动机构801与拨叉8000连接，驱动拨叉8000沿导向杆8001滑动。采用拨叉8000的结构设置，可以保证在不影响导丝头2转动的同时，方便控制其移动；而且相较于设置多个伸缩缸而言，该结构更为简单且合理，可以减少不必要动力的设置。
65.进一步，为了方便实现拨叉8000与导丝头2的连接，在导丝头2上固定有卡箍10，卡箍10上设有与拨叉8000连接的凹槽，拨叉8000的端部可卡入凹槽内与卡箍10转动连接。
66.进一步，第二驱动机构801包括第二驱动元件8010、第二齿轮传动机构8011和丝杆螺母机构8012，丝杆螺母机构8012设有若干个，每个拨叉8000均连接有一个丝杆螺母机构8012，丝杆螺母机构8012中丝杆80121的一端与拨叉8000固定连接，丝杆螺母机构8012中的螺母80120与架体1转动连接。通过丝杠螺母80120机构中螺母80120的转动转化为丝杆80121的移动，从而带动拨叉8000沿导向杆8001移动。
67.第二齿轮传动机构8011包括第二齿圈80110和第二连接柱80111，第二齿圈80110与架体1转动连接，第二驱动元件8010驱动第二齿圈80110旋转；第二连接柱80111设有若干个并均与架体1转动连接，每个丝杆螺母机构8012均连接有一个第二连接柱80111；通过第二齿圈80110的转动驱动第二连接柱80111转动，第二连接柱80111带动导丝头2伸缩，第二连接柱80111的一端设有与第二齿圈80110啮合的第二连接齿轮80112，第二连接柱80111的另一端设与螺母80120的外齿啮合的第二传动齿轮80113。
68.当第二齿圈80110转动时，可以通过与第二连接柱80111一端的第二连接齿轮80112啮合带动第二连接柱80111旋转；第二连接柱80111旋转，可以通过其上另一端的第二传动齿轮80113与螺母80120的外齿啮合，驱动螺母80120旋转；通过螺母80120的旋转运动转化为丝杆80121的移动，从而带动拨叉8000沿导向杆8001移动；拨叉8000与导丝头2连接，当拨叉8000移动时，可带动导丝头2也移动。因此，当第一齿圈3010旋转时，可以通过驱动所有的导丝头2伸缩。
69.进一步，如图12，还包括控制系统，通过控制系统实现设备整体的自动化运行，其主要包括工控机、控制器、位移传感器和角度传感器；工控机与控制器连接，位移传感器以及第二驱动元件与控制器连接，角度传感器以及第一驱动元件连接。通过位移传感器测量导丝头的伸缩，通过角度传感器测量导丝头的旋转，之后工控机向控制器发出指令，对第一驱动元件和第二驱动元件进行相应的控制。
70.当然，其它参与螺旋缠绕的部分也可设置相应的传感器进行控制，如：纱架上引出的纤维经过张力控制器后再进入导丝头内，因此张力控制器处也可以设置相应的传感器对张力进行控制；用于固定工件的固定装置也可以设置相应的位移传感器和角度传感器，对工件的旋转和位移进行控制。
71.因此，在本技术的基础上，本领域技术人员可以根据实际情况研制或开发相应的
控制系统进行控制，从而实现自动化。
72.上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。