专利名称：一种玻璃纤维增强树脂复合材料板簧的制造装置的制作方法
一种玻璃纤维增强树脂复合材料板簧的制造装置
技术领域：
本发明涉及一种纤维增强树脂复合材料板簧的制造装置，特别是一种采用纤维缠绕成型工艺制造纤维增强树脂复合材料板簧的设备。
背景技术：
板簧是汽车悬挂装置的一部分，用于在汽车骨架上悬挂汽车运转齿轮。当汽车横穿无摩擦区域时，板簧对于汽车坐垫和坐垫上的人必须有高度的振动柔韧性。当汽车的其它必要结构部件显示出较少的柔韧性和微小的挠度以保证主要汽车硬度时，板簧必须具有极大的柔韧性和巨大的挠度以保证汽车行驶时的摩擦力。由于板簧缠绕过程中张力需实时变化，且张力值及精度要求较高，目前的复合材料板簧纤维缠绕成型生产装置无法满足复合材料板簧纤维缠绕的要求，故迫切需要设计新 的针对板簧的生产制造设备。现有的用于生产板簧的缠绕机中具有的张力系统无法达到精密的控制及张力数据的实时显示，而纤维张力控制恰是纤维缠绕工艺的关键所在，直接关系到板簧产品内部的受力情况及铺展状态，直接影响到复合材料板簧的产品质量。现有张力控制系统多采用滚轮绕轴转动过程与行走中的纤维纱束之间的摩擦力来实现，张力调解力度有限，无法实时准确控制纤维的张力树脂，精度较低，误差较大。中国实用新型专利CN 202089643U公开了一种钢丝管缠绕机放线轮张力调节装置，包括张力轮，张力轮的两端设置有压紧盖，张力调节轮的内孔设置有刹车片槽，与刹车片对应的张力调节轮上设置有钉紧螺栓孔，钉紧螺栓孔与刹车片槽联通，钉紧螺栓孔内设钉紧螺栓，在张力调节轮的端部设置有卡丝槽。采用上述技术方案，本实用新型有以下优点放线轮套在轮轴上，靠放射线轮上的刹车片对放线轴进行刹车，从原来的轮边刹车改进为轴心刹车，张力均匀，工作时放线轮转动，不工作或者是缠绕在放线轮上的钢丝的牵拉力过大时，设置在放线轮轴心处的刹车片就抱紧放线轴，方便控制缠绕在放射线轮上的钢丝的放线速度。提闻广品的成品率。中国发明专利申请CN 101804928A公开了一种缠绕机纤维上胶设备张力控制装置及其控制方法，控制装置包括伺服电机、电机驱动器、浸胶辊、张力传感器、张力信号放大器、PLC控制器、弹簧导辊、刮胶板和辊轮；控制方法包括步骤一进行初始化，纤维预紧，启动装置；步骤二 张力传感器测量纤维上的张力值，传送给PLC控制器；步骤三PLC控制器传送控制信号给电机驱动器；步骤四电机驱动器通过伺服电机控制的浸胶辊转速，使得纤维的张力与张力的预设值在误差范围内；步骤五纤维经过刮胶板传输给缠绕机。本发明的张力的控制精度高，能够实现对张力的实时监测，和现有弹簧测量设备相比，测量精度提高很多，响应速度也提高了很多，而且装置操作方便。以及，中国发明专利申请CN 2608465A公开了一种数控纤维缠绕机磁力平衡张力装置，主要技术特征是它包括安装板，固定于安装板上带指示力矩刻度的永磁控制器、导丝辊支轴，所述的永磁控制器采用永久磁铁结构，其上有指示力矩的刻度，绕导丝辊支轴旋转的导丝辊，联接于永磁控制器伸出轴上的纱团芯轴，固定于纱团芯轴上的压块。具有不需施加电流，也不需其他任何控制装置，结构简单，调整方便等特点。然而，上述板簧制造设备均不具有闭路张力控制功能，具有一定缺陷。
发明内容为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种张力闭路控制系统、过改变纤维与摩擦辊之间的接触面积来改变玻璃纤维上的张力，能够现纤维张力的实时调节的制造装置，用于生产玻璃纤维增强树脂复合材料板簧。因此，本发明提供了一种玻璃纤维增强树脂复合材料板簧的制造装置，包括用于 架设纤维材料的纱辊I、与纱辊I相连的浸胶槽2、与浸胶槽2相连的张力控制器4、PMAC控制器5，其中，所述浸胶槽2与张力控制器4之间设有伺服电机3，所述张力控制器4与PMAC控制器5之间也设有伺服电机7和电机驱动器8，所述伺服电机3和张力控制器4分别与PMAC控制器5连接、受PMAC控制器5控制；所述张力控制器4包括速度传感器9、张力传感器10和机械部分，速度传感器9和张力传感器10分别受PMAC控制器5控制；所述机械部分包括固定辊架12和移动辊架11，固定辊架12和移动辊架11上均设有多个摩擦辊，所述移动辊架11与丝杠13连接、受PMAC控制器5控制；所述速度传感器9用于获得纤维材料相对于所述摩擦辊的移动(传送)速度信号，所述张力传感器10用于获得所述摩擦辊上缠绕的材料的张力信号。优选地，所述固定辊架12上设有3个摩擦辊，所述移动辊架11上设有4个摩擦辊。优选地，所述浸胶槽2中设有恒温加热装置和/或恒温加热浴槽。优选地，所述浸胶槽2和纱辊I之间设有一组用于增加材料张力的摩擦辊。优选地，张力传感器10和速度传感器9上分别设有用防止纤维材料从传感器上滑落的部件。优选地，所述PMAC控制器5具有显示屏和人机界面。优选地，所述PMAC控制器5具有预设并存储速度阈值和张力阈值的装置，还具有将从速度传感器9和张力传感器10中获得速度信号和张力信号与所述速度阈值和张力阈值进行比较的比较器，还具有通过获得比较器输出的结果控制丝杠13上下移动的装置。优选地，所述摩擦辊的设置方式是下压式、上提式、凸轮式、中心轴旋转式或曲轴式的。以下将更详细的描述本发明的技术方案本发明提供了一种玻璃纤维增强树脂复合材料板簧的制造装置，所述装置包括用于架设玻璃纤维材料的纱棍I、与纱棍I相连的浸胶槽2、与浸胶槽2相连的张力控制器4、PMAC控制器5。纱辊I的数量可以是单独一个或并列地多个。在浸胶槽2与张力控制器4之间设有伺服电机3，所述张力控制器4与PMAC控制器5之间也设有伺服电机7和电机驱动器8，所述伺服电机3和张力控制器4分别与PMAC控制器5连接、受PMAC控制器5控制。架设在纱辊I上的玻璃纤维先通过浸胶槽2然后在伺服电机3的驱动下进入张力控制器4中。为了增加装置的灵活性，也可以在纱辊和浸胶槽2之间设置一组摩擦辊，使得玻璃纤维纤维在进入浸胶槽2之前被拉伸而具有一定张力。由于玻璃纤维增强树脂复合材料板簧在制造时优选地应当在具有一定温度的环境下，将玻璃纤维充分浸泡到环氧树脂中，因此浸胶槽2中设有恒温加热装置和/或恒温加热浴槽。恒温加热装置或恒温加热浴槽中均可以通过加热管以实现，温度多为60±20°C，属于本领域技术人员能够掌握的技术，而不再赘述。所述张力控制器4包括速度传感器9、张力传感器10和机械部分。在电信号方面，速度传感器9和张力传感器10分别受PMAC控制器5控制。机械连接方面，所述机械部分包括固定辊架12和移动辊架11，固定辊架12和移动辊架11上均设有多个摩擦辊。固定辊架12和移动辊架11上的摩擦辊依次排列，使得玻璃纤维依次绕过固定辊架12和移动辊架11上的摩擦辊。固定辊架12对于张力控制器5是固定的，而移动辊架11通过丝杠13连接并受PMAC控制器5控制，因此可沿着丝杠13的导轨上下移动。由于移动，导致固定辊架12和移动辊架11上的摩擦辊之间的距离改变，从而改变绕在摩擦辊上的玻璃纤维的张力。张力控制器4中的速度传感器9用于获得纤维材料相对于所述摩擦辊的移动速度信号，所述张力 传感器10用于获得所述摩擦辊上缠绕的玻璃纤维的张力信号。PMAC控制器5具有预设并存储速度阈值和张力阈值的装置，允许操作人员预设玻璃纤维的传送速度阈值和张力阈值。该控制器5还具有将从速度传感器9和张力传感器10中获得速度信号和张力信号，与所述速度阈值和张力阈值进行比较的比较器，然后通过获得比较器输出的结果改变丝杠13上下移动，或改变玻璃纤维的传送速度。为了防止玻璃纤维从张力控制器4中滑落，张力传感器10和速度传感器9上应当分别设有用防止纤维材料从传感器上滑落的部件。例如在张力传感器10及速度传感器9的滚轮两端分别设置两个哑铃状辊及陶瓷环作为限位阀，以防止玻璃纤维纱束从滚轮上滑落。为了实现智能化操作，PMAC控制器5还应当具有显示屏和人机界面。显示屏中应当能够显示速度实测值、张力实测值，人机界面中允许用于操作纤维缠绕过程中的各项参数(包括缠绕速度、张力设定值及实际张力、缠绕圈数等)。装置运行时，与张力控制器4连接的伺服电机7上设有编码器，伺服电机7连接丝杠13，驱动丝杠上下移动从而带动丝杠上的摩擦辊相应动，实现固定辊架12和移动辊架11上的摩擦辊之间的距离变化。通过摩擦辊的摩擦力，以及使行走中的玻璃纤维角度变化，以及玻璃纤维与摩擦辊之间接触面积的变化，从而改变玻璃纤维的内部张力。与伺服电机7连接的编码器能够将张力信号传输给电机驱动器8，电机驱动器8控制伺服电机7的转速，而电机驱动器8的控制信号则由PMAC控制器8提供。张力传感器10和速度传感器9固定在张力控制4的机架上，从固定辊架12的摩擦辊上出来的纤维从张力传感器10上的滚轮纤维槽上侧绕过，张力传感器测量到受力，转换为电压信号，将电压信号传输给张力传感器10内的张力信号放大器；张力信号放大器对张力传感器10输出的电压信号进行放大和校准，然后输入至PMAC控制器5。PMAC控制器5接收张力信号而获得纤维的张力。在本发明中，伺服电机、编码器等常规机械传动装置的型号选择、连接安装和设置方式均属于本领域常规技术手段，因此不作赘述。在PMAC控制器中设定玻璃纤维的张力阈值，PMAC控制器5实时比较玻璃纤维的当前张力与预设阈值的差，通过差值控制丝杠速度和位置的改变，向电机驱动器8发送速度控制信号，通过电机驱动器8控制伺服电机7的转速，控制垂直丝杠13使得上下两组摩擦辊之间距离变化，从而改变玻璃纤维与摩擦辊之间的接触角度，也同时改变在摩擦辊上行走的玻璃纤维与摩擦辊的接触面积，因此改变摩擦辊对其上的玻璃纤维施加的摩擦力，实现对缠绕机的纤维的张力改变。张力的变化规律如图3、4所示，相邻摩擦辊间距离越大则张力越大，反之亦然。在本发明中，所述摩擦辊的设置方式可以是下压式、上提式、凸轮式、中心轴旋转式或曲轴式的。本发明的玻璃纤维增强树脂复合材料板簧的制造装置可实现玻璃纤维张力实时监测控制，其控制精度高，和现有的缠绕设备的张力控制相比，其数据监测更为精确，效率也更高。本制备装置还可将各阶段所需的张力值预先存储在PMAC控制器中，在缠绕设备运行过程中可以根据不同预设张力值来实时改变纤维的张力状况。本发明所述装置易于操作，结构简单，适合推广。
图I为本发明的制备装置的结构示意2为张力控制器5的结构示意3为张力控制器5中，下压式张力调节结构示意4为张力控制器5中，上提式张力调节方法结构示意5为张力控制器5中，凸轮式张力调节结构示意6为张力控制器5中，中心轴旋转式张力调节结构示意7为曲轴式张力调节结构示意中1、纱辊，2、浸胶槽，3、伺服电机，4、张力控制器，5、PMAC控制器，7、伺服电机，8、电机驱动器,9、速度传感器，10、张力传感器，11、可移动金属摩擦棍，12、固定金属摩擦辊，13、丝杠；101、张力最小;102、张力变大;103、张力最大。
具体实施方式通过下述实施例将会更进一步地理解本发明。如图I所示的制备装置，包括伺服电机3、7、8及伺服电机驱动器，张力传感器4、PMAC控制器6以及可以并排传导多根玻璃纤维的导纱系统、芯模、浸胶槽、纱架等组成。伺服电机3上设有编码器，丝杠13上导轨带动钢板上一组摩擦辊上下运行，编码器连接PMAC控制器4，将PMAC控制器4中得出的张力误差信号传递到伺服电机3上的电机驱动器，电机驱动器安装在伺服电机3上，由电机驱动器控制伺服电机3的工作固定辊架12和移动辊架11的摩擦辊都是圆柱形金属辊，其中3个金属辊连接在上部移动辊架11上，钢板与丝杠13连接，丝杠13与伺服电机3连接，并在丝杠13旁边装有两个限位阀。另外一组摩擦辊是由4个金属辊组成，连接在另一块固定辊架12上，固定辊架12与固定机架连接。
当经过浸胶槽的玻璃纤维获得初始张力(例如通过绕过一对摩擦辊以获得张力)后经过两组摩擦辊之间，由PMAC控制器4所传递的张力信号决定两组摩擦辊之间的距离，以及玻璃纤维在两组摩擦辊之间的状态(例如接触面角度、传送速度)。其中浸胶槽2中盛放胶液应处于水浴中，例如保持60°C恒温。张力传感器10测得的张力信号进入到PMAC控制器5中，与设定的张力值进行比较运算，输出相对应的电信号以控制摩擦棍电机的输出对应转矩，构成一个完整的闭环系统来实现玻纤的张力控制纤维缠绕装置中导纱结构属于本领域现有技术，可包括一台小电机、水平控制轴、丝杠及其上的导纱嘴，所述的水平控制轴与丝杠保持水平平行，水平控制轴的两端连接在丝杠两侧板上并固定在丝嘴主架的下方。丝杠的一端连接伺服电机，经张力控制后的纤维经过导纱嘴时伺服电机控制下随芯模宽度方向来回往复的移动。PMAC控制器5控制恒定线速度运行，导纱电机根据主轴电机的位置反馈进行跟随运动，本领域技术人员可按照工艺要求合理安排玻璃纤维(纱)的入口角度。为了满足设备的工艺要求，需要编制程序在主轴旋转到不同位置时对张力值进行实时连续的控制以及导纱电机的运动。运行时，首先，安装芯模，设备进行程序初始化，玻璃纤维预紧，启动装置。使通过纱辊I和浸胶槽2之间的摩擦辊组使玻璃纤维具有初始张力，这样会更有助于使纤维充分浸胶。其次，张力传感器10测量浸胶后的纤维上张力值，传送给PMAC控制器5，PMAC控制器5通过计算给出张力控制信号并传送给张力调节系统的伺服电机3的驱动器。纤维通过张力传感器10及速度传感器9，张力传感器10及速度传感器9测得纤维上的张力值及走纱速度，并将该信号传输到PMAC控制箱5，通过一系列的计算，得到纤维张力值与速度值，并将其与预设值进行比较，确定所存在的误差，PMAC控制箱5将该误差传递到伺服电机3。然后，伺服驱动器驱动伺服电机5控制丝杠13上摩擦辊11的移动距离及纤维纱束在固定辊上的角度、长度，改变摩擦辊与纤维之间的接触面积，使得纤维的张力与张力的预设值在误差范围内。通过PMAC控制器5给出的控制信号带动伺服电机3控制丝杠13上的摩擦辊的上下移动。伺服电机判断实际张力值是否大于张力预设值，如果大于则与丝杠13连接的一组摩擦辊11向上移动，两组摩擦辊之间的距离变小、角度增大，两组摩擦辊之间的纤维长度缩短，纤维稍松，从而使其张力值减小直至回复到预设值。如果实际张力值小于张力预设值，则与丝杠13相连接的一组摩擦辊11向下移动，两组摩擦辊之间的纤维长度增加，纤维与摩擦辊之间的角度减小，使得纤维上张力值增加至预设值。通过通知两组摩擦辊11、12之间的纤维长度及纤维与摩擦辊之间的接触角度，即摩擦辊与纤维之间的接触面积，来控制纤维张力，使纤维张力在系统运行过程中始终处于与张力预设值在误差允许的范围之内。张力的改变可通过下压式或上提式进行调节，如图3、4所示。最后，纤维经过导纱嘴2将玻璃纤维纱传输给模具芯模(图中未画出)。在张力控制器4中，可将丝杠13带动的摩擦辊改为向上走动以增加玻璃纤维纱与摩擦辊的接触面积，从而增加纤维的张力，如图4所示。或者替换地采用凸轮式的设计，将曲轴及其上曲柄、摩擦辊以凸轮替换，凸轮上开一个鹅蛋型光滑槽，由于凸轮的不断旋转，使纤维与摩擦辊的接触面积的改变，从而改变纤维张力，使其与张力预设值在允许误差范围内，如图5所示。或者替换地采用中心轴旋转式设计，由一组四个摩擦辊，其中中间两个摩擦辊由一个轴连接起来且能够随该轴在轴直径范围内旋转运动，以此来改变纤维与摩擦辊之间的接触面积，从而改变纤维束上的张力，如图6所示。又或者可选地采用曲轴式设计，通过将纱置于摩擦辊的同侧，并在该侧配置一个曲轴，曲轴上配置几个曲柄，分别连接摩擦辊，这些摩擦辊跟随曲轴上下运动，以使玻璃纤维纱与摩擦辊的接触面积改变，从而使其上的张力值与预设值保持在允许误差的范围内如图7所示。 通过上述组成，本发明中的装置中纤维张力可实现实时监测控制，而且各阶段所需的张力值预先存储在PMAC控制器中，在缠绕设备运行过程中可以根据不同预设张力值来实时改变纤维的张力状况。本发明的装置可用于生产玻璃纤维型板簧，通过改变玻璃纤维的张力调整板簧的在生产过程中的张力，以调整板簧的产生制造过程和产品性能，具有良好的灵活性和广泛适应性。
权利要求
1.一种玻璃纤维增强树脂复合材料板簧的制造装置，包括用于架设纤维材料的纱辊(I)、与纱辊(I)相连的浸胶槽(2)、与浸胶槽(2)相连的张力控制器(4)、PMAC控制器(5)，其特征在于所述浸胶槽(2)与张力控制器(4)之间设有伺服电机(3)，所述张力控制器(4)与PMAC控制器(5)之间也设有伺服电机(7)和电机驱动器(8)，所述伺服电机(3)和张力控制器(4)分别与PMAC控制器(5)连接、受PMAC控制器(5)控制；所述张力控制器(4)包括速度传感器(9)、张力传感器(10)和机械部分，速度传感器(9)和张力传感器(10)分别受PMAC控制器(5 )控制；所述机械部分包括固定辊架(12 )和移动辊架(11)，固定辊架(12 )和移动辊架(11)上均设有多个摩擦辊，所述移动辊架(11)与丝杠(13 )连接、受PMAC控制器(5)控制；所述速度传感器(9)用于获得纤维材料相对于所述摩擦辊的移动速度信号，所述张力传感器(10)用于获得所述摩擦辊上缠绕的材料的张力信号。
2.根据权利要求I所述的制造装置，其特征在于所述固定辊架(12)上设有3个摩擦辊，所述移动辊架(11)上设有4个摩擦辊。
3.根据权利要求I所述的制造装置，其特征在于所述浸胶槽(2)中设有恒温加热装置和/或恒温加热浴槽。
4.根据权利要求I所述的制造装置，其特征在于所述浸胶槽(2)和纱辊(I)之间设有一组用于增加材料张力的摩擦辊。
5.根据权利要求I所述的制造装置，其特征在于张力传感器(10)和速度传感器(9)上分别设有用防止纤维材料从传感器上滑落的部件。
6.根据权利要求I所述的制造装置，其特征在于所述PMAC控制器(5)具有显示屏和人机界面。
7.根据权利要求I所述的制造装置，其特征在于所述PMAC控制器(5)具有预设并存储速度阈值和张力阈值的装置，还具有将从速度传感器(9)和张力传感器(10)中获得速度信号和张力信号与所述速度阈值和张力阈值进行比较的比较器，还具有通过获得比较器输出的结果控制丝杠(13)上下移动的装置。
8.根据权利要求2所述的制造装置，其特征在于所述摩擦辊的设置方式是下压式、上提式、凸轮式、中心轴旋转式或曲轴式的。
全文摘要
本发明提供了一种玻璃纤维增强树脂复合材料板簧的制造装置，包括纱辊、浸胶槽、张力控制器和PMAC控制器，其中，浸胶槽与张力控制器连接，张力控制器与PMAC控制器连接，它们之间设有电机；所述张力控制器包括速度传感器、张力传感器和机械部分，它们分别受PMAC控制器控制；所述机械部分包括一组固定的和一组移动的摩擦辊。本发明中的装置可对纤维张力实现实时监测控制，而且各阶段所需的张力值可预先设置，在纤维材料缠绕过程中可以根据不同预设张力值来实时改变纤维的张力状况。
文档编号B29C53/80GK102642303SQ20121015635
公开日2012年8月22日 申请日期2012年5月18日 优先权日2012年5月18日
发明者席长飞, 张小燕, 王大鹏, 王庆明, 高国强 申请人:北京中材汽车复合材料有限公司