专利名称：矩形管玻璃钢纤维缠绕方法
技术领域：
本发明涉及纤维缠绕复合材料制品中的矩形管缠绕轨迹的设计以及实施的方法。
背景技术：
随着玻璃钢材料及其制品在各个行业被广泛采用，其独特的优越性能已被各个行业所肯定。针对不同的行业，玻璃钢材料的新型产品层出不穷。玻璃钢的质量轻，强度高，耐腐蚀，寿命长，耐气候，阻燃，耐高温等性能得到了广泛的应用。随着各行业逐步加大使用玻璃钢材质产品的力度，玻璃钢的力学性能和成型工艺将面临巨大挑战。玻璃钢的成型工艺，决定玻璃钢产品的形状和应用前景。玻璃钢的力学性能要求，则决定了玻璃钢能否在力学性能要求较高的行业有较大的发展空间。矩形端面的大口径管道式玻璃钢产品的应用，在市场上并不多见。与其存在的强度差，易变形等缺陷有关。在我国矩形等非回转体制品的缠绕，主要是基于相当圆理论，利用回转体构件缠绕方法来缠绕，即在实际进行方管缠绕时，利用在缠绕机上输入虚拟圆管的缠绕控制参数的方法来实现对矩形方管的缠绕控制。
发明内容
为了解决现有纤维缠绕技术不能很好的实现矩形管的精确缠绕，本发明提供了一种新的缠绕轨迹规划及实施方法。本发明提供一种纤维缠绕复合材料矩形管的缠绕方法，主要是通过控制矩形管缠绕时落纱点的位置，以及提出采用逐个回合递进法进行缠绕过程中每一回合进纱宽度的控制。同时，控制在层与层之间间隔半个纱线宽，来提高纱线的交叉密度以及弥补传动误差产生的局部开纱现象。上述针对矩形管纤维缠绕方法实施中，在每层缠绕时，同一层中每一回合的缠绕起始位置比上一个回合的起始位置沿主轴轴线方向向后错一个纱线宽的位置。在偶数层缠绕时，纱线的落纱点位置在奇数层纱线宽的中间位置，即，偶数层纱线宽的中间位置正好与奇数层缠绕时相邻两个回合纱线边缘交接的位置重合。当偶数层缠绕结束，在此进行基础层缠绕时，纱线的落纱点位置与第一层的纱线落纱点位置重合。上述纤维缠绕复合材料矩形管轨迹的控制机实施方法具体步骤包括(I)确定所缠绕矩形管芯模的长度、宽度、高度、缠绕中所用的纱线宽、设定的缠绕角度以及需要缠绕层数。(2)根据设定的相关参数，及相关的计算公式，使芯模、小车伸臂等运动到初始位置。(3)利用微机精确控制小车的速度、位移，以及主轴转过的角度位置，从而保证缠绕过程中落纱点的精确控制，保证每一个缠绕回合的起始位置的落纱点都在芯模的初始棱边上，以保证在每个缠绕回合位置与上一回合在沿主轴轴线方向上正好是一个纱线宽。同时，层与层之间的纱线位置相差半个纱线宽。本发明通过精确计算，综合考虑传统的采用圆管参数缠绕矩形管生产过程中产生的问题，来对矩形管缠绕中的落纱点特别是在矩形芯模棱边处的落纱点进行精确的控制，从而使纱线在芯模的各个面分布均匀，缠绕过程中更加稳定避免滑线，解决了现有矩形缠绕中芯模薄厚不匀的缺陷。同时，还提出了奇偶层交错相叠的方法，提高了缠绕质量，增加了缠绕制品的强度。
图I是本发明缠绕过程示意图；图2是本发明主轴初始化示意图；图3是矩形缠绕截面缠绕示意图；图4是本发明奇偶层交错相叠示意具体实施方式
通过研究及实际调研发现，目前针对于矩形管等非回转体的缠绕方法多为基于圆管等回转体缠绕原理。在圆管等回转体缠绕时，纤维方向是随着圆管外表面渐变的，圆管外壁每个点都可作为纤维的落纱点；在进行矩形管缠绕时，纤维方向随着矩形管外表面变化呈阶梯性突变，同时其落纱点只有矩形芯模的四条棱边。可见，圆管缠绕时纱线缠绕轨迹是连续的，而矩形管缠绕时纱线缠绕轨迹是不连续的。本发明，正是为解决针对矩形管形状特殊提出的线型设计及实施方案。I.芯模和丝头初始化位置计算本发明中为精确控制落纱点位置，要确保缠绕前芯模到达初始位置以及吐丝头到芯模的位置。根据图3所示，根据输入芯模的相关参数计算丝头到芯模垂直于主轴截面长边和短边的距离。计算公式如下Ac = -“>2+ 4(Δ5α2 + aAS1]式一
A_ 2(K + ij^arctg ^ +- arctg —+ (火-l)x 90。= O式二+("全)式三
VV 2 J U J式中Λ Sb-丝头到芯模垂直于主轴截面短边距离(图3所示)；Δ Sa-丝头到芯模垂直于主轴截面长边距离(图3所示)；b_芯模垂直于主轴截面短边长度；a-芯模垂直于主轴截面长边长度；L-丝头到芯模中心的距离；由式一和式二就能求出ASb和ASa，根据式三，求出丝头到芯模中心的距离。图2所示为芯模初始化过程的示意图。首先，要将芯模的位置调整为芯模垂直于主轴截面的长边垂直于机座底面(通常为地面)，如图2中虚线所示。其次，控制芯模自动转过一定的角度，到达芯模的初始位置。角度计算公式如下
权利要求
1.一种矩形管玻璃钢纤维缠绕方法，其特征在于，采用沿主轴轴向逐回合递进的方式以及奇偶层相错半个纱线宽叠加的方法来进行缠绕。
2.根据权利要求I所述沿轴轴向逐回合递进方式，其特征在奇数层缠绕时每一个回合开始时控制主轴转180°，同时小车带动丝头沿主轴轴线方向向正向运动一个纱线宽的距离；相反，在偶数层缠绕时，每一个回合在返回时控制主轴先转180°，同时小车带动丝头向沿主轴轴线向返回的方向运动一个纱线宽的距离，即与奇数层时正好相反。
3.根据权利要求I所述矩形管玻璃钢纤维缠绕方法，其特征在于每一个回合结束时，小车带动丝头停止等待主轴继续转过180°或360°，从而保证纱线回到与主轴轴线垂直的位置，进而使每次开始缠绕时纱线都正好在芯模的落纱点处即芯模的棱边上，以此来保证每个落纱点的位置正确。
4.根据权利要求I所述矩形管玻璃钢纤维缠绕方法采用奇偶层相错半个纱线宽叠加的方法来进行缠绕，其特征在于，奇数层结束偶数层第一个回合开始，先控制主轴转360°， 同时小车带动丝头沿主轴轴线向远离起始端的方向运动半个纱线宽；在偶数层缠绕结束后，控制主轴转360°，同时小车沿主轴轴线向起始点方向运动半个纱线宽，这样就保证了奇偶层缠绕时，落纱点正好在沿轴线方向上差半个纱线宽的距离，从而弥补了由于机械传动间隙和运动惯性造成的局部开纱现象，同时提高了纱线的交叉率进而提高缠绕质量。
全文摘要
本发明公开了一种新的矩形管玻璃钢纤维缠绕方法，根据矩形缠绕过程中落纱点不连续的特点，在每层缠绕时，同一层中每一回合的缠绕起始位置比上一个回合的起始位置沿主轴轴线方向向后错一个纱线宽的位置。在偶数层缠绕时，纱线的落纱点位置在奇数层纱线宽的中间位置，即偶数层纱线宽的中间位置正好与奇数层缠绕时相邻两个回合纱线边缘交接的位置重合；当偶数层缠绕结束，在此进行基础层缠绕时，纱线的落纱点位置与第一层的纱线落纱点位置重合。本发明很好的克服了矩形管缠绕时容易出现的开纱、堆叠的现象，提高了缠绕质量。
文档编号B29C53/58GK102962993SQ201210536058
公开日2013年3月13日 申请日期2012年12月13日 优先权日2012年12月13日
发明者贠今天, 姜安彦, 杨世明, 潘梁, 刘娇龙, 桑宏强, 杨向红, 耿冬寒 申请人:天津工业大学