一种用于复合材料丝束铺放设备的丝束减张装置的制作方法

1.本发明属于丝束铺放领域，特别涉及一种用于复合材料丝束铺放设备的丝束减张装置。


背景技术：

2.复合材料丝束铺放设备实现丝束铺放的主要功能部件为铺丝头和纱箱。丝束在铺放的过程中具有一定的张力。目前国内外控制丝束张力的方法从原理上主要为两种：第一种如申请号为us10981342b2的专利中公开的：丝束料卷固定在一个可调节转矩的制动器上，料卷上的丝束经过导向轮，可调节力大小的往复机构，到达铺丝头的压辊。其中，往复机构通常采用弹簧和气缸来实现往复动作。往复机构上安装有位置传感器，当丝束的张力与往复机构上设定的力的大小不平衡时，丝束带动往复机构运动，此时位置传感器接受信号并控制制动器输出相应的扭矩，使丝束张力与往复机构设定的力大小达到平衡，从而控制丝束的张力。第二种如申请号为cn201910784578.3的专利中公开的：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、设置在纱架板地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、张紧机构与输送装置，张紧机构与输送装置相连，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。该装置可以能将丝束的铺放张力有效减少2n，提高张力控制响应性。
3.但是，上述第一种方案中，通过位置传感器接受信号反馈等方式进行张力控制的方法，在进行多丝束铺放时，丝束铺放时要求到达压辊处的丝束张力尽可能小。而通过弹簧、气缸等实现的往复机构，由于受其结构的限制，能实现的设定张力往往会大于丝束铺放最佳状态时丝束上的张力。除此之外，丝束张力发生波动时，往复机构同时也发生波动，导致位置信号的波动，从而会控制制动器频繁调整，影响制动器的寿命。该方案中设备结构较为复杂，成本较高，尤其是对于多丝束铺放设备，各丝束张力的大小波动会影响多丝束铺放的一致性。
4.上述第二种方案中提出的减张输送装置，在一定程度上可以减少丝束的张力，但是面对丝束大加速度铺放引起的张力大的情况时，该装置的张力减小能力有限，并且每根丝束都需要配置一套该减张机构，同样不能满足每根丝束进入铺丝头前的张力大小一致。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明提供了一种用于复合材料丝束铺放设备的丝束减张装置，所述减张装置包括安装板、电机、驱动辊组件和导向辊组件；
6.若干组驱动辊组件和若干组导向辊组件转动安装在安装板的同一侧板面上，所述电机安装在安装板的另一侧板面上，所述电机的输出端贯穿安装板，且装有电机驱动齿轮；
7.所述驱动辊组件包括驱动辊齿轮、挡杆、隔片、皮圈、安装轴、转动筒和固定轴；所述安装轴的一端固定安装在安装板上；所述转动筒转动套接在安装轴上，所述转动筒的一
端通过大轴承与安装轴转动连接，所述转动筒的另一端通过螺钉与驱动辊齿轮固定连接；所述驱动辊齿轮通过小轴承转动套接在安装轴上；所述驱动辊齿轮、转动筒和安装轴同轴设置；若干组隔片叠加套接在转动筒上，所述安装轴上靠近大轴承的一端固定安装有盖板，所述挡杆和固定轴分别依次贯穿若干组隔片，且挡杆和固定轴的一端分别与盖板固定连接；
8.所述电机驱动齿轮通过皮带分别与驱动辊组件上的驱动辊齿轮、导向辊组件上的导向辊齿轮传动连接。
9.进一步的，所述隔片包括月牙板和连接板；所述月牙板整体轮廓为圆形板状结构，所述月牙板上设置有第一通孔，所述第一通孔的圆心与所述月牙板板面圆心不重合，且所述第一通孔的部分位于所述月牙板板面的外部，使得月牙板一侧形成缺口；
10.所述连接板为板状结构，且连接板上设置有第二通孔，所述第二通孔与第一通孔直径相等；所述连接板的一侧板面与月牙板的一侧板面贴合，且第一通孔与第二通孔轴线重合。
11.进一步的，所述隔片上设置有安装螺孔和安装槽，所述安装螺孔依次贯穿月牙板和连接板，用于安装固定轴；所述安装槽位于连接板上，用于安装挡杆。
12.进一步的，所述隔片上还设置有气孔和第一气道，所述气孔依次贯穿月牙板和连接板；所述第一气道设置在第一通孔内壁上，与所述气孔连通；若干组隔片上的气孔依次连通。
13.进一步的，所述驱动辊组件还包括气动接头，所述气动接头安装在固定轴上，且气动接头的输出端与若干组隔片上的气孔连通。
14.进一步的，每组所述隔片上套接一组皮圈，所述皮圈套接在月牙板上。
15.进一步的，所述转动筒贯穿第一通孔与第二通孔设置，且所述隔片与转动筒之间设置有间隙。
16.进一步的，所述转动筒的外侧筒壁上等间距设置有若干组第二气道，每组第二气道对应一组隔片上的第一气道；
17.所述转动筒的外侧筒壁上做滚花处理。
18.进一步的，所述导向辊组件包括导向辊和导向辊齿轮；所述导向辊齿轮设置在导向辊的一端，且导向辊和导向辊齿轮同轴设置；所述导向辊齿轮的另一端转动安装在安装板上；
19.所述导向辊包括若干组叠加设置的导轮，每组导轮的圆周面上均设置有沟槽；所述导轮的数量与隔片的数量相同，且导轮与隔片为一一对应关系，每组导轮上的沟槽与对应一组的隔片上的缺口，以及套接在对应隔片上的皮圈位于同一平面上。
20.本发明的有益效果是：
21.1、本发明提出的减张装置采用被动自适应的方式，减少丝束进入铺丝头前的张力，相比于现有主动减张的技术，结构简单，维护性好，各丝束张力减小效果一致；通过调整驱动辊组件的数量，可使进入铺丝头前丝束的张力接近于零；并且保证到达铺丝头压辊处的丝束的压力大小满足良好状态下铺丝的要求，一定程度上保证了复合材料丝束在丝束铺放中丝束的质量，避免出现了因丝束张力过大导致的铺丝过程出现搭桥、皱褶等现象。
22.2、转动筒表面做滚花或其他表面处理，增大与皮圈摩擦系数，相比于现有技术采
用光轴的方式将丝束张力减小无张力时，减少所需要驱动辊组件的数量，从而缩小了减张装置的体积，便于安装布置。
23.3、驱动辊组件增加一定压力冷却气体，防止丝束发生多送堆积的现象，起到“离合”的作用。相比于现有技术依靠皮圈自身弹性，与转动筒分离的方法，提高了响应的速度。同时冷却气体能够对皮圈和丝束起到降温的作用，防止丝束上的树脂受高温影响，粘连在皮圈上，不仅延长了皮圈的使用寿命，还确保了皮圈的工作性能。
24.4、本发明提出的减张装置在一定程度上，解决了丝束长距离传送可能会出现的，因各丝束张力大小不同导致的出丝长度不均匀的现象，尤其是适用于铺丝头与纱架为分离结构的丝束铺放设备。
25.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1示出了本发明实施例中减张装置的结构示意图；
28.图2示出了本发明实施例中驱动辊组件的主视图；
29.图3示出了本发明实施例中驱动辊组件的俯视剖视图；
30.图4示出了本发明实施例中隔片的结构示意图；
31.图5示出了本发明实施例中转动筒的结构示意图；
32.图6示出了本发明实施例中导向辊组件的结构示意图；
33.图7示出了本发明实施例中电机、导向辊组件和驱动辊组件的安装位置示意图；
34.图8示出了本发明实施例中丝束经过减张装置的路径示意图；
35.图9示出了本发明实施例中皮带经过电机驱动齿轮和驱动辊齿轮的路径示意图；
36.图10示出了本发明实施例中丝束经过隔片时的受力情况的示意图；
37.图11示出了本发明实施例中丝束经过丝束料卷、减张装置和铺丝头压辊的路径示意图；
38.图12示出了本发明实施例中冷却气体经过隔片时的结构示意图。
39.图中：1-安装板；2-电机；3-驱动辊组件；4-导向辊组件；5-皮带；6-驱动辊齿轮；7-挡杆；8-隔片；801-月牙板；802-连接板；803-安装螺孔；804-气孔；805-第一气道；806-安装槽；9-皮圈；10-盖板；11-安装轴；12-小轴承；13-转动筒；131-第二气道；14-大轴承；15-固定轴；16-气动接头；17-导向辊；18-导向辊齿轮；19-电机驱动齿轮；20-丝束。
具体实施方式
40.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是
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。
41.本发明实施例提供了一种用于复合材料丝束铺放设备的丝束减张装置，示例性的，如图1所示，所述减张装置包括安装板1、电机2、驱动辊组件3和导向辊组件4；若干组驱动辊组件3和若干组导向辊组件4转动安装在安装板1的同一侧板面上，所述电机2安装在安装板1的另一侧板面上，所述电机2的输出端贯穿安装板1，且装有电机驱动齿轮，所述电机驱动齿轮通过皮带5分别与驱动辊组件3上的驱动辊齿轮、导向辊组件4上的导向辊齿轮传动连接。
42.丝束经过驱动辊组件3，其张力会减小。所述减张装置中的驱动辊组件3数量越多，减张装置出口处的丝束张力越小，并且丝束经过每一个驱动轴的包角大小相同。
43.需要说明的是，如图1、图7、图8、图9和图11所示，本发明实施例中以减张装置包括三组驱动辊组件3为例进行说明。
44.进一步的，所述驱动辊组件3包括驱动辊齿轮6、挡杆7、隔片8、皮圈9、安装轴11、转动筒13和气动接头16，如图2和图3所示。所述安装轴11的一端固定安装在安装板1上；所述转动筒13转动套接在安装轴11上，所述转动筒13的一端通过大轴承14与安装轴11转动连接，所述转动筒13的另一端通过螺钉与驱动辊齿轮6固定连接；所述驱动辊齿轮6通过小轴承12转动套接在安装轴11上；所述驱动辊齿轮6、转动筒13和安装轴11同轴设置，驱动辊齿轮6能带动转动筒13在安装轴11上转动。若干组隔片8叠加套接在转动筒13上，所述安装轴11上靠近大轴承14的一端固定安装有盖板10，若干组隔片8通过挡杆7和固定轴15固定位姿。
45.具体的，所述挡杆7和固定轴15分别依次贯穿若干组隔片8，且挡杆7和固定轴15的一端分别与盖板10固定连接。其中，所述挡杆7和固定轴15的中轴线与安装轴11的中轴线平行设置。
46.进一步的，所述气动接头16安装在固定轴15上，且气动接头16的输出端依次与若干组隔片8连通。
47.具体的，所述隔片8包括月牙板801和连接板802，如图4所示，所述月牙板801整体轮廓为圆形板状结构，所述月牙板801上设置有第一通孔，所述第一通孔的圆心与所述月牙板801板面圆心不重合，且所述第一通孔的部分位于所述月牙板801板面的外部，使得月牙板801一侧形成缺口。
48.所述连接板802为板状结构，且连接板802上设置有第二通孔，所述第二通孔与第一通孔直径相等；所述连接板802的一侧板面与月牙板801的一侧板面贴合，且第一通孔与第二通孔轴线重合。所述隔片8上设置有安装螺孔803和安装槽806，所述安装螺孔803依次贯穿月牙板801和连接板802，用于安装固定轴15；所述安装槽806位于连接板802上，用于安装挡杆7；所述挡杆7可用于防止缠绕在隔片8上的丝束松动脱落。
49.所述隔片8上还设置有气孔804和第一气道805，所述气孔804依次贯穿月牙板801和连接板802。若干组隔片8上的气孔804依次连通，且与气动接头16的输出端连通。所述第一气道805设置在第一通孔内壁上，与气孔804连通。
50.优选的，所述安装槽806设置在隔片8上靠近缺口的一侧，所述安装螺孔803和气孔804设置在隔片8上远离缺口的一侧。
51.每组所述隔片8上套接一组皮圈9，所述皮圈9套接在月牙板801上。需要说明的是，所述皮圈9具有一定弹性，具体材质可根据实际需要选择，此处不做限定。
52.进一步的，转动筒13贯穿第一通孔与第二通孔设置，且所述隔片8与转动筒13之间设置有间隙，即转动筒13在转动时，不会与隔片8发生干涉。需要说明的是，隔片8的数量取决与铺丝设备要求，此处不做限定。
53.在输送丝束过程中，丝束和皮圈9、皮圈9和转动筒13会在月牙板801的缺口处接触，产生驱动丝束运动的摩擦力。同时隔片8可以约束皮圈9的形状，防止皮圈9因与转动筒8产生摩擦，导致严重变形。
54.进一步的，所述转动筒13的外侧筒壁上等间距设置有若干组第二气道131，每组第二气道131对应一组隔片8上的第一气道805。所述转动筒13的外侧筒壁上做滚花或其它增大摩擦力的处理。
55.所述隔片8套设在转动筒13上时，转动筒13不与隔片8接触，但是转动筒13可以与位于隔片8上缺口处的皮圈9接触。所述驱动辊齿轮6受皮带5传动转动，带动转动筒13转动，受摩擦力影响，转动筒13会带动皮圈9转动，丝束绕过皮圈9，受摩擦力影响，随皮圈9的转动进行移动。
56.另外，所述气动接头16通过隔片8上的气孔804向第一气道805和第二气道131内通入一定压力的冷却气体；由于皮圈9覆盖在第二气道131上，冷却气体会对皮圈9产生一定压力。当丝束由输送变为停止的状态时，丝束上张力减小，因此施加在皮圈9与转动筒13的压力减小，皮圈9由于自身弹性的特性以及冷却气体压力的作用，皮圈9会与转动筒13发生分离，从而使皮圈9停止转动，避免了丝束继续移动，发生多送堆积的现象，起到“离合”的作用。另外，冷却气体能够对皮圈9和丝束起到降温的作用，防止丝束上的树脂受高温影响，粘连在皮圈9上，不仅延长了皮圈9的使用寿命，还确保了皮圈9的工作性能。皮圈9作为可更换的零件，方便维护。
57.进一步的，所述导向辊组件4包括导向辊17和导向辊齿轮18；所述导向辊齿轮18设置在导向辊17的一端，且导向辊17和导向辊齿轮18同轴设置；所述导向辊齿轮18的另一端转动安装在安装板1上；所述导向辊17包括若干组叠加设置的导轮，每组导轮的圆周面上均设置有沟槽；所述导轮的数量与隔片8的数量相同，且导轮与隔片8为一一对应关系，每组导轮上的沟槽与对应一组的隔片8上的缺口，以及套接在对应隔片8上的皮圈9位于同一平面上。确保每根丝束在经过导轮上的沟槽和对应隔片8上的皮圈9时，丝束始终处于同一平面上。丝束会依次绕过导轮上沟槽，和对应隔片8上的皮圈9，受皮圈9摩擦力驱动，实现移动。
58.示例性的，如图1和7所示，所述减张装置包括一组电机驱动齿轮19、两组导向辊组件4和三组驱动辊组件3。其中，两组导向辊组件4均设置在电机驱动齿轮19的下方，且以电机驱动齿轮19的竖直径向为对称轴，对称设置；三组驱动辊组件3设置在两组导向辊组件4的下方，其中两组驱动辊组件3的位于同一水平面，以电机驱动齿轮19的竖直径向为对称轴，对称设置；第三组驱动辊组件3设置在上述两组驱动辊组件3的下方，且第三组驱动辊组件3的轴心与电机驱动齿轮19的轴心位于同一竖直线上。三组导向辊组件3中，位于上方左侧的一组驱动辊组件3中的隔片8上的缺口朝左设置，位于上方右侧的一组驱动辊组件3中的隔片8上的缺口朝右设置，位于下方的一组驱动辊组件3中的隔片8上的缺口朝下设置。如此设置，使得丝束经过每个驱动辊组件3时，丝束与每个转动筒13的包角大小相同。由于丝
束与每个转动筒13的包角大小相同，且每个转动筒13都是由同一个电机2通过皮带5以串联方式驱动，因此每组驱动辊组件3的运行、受力情况相同，以及丝束经过每组驱动辊组件3的受力情况也相同。
59.如图7-9所示，皮带5分别与电机驱动齿轮19、两组导向辊齿轮18和三组驱动辊齿轮6传动连接。其中皮带5带动电机驱动齿轮19和三组驱动辊齿轮6作顺时针方向转动，带动两组导向辊齿轮18作逆时针方向转动。
60.丝束20从右侧的一组导向辊组件4进入，依次经过上方右侧的一组驱动辊组件3、下方的一组驱动辊组件3、上方左侧的一组驱动辊组件3和左侧的一组导向辊组件4。电机2驱动电机驱动齿轮19转动，在皮带5传动下，驱动辊齿轮6带动所述转动筒13匀速转动；所述转动筒13转动方向与丝束送进方向一致。
61.在本发明实施例中，以其中一个驱动辊组件3为例，对丝束20、皮圈9的运行状态进行分析说明，如图10所示。
62.电机2驱动，带动转动筒13转动，设定转动筒13此时的转动线速度为v1，丝束铺放的最大线速度为v2，v1大于v2。丝束20因自身张力作用，施加压力压住皮圈9，皮圈9在隔片8的缺口处，与转动筒13外壁接触。转动筒13与皮圈9的摩擦系数小于丝束20与皮圈9的摩擦系数，因此在相同压力fn的作用下，转动筒13施加在皮圈9上的摩擦力小于丝束20对皮圈9的摩擦力。
63.选取某一平衡状态为例进行分析，设定进入驱动辊组件3前丝束20的张力为f1，离开驱动辊组件3后丝束20的张力为f2。因此，丝束20在朝着其运动方向运动的过程中，由于丝束20与皮圈9的摩擦力大于转动筒13与皮圈9的摩擦力，在丝束20经过转动筒13与皮圈9的接触面时，丝束20与皮圈9无相对运动。同时由于转动筒13的转动线速度v1大于丝束20铺放的最大线速度v2，转动筒13施加在皮圈9上的摩擦力，为皮圈9与丝束20运动的驱动力，皮圈与转动筒的摩擦可以近似认为是带传动产生的摩擦，因此根据柔韧体摩擦欧拉公式可得到以下平衡方程：
64.f2+ff＝f1[0065][0066]
其中，f1为丝束进入驱动辊组件前的张力，f2为丝束离开驱动辊组件后的张力，fn为丝束施加在皮圈上的压力，u为转动筒与皮圈之间的摩擦系数，α为f1和f2的夹角(单位是弧度)，ff是转动筒对皮圈和丝束的摩擦力。
[0067]
由上述平衡方程可知，e
ua
在此工况下大于1，因此丝束20离开驱动辊组件后的张力f2，小于丝束进入驱动辊组件前的张力f1，从而达到了减小丝束张力的作用。当进行丝束变速铺放时，丝束进入驱动辊组件前的张力f1和丝束离开驱动辊组件后的张力f2会发生变化，产生的ff也会随之变化，从而实现丝束自适应张力减小特性。
[0068]
一定张力的多条丝束从每个丝束料卷出发，每条丝束以垂直导向辊17法线的方向进入减张装置中，每条丝束在减张装置中对应的导向辊17沟槽，以及隔片上的皮圈，以图11所示方式进行缠绕，从减张装置的出口离开到达铺丝头处。
[0069]
上述减张装置在工作时，会出现两种工作状态。
[0070]
第一种状态是：当丝束20进行输送时，丝束20受到铺丝头压辊滚压和丝束料卷两
处的拉力，并且丝束料卷处的拉力由铺丝头压辊处引起。电机2启动，转动筒13转动，对丝束20产生一定的驱动力。丝束20每经过一个驱动辊组件3，丝束的张力将会被减小一部分。经过减张装置多个驱动辊组件3的作用，使从减张装置出口处出来的丝束20具有较小的张力，因此使进入到铺丝头压辊处的每条丝束20都具有较小的张力，且每条丝束20张力的大小均匀。由于转动筒13表面做滚花或其他增大摩擦力的处理，增大了转动筒13与皮圈9的摩擦系数，相比于现有技术中采用光轴的方式将丝束张力减小无张力时，减少了驱动辊组件3的所需数量，从而缩小了减张装置的体积，便于安装布置。
[0071]
第二种状态：当丝束20由输送变为停止时，丝束20在铺丝头压辊处压紧，不受滚压力，仅受到丝束料卷处的拉力。由于丝束料卷处的压力由铺丝头压辊处拉力引起，因此经过各个驱动辊组件3上丝束的张力迅速减小。一定压力的冷却气体通过气动接头16进入驱动辊组件3中，如图12所示，冷却气体通过隔片8上的气孔804，通过第一气道805，到达转动筒13上的第二气道131。当冷却气体对皮圈9的作用力大于丝束张力对皮圈9的压力fn时，冷却气体会推动皮圈9，使皮圈9与转动筒13分离。防止当停止送丝时，皮圈9与转动筒13分离过慢，驱动辊组件3仍然送进丝束20，导致丝束向前堆积的现象。相比于现有技术依靠皮圈9自身弹性与转动筒13分离的方法，本发明提出的减张装置提高了响应的速度。同时由于丝束20上有树脂，冷却气体可以一定程度上防止丝束20因温度高粘性大的特性，与皮圈9发生粘连，从而减缓皮圈9上的树脂堆积，提高了皮圈9的使用寿命。
[0072]
由于减张装置满足多条丝束20同时进入，从减张装置出口出来进入铺丝头前的每条丝束20的张力都较小，因此每条丝束20上的张力大小差别不大，因此一定程度上保证了送丝长度的一致性。
[0073]
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。