本发明涉及气液膜分离技术领域，具体涉及一种膜丝自动排布机及其膜组件生产设备。
背景技术：
膜式分离技术被广泛应用于海水淡化、水处理、生物医疗以及更多其他现代工业技术领域。膜组件是各种膜分离工业的关键部件，其加工工艺和相关设备具有重要的经济价值。这其中使用有机膜作为膜组件主体材料的工艺占大约50％。有机膜具有耐腐蚀和成本低的突出优势，但目前，采用有机中空纤维膜的组件，其加工工艺主要存在加工工艺无法机械化，加工出的组件性能一致性差等缺陷。而膜组件的质量和性能不但受制于膜的本身性能，膜组件加工过程中导致的膜管排布不均匀和灌胶过程中产生的膜管破损也对组件性能影响很大。根据膜组件的测试实验，膜丝分布不均匀对组件整体性能有很大的影响，某些情况下会导致组件性能下降50％。
膜组件难以自动化加工的一个重要原因是采用有机物制造的中空纤维膜不如陶瓷膜那样具有刚性。在较小的作用力下膜就会发生弯曲变形。
随着膜分离技术应用越来越广，对膜组件加工的自动化和组件本身的质量提出了更高的要求。因此，研发出一种自动化、可生产规则排列中空纤维膜组件的工艺和装置，成为膜分离技术应用领域的迫切需求。
中国发明专利cn101829471a公开了一种纳滤膜组件制作方法，主要使用手工方法进行加工，没有实现过程的自动化。中国发明专利cn104890231a公开了一种反渗透膜组件热封系统和方法，该方法需要利用热封模具固定膜丝，采用瞬时加热和冷却的方法对组件新型封装，该方法没有保证膜丝规则排列的工艺。中国发明专利cn101450284公开了一种高效中空纤维膜组件装置及方法，通过在纤维之间加入隔网来实现纤维的规则排列和防止运行时的膜丝缠绕，并未实现自动化加工的要求，但隔热网的加热使运行阻力增大。中国发明专利cn103495344b，提出一种中空纤维帘式膜组件的封装方法，使用封头工装机架固定膜丝然后切割封装，该工艺并未涉及自动化制造工艺。
技术实现要素：
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种膜丝自动排布机及其膜组件生产设备。以解决膜组件的自动化生产和膜组件质量提高问题，设备使用流程简单，生产过程中使用的耗材少。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种膜丝自动排布机，包括工作台和依次排列安装于工作台上的膜丝卷轮、膜丝导板、第一膜丝牵引器、膜丝剪、膜丝支架和第二膜丝牵引器；
所述膜丝卷轮包括支架和旋转连接于支架上的卷轮，所述卷轮用于收卷膜丝；
所述膜丝支架设置于第一膜丝牵引器和第二膜丝牵引器之间，膜丝支架上设有供膜丝穿过的孔槽；
所述第一膜丝牵引器和第二膜丝牵引器的底部分别通过一导轨可滑动地安装于工作台上，第一膜丝牵引器和第二膜丝牵引器上设有用于供膜丝穿过的孔槽；第一膜丝牵引器和第二膜丝牵引器用于牵引膜丝穿过膜丝支架，第一膜丝牵引器、第二膜丝牵引器和膜丝支架上孔槽的分布相互对应；
所述膜丝导板的底部固定于工作台上，膜丝导板设置于膜丝卷轮和第一膜丝牵引器之间，膜丝导板上开设有与第一膜丝牵引器和膜丝支架相对应的孔槽，用于在膜丝传递过程中对膜丝进行导向；
所述膜丝剪设置于第一膜丝牵引器和膜丝支架之间，用于剪断膜丝。
进一步地，所述膜丝剪为二氧化碳激光器。
进一步地，所述第一膜丝牵引器和第二膜丝牵引器分别包括一动板和一定板，所述动板和定板上均设有供膜丝穿过的孔槽，且动板和定板上孔槽的分布相对应；所述定板通过一导轨可滑动地安装于工作台上，定板上还设有导向槽和凸轮，所述动板滑动设置于导向槽内，所述凸轮由电机控制，推动动板在导向槽内滑动；当动板在导向槽内滑动时，动板和定板上的孔槽互相错位。
进一步地，所述第一膜丝牵引器和第二膜丝牵引器分别包括一动板和一定板，所述动板和定板上均设有供膜丝穿过的孔槽，且动板和定板上孔槽的分布相对应；所述定板通过一导轨可滑动地安装于工作台上，定板上设有旋转电机，所述动板通过旋转电机可相对旋转地安装于定板上；当旋转电机控制动板在定板上相对转动时，动板和定板上的孔槽互相错位。
进一步地，还包括膜丝吸取装置，所述膜丝吸取装置设置于第二膜丝牵引器背向膜丝支架的一侧；所述膜丝吸取装置包括基座和固定于基座上的面板，所述面板上设有多个吸盘，所述多个吸盘的排布位置与第一膜丝牵引器、第二膜丝牵引器以及膜丝支架上的孔槽位置相对应；所述面板内为空腔，所述空腔将各吸盘与一真空泵连通。
进一步地，所述膜丝吸取装置上的吸盘呈凸出的管状，且吸盘的直径与第一膜丝牵引器、膜丝支架和第二膜丝牵引器上的孔槽直径相匹配，使得膜丝吸取装置、第一膜丝牵引器、膜丝支架和第二膜丝牵引器互相贴合在一起时，各部件上的孔槽互相连通且具备气密性，从而使吸盘的吸力在孔槽内传导。
一种膜组件生产设备，包括以上所述的膜丝自动排布机，还包括组件套壳机和组件灌胶机；所述组件灌胶机包括依次连接的胶水混合机、蠕动泵、输送管和离心机。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明提供的一种膜丝自动排布机及其膜组件生产设备，主要依靠膜丝自动装填机对膜丝的精确化操控，利用膜丝牵引器配合相关的机械行走结构实现向膜管内自动穿入膜丝支架。膜丝在放入组件壳体后，进行灌胶，利用离心机对胶水进行均匀分布，由于膜丝受到膜丝支架的保护，离心和胶体干燥过程不会产生变形和破损。整个工艺过程所利用的自动控制技术成熟，人工干预过程较少，且耗材使用少，所制造出的组件质量较高，生产效率高，所生产出的膜组件性能一致性好，可应用于多种膜分离组件的制造加工。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的膜丝自动排布机的结构示意图；
图2为本发明实施例一中的膜丝牵引器的结构示意图；
图3为本发明实施例一中的膜丝牵引器的工作原理示意图；
图4为本发明实施例一中的膜丝吸取装置的结构示意图；
图5为本发明实施例二中的膜丝牵引器的结构示意图；
图6为本发明实施例二中的膜丝牵引器的另一结构示意图；
图7为本发明实施例三中的自动灌胶机结构示意图；
附图标记
膜丝卷轮11膜丝12膜丝导板13
第一膜丝牵引器14膜丝支架15第二膜丝牵引器16
导轨17膜丝剪18膜丝吸取装置19
工作台20定板21凸轮22
动板23固定座24接口25
吸盘26空腔27胶水混合机28
蠕动泵29离心机30
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
实施例一
如图1至图3所示，本发明提供的一种膜丝自动排布机，包括工作台20和依次排列安装于工作台20上的膜丝卷轮11、膜丝导板13、第一膜丝牵引器14、膜丝剪18、膜丝支架15、第二膜丝牵引器16和膜丝吸取装置19。
所述膜丝卷轮11包括支架和旋转连接于支架上的卷轮，所述卷轮用于收卷膜丝12；所述膜丝轮卷11的直径范围在300mm-400mm之间，其转动速度可以由电脑控制，以配合膜丝牵引器工作；其转速缓慢以防止膜丝12内张力过大，避免发生膜丝破损。
所述膜丝支架15设置于第一膜丝牵引器14和第二膜丝牵引器16之间，膜丝支架15上设有供膜丝12穿过的孔槽；所述膜丝支架15由激光打印机在有机玻璃上打印制造，其上孔槽的空间位置和支架外形由所需要填充的膜数量和膜组件的具体形式决定，目的是实现与膜组件外壳的精密配合。
所述第一膜丝牵引器14和第二膜丝牵引器16的底部分别通过一导轨17可滑动地安装于工作台20上，第一膜丝牵引器14和第二膜丝牵引器16上设有用于供膜丝12穿过的孔槽；第一膜丝牵引器14和第二膜丝牵引器16用于牵引膜丝12穿过膜丝支架15，第一膜丝牵引器14、第二膜丝牵引器16和膜丝支架15上孔槽的分布相互对应；所述第一膜丝牵引器14和第二膜丝牵引器16上的孔槽直径比膜丝12直径大100微米左右，通过机械加工可以实现。
所述膜丝导板13的底部固定于工作台20上，膜丝导板13设置于膜丝卷轮11和第一膜丝牵引器14之间，膜丝导板13上开设有与第一膜丝牵引器14和膜丝支架15相对应的孔槽，用于在膜丝12传递过程中对膜丝12进行导向；其作用在于对膜丝12进行弯曲度调整并防止膜丝12发生缠绕。
所述膜丝吸取装置19设置于第二膜丝牵引器16背向膜丝支架15的一侧，用于通过吸力将膜丝12穿过膜丝支架15和第二膜丝牵引器16。
所述膜丝剪18设置于第一膜丝牵引器14和膜丝支架15之间，用于剪断膜丝12；在本发明实施例中，采用二氧化碳激光器作为膜丝剪18，能够实现无损剪切膜丝12。
如图2所示，本实施例提供了一种可行的膜丝牵引器设计，该设计应用于膜丝支架15截面为矩形的情况。具体地，所述第一膜丝牵引器14和第二膜丝牵引器16分别包括一动板23和一定板21，所述动板23和定板21上均设有供膜丝12穿过的孔槽，且动板23和定板21上孔槽的分布相对应；所述定板21安装于一固定座24上，并通过一导轨17可滑动地安装于工作台20上，定板21上还设有导向槽和凸轮22，所述动板23滑动设置于导向槽内，所述凸轮22由电机控制，用于推动动板23在导向槽内滑动；当动板23在导向槽内滑动时，使得动板23和定板21上的孔槽互相错位或对齐。
本实施例使用时，首先将膜丝卷轮11中的膜丝12依次经过膜丝导板13和第一膜丝牵引器14后，将膜丝12引导并穿入膜丝支架15的孔槽中，穿入膜丝支架15后，第一膜丝牵引器14松开膜丝12，再利用第二膜丝牵引器16和膜丝吸取装置19将膜丝12从膜丝支架15的另一侧牵引出一定长度，最后膜丝剪18将膜丝12剪断，完成一次穿丝动作。依此循环，重复以上动作以完成多个膜丝支架15的穿丝工作。
进一步地，本实施例中的膜丝牵引器工作原理如下：
如图3所示，在膜丝自动排布机启动之前，膜丝12被手工穿入第一膜丝牵引器14的动板23和定板21上的孔槽内，膜丝12直径稍小于孔槽的直径。膜丝12穿入孔槽以后，动板23在凸轮22驱动下移动，动板23和定板21相对位置发生变化，动板23上的孔槽与定板21上的孔槽不再对齐，从而对膜丝12产生微小剪切力，将膜丝12夹紧，使得膜丝12与第一膜丝牵引器14相对固定；在定板21底部导轨17的驱动下，膜丝12被第一膜丝牵引器14牵引着移向膜丝支架15。膜丝部分露出于第一膜丝牵引器14，膜丝12的空间位置则被第一膜丝牵引器14上的孔槽固定，由于膜丝支架15上的孔槽与第一膜丝牵引器14上的孔槽对齐，因此第一膜丝牵引器14可以将膜丝12对准膜丝支架15。在第一膜丝牵引器14将膜丝12对准膜丝支架15后，在膜丝支架15的另一侧，第二膜丝牵引器16在导轨17的驱动下，将孔槽与膜丝支架15上的孔槽对齐，在膜丝吸取装置19的辅助下将膜丝12穿过膜丝支架15并进一步吸入第二膜丝牵引器16的孔槽内，自动控制系统使得第一膜丝牵引器14的动板23和定板21复位，并驱动第二膜丝牵引器16的动板23和定板21错位，膜丝12被第二膜丝牵引器16夹紧且不再被第一膜丝牵引器14夹紧，因此第二膜丝牵引器16可以将膜丝12继续沿导轨17滑动方向牵引，直到膜丝12的长度达到设定长度，自动控制系统驱动膜丝剪18将膜丝剪断，整个穿丝工作完成。
进一步地，如图4所示，所述膜丝吸取装置19包括基座和固定于基座上的面板，所述面板上设有多个吸盘26，所述多个吸盘26的排布位置与第一膜丝牵引器14、第二膜丝牵引器16以及膜丝支架15上的孔槽位置相对应；所述面板内为空腔27，所述空腔27上设有接口25，空腔27通过接口25将各吸盘26与一真空泵连通。通过真空泵在空腔27内产生足够负压，产生吸力，进而能够将第一膜丝牵引器14的孔槽中的膜丝12吸入膜丝支架15和第二膜丝牵引器16上的孔槽，实现穿丝作业。
作为改进，所述膜丝吸取装置19上的吸盘26呈凸出的管状，且吸盘26的直径与第一膜丝牵引器14、膜丝支架15和第二膜丝牵引器16上的孔槽直径相匹配，使得膜丝吸取装置19、第一膜丝牵引器14、膜丝支架15和第二膜丝牵引器16互相贴合在一起时，各部件上的孔槽互相连通且具备气密性，从而使吸盘26的吸力能够在孔槽内传导。
实施例二
如图4和图5所示，本实施例在实施例一的基础上提出了另一种膜丝牵引器的设计方案。本实施例中的膜丝牵引器是基于截面为圆形的膜组件而设计的。
具体地，所述第一膜丝牵引器14和第二膜丝牵引器16分别包括一动板23和一定板21，所述动板23和定板21上均设有供膜丝12穿过的孔槽，且动板23和定板21上孔槽的分布相对应；所述定板21通过一导轨17可滑动地安装于工作台20上，定板21上设有旋转电机，所述动板23通过旋转电机可相对旋转地安装于定板21上；当旋转电机控制动板23在定板21上相对转动时，动板23和定板21上的孔槽互相错位。
需要说明的是，本实施例中，膜组件的截面为圆形并不代表定板21和动板23上的孔槽排布整体呈圆形。如图4和图5所示，动板23和定板21上孔槽的排布应以膜组件中膜丝的实际排布为准，其既可以是圆形也可以是矩形或其他形状。
本实施例中膜丝牵引器的工作原理与实施例一类似，仅仅是将凸轮22驱动的滑动式错位方式改为旋转式错位，故在此不再重复阐述工作过程。
实施例三
如图图6所示，本实施例提供了一种膜组件生产设备，包括实施例一或实施例二所述的膜丝自动排布机，还包括组件套壳机和组件灌胶机；所述组件套壳机用于安装膜丝支架15；所述组件灌胶机包括依次连接的胶水混合机28、蠕动泵29、输送管和离心机30。所述所有机构运动都采取电脑自动化控制。
本实施例提供的膜组件生产设备工作时，将带有膜丝支架15的膜丝束半成品通过组件套壳机装入膜组件预制外壳后，再装入离心机30，将混合后的树脂胶水依次通过胶水混合机28和蠕动泵29输送进膜组件壳体两端，启动离心机30使胶水均匀分布在膜丝周围，密封胶干燥以后即可形成膜组件。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。