CN102431157A - 一种玻璃钢缠绕设备以及一种玻璃钢缠绕方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种玻璃钢缠绕设备，包括：机架以及设置在机架上的动力系统和缠绕系统，所述缠绕系统包括：凸轮机构、排线机构、模具；其中所述排线机构安装在所述凸轮机构上，通过凸轮机构驱动其往复运动；所述模具与所述排线机构平行设置，所述模具和所述凸轮机构通过动力系统驱动。本发明提供的设备缠绕精度高，产地面积小。本发明还提供了一种玻璃钢缠绕方法。

Description

一种玻璃钢缠绕设备以及一种玻璃钢缠绕方法

技术领域

本发明涉及高分子材料加工设备领域，具体涉及一种玻璃钢缠绕设备以及一种玻璃钢缠绕方法。

背景技术

随着玻璃纤维复合材料在航空航天、汽车工业、风能领域、民用领域的大量应用，对于玻璃纤维复合材料的测试也日趋严格，缠绕玻璃钢板材的测试作为众多测试项目之一，作为重要的设计参数，被国内外各大风电叶片设计厂家采纳。由于缠绕玻璃钢板材试样的制备存在诸多环节，都会对测试结果产生重大影响，缠绕设备就是其中的一项重要因素。

对于玻璃纤维纱产品缠绕玻璃钢板材的制备，在ISO 1268-5中给出了方法，但对于缠绕设备并未作出说明，现有技术中用于制备缠绕玻璃钢产品的装置如图6所示，包括模具1、小车2、玻璃纤维3，通过模具的旋转和小车的移动来进行缠绕。

由于传统的管道缠绕设备主要用于缠绕大型管道、气瓶，在缠绕角较小时其缠绕精度有限，不能满足测试的稳定性要求，同时价格昂贵占地面积大，不适合在玻纤厂、叶片厂使用。现有缠绕设备适用于生产管道、罐体等制品，使用的是小车排线。其制样长度较长(5m以上)，缠绕角度较大(10°～60°)，生产大型制品对效率要求高，对精度要求较低，小车排线示意图如图6所示。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种占地面积小，缠绕精度高玻璃钢缠绕设备以及一种玻璃钢缠绕方法。

为了解决现有技术问题，本发明提供了一种玻璃钢缠绕设备，包括：机架以及设置在机架上的动力系统和缠绕系统，所述缠绕系统包括：凸轮机构、排线机构、模具；其中所述排线机构安装在所述凸轮机构上，通过凸轮机构驱动其往复运动；所述模具与所述排线机构平行设置，所述模具和所述凸轮机构通过动力系统驱动。

优选的，所述凸轮机构包括带有螺旋凹槽或凸块的圆柱凸轮、驱动所述圆柱凸轮转动的凸轮轴以及套在所述凸轮外的凸轮套。

优选的，所述排线机构包括：通孔；设置于所述通孔下方，并与所述凸轮机构相匹配的凸块或凹槽。

优选的，所述模具的缠绕角为0°～15°。

本发明还提供了一种玻璃钢产品的缠绕方法，包括：

将玻璃纤维进行预处理，得到预制纱；

将所述预制纱穿过权利要求1所述的排线机构上的通孔，在所述模具上缠绕形成产品；所述排线机构在所述凸轮机构的带动下做往复运动；

其中所述排线机构安装在所述凸轮机构上，通过凸轮机构驱动其往复运动；所述模具与所述排线机构平行设置，所述模具和所述凸轮机构通过动力系统驱动。

优选的，所述凸轮机构包括带有螺旋凹槽或凸块的圆柱凸轮、驱动所述圆柱凸轮转动的凸轮轴以及套在所述凸轮外的凸轮套。

优选的，所述排线机构包括：通孔、设置于所述通孔下方，并与所述凸轮机构相匹配的凸块或凹槽；所述玻璃纤维通过所述通孔进行固定，并引至所述模具上。

优选的，所述凸轮机构绕凸轮轴做圆周转动，所述排线机构沿所述凸轮轴的延伸方向做往复运动。

本发明提供了一种缠绕设备，包括：机架以及设置在机架上的动力系统和缠绕系统，所述缠绕系统包括：凸轮机构、排线机构、模具；其中所述排线机构安装在所述凸轮机构上，通过凸轮机构驱动其往复运动；所述模具与所述排线机构平行设置，所述模具和所述凸轮机构通过动力系统驱动。本发明提供的设备使用了凸轮机构与排线机构配合，凸轮机构旋转，排线机构做往复运动，由于凸轮机构与排线机构之间的结合是凸轮机构上的凹槽和排线机构上的凸块或凸轮机构上的凸块与排线机构上的凹槽完全吻合，所以在运动时，凸轮机构与排线机构保持一致，玻璃纤维通过排线机构的引导在模具上逐渐形成缠绕层，缠绕速度由凸轮机构的转速决定，而凸轮机构的转速可以由动力系统控制，人们设定固定的转速后就能得到缠绕精度极高的产品。又由于使用了凸轮机构，使排线机构的运动范围大大降低，所以使所述设备的体积缩小，适合在空间较小的实验室中放置，并用作产品试制和样品制备。

本发明还提供了一种玻璃钢缠绕方法，包括：将玻璃纤维进行预处理，得到预制纱；将所述预制纱穿过所述的排线机构，在所述模具上缠绕形成产品；所述排线机构在所述凸轮机构的带动下做往复运动。本发明提供的制备方法适用于本发明提供的设备，由于使用了凸轮机构使得所述预制纱缠绕精度高，预制纱的受力均匀，得到的产品不会出现局部受力不足，薄厚不均的情况。

附图说明

图1本发明提供的玻璃钢缠绕设备示意图；

图2本发明提供的排线机构的侧视图；。

图3本发明实施例1提供的排线机构的主视图；

图4本发明实施例1提供的凸轮与凸轮套组合后的示意图；

图5本发明实施例1提供的排线机构和凸轮套组合后的示意图；

图6现有技术的缠绕机构示意图；

图7玻璃纤维预处理工序示意图。

具体实施方式

为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的限制。

本发明提供了一种玻璃钢缠绕设备，精度高、占地面积小，可用于实验室试制以及精度要求较高的小型件。按照本发明，所述玻璃钢缠绕设备包括：机架以及设置在机架上的动力系统和缠绕系统，所述缠绕系统包括：凸轮机构、排线机构、模具；其中所述排线机构安装在所述凸轮机构上，通过凸轮机构驱动其往复运动；所述模具与所述排线机构平行设置，所述模具和所述凸轮机构通过动力系统驱动。

按照本发明，所述玻璃钢缠绕设备的关键部分在于使用了凸轮机构为所述排线机构提供运动导向和动力，排线机构随着凸轮机构的旋转而做往复运动，所述往复运动不限于水平运动或垂直运动，但一定是直线运动。所述凸轮可以为圆柱凸轮。材质为不锈钢或低碳钢。在所述凸轮上具有螺旋凹槽或者凸块，优选为螺旋凹槽。如果是具有螺旋凹槽的圆柱凸轮，相对应的排线机构则具有凸块，若所述凸轮为具有螺旋凸块的圆柱凸轮，对应的排线机构则具有凹槽。优选的，所述圆柱凸轮外还包括一凸轮套，所述排线机构安装在所述凸轮套上，通过所述凹槽或凸块与所述凸轮连接，凸轮套既起到稳定凸轮和保护操作人员的目的，又使得所述排线机构能够维持一直线运动。按照本发明，所述凸轮机构还包括凸轮轴通过所述动力系统驱动，所述凸轮轴带动所述凸轮进行转动。

图4为本发明优选的凸轮及凸轮套的组装后示意图，包括：凸轮套A1、视窗A2、凸轮A3、螺旋凹槽A4、凸轮轴A5。所述凸轮与凸轮套同轴，且所述凸轮套内径大于所述凸轮的直径0.3～0.5cm，所述螺旋凹槽为闭合凹槽，用于固定所述排线机构，由于是闭合螺旋凹槽，所以所述排线机构能够在运动中自动转换方向做往复运动。所述视窗A2是为了方便给凸轮轴和螺旋凹槽内上润滑油，观察凸轮和排线机构的运行状况，如果出现故障可以方便进行维修。

按照本发明，优选的，所述排线机构包括：通孔；设置于所述通孔下方，并与所述凸轮机构相匹配的凸块或凹槽。本发明提供的排线机构优选如图2和图3所示。包括第一通孔S1和第二通孔S2、固定块S4，设置在排线架S3上。又如图4、图6所示，所述排线架通过所述固定块镶嵌在凸轮套A1的夹缝A6中，并同时镶嵌在所述凸轮的螺旋凹槽A4内，所述匹配是指在排线机构的固定块能够镶嵌在所述螺旋凹槽中，并能灵活运动，且在运动过程中不会偏出凹槽。当凸轮转动时，所述排线架底部的固定块随着螺旋凹槽的转动而带动排线架做水平往复运动。

按照本发明，所述玻璃钢缠绕设备还包括模具，所述模具与所述排线机构平行设置，所述模具和所述凸轮机构通过动力系统驱动。按照本发明，所述模具为ISO 1268-5中记载的模具中的一种。

按照本发明，所述模具。排线机构、凸轮机构均设置在机架上，所述动力系统优选包括凸轮电机、模具电机，分别驱动凸轮轴和模具转动，还包括动力控制系统，可以控制所述模具电机和凸轮电机的转速。所述动力控制系统可以是单片机或电脑。

按照本发明，本发明提供的玻璃钢缠绕设备的缠绕角优选为0°～15°，更优选为0°～5°，最优选为0°～2°。按照本发明，所述缠绕角的计算方法为：

根据铺层数n、玻璃纤维纱线的纤度tex、玻璃密度ρ、玻纤含量c、玻璃钢板材的厚度b计算出排线横移距离d，如下图，再调试设备，先确认纱线的缠绕速度，(即模具电机的转速)，缠绕速度过快纱线在树脂槽中无法完全浸透，影响检测数据；缠绕速度过慢影响缠绕效率。调试好缠绕电机的转速后再调试凸轮电机的频率，使排线横移距离d达到计算要求。以上操作完成后便开始缠绕操作。由于凸轮长度和模具的长度一致，在完成一个缠绕周期后凸轮会自动转向，不需要复杂的装置进行控制，过程简单可靠度高。而常规缠绕机需要依靠电脑设备控制小车的行进速度。在完成预定铺层周期后，电机自动停止转动，设备参数调试完成后，整个缠绕过程基本不需要人员值守。缠绕设备缠绕角α是重要的参数，在此方法中控制的是排线横移距离d，可以根据三角公式算出缠绕角α。

如图1所示为本发明提供的实施例1所示的玻璃钢缠绕设备，包括：机架1、模具2、模具顶针3、排线器4、凸轮套5、圆柱凸轮6、凸轮轴7、模具电机8、凸轮电机9、电机控制系统10。其中，所述援助凸轮为具有螺旋凹槽的凸轮，所述排线器具有凸块，嵌在凸轮套中，并与所述螺旋凹槽相匹配。所述玻璃纤维穿过所述排线器的通孔，在所述模具上缠绕，随着排线器的规律运动，所述玻璃纤维在所述模具上形成薄厚均一的缠绕层。

本发明还提供了一种玻璃钢的缠绕方法，包括：将玻璃纤维进行预处理，得到预制纱；将所述预制纱穿过所述的排线机构，在所述模具上缠绕形成产品；所述排线机构在所述凸轮机构的带动下做往复运动。

按照本发明，所述玻璃纤维进行预处理，包括：

将所述玻璃纤维浸在树脂中，使玻璃纤维充分浸渍树脂，所述浸渍的形式可以为玻璃纤维纱线在退绕时通过浸胶槽，浸胶槽中有树脂，玻璃纤维纱线在压辊的牵引下通过浸胶槽中的树脂。如图7所示，预处理工序所用的设备包括浸胶槽1、压辊2、玻璃纤维纱线3、树脂4。所述树脂可以不饱和聚酯树脂也可以为其他常用的增强树脂。优选包括：对苯二甲酸乙二醇酯、邻苯二甲酸乙二醇酯、对苯二甲酸丁二醇酯、对苯二甲酸双十三酯、环氧树脂、聚碳酸酯等具有不饱和键的聚酯。玻璃纤维的浸渍条件优选为，在常温常压下浸渍0.5～1.5分钟。

将所述玻璃纤维在盛丝桶或其他容器中除去内应力，并在欠伸机的引导下进入所述排线机构的通孔内，根据制备产品的不同，使用具有不同通孔个数的排线器，所述排线器通孔的个数优选为1～10个。通过动力控制系统设置模具电机和凸轮电机的转动速度，得到精度很高的玻璃钢产品。

按照本发明，所述玻璃钢缠绕设备的关键部分在于使用了凸轮机构为所述排线机构提供运动导向和动力，排线机构随着凸轮机构的旋转而做往复运动，所述往复运动不限于水平运动或垂直运动，但一定是直线运动。所述凸轮可以为圆柱凸轮。材质为不锈钢或低碳钢。在所述凸轮上具有螺旋凹槽或者凸块，如果是具有螺旋凹槽的圆柱凸轮，相对应的排线机构则具有凸块，若所述凸轮为具有螺旋凸块的圆柱凸轮，对应的排线机构则具有凹槽。优选的，所述圆柱凸轮外还包括一凸轮套，所述排线机构安装在所述凸轮套上，通过所述凹槽或凸块与所述凸轮连接，凸轮套既起到稳定凸轮和保护操作人员的目的，又使得所述排线机构能够维持一直线运动。按照本发明，所述凸轮机构还包括凸轮轴通过所述动力系统驱动，所述凸轮轴带动所述凸轮进行转动。

按照本发明，优选的，所述排线机构包括：通孔、设置有玻璃纤维；设置于所述通孔下方，并与所述凸轮机构相匹配的凸块或凹槽。按照本发明，所述通孔的个数优选为1～10个，更有选为3～6个。本发明提供的排线机构优选如图3所示。

按照本发明，所述玻璃钢缠绕设备还包括模具，所述模具与所述排线机构平行设置，所述模具和所述凸轮机构通过动力系统驱动。

实施例2

将玻璃纤维纱团退绕后穿过浸胶槽，再穿过图3所示的排线器通孔，固定在缠绕模具上，开启凸轮电机将排线器位置调整至模具边缘，在浸胶槽中灌注足量的不饱和聚酯树脂使纱线完全浸渍在树脂中，调整好模具电机和凸轮电机的转速比，欲设置排线角度为0.5°，模具宽度为200mm，根据三角公式计算出：排线横移距离为1.75mm。设置好机器后，开启电机开始缠绕。要求缠绕厚度为2mm，根据纱线的密度、缠绕角度设定计算出缠绕层数为3层，缠绕完毕后关闭电机，闭合模具，按照树脂说明书的固化方式进行固化后脱模。

在制样过程中缠绕要求一个模具旋转一周纱线的横移距离为1.5mm。

实施例3

将玻璃纤维纱团退绕后穿过浸胶槽，再穿过图3所示的排线器通孔，固定在缠绕模具上，开启凸轮电机将排线器位置调整至模具边缘，在浸胶槽中灌注足量的不饱和聚酯树脂使纱线完全浸渍在树脂中，调整好模具电机和凸轮电机的转速比，欲设置排线角度为0.8°，模具宽度为200mm，根据三角公式计算出：排线横移距离为2.79mm。设置好机器后，开启电机开始缠绕。要求缠绕厚度为1.5mm，根据纱线的密度、缠绕角度设定计算出缠绕层数为3层，缠绕完毕后关闭电机，闭合模具，按照树脂说明书的固化方式进行固化后脱模。

在制样过程中缠绕要求一个模具旋转一周纱线的横移距离为2.5mm。

实施例4

将玻璃纤维纱团退绕后穿过浸胶槽，再穿过图3所示的排线器通孔，固定在缠绕模具上，开启凸轮电机将排线器位置调整至模具边缘，在浸胶槽中灌注足量的不饱和聚酯树脂使纱线完全浸渍在树脂中，调整好模具电机和凸轮电机的转速比，欲设置排线角度为2°，模具宽度为200mm，根据三角公式计算出：排线横移距离为6.98mm。设置好机器后，开启电机开始缠绕。要求缠绕厚度为2mm，根据纱线的密度、缠绕角度设定计算出缠绕层数为5层，缠绕完毕后关闭电机，闭合模具，按照树脂说明书的固化方式进行固化后脱模。

在制样过程中缠绕要求一个模具旋转一周纱线的横移距离为7.5mm。

实施例5

将玻璃纤维纱团退绕后穿过浸胶槽，再穿过图3所示的排线器通孔，固定在缠绕模具上，开启凸轮电机将排线器位置调整至模具边缘，在浸胶槽中灌注足量的不饱和聚酯树脂使纱线完全浸渍在树脂中，调整好模具电机和凸轮电机的转速比，欲设置排线角度为1.5°，模具宽度为200mm，根据三角公式计算出：排线横移距离为5.23mm。设置好机器后，开启电机开始缠绕。要求缠绕厚度为2mm，根据纱线的密度、缠绕角度设定计算出缠绕层数为3层，缠绕完毕后关闭电机，闭合模具，按照树脂说明书的固化方式进行固化后脱模。

在制样过程中缠绕要求一个模具旋转一周纱线的横移距离为5.2mm。

实施例6

将玻璃纤维纱团退绕后穿过浸胶槽，再穿过图3所示的排线器通孔，固定在缠绕模具上，开启凸轮电机将排线器位置调整至模具边缘，在浸胶槽中灌注足量的不饱和聚酯树脂使纱线完全浸渍在树脂中，调整好模具电机和凸轮电机的转速比，欲设置排线角度为1°，模具宽度为150mm，根据三角公式计算出：排线横移距离为2.62mm。设置好机器后，开启电机开始缠绕。要求缠绕厚度为2mm，根据纱线的密度、缠绕角度设定计算出缠绕层数为3层，缠绕完毕后关闭电机，闭合模具，按照树脂说明书的固化方式进行固化后脱模。

在制样过程中缠绕要求一个模具旋转一周纱线的横移距离为2.62mm。

以上对本发明提供的一种玻璃钢缠绕设备以及玻璃钢缠绕方法进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种玻璃钢缠绕设备，包括：机架以及设置在机架上的动力系统和缠绕系统，其特征在于，所述缠绕系统包括：凸轮机构、排线机构、模具；其中所述排线机构安装在所述凸轮机构上，通过凸轮机构驱动其往复运动；所述模具与所述排线机构平行设置，所述模具和所述凸轮机构通过动力系统驱动。

2.根据权利要求1所述的缠绕设备，其特征在于，所述凸轮机构包括带有螺旋凹槽或凸块的圆柱凸轮、驱动所述圆柱凸轮转动的凸轮轴以及套在所述凸轮外的凸轮套。

3.根据权利要求1所述的缠绕设备，其特征在于，所述排线机构包括：通孔；设置于所述通孔下方，并与所述凸轮机构相匹配的凸块或凹槽。

4.根据权利要求1所述的缠绕设备，其特征在于，所述模具的缠绕角为0°～15°。

5.一种玻璃钢产品的缠绕方法，其特征在于，包括：

将玻璃纤维进行预处理，得到预制纱；

将所述预制纱穿过权利要求1所述的排线机构上的通孔，在所述模具上缠绕形成产品；所述排线机构在所述凸轮机构的带动下做往复运动；

其中所述排线机构安装在所述凸轮机构上，通过凸轮机构驱动其往复运动；所述模具与所述排线机构平行设置，所述模具和所述凸轮机构通过动力系统驱动。

6.根据权利要求5所述的缠绕方法，其特征在于，所述凸轮机构包括带有螺旋凹槽或凸块的圆柱凸轮、驱动所述圆柱凸轮转动的凸轮轴以及套在所述凸轮外的凸轮套。

7.根据权利要求5所述的缠绕方法，其特征在于，所述排线机构包括：通孔、设置于所述通孔下方，并与所述凸轮机构相匹配的凸块或凹槽；所述玻璃纤维通过所述通孔进行固定，并引至所述模具上。

8.根据权利要求5所述的缠绕方法，其特征在于，所述凸轮机构绕凸轮轴做圆周转动，所述排线机构沿所述凸轮轴的延伸方向做往复运动。

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