CN102560742B - 一种用于生产连续碳纤维的放丝机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于生产连续碳纤维的放丝机，包括箱体、以阵列方式设置在箱体侧面的多个放丝架、通过安装架设置在箱体顶部的多个导丝辊组件、控制箱，每个导丝辊组件与一列放丝架相对应；本发明解决了现有放丝机放丝架排布不合理、纤维张力不稳定的技术问题。本发明可通过放丝架、导丝辊组件的先后配合将原丝丝束连续送至碳纤维生产的后续工序，从而保证纤维在放丝过程中，其张力稳定，避免造成丝束松弛、放丝间断跳动，提高纤维放丝过程其状态的一致性，进而提高碳纤维的质量。

Description

一种用于生产连续碳纤维的放丝机

技术领域

本发明涉及一种碳纤维生产设备，具体涉及一种用于生产连续碳纤维的放丝机。

背景技术

轻质、高强的先进复合材料是促进高科技发展和加强国防建设的重要战略性材料。近年来，碳纤维以其高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、抗蠕变、抗冲刷以及导电、导热等一系列优异的性能，在先进复合材料的增强体中占据越来越重要的位置，被誉为21世纪中最有生命力的新型材料。

作为碳纤维生产的源头设备——放丝机，存在着许多不足之处，如放丝机的放丝架排布不合理致使设备占用空间较大、车间利用率较低；放丝架上的卷装采用端盖和紧定螺钉相结合的方式进行压紧固定，此结构操作不便，同时在放丝过程中容易螺钉松动造成卷绕与放丝架之间发生相对转动，进而导致纤维丝束松弛；放丝过程中纤维张力波动较大、致使纤维丝束本身及其纤维丝束之间张力离散系数大，从而影响碳纤维生产的后续工艺，最终降低碳纤维的综合性能。

发明内容

本发明目的是提供一种用于生产连续碳纤维的放丝机，其解决了现有放丝机放丝架排布不合理、纤维张力不稳定的技术问题。

本发明的技术解决方案是：

一种用于生产连续碳纤维的放丝机，包括箱体2、以阵列方式设置在箱体2侧面的多个放丝架3、通过安装架11设置在箱体2顶部的多个导丝辊组件4、控制箱5，所述每个导丝辊组件4与一列放丝架3相对应；

其特殊之处在于：

所述放丝架3包括卷装固定装置13、放丝架转轴12、固定在箱体2内侧的安装支座14，所述卷装固定装置13安装在放丝架转轴12的外伸端；所述放丝架转轴12的另一端设置在安装支座14上且端部安装有张力控制器16；

所述卷装固定装置13包括挡板17、多个张紧片18、驱动定位套20、定位套24、第一张紧驱动器21、第二张紧驱动器22、第一驱动弹簧25、第二驱动弹簧26、手柄27、至少一个绑紧弹簧19、端盖49；

所述张紧片18包括长条形弹片35、设置在弹片35左端外侧的预固定齿36、设置在弹片35左端内侧的矩形定位齿34、设置在弹片35中部外侧的至少一个弹簧槽39、设置在弹片35右端外侧的锯齿形压齿38、设置在弹片35右端内侧的三角形卡齿37；

所述驱动定位套20为带通孔41的法兰筒，其外侧面左端设置有可镶嵌相应多个张紧片定位齿34的多个卡槽40，其外侧面沿轴向设置有多个可放置张紧片18的限位槽42；

所述定位套24为带通孔43的台阶状圆筒，其外侧面沿轴向设置有多个可放置张紧片18的限位槽44，其通孔43的左端与放丝架转轴12的右端固连；

所述第一张紧驱动器21为带通孔45的圆筒，其外侧面沿轴向设置有多个可放置三角形卡齿37的限位槽50，其通孔45的右端设置有卡槽51；

所述第二张紧驱动器22为带通孔47的台阶状圆筒，所述圆筒中部外侧面为锥形侧面46，所述通孔47的左端沿轴向设置有多个可放置张紧片18的限位槽48；所述通孔47的右端设置有卡槽52；

所述端盖49为带通孔的法兰盘；

所述挡板17与放丝架转轴12的中部固连；所述驱动定位套20的通孔41的左端与放丝架转轴12的中部固连；所述定位套24的通孔43的左端与放丝架转轴12的右端部固连；所述端盖49与定位套24的右端面固连；所述第二张紧驱动器22的右端从端盖49的通孔中向外伸出；所述手柄27的左端穿过第二张紧驱动器22的通孔47后与所述第一张紧驱动器21的通孔45转动连接；所述手柄27中部与第二张紧驱动器22的通孔47的右端转动连接，所述多个张紧片18的矩形定位齿34嵌入驱动定位套20的相应卡槽40内，所述张紧片18的左侧沿轴向放置在驱动定位套20的限位槽42内，所述张紧片18的右侧沿轴向放置定位套24的限位槽44内，所述至少一个绑紧弹簧19放置在张紧片18的弹簧槽39内且将张紧片18右端的三角形卡齿37压在第一张紧驱动器21的左侧棱边，所述第一驱动弹簧25沿轴向放置在端盖49内侧面和第二张紧驱动器22的锥形侧面46的右侧面之间；所述第二驱动弹簧26轴向放置在手柄27与第二张紧驱动器22之间。

上述导丝辊组件包括安装轴10、固定在安装轴10上的定位耳座9、设置在定位耳座9上的导丝辊转轴8、套在导丝辊转轴8上的多个定位套管7以及套在导丝辊转轴8上且位于两两定位套管7之间的导丝轮6，所述导丝辊转轴8的轴线与放丝架转轴12的轴线相平行。

上述凹槽形状为U形或对称性圆弧形。

本发明优点：

本发明采用上述结构的放丝机，在提供用于生产碳纤维的原丝时，可通过放丝架、导丝辊组件的先后配合将原丝丝束连续送至碳纤维生产的后续工序，从而保证纤维在放丝过程中，其张力稳定，避免造成丝束松弛、放丝间断跳动，提高纤维放丝过程其状态的一致性，进而提高碳纤维的质量。另外，放丝架与原丝卷装纸管之间采用特有的张紧装置，使操作更加简单，并且放丝过程不会发生纸管与放丝架发生相关转动；导丝辊组件采用与每个放丝架相对应的导丝轮进行导丝，避免了同列不同行放丝架纤维丝束之间的相互干扰，同时导丝轮采用U型槽结构，对纤维丝束起到定位作用，保证其按预设路线运行；放丝架采用“阵列”式排布在箱体的一侧，保证放丝架原丝丝束在原丝卷装旧辊或满辊状态下均互不干扰，同时也提高了车间空间利用率。

该放丝机具有放丝架排布合理、卷装与放丝架之间固定牢固且易于操作、张力稳定、整体结构简单、使用方便的优点，保证了放丝过程中纤维状态的一致性，提高了碳纤维的质量，尤其降低了纤维丝束本身及其纤维丝束之间相同技术指标的离散系数。

综上所述，本发明保证了放丝过程中纤维状态的均一性和稳定性，提高了碳纤维的质量，尤其降低了纤维丝束本身及其纤维丝束之间相同技术指标的离散系数。同时，本发明具有放丝架排布合理，设备占用空间小，车间空间利用率高的特点；具有卷装与放丝架之间固定牢固、固定装置操作方便以及对卷装纸管长度适应性广的特点；具有张力控制稳定且易于调节的特点。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是图1的左视图；

图3本发明导丝辊组件局部放大示意图；

图4本发明放丝架卷装固定装置示意图；

图5是张紧片、驱动定位套、定位套、第一张紧驱动器、第二张紧驱动器的位置示意图；

图6是张紧片的结构示意图；

图7是驱动定位套的结构示意图；

图8是定位套的结构示意图；

图9是第一张紧驱动器的结构示意图；

图10是第二张紧驱动器的结构示意图；

其中：1-底座，2-箱体，3-放丝架，4-导丝辊组件，5-控制箱，6-导丝轮，7-定位套管，8-导丝辊转轴，9-定位耳座，10-安装轴，11-安装架，12-转轴，13-卷装固定装置，14-安装支座，15-安装机座，16-张力控制器，17-固定挡板，18-张紧片，19-绑紧弹簧，20-驱动定位套，21-第一张紧驱动器，22-第二张紧驱动器，23-欲纺丝卷装，24-定位套，25-第一驱动弹簧，26-第二驱动弹簧，27-手柄，28-电源开关，29-指示灯，30-张力控制仪表，31-控制仪表粗调器，32-控制仪表细调器，34-定位齿，35-弹片，36-预固定齿，37-卡齿，38-压齿，39-弹簧槽，40-驱动定位套卡槽，41-驱动定位套通孔，42-驱动定位套限位槽，43-定位套通孔，44-定位套限位槽，45-第一张紧驱动器通孔，46-第二张紧驱动器驱动面，47-第二张紧驱动器通孔，48-第二张紧驱动器限位槽，49-端盖，50-第一张紧驱动器限位槽，51-第一张紧驱动器卡槽，52-第二张紧驱动器卡槽，d-相邻导丝轮的间距，A-放丝架的行间距，B-放丝架的列间距。

具体实施方式

如图1至图4所示，一种用于生产连续碳纤维的放丝机，包括底座1、箱体2、以“阵列”方式设置在箱体2侧面的多个放丝架3、通过安装架11设置在箱体2顶部的多个导丝辊组件4、控制箱5，控制箱设置在箱体的右上侧，控制箱由放丝机电源开关及其指示灯、张力控制器仪表系统、控制仪表粗调器和控制仪表细调器组成，并且控制箱要求具有防爆功能。每个导丝辊组件4与一列放丝架3相对应。

放丝架3排布的“阵列”满足如下参数：

(1)行间距：A＝Φout+(20～150)

(2)列间距：B＝Φout+(m-1)Atanθ+(20～200)(50～200)

(3)每列放丝架中心连线与竖直方向的夹角：5°≤θ≤25°

注：Φout为4卷装的最大外径尺寸。

导丝辊中心线与放丝架最下面一行的对应关系为：

0.5Φout＜L1＜2.0Φout

相邻导丝辊组件之间的间距满足如下关系：

L＝Φout+(m-1)Atanθ+(50～200)

本实施例中，12锭放丝架采用4行3列的“阵列”形式设置在箱体的一侧，其行间距A为500mm、列间距B为900mm、每列放丝架中心连线与竖直方向的夹角θ为15°，放丝架3上述“阵列”排布形成可以满足12锭原丝卷装不论满辊还是旧辊状态均可同时放丝，丝束之间互不干扰，为纤维后续工序提供了具有完好的初始状态。为了保证放丝过程中纤维张力的一致性，相邻导丝辊组件的间距最好等于放丝架的列间距。

放丝架3包括卷装固定装置13、放丝架转轴12、固定在箱体2内侧的安装支座14，卷装固定装置13安装在放丝架转轴12的外伸端用于安装相应卷装，放丝架转轴12的另一端穿过箱体2内侧后安装在安装支座14上且端部安装有张力控制器16；张力控制器通过紧固件连接在放丝架的安装支座上，其工作方式可以采用机械式控制或电磁式控制，每个放丝架单独配置张力控制器，其张力控制范围为50g-1000g，并且可以连续调节。在本实施例中，张力控制器优先选用电磁式控制，具体为磁滞张力控制器，其电器控制系统设置在控制箱内，通过调节控制箱内的张力控制仪表的粗调器和细调器对放丝架上的丝纤维丝束中张力的连续控制。

卷装固定装置13包括多个张紧片18、驱动定位套20、定位套24、第一张紧驱动器21、第二张紧驱动器22、第一驱动弹簧25、第二驱动弹簧26、手柄27、至少一个绑紧弹簧19、端盖49；

参见图5和图6，张紧片18包括长条形弹片35、设置在弹片35左端外侧的预固定齿36、设置在弹片35左端内侧的矩形定位齿34、设置在弹片35中部外侧的至少一个弹簧槽39、设置在弹片35右端外侧的锯齿形压齿38、设置在弹片35右端内侧的三角形卡齿37；

参见图5和图7，驱动定位套20为带通孔41的法兰筒，其外侧面左端设置有可镶嵌相应多个张紧片定位齿34的多个卡槽40，其外侧面沿轴向设置有多个可放置张紧片18的限位槽42；

参见图5和图8，定位套24为带通孔43的台阶状圆筒，其外侧面沿轴向设置有多个可放置张紧片18的限位槽44，其通孔43的左端与放丝架转轴12的右端固连；

参见图5和图9，第一张紧驱动器21为带通孔45的圆筒，其外侧面沿轴向设置有多个可放置三角形卡齿37的限位槽50，其通孔45的右端设置有卡槽51；

参见图5和图10，第二张紧驱动器22为带通孔47的台阶状圆筒，圆筒中部外侧面为锥形侧面46，通孔47的左端沿轴向设置有多个可放置张紧片18的限位槽48；通孔47的右端设置有卡槽52；

参见图4，端盖49为带通孔的法兰盘；

其中：驱动定位套20的通孔41的左端与放丝架转轴12的中部固连；定位套24的通孔43的左端与放丝架转轴12的右端部固连；端盖49与定位套24的右端面固连；第二张紧驱动器22的右端从端盖49的通孔中向外伸出；手柄27的左端穿过第二张紧驱动器22的通孔47后与第一张紧驱动器21的通孔45转动连接；手柄27中部与第二张紧驱动器22的通孔47的右端转动连接，多个张紧片18的矩形定位齿34嵌入驱动定位套20的相应卡槽40内，张紧片18的左侧沿轴向放置在驱动定位套20的限位槽42内，张紧片18的右侧沿轴向放置定位套24的限位槽44内，至少一个绑紧弹簧19放置在张紧片18的弹簧槽39内且将张紧片18右端的三角形卡齿37压在第一张紧驱动器21的左侧棱边，第一驱动弹簧25沿轴向放置在端盖49内侧面和第二张紧驱动器22的锥形侧面46的右侧面之间；第二驱动弹簧26轴向放置在手柄27与第二张紧驱动器22之间。

导丝辊组件包括安装轴10、固定在安装轴10上的定位耳座9、设置在定位耳座9上的导丝辊转轴8、套在导丝辊转轴8上的多个定位套管7以及套在导丝辊转轴8上且位于两两定位套管7之间的导丝轮6，导丝辊转轴8的轴线与放丝架转轴12的轴线相平行。导丝辊组件通过安装架11设置在箱体2的顶端；导丝辊组件4的导丝辊转轴8轴线与放丝架3的轴线相平行；导丝辊组件4的数量与放丝架3的列数有关，每列放丝架2对应一组导丝辊组件4；导丝辊组件4所包括的导丝轮6的数量与每列放丝架3的行数有关，要求导丝轮6的数量至少不小于每列放丝架3的行数，相邻导丝轮的间距d与碳纤维生产工艺相关，其间距大小通过定位套管7进行调节；安装架11的一端通过紧固件安装在箱体2的顶端，另一端通过紧固件与导丝组件4的安装轴10相连，并且安装轴10的轴线与安装架11前基准面相垂直、呈T形连接；导丝轮6、定位套管7、导丝辊转轴8组成的转动部件通过定位耳座安装9在安装轴10的正上方，并且二者相平行；导丝辊组件4设置在箱体2的顶端，其具体位置与相对应放丝架3的位置有关，导丝辊组件4的导丝辊转轴8中心线与其对应列放丝架3最下面一行的水平距离L1应满足0.5Φout＜L1＜2.0Φout，同时相邻导丝辊组件4的水平距离L与放丝架3的列间距B有关，一般满足L＝out+(m-1)Atanθ+(20～200)，最好取用L≤B，导丝辊组件4相对箱体2的安装高度H与L1和L有关，应根据实际情况而定，但应以相邻列放丝架3在放丝过程中丝束互不干扰为原则。在本实施例中，在箱体的顶端设置3组导丝辊组件，每组导丝辊组件具有8只导丝轮，并且导丝轮间距d为20mm；导丝辊组件的导丝辊转轴中心线与其对应列放丝架最下面一行的水平距离L1为400mm，相邻导丝辊组件的水平距离L为850mm，其相对与箱体的安装高度H为750mm。

在放丝过程中，导丝辊组件的导丝轮具有导丝引向作用，因此，导丝轮6的外圆周面必须为凹槽形，但凹槽的形状不受限制，如方形、V形、弧形、U形等，为了提高放丝过程中丝束本身的均一性和展平率，凹槽形状优先U形和对称性圆弧形；导丝轮6的凹槽深度没有明确规定，一般2～20mm；在本实施例中，将导丝轮6的外圆周面设计成U形槽。在放丝过程中，上述导丝轮6对纤维丝束起到良好的导丝引向作用，并且纤维丝束具有完好的展平性，为后续纤维预氧化工艺提供良好的初始状态。

卷装固定装置13张紧卷装的具体实施过程如下：将手柄拉至其原始位置，然后将预放丝卷装从手柄27方向沿放丝架3的放丝架转轴12中心线向里推至固定挡板17，并且其末端被张紧片18预固定，然后手动向箱体2方向推动手柄27，在第一驱动弹簧25的作用下通过手柄27推动第一张紧驱动器21，此时张紧片18被初步抬起，为第二张紧驱动器22工作做准备，继续向箱体2方向推动手柄27，在第二驱动弹簧26的作用下通过手柄25推动第二张紧驱动器22，此刻张紧片18被再次抬起，直到第二张紧驱动器行进至定位套24，此时张紧片18实现对卷装纸管的张紧；卷装固定装置13的卸卷装过程与上述操作过程相反。另外，由于卷绕固定装置13采用特殊的张紧片18及其配套装置进行对卷装纸管进行张紧和固定，因此，降低了对卷装纸管长度精度的要求，并且纸管长度在一定范围内变化时均可使用上述同一卷装固定装置，在一定程度上提高了设备的适用性。

Claims (3)

1.一种用于生产连续碳纤维的放丝机，包括箱体(2)、以阵列方式设置在箱体(2)侧面的多个放丝架(3)、通过安装架(11)设置在箱体(2)顶部的多个导丝辊组件(4)、控制箱(5)，所述每个导丝辊组件(4)与一列放丝架(3)相对应；

其特征在于：

所述放丝架(3)包括卷装固定装置(13)、放丝架转轴(12)、固定在箱体(2)内侧的安装支座(14)，所述卷装固定装置(13)安装在放丝架转轴(12)的外伸端；所述放丝架转轴(12)的另一端设置在安装支座(14)上且端部安装有张力控制器(16)；

所述卷装固定装置(13)包括挡板(17)、多个张紧片(18)、驱动定位套(20)、定位套(24)、第一张紧驱动器(21)、第二张紧驱动器(22)、第一驱动弹簧(25)、第二驱动弹簧(26)、手柄(27)、至少一个绑紧弹簧(19)、端盖(49)；

所述张紧片(18)包括长条形弹片(35)、设置在弹片(35)左端外侧的预固定齿(36)、设置在弹片(35)左端内侧的矩形定位齿(34)、设置在弹片(35)中部外侧的至少一个弹簧槽(39)、设置在弹片(35)右端外侧的锯齿形压齿(38)、设置在弹片(35)右端内侧的三角形卡齿(37)；

所述驱动定位套(20)为带通孔(41)的法兰筒，其外侧面左端设置有可镶嵌相应多个张紧片定位齿(34)的多个卡槽(40)，其外侧面沿轴向设置有多个可放置张紧片(18)的限位槽(42)；

所述定位套(24)为带通孔(43)的台阶状圆筒，其外侧面沿轴向设置有多个可放置张紧片(18)的限位槽(44)，其通孔(43)的左端与放丝架转轴(12)的右端固连；

所述第一张紧驱动器(21)为带通孔(45)的圆筒，其外侧面沿轴向设置有多个可放置三角形卡齿(37)的限位槽(50)，其通孔(45)的右端设置有卡槽(51)；

所述第二张紧驱动器(22)为带通孔(47)的台阶状圆筒，所述圆筒中部外侧面为锥形侧面(46)，所述通孔(47)的左端沿轴向设置有多个可放置张紧片(18)的限位槽(48)；所述通孔(47)的右端设置有卡槽(52)；

所述端盖(49)为带通孔的法兰盘；

所述挡板(17)与放丝架转轴(12)的中部固连；所述驱动定位套(20)的通孔(41)的左端与放丝架转轴(12)的中部固连；所述定位套(24)的通孔(43)的左端与放丝架转轴(12)的右端部固连；所述端盖(49)与定位套(24)的右端面固连；所述第二张紧驱动器(22)的右端从端盖(49)的通孔中向外伸出；所述手柄(27)的左端穿过第二张紧驱动器(22)的通孔(47)后与所述第一张紧驱动器(21)的通孔(45)转动连接；所述手柄(27)中部与第二张紧驱动器(22)的通孔(47)的右端转动连接，所述多个张紧片(18)的矩形定位齿(34)嵌入驱动定位套(20)的相应卡槽(40)内，所述张紧片(18)的左侧沿轴向放置在驱动定位套(20)的限位槽(42)内，所述张紧片(18)的右侧沿轴向放置定位套(24)的限位槽(44)内，所述至少一个绑紧弹簧(19)放置在张紧片(18)的弹簧槽(39)内且将张紧片(18)右端的三角形卡齿(37)压在第一张紧驱动器(21)的左侧棱边，所述第一驱动弹簧(25)沿轴向放置在端盖(49)内侧面和第二张紧驱动器(22)的锥形侧面(46)的右侧面之间；所述第二驱动弹簧(26)轴向放置在手柄(27)与第二张紧驱动器(22)之间。

2.根据权利要求1所述的用于生产连续碳纤维的放丝机，其特征在于：

所述导丝辊组件包括安装轴(10)、固定在安装轴(10)上的定位耳座(9)、设置在定位耳座(9)上的导丝辊转轴(8)、套在导丝辊转轴(8)上的多个定位套管(7)以及套在导丝辊转轴(8)上且位于两两定位套管(7)之间的导丝轮(6)，所述导丝辊转轴(8)的轴线与放丝架转轴(12)的轴线相平行。

3.根据权利要求2所述的用于生产连续碳纤维的放丝机，其特征在于：所述凹槽形状为U形或对称性圆弧形。