CN103009637B - 一种防止纤维铺放头中输送系统过热的红外加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防止纤维铺放头中输送系统过热的红外加热装置。该装置应用于复合材料纤维铺放自动化制造装备领域，针对传统红外加热装置对铺放头输送系统产生热影响的问题，该装置采用多种隔热和冷却装置，包括红外灯管，灯罩，温度控制系统，及隔热装置。红外灯管安装在灯罩中，通过灯罩的反射面将其发射出的红外线反射至需要加热的区域，并结合温度控制系统和隔热装置的共同作用，防止铺放头中的输送系统过热。本发明在防止红外加热装置加热纤维铺放头，使纤维铺放头中的输送系统温度过高，从而导致预浸带发粘，输送困难的同时，能够加热芯模或者已铺放铺层，使预浸带能够更好的铺覆，有利于复合材料层合板预成形制件的制造。

Description

一种防止纤维铺放头中输送系统过热的红外加热装置

技术领域

本发明属于纤维铺放技术领域，涉及一种防止纤维铺放头中输送系统过热的红外加热装置。

背景技术

纤维铺放技术能够高效地实现大型、型面曲率复杂的复合材料制件的制造，主要应用于航空航天，船舶，新能源等工业领域中。所制造出的树脂基纤维增强复合材料制件具有比强度高、比模量高、耐腐蚀、耐疲劳等一系列优点。

采用纤维铺放装备制造树脂基纤维增强复合材料制件时，首先，加热装置对芯模或者已铺放预浸带铺层带进行加热，使其温度升高；同时，纤维铺放头中的输送系统将纤维预浸带输送至芯模表面，接着通过压辊装置将纤维预浸带压紧压实在被加热的芯模或者已铺放铺层表面。经过多层的铺放加工，制造出树脂基纤维增强复合材料预成型制件。该制件经过热压罐固化和后处理等工序后，成为复合材料制件成品。

目前，纤维铺放装备中预浸带加热技术分为：气体对流加热，固体传导加热，以及红外辐射加热等多种方式，其中红外辐射加热由于能耗低，加热效率高，污染小等特点被广泛应用。如美国专利US7731816B2，美国专利US8191596B2等专利文献都对红外加热等技术进行了说明，分别从红外加热原理，加热温度控制，加热均匀性等方面进行了详细描述，提出相关权利要求。但是，同其它加热技术一样，没有将加热装置和铺放头作为一个整体来考虑，忽视了加热装置对铺放头的热影响。加热装置作为铺放头的一部分，除了能够加热铺放的铺层外，其对铺放装置其他结构部分，特别是对预浸带输送系统的影响是十分明显的。由于结构功能上的需要，加热装置一般会距离输送系统较近，一旦加热装置产生的残余热量加热铺放头的输送系统（温度大于30℃），就会导致预浸带粘性增加，输送困难，堵塞输送通道，造成纤维铺放机停机，降低生产效率。

为了提高铺放装置可靠性，降低加热装置残余热量对输送系统的影响，在设计制造纤维铺放装备时，充分考虑红外加热装置对输送系统的热影响，采用可靠的防热和隔热结构，以及有效的温度控制系统，已经成为铺放头结构设计中一个亟待解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷和不足，本发明目的是提供一种防止纤维铺放头中输送系统过热的红外加热装置，该装置能够消除红外加热装置对纤维铺放头输送系统的热影响，提高预浸带的加热效率和可靠性，从而提高纤维铺放机加工复合材料制件的效率和质量。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种防止纤维铺放头中输送系统过热的红外加热装置，包括设置在铺放头机架上的灯罩和设置在灯罩内的红外灯管，灯罩位于输送系统的侧下方；红外灯管的照射区域包括压紧机构一侧的芯模或已铺放铺层的区域，以及位于待铺放预浸带和已铺放铺层之间的区域；

所述的灯罩包括内层反射灯罩，外层隔热灯罩和气管快插接头，内层反射灯罩连接在外层隔热灯罩上，内层反射灯罩同外层隔热灯罩之间的距离≥3mm，气管快插接头安装在外层隔热灯罩的顶部，外界空气能够从气管快插接头流入内层灯罩和外层灯罩之间的空间以冷却灯罩。

所述的红外灯管的轴线位于内层反射灯罩的反射曲面的焦点位置。

所述的灯罩的横截面形状为直角梯形或近似直角梯形，其中锐角角度为30～45°，安装时较长底边贴近输送系统。

所述的内层反射灯罩设有覆盖整个内层反射灯罩反射曲面的反射镀层，反射镀层采用镀金膜或者镀铝膜，镀膜厚度为1～5μm。

所述的红外灯管与灯罩之间、灯罩与铺放头的机架之间、灯罩与输送系统之间均留有隔热空隙或者通过填充有隔热材料4-4。

所述的红外灯管通过陶瓷灯座同灯罩相连接；灯罩通过陶瓷螺栓螺母与铺放头机架相连接，并填充有隔热陶瓷垫片；灯罩与输送系统之间留有空气间隙或者填充隔热陶瓷垫片。

所述外层隔热灯罩和输送系统之间还设有温度传感器，控制器与温度传感器和电磁阀连接，气管快插接头通过电磁阀与低温压缩空气源相连接。

所述当温度传感器检测到的输送系统温度大于设定温度时，控制器控制电磁阀接通，使低温压缩空气源产生的低温空气经气管快插接头流过内层反射灯罩与外层隔热灯罩之间的空间，降低该区域的温度，减弱红外灯管对输送系统的加热。

所述当温度传感器检测到的输送系统温度小于设定温度时，控制器控制电磁阀关闭，停止低温空气的喷射流过内层反射灯罩与外层隔热灯罩之间的空间。

所述设定温度为25～32℃。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的防止纤维铺放头中输送系统过热的红外加热装置，采用具有较高红外反射率的反射灯罩，通过灯罩的反射面将其发射出的红外线反射至需要加热的区域，提高了红外加热效率，降低了功率损耗。而且内层反射灯罩和外层隔热灯罩的设计能够防止输送系统过热。

进一步，本发明提供的防止纤维铺放头中输送系统过热的红外加热装置，采用多种防热和隔热结构，能够有效阻隔红外加热装置残余热量对铺放装置输送系统的影响，提高输送系统可靠性。

本发明提供的防止纤维铺放头中输送系统过热的红外加热装置，通过灯罩结合温度控制系统和隔热装置的共同作用，在防止纤维铺放头中的输送系统温度过高，从而导致预浸带发粘，输送困难的同时，还能够加热芯模或者已铺放铺层，使预浸带能够更好的铺覆，有利于复合材料层合板预成形制件的制造。

本发明提供的防止纤维铺放头中输送系统过热的红外加热装置，容易实现，可靠性高。

附图说明：

图1是纤维铺放头中红外加热装置结构示意图。

图2是红外加热装置加热区域示意图。

图3是红外加热装置隔热结构示意图。

图4是双层红外加热灯罩的横向结构示意图。

图5是红外加热灯罩冷空气接口示意图。

图6是红外加热灯罩的纵向截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来对本发明提供的具有插接式组合输送机构的纤维铺放头装置进行详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

参见图1～图5，一种防止纤维铺放头中输送系统过热的红外加热装置，包括设置在铺放头机架6上的灯罩1和设置在灯罩1内的红外灯管2，灯罩1位于输送系统5的侧下方；红外灯管2的照射区域包括压紧机构7一侧的芯模8或已铺放铺层的区域，以及位于待铺放预浸带9和已铺放铺层之间的区域；铺放头运动方向如图1中箭头所示；

灯罩1安装在铺放头的机架上，距离输送系统5和压紧机构7都非常近，即当预浸带9从输送系统5被输送出来后，快速地通过压紧机构7将预浸带9压紧压实在被加热的芯模8或者已铺放铺层上。

所述的灯罩1包括内层反射灯罩1-1，外层隔热灯罩1-2和气管快插接头1-3，内层反射灯罩1-1连接在外层隔热灯罩1-2上，内层反射灯罩1-1同外层隔热灯罩1-2之间的距离≥3mm，气管快插接头1-3安装在外层隔热灯罩1-2的顶部，外界空气能够从气管快插接头1-3流入内层灯罩1-1和外层灯罩1-2之间的空间以冷却灯罩1。

红外灯管2加热芯模或者已铺放铺层（图1中虚线之间的区域），使其温度升高，有利于同正在铺放的预浸带之间的粘接，减少桥架现象，提高预浸带的铺放速度。

进一步，红外灯管2在加热芯模或者已铺放铺层的同时加热待铺放预浸带9。即通过调整输送系统5的位置，使红外灯管2的加热区域覆盖已铺放铺层和待铺放铺层之间的区域（图2中虚线之间的区域），使已铺放铺层上表面和待铺放铺层下表明同时加热，提高粘度，有利于复合材料铺层的铺放加工。

具体的，所述的红外灯管2的轴线位于内层反射灯罩1-2的反射曲面的焦点位置，以使反射的红外线具有较好的方向性。

所述的灯罩1的横截面形状为直角梯形或近似直角梯形，其中锐角角度为30～45°（图4所示，具体为40～45°），安装时较长底边贴近输送系统5；内层反射灯罩和外层隔热灯罩之间有较大间隙（≥3mm），以增强隔热效果。

进一步，所述的内层反射灯罩1-1设有覆盖整个内层反射灯罩反射曲面的反射镀层1-1-1，反射镀层采用镀金膜或者镀铝膜，镀膜厚度为1～5μm。

参见图1、图3，由于红外加热装置同输送系统距离非常近，热影响区域面积大，所述的红外灯管与灯罩1之间、灯罩1与铺放头的机架6之间、灯罩1与输送系统5之间均留有隔热空隙（较大的空气间隙）或者填充有隔热材料4-4（如玻璃纤维棉毡等），以防止红外加热装置加热输送系统。

还可以采用绝热连接件4进行连接，如在灯管和灯罩，以及灯罩和机架连接的部位采用陶瓷材料的结构件，进一步隔绝热源。具体的，参见图6，所述的红外灯管通过陶瓷灯座4-1同灯罩1相连接；灯罩1通过陶瓷螺栓螺母4-3与铺放头机架6相连接，并填充有隔热陶瓷垫片4-2；灯罩1与输送系统5之间留有空气间隙或者填充隔热陶瓷垫片4-2，以及在其他与灯罩接触的位置采用陶瓷垫片，用以隔绝灯罩热量的传递。

进一步，采用主动冷却的方式防止输送系统被加热，参见图1、图4，还在外层隔热灯罩1-2和输送系统5之间还设有温度传感器3-1，控制器3-2与温度传感器3-1和电磁阀3-3连接，气管快插接头1-3通过电磁阀3-3与低温压缩空气源3-4相连接。

当温度传感器3-1检测到的输送系统5温度大于设定温度（25～32℃）时，控制器3-2控制电磁阀3-3接通（控制器发出指令，接通电磁阀），使低温压缩空气源3-4产生的低温空气经气管快插接头1-3流过内层反射灯罩1-1与外层隔热灯罩1-2之间的空间，降低该区域的温度至室温以下，甚至更低，减弱红外灯管2对输送系统5的加热。当低温空气通过气管快插接头进入内层反射灯罩和外层隔热罩之间的空间时，快速流动（流动方向如图4中所示），以降低该区域的温度，从而减弱红外加热装置对输送系统的影响。

当温度传感器3-1检测到的输送系统5温度小于设定温度时，控制器3-2控制电磁阀3-3关闭（由控制器发出指令），停止低温空气的喷射流过内层反射灯罩1-1与外层隔热灯罩1-2之间的空间，降低能耗。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下所做出若干简单的推演或替换都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (10)

1.一种防止纤维铺放头中输送系统过热的红外加热装置，其特征在于，包括设置在铺放头机架(6)上的灯罩(1)和设置在灯罩(1)内的红外灯管(2)，灯罩(1)位于输送系统(5)的侧下方；红外灯管(2)的照射区域包括压紧机构(7)一侧的芯模(8)或已铺放铺层的区域，以及位于待铺放预浸带(9)和已铺放铺层之间的区域；

所述的灯罩(1)包括内层反射灯罩(1-1)，外层隔热灯罩(1-2)和气管快插接头(1-3)，内层反射灯罩(1-1)连接在外层隔热灯罩(1-2)上，内层反射灯罩(1-1)同外层隔热灯罩(1-2)之间的距离≥3mm，气管快插接头(1-3)安装在外层隔热灯罩(1-2)的顶部，外界空气能够从气管快插接头(1-3)流入内层反射灯罩(1-1)和外层隔热灯罩(1-2)之间的空间以冷却灯罩(1)。

2.如权利要求1所述的防止纤维铺放头中输送系统过热的红外加热装置，其特征在于，所述的红外灯管(2)的轴线位于内层反射灯罩(1-1)的反射曲面的焦点位置。

3.如权利要求1所述的防止纤维铺放头中输送系统过热的红外加热装置，其特征在于，所述的灯罩(1)的横截面形状为梯形，其中锐角角度为30～45°，安装时较长底边贴近输送系统(5)。

4.如权利要求1所述的防止纤维铺放头中输送系统过热的红外加热装置，其特征在于，所述的内层反射灯罩(1-1)设有覆盖整个内层反射灯罩反射曲面的反射镀层，反射镀层采用镀金膜或者镀铝膜，镀膜厚度为1～5μm。

5.如权利要求1所述的防止纤维铺放头中输送系统过热的红外加热装置，其特征在于，所述的红外灯管与灯罩(1)之间、灯罩(1)与铺放头的机架(6)之间、灯罩(1)与输送系统(5)之间均留有隔热空隙或者填充有隔热材料(4-4)。

6.如权利要求1所述的防止纤维铺放头中输送系统过热的红外加热装置，其特征在于，所述的红外灯管通过陶瓷灯座(4-1)同灯罩(1)相连接；灯罩(1)通过陶瓷螺栓螺母(4-3)与铺放头机架(6)相连接，并填充有隔热陶瓷垫片(4-2)；灯罩(1)与输送系统(5)之间留有空气间隙或者填充隔热陶瓷垫片。

7.如权利要求1所述的防止纤维铺放头中输送系统过热的红外加热装置，其特征在于，外层隔热灯罩(1-2)和输送系统(5)之间还设有温度传感器(3-1)，控制器(3-2)与温度传感器(3-1)和电磁阀(3-3)连接，气管快插接头(1-3)通过电磁阀(3-3)与低温压缩空气源(3-4)相连接。

8.如权利要求7所述的防止纤维铺放头中输送系统过热的红外加热装置，其特征在于，当温度传感器(3-1)检测到的输送系统(5)温度大于设定温度时，控制器(3-2)控制电磁阀(3-3)接通，使低温压缩空气源(3-4)产生的低温空气经气管快插接头(1-3)流过内层反射灯罩(1-1)与外层隔热灯罩(1-2)之间的空间，降低该区域的温度，减弱红外灯管(2)对输送系统(5)的加热。

9.如权利要求8所述的防止纤维铺放头中输送系统过热的红外加热装置，其特征在于，当温度传感器(3-1)检测到的输送系统(5)温度小于设定温度时，控制器(3-2)控制电磁阀(3-3)关闭，停止低温空气的喷射流过内层反射灯罩(1-1)与外层隔热灯罩(1-2)之间的空间。

10.如权利要求8或9所述的防止纤维铺放头中输送系统过热的红外加热装置，其特征在于，所述设定温度为25～32℃。