CN103267687A - 碳纤维复合芯棒卷绕试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种碳纤维复合芯棒卷绕试验装置，其主要包括机架以及固定在机架上的以下机构：压紧机构，包括压紧电机以及多对上下设置的上滚轮和下滚轮，所有上滚轮均与压紧电机相连，在压紧电机的驱动下上滚轮受力向下滚轮压紧，将碳纤维复合芯棒夹紧在上滚轮和下滚轮间；卷绕机构，包括卷绕电机以及与卷绕电机传动相连的卷绕盘，所述卷绕盘的周向外表面设有至少一圈卷绕碳纤维复合芯棒用的弧形槽，并且在所述卷绕盘的周向上设有固定碳纤维复合芯棒端头的夹紧机构；控制系统，所述压紧电机以及卷绕电机均与控制系统相连。本发明不会对碳纤维复合芯棒表面产生损伤，实现了碳纤维复合芯棒的有效卷绕试验。
Description
技术领域
本发明涉及电工产品试验技术领域，特别是涉及一种碳纤维复合芯棒卷绕试验装置。
背景技术
近年来，一种新型导线——纤维增强树脂基复合材料芯导线被广泛应用。该新型导线与普通钢芯铝绞线的最大区别在于其导线的加强芯为纤维增强树脂基复合材料芯（以下简称芯棒）。由于芯棒具有重量轻、强度高和线膨胀系数小等优点，使其该导线与传统导线相比具有强度高、线损低、弧垂小、耐高温、载流量大、质量轻、耐腐蚀等优点，实现了电力传输的节能、环保与安全，该导线在输电线路具有良好的应用前景。
在导线生产及施工过程中，其卷绕性能是非常重要的性能指标。与普通钢芯铝绞线相比，纤维增强树脂基复合材料芯导线的卷绕性能主要取决于芯棒。因此芯棒的卷绕性能指标是该导线的最关键技术指标，由于芯棒直径大且范围宽、强度大、弯曲半径大等特点，且卷绕试验程序复杂，与现有的线材卷绕试验机工作原理完全不同，不能利用现有的线材卷绕试验机对其不能进行测试。
中国专利ZL201110194600.2公开了一种复合材料芯棒卷绕试验机，其包括防护罩、试样导入装置、卷绕装置和可编程控制器，所述的试样导入装置的、卷绕装置设置在所述的防护罩内，所述的可编程控制器设置在所述的防护罩外侧。本发明实现了对复合材料芯棒的卷绕试验，但其在卷绕过程中仍存在一定的局限性，若卷绕轮对芯棒的固定及夹持，易造成对芯棒外表面的损坏，而且对不同直径芯棒的测试也不易操作。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种碳纤维复合芯棒卷绕试验装置，用于解决现有技术中存在的上述问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种碳纤维复合芯棒卷绕试验装置，其主要包括机架以及固定在机架上的以下机构：压紧机构，包括压紧电机以及多对上下设置的上滚轮和下滚轮，所有上滚轮均与压紧电机相连，在压紧电机的驱动下上滚轮受力向下滚轮压紧，将碳纤维复合芯棒夹紧在上滚轮和下滚轮间；卷绕机构，包括卷绕电机以及与卷绕电机传动相连的卷绕盘，所述卷绕盘的周向外表面设有至少一圈卷绕碳纤维复合芯棒用的弧形槽，并且在所述卷绕盘的周向上设有固定碳纤维复合芯棒端头的夹紧机构；控制系统，所述压紧电机以及卷绕电机均与控制系统相连。
优选的，所有弧形槽成螺旋状排布。
优选的，所述夹紧机构包括与所述卷绕盘固定相连的固定架，以及穿设在所述固定架上的夹紧棒，所述夹紧棒朝向所述卷绕盘的表面具有一段与所述弧形槽相配合的下凹弧面。
优选的，所述夹紧棒与所述卷绕盘间的距离可调。
优选的，所述碳纤维复合芯棒卷绕试验装置还包括升降调节机构，所述升降调节机构与所述压紧机构相连，调整所述压紧机构的位置高度。
优选的，所述压紧机构中的所有下滚轮与一旋转电机传动相连，所述旋转电机带动所有下滚轮转动，所述旋转电机与所述控制系统相连。
优选的，所有上滚轮均设在一压板上，所述压紧电机与所述压板相连。
优选的，所述压紧机构还包括手摇轮以及与手摇轮相连的升降传动机构，所述压板与所述升降传动机构相连。
优选的，所述机架上还设有前导向机构，所述前导向机构位于所述压紧机构的一侧，前导向机构为一对前后相对设置的立柱。
优选的，所述机架上还设有后导向机构，所述后导向机构位于所述压紧机构和卷绕盘间，后导向机构为一横向设置的支撑件。
如上所述，本发明的碳纤维复合芯棒卷绕试验装置，具有以下有益效果：其压紧机构确保了碳纤维复合芯棒在恒定张力下直线行进，卷绕盘的周向外表面上的弧形槽确保将碳纤维复合芯棒卷绕在内，而弧形槽的设置便于对硬度较高的碳纤维复合芯棒进行限位卷绕，而不会对碳纤维复合芯棒表面产生损伤，实现了碳纤维复合芯棒的有效卷绕试验。
附图说明
图1显示为本发明的碳纤维复合芯棒卷绕试验装置的正视图。
图2显示为本发明的碳纤维复合芯棒卷绕试验装置的侧视图。
图3显示为本发明所述卷绕盘的具体结构图。
图4显示为本发明所述夹紧机构的具体结构图。
图5显示为本发明所述压紧机构的具体结构图。
图6显示为本发明卷绕不同直径碳纤维复合芯棒的状态示意图。
图7显示为本发明前导向机构的具体结构图。
元件标号说明
1 机架
2 卷绕盘
2a 大直径的卷绕盘
2b 小直径的卷绕盘
21 弧形槽
3 夹紧机构
31 夹紧棒
32 固定架
311 下凹弧面
4 升降调节机构
5 压紧电机
6 前导向机构
7 碳纤维复合芯棒
7b 直径大的碳纤维复合芯棒
7a 直径小的碳纤维复合芯棒
8 后导向机构
9 下滚轮
10 上滚轮
11 旋转电机
12 卷绕电机
13 传动轴
14 压板
15 手摇轮
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图7。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1及图2所示，本发明提供一种碳纤维复合芯棒卷绕试验装置，其主要包括机架1以及固定在机架1上的以下机构：压紧机构，包括压紧电机5以及多对上下设置的上滚轮10和下滚轮9，所有上滚轮10均与压紧电机5相连，在压紧电机5的驱动下上滚轮10受力向下滚轮9压紧，将碳纤维复合芯棒7夹紧在上滚轮10和下滚轮9间；卷绕机构，包括卷绕电机12以及与卷绕电机12传动相连的卷绕盘2，卷绕盘2的周向外表面设有至少一圈卷绕碳纤维复合芯棒用的弧形槽21（见图3所示），并且在卷绕盘2的周向上设有固定碳纤维复合芯棒端头的夹紧机构3；控制系统，压紧电机5以及卷绕电机12均与控制系统相连。本发明的碳纤维复合芯棒卷绕试验装置，压紧机构确保了碳纤维复合芯棒在恒定张力下直线行进，卷绕盘的周向外表面上的弧形槽确保将碳纤维复合芯棒卷绕在内，而弧形槽的设置便于对硬度较高的碳纤维复合芯棒进行限位卷绕，而不会对碳纤维复合芯棒表面产生损伤，实现了碳纤维复合芯棒的有效卷绕试验。
为便于加强试验效果，有时需要对碳纤维复合芯棒进行多圈卷绕，一般在卷绕盘上设置三圈弧形槽即可，如图3所示，上述所有弧形槽21成螺旋状排布，这种螺旋状排布的弧形槽便于对硬度较高的碳纤维复合芯棒的卷绕，易于试验的进行。该卷绕盘2通过传动轴13与卷绕电机12相连，在卷绕电机12的带动下旋转完成对碳纤维复合芯棒的卷绕。
碳纤维复合芯棒的强度大、弯曲半径大，因此其端头不容易夹持，端头的固定夹持成为一重要问题，过紧会导致碳纤维复合芯棒表面破损；过松则会出现碳纤维复合芯棒松动，影响试验。本发明在上述卷绕盘2的周向上设置了专门夹持碳纤维复合芯棒的夹持机构3，如图4所示，该夹紧机构3包括与卷绕盘2固定相连的固定架32，以及穿设在固定架32上的夹紧棒31，夹紧棒31朝向卷绕盘2的表面具有一段与弧形槽21相配合的下凹弧面311。本发明采用下凹弧面311和弧形槽21的配合将碳纤维复合芯棒7夹持固定，使接触面为弧形，这样既增加了与碳纤维复合芯棒的接触面，实现更好的夹持，又因为下凹弧面与碳纤维复合芯棒的接触不会对碳纤维复合芯棒表面造成损害，而且本发明的夹持机构无需其他需破坏碳纤维复合芯棒而对其固定的结构，若现有的螺栓固定等。本发明的夹持机构在卷绕过程中始终将碳纤维复合芯棒端头固定在与卷绕盘相切的方向上，这样确保卷绕过程中碳纤维复合芯棒端头不出现松动和破坏。
为便于将碳纤维复合芯棒7的端头置于夹紧棒31和卷绕盘2之间，本夹紧棒31与卷绕盘2间的距离可调。这种距离可调可以通过将固定架上穿设夹紧棒的孔做成长条孔，这样可以有一定距离的移动，再在夹紧棒和固定架上穿设固定螺栓等紧固件，既实现了夹紧棒的上下移动又能将其限位。本发明夹紧棒与固定架的连接结构不限于此，只要能使两者间位置可调又能固定即可。
由于碳纤维复合芯棒的直径在5mm～11mm之间，其范围较大，本装置需满足对各直径的碳纤维复合芯棒进行卷绕试验，因此本装置配置了不同直径的卷绕盘，为使每次试验都能保证碳纤维复合芯棒成直线状态切向卷到卷绕盘上，需要对上述压紧机构的高度进行调节。上述卷绕盘的直径在275～550mm之间，采用铸造铝合金制成，上述弧形槽为螺旋状，表面经亚光处理，以便碳纤维复合芯棒在卷绕过程中服贴卷绕且不受到表面损害。如图6所示，直径大的碳纤维复合芯棒7b需用大直径的卷绕盘2a，直径小的碳纤维复合芯棒7a需用小直径的卷绕盘2b，随之改动的就是压紧机构中上滚轮10和下滚轮9的位置高度。
为实现上述压紧机构位置高度的调节，本发明还设有升降调节机构4，如图5所示，该升降调节机构4与压紧机构相连，即与压紧机构中上滚轮10和下滚轮9相连，调整上滚轮10和下滚轮9的位置高度。本升降调节机构4可以包括升降电机以及与升降电机相连的升降杆，升降电机通过升降杆与上滚轮、下滚轮相连，完成对两者高度的调节，实现各种直径碳纤维复合芯棒的直线进给。升降调节机构4的具体结构不限于此，也可以是升降气缸等，只要能完成对上滚轮、下滚轮位置高度的调节以及定位即可。
本发明的压紧机构是通过压紧电机5对上滚轮10施加一定的压力，使上滚轮10和下滚轮9间具有一定的夹持力，而压紧电机5对上滚轮压力的施加结构可以为：将上述所有上滚轮10均安装在一压板14上，见图5所示，压紧电机5与该压板14相连，压力的施加就是压紧电机5对压板14使力，压板14对上滚轮10使力。
为便于将碳纤维复合芯棒7从上滚轮10和下滚轮9间穿过，本发明的压紧机构还包括手摇轮15以及与手摇轮15相连的升降传动机构，上述压板14与升降传动机构相连。这样在试验开始前，通过旋转手摇轮15，以带动升降传动机构（可以为升降联动杆）提升，进而带动所有上滚轮10上升，然后将碳纤维复合芯棒穿过压紧机构，穿过后，再反向旋转手摇轮15使所有上滚轮10下降，将碳纤维复合芯棒限位在上、下滚轮之间。
为更好的实现碳纤维复合芯棒的卷绕前进和试验后的退出，上述压紧机构中的所有下滚轮9与一旋转电机11传动相连，见图2所示，旋转电机11带动所有下滚轮9转动，旋转电机与控制系统相连。压紧电机5驱动上滚轮10使碳纤维复合芯棒夹紧在上滚轮10和下滚轮9之间，能够确保旋转电机11驱动下滚轮9转动，进而使碳纤维复合芯棒前进或退出。此旋转电机的设置可以加快碳纤维复合芯棒的卷绕和退出，节省试验时间，提高试验效率。
为更好的将碳纤维复合芯棒引入压紧机构，如图1所示，机架1上还设有前导向机构6，如图7所示，前导向机构6位于压紧机构的一侧，前导向机构为一对前后相对设置的立柱，将碳纤维复合芯棒7限位在两立柱间，防止碳纤维复合芯棒的前后晃动。
更优的，如图1所示，机架1上还设有后导向机构8，后导向机构位于压紧机构和卷绕盘2间，后导向机构8为一横向设置的支撑件，起到更好的支撑碳纤维复合芯棒，便于碳纤维复合芯棒直线行进，并且保证其沿卷绕盘的切向卷绕到卷绕盘上。
本发明的控制系统可以为可编程控制器，根据需要设定好所需检测的碳纤维复合芯棒的参数值，然后控制各驱动机构即各电机的工作，完成对碳纤维复合芯棒的卷绕和退出。
本碳纤维复合芯棒卷绕试验装置的具体使用如下：
首先确定待试验碳纤维复合芯棒的规格，在控制系统内设置其相应的参数；然后根据待试验碳纤维复合芯棒的规格选择对应的卷绕盘2，将卷绕盘2装设到卷绕电机12的传动轴13上；卷绕盘装好后，在控制系统内设置卷绕盘的相应参数；自动调整压紧机构的高度位置，在机架上有刻度标尺指示每一试验规格的高度位置；调准卷绕盘2的原点位置；装入待试验的碳纤维复合芯棒，通过前导向机构6、压紧机构、后导向机构8，使碳纤维复合芯棒到达卷绕盘的夹紧机构3处，用夹紧机构3将其夹紧；手动调节压紧机构的上滚轮，压紧碳纤维复合芯棒，然后开始试验。通过控制系统进行自动控制卷绕盘进行正反转，或者通过手动控制卷绕电机实现卷绕盘的正反转，以完成对碳纤维复合芯棒的卷绕和退出。
综上所述，本发明的碳纤维复合芯棒卷绕试验装置，其压紧机构确保了碳纤维复合芯棒在恒定张力下直线行进，卷绕盘的周向外表面上的弧形槽确保将碳纤维复合芯棒卷绕在内，而弧形槽的设置便于对硬度较高的碳纤维复合芯棒进行限位卷绕，而不会对碳纤维复合芯棒表面产生损伤，实现了碳纤维复合芯棒的有效卷绕试验。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种碳纤维复合芯棒卷绕试验装置，其特征在于，主要包括机架（1）以及固定在机架（1）上的以下机构：
压紧机构，包括压紧电机（5）以及多对上下设置的上滚轮（10）和下滚轮（9），所有上滚轮（10）均与压紧电机（5）相连，在压紧电机（5）的驱动下上滚轮（10）受力向下滚轮（9）压紧，将碳纤维复合芯棒（7）夹紧在上滚轮（10）和下滚轮（9）间；
卷绕机构，包括卷绕电机（12）以及与卷绕电机（12）传动相连的卷绕盘（2），所述卷绕盘（2）的周向外表面设有至少一圈卷绕碳纤维复合芯棒用的弧形槽（21），并且在所述卷绕盘（2）的周向上设有固定碳纤维复合芯棒端头的夹紧机构（3）；
控制系统，所述压紧电机（5）以及卷绕电机（12）均与控制系统相连。
2.根据权利要求1所述的碳纤维复合芯棒卷绕试验装置，其特征在于：所有弧形槽（21）成螺旋状排布。
3.根据权利要求1所述的碳纤维复合芯棒卷绕试验装置，其特征在于：所述夹紧机构（3）包括与所述卷绕盘（2）固定相连的固定架（32），以及穿设在所述固定架（32）上的夹紧棒（31），所述夹紧棒（31）朝向所述卷绕盘（2）的表面具有一段与所述弧形槽（21）相配合的下凹弧面（311）。
4.根据权利要求3所述的碳纤维复合芯棒卷绕试验装置，其特征在于：所述夹紧棒（31）与所述卷绕盘（2）间的距离可调。
5.根据权利要求1所述的碳纤维复合芯棒卷绕试验装置，其特征在于：所述碳纤维复合芯棒卷绕试验装置还包括升降调节机构（4），所述升降调节机构（4）与所述压紧机构相连，调整所述压紧机构的位置高度。
6.根据权利要求1所述的碳纤维复合芯棒卷绕试验装置，其特征在于：所述压紧机构中的所有下滚轮（9）与一旋转电机（11）传动相连，所述旋转电机（11）带动所有下滚轮（9）转动，所述旋转电机（11）与所述控制系统相连。
7.根据权利要求1所述的碳纤维复合芯棒卷绕试验装置，其特征在于：所有上滚轮（10）均设在一压板（14）上，所述压紧电机（5）与所述压板（14）相连。
8.根据权利要求7所述的碳纤维复合芯棒卷绕试验装置，其特征在于：所述压紧机构还包括手摇轮（15）以及与手摇轮相连的升降传动机构，所述压板（14）与所述升降传动机构相连。
9.根据以上权利要求任一项所述的碳纤维复合芯棒卷绕试验装置，其特征在于：所述机架（1）上还设有前导向机构（6），所述前导向机构（6）位于所述压紧机构的一侧，前导向机构（6）为一对前后相对设置的立柱。
10.根据权利要求9所述的碳纤维复合芯棒卷绕试验装置，其特征在于：所述机架（1）上还设有后导向机构（8），所述后导向机构（8）位于所述压紧机构和卷绕盘（2）间，后导向机构（8）为一横向设置的支撑件。
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