CN104085740A - 一种应用于纤维涂覆设备的开卷及张力调整装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于纤维涂覆设备中的纤维束开卷及张力调整装置，该装置包括：驱动辊组和开卷单元，其中：驱动辊组嵌入在从纤维存储装置到涂覆头的纤维传输通道中，用于对于纤维束进行张力调整控制，驱动辊组包括驱动辊、驱动电机、传动皮带和导向装置，驱动辊用于驱动纤维束；驱动电机通过传动皮带驱动各驱动辊，使各驱动辊的转速一致；在驱动辊组的上游端和下游端分别设有导向装置，用于收拢纤维束；开卷单元置于纤维存储装置内，用于对于纤维束进行开卷控制。本发明能够对于纤维束进行自适应的张力调整和开卷控制，既使多束纤维束也能同时正常工作，同时，本发明还能够避免纤维束与驱动辊之间产生相对滑动，避免纤维束受到磨损。
Description
技术领域
本发明涉及纤维涂覆技术领域，尤其是一种应用于使用复合材料制造零部件的纤维涂覆设备的开卷及张力调整装置。
背景技术
目前，对于复合材料进行加工的纤维涂覆设备一般主要由机械臂、纤维涂覆头、纤维存储装置和连接涂覆头与存储装置的纤维输送装置组成。随着涂覆头铺放工作的进行，需要有纤维源源不断的从存储装置输送到涂覆头处，多数情况下会有多束纤维同时在输送。纤维的铺放过程常常要求各束纤维有不同的线速度，但是对输送过程中纤维的张力要求则是一致的。
传统的恒张力纤维输送装置常常采用伺服电机+张力传感器+刹车器的方法，根据张力传感器的反馈调整伺服电机的转速和纤维筒子架上的刹车器，保持纤维束中的张力恒定为某一特定值。针对纤维涂覆设备，考虑到纤维输送过程中存在较大的摩擦阻力，因此需要在纤维输送的下游提供对纤维的拖拽动力，这就要求一束纤维对应一套张力保持装置，不但成本巨大，而且为纤维涂覆装置的重量和灵活性带来不利的影响，会明显增加需要精确移动定位的质量，甚至导致纤维涂覆设备的不可操作。
发明专利CN1902113A中提供了一种平行纤维等张力的操作方法和装置，该专利让平行传输的多束纤维多次绕过多个辊子，每束纤维每次绕过一个辊子的时候仅仅包覆不超过1/2的辊子圆周，给全部辊子提供同步的转动动力。通过调节辊子转速与纤维输送线速度的差值，实现调节纤维束中的张力调节，进而实现各平行传输的纤维中的等张力。但该方法的使用会使纤维束与辊子之间有相对滑动，对于纤维束有磨损，这对某些纤维束的铺放来说是不能接受的。另外多束纤维束在光滑的辊子表面上平行传输，相互之间可能发生纠缠，单束纤维束还可能出现翻转，这些情况是纤维铺放所不允许的。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出一种开卷及张力调整装置。
本发明提出的一种开卷及张力调整装置包括：驱动辊组和开卷单元，其中：
所述驱动辊组嵌入在从纤维存储装置到涂覆头的纤维传输通道中，用于对于纤维束进行张力调整控制，所述驱动辊组包括驱动辊、驱动电机、传动皮带和导向装置，其中：
所述驱动辊用于驱动所述纤维束；
所述驱动电机通过传动皮带驱动各驱动辊，使各驱动辊的转速一致；
在所述驱动辊组的上游端和下游端分别设有导向装置，用于收拢纤维束；
所述开卷单元置于纤维存储装置内，用于对于纤维束进行开卷控制。
其中，所述驱动辊组设置有多个，分别布置在纤维束传输路径中的不同位置处。
其中，所述驱动辊的数量不少于2根，各驱动辊的回转轴线平行。
其中，所述驱动辊包括皮带轮、一对轴承、传动圈、多个隔板、主轴、多个轴块和约束件，其中：
所述皮带轮或皮带卡槽固定在所述主轴的一端，用于通过皮带把动力传递到主轴上；
所述轴承中的一个置于所述皮带轮或皮带卡槽的内侧，用于将主轴固定在支架上，形成辊组，另一个置于所述主轴的另一端，用于固定所述主轴上安装的部件；
多个轴块和多个隔板依次相隔套在主轴上，且位于所述轴承的内侧；
所述传动圈套在所述轴块的外面，用于将纤维束与轴块隔开，并在主轴上形成多个供纤维束绕行的导槽；
所述约束件用于把所有的轴块和隔板紧紧的压在一起，避免它们产生轴向运动。
其中，所述轴块的外形呈圆形，轴块与隔板的中心设有与主轴相配合的截面结构。
其中，所述传动圈的制造材料与纤维束之间的摩擦系数较大，与轴块材料之间的摩擦系数相对较小。
其中，所述传动圈由内外两层组成，外层由硅胶加工而成，内层由塑料加工而成。
其中，所述开卷单元包括纤维束卷筒、衬纸卷筒、一对皮带轮、皮带、刹车装置和离合装置，其中：
所述纤维束卷筒与衬纸卷筒的回转轴线呈平行布置，所述纤维束卷筒用于在所述装置开始工作前存储纤维束；所述衬纸卷筒用于在纤维束有衬纸时，回收纤维束开卷后留下的衬纸；
所述皮带轮包括第一皮带轮和第二皮带轮，其中，所述第一皮带轮固定在所述纤维束卷筒的一端，第二皮带轮固定在所述衬纸卷筒的一端，所述第一皮带轮和第二皮带轮上均缠绕有皮带，用于通过皮带将所述纤维束卷筒的转动传递给衬纸卷筒；
所述刹车装置连接在所述纤维束卷筒的传动轴上，用于控制纤维束卷筒的转动；
所述离合装置连接在所述第二皮带轮与衬纸卷筒之间，用于控制第二皮带轮与衬纸卷筒之间传动的离合。
其中，所述第二皮带轮的直径小于第一皮带轮的直径。
本发明能够对于纤维束进行自适应的张力调整和开卷控制，既使多束纤维束也能同时正常工作，同时，本发明还能够避免纤维束与驱动辊之间产生相对滑动，避免纤维束受到磨损。
附图说明
图1是本发明开卷及张力调整装置的结构示意图；
图2是本发明驱动辊的结构示意图。
图中各附图标记说明：
1-驱动辊组
1.1-驱动电机
1.2-驱动辊
1.2a-首辊
1.2b-末辊
1.2.1-皮带轮
1.2.2-轴承
1.2.3-传动圈
1.2.4-隔板
1.2.5-主轴
1.2.6-轴块
1.2.7-约束件
1.3-传动皮带
1.4-导向块
2-开卷单元
2.1-纤维束卷筒
2.2-衬纸卷筒
2.3-皮带轮
2.3a-纤维束卷筒上的皮带轮
2.3b-衬纸卷筒上的皮带轮
2.4-皮带
2.5-刹车装置
2.6-离合装置
2.7-衬纸
2.8-固定墙壁
3-涂覆头部分
4-纤维束
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
图1是根据本发明一实施例的开卷及张力调整装置的结构示意图，如图1所示，所述开卷及张力调整装置包括驱动辊组1和开卷单元2，其中：
所述驱动辊组1嵌入在从纤维存储装置到涂覆头的纤维传输通道中的某一位置，用于对于纤维束进行张力调整；
所述开卷单元2置于纤维存储装置内，是纤维存储装置的重要组成部分，所述开卷单元用于对于纤维束进行开卷控制。根据纤维束传输过程中摩擦阻力的大小，所述驱动辊组1可以设置多个，分别布置在纤维束传输路径中的上游(例如在纤维束存储装置内)、中游和下游(在涂覆头与输送系统的连接处)等不同位置。
在本发明一实施例中，在纤维束传输路径中的上游和下游分别设有驱动辊组，上游驱动辊组每束纤维绕过3个驱动辊，每个驱动辊由2个轴承以简支梁的形式固定在一个框架结构上，整个驱动辊组呈框架结构。下游驱动辊组每束纤维绕过5个驱动辊，每个驱动辊由2个轴承以简支梁的形式固定在一个封闭的箱型结构的壁上，驱动电机固定在箱型结构内。
所述驱动辊组1进一步包括驱动辊1.2、驱动电机1.1、传动皮带1.3和导向块1.4，其中：
所述驱动辊1.2用于驱动所述纤维束，所述驱动辊1.2的数量不少于2根，位于所述驱动辊组1上游端的驱动辊称为首辊1.2a，位于所述驱动辊组1下游端的驱动辊称为末辊1.2b，各驱动辊1.2的回转轴线平行；
所述驱动电机1.1通过传动皮带1.3驱动各驱动辊1.2，使各驱动辊1.2的转速基本一致；
在所述驱动辊组1的上游端和下游端分别设有导向块或导向装置1.4，用于收拢纤维束，避免纤维束在驱动辊1.2轴线方向上的摆动给下游的纤维束输送产生不利影响。
图2是本发明驱动辊的结构示意图，如图2所示，所述驱动辊1.2包括皮带轮或皮带卡槽1.2.1、一对轴承1.2.2、传动圈1.2.3、多个隔板1.2.4、主轴1.2.5、多个轴块1.2.6和约束件1.2.7，其中：
所述皮带轮或皮带卡槽1.2.1固定在所述主轴1.2.5的一端，用于通过皮带把动力传递到主轴1.2.5上；
在本发明一实施例中，所述主轴1.2.5的中间部分的截面呈正四边形，可以安装16个轴块1.2.6和17个隔板1.2.4。
所述轴承1.2.2中的一个置于所述皮带轮或皮带卡槽1.2.1的内侧，用于将主轴1.2.5固定在支架上，形成辊组，另一个置于所述主轴1.2.5的另一端，用于固定所述主轴1.2.5上安装的部件，这一对轴承可将所述驱动辊固定在固定架上；
多个轴块1.2.6和多个隔板1.2.4依次相隔套在主轴1.2.5上，且位于所述轴承1.2.2的内侧；
所述轴块的外形呈圆形，轴块与隔板的中心设有与主轴相配合的截面结构，如四边形、六边形等，使主轴与轴块和隔板之间不会产生相对转动，随着主轴一起转动。
在本发明一实施例中，所述轴块和隔板呈外圆内方的结构，中心的方孔可与主轴配合。
所述传动圈1.2.3套在所述轴块1.2.6的外面，用于将纤维束与轴块隔开，并在主轴1.2.5上形成一个个供纤维束绕行的导槽，主轴转动时，纤维束就在导槽里绕行，同时还避免了纤维束的磨损，又把轴块的作用力传递给纤维束。
所述传动圈的制造材料与纤维束之间的摩擦系数较大，与轴块材料之间的摩擦系数相对较小。所述纤维束在导槽里输送，只裹覆着驱动辊的部分圆周，通过传动圈接受驱动辊传来的作用力。
在本发明一实施例中，所述传动圈由内外两层组成，外层由较软的硅胶加工而成，内层由较硬的PVC塑料加工而成。
所述约束件1.2.7用于把所有的轴块和隔板紧紧的压在一起，避免它们产生轴向运动。
在本发明一实施例中，所述约束件1.2.7以螺纹的形式与主轴上对应位置处设置的螺纹配合，将轴块和隔板紧密的压在一起，形成多个纤维束导槽。
当涂覆头3工作过程中需要在纤维束中保持较大的张力时，可以控制提高纤维束卷筒刹车装置的扭矩限值，同时降低驱动辊组中驱动辊的转速，此时纤维束4的输送速度大于驱动辊转动的线速度，驱动辊组在纤维束的输送中起阻碍作用，纤维束中的张力变大。当涂覆头工作过程中需要在纤维束中保持较小的张力时，可以控制降低纤维束卷筒刹车装置的扭矩限值，同时提高驱动辊组中驱动辊的转速，此时纤维束的输送速度小于驱动辊转动的线速度，驱动辊组在纤维束的输送中起驱动作用，纤维束中的张力变小。
由于驱动辊组对纤维束的作用是通过接触摩擦形成的，所以对于不同的纤维束输送速度具有一定的自适应性，既使多束纤维束各自以不同的速度输送也能正常工作。
如图1所示，所述开卷单元包括纤维束卷筒2.1、衬纸卷筒2.2、一对皮带轮2.3、皮带2.4、刹车装置2.5和离合装置2.6，其中：
所述纤维束卷筒2.1用于在所述装置开始工作前存储纤维束；
所述衬纸卷筒2.2用于在纤维束有衬纸2.7时，回收纤维束开卷后留下的衬纸2.7；
其中，所述纤维束卷筒2.1与衬纸卷筒2.2的回转轴线呈平行布置，以避免衬纸的卷绕出现集中在卷筒上一处的现象发生，方便衬纸在衬纸卷筒上均匀缠绕。
所述皮带轮2.3包括第一皮带轮2.3a和第二皮带轮2.3b，其中，所述第一皮带轮2.3a固定在所述纤维束卷筒2.1的一端，第二皮带轮2.3b固定在所述衬纸卷筒2.2的一端，所述第一皮带轮2.3a和第二皮带轮2.3b上均缠绕有皮带2.4，用于通过皮带2.4将所述纤维束卷筒2.1的转动传递给衬纸卷筒2.2；其中，所述第二皮带轮2.3b的直径小于第一皮带轮2.3a的直径。
所述刹车装置2.5连接在所述纤维束卷筒2.1的传动轴上，用于控制纤维束卷筒2.1的转动，参与调整已经开卷的纤维束中的张力，比如当施加在纤维束卷筒2.1上的扭矩小于其设置的扭矩限值时，使纤维束卷筒2.1不能转动，开卷动作停止；
所述离合装置2.6连接在所述第二皮带轮2.3b与衬纸卷筒2.2之间，用于控制第二皮带轮2.3b与衬纸卷筒2.2之间传动的离合，比如当所述第二皮带轮2.3b传递到衬纸卷筒2.2上的扭矩大于其设置的扭矩限值时，使第二皮带轮2.3b与衬纸卷筒2.2之间发生打滑现象，以避免衬纸2.7被扯断。
为了使得开卷单元更为牢固，将所述纤维束卷筒2.1和衬纸卷筒2.2固定安装在固定墙壁2.8上。
纤维束最初存储在开卷单元的纤维束卷筒2.1上，如果纤维束有衬纸的话，纤维束开卷后留下的衬纸被缠绕在衬纸卷筒2.2上回收。纤维束卷筒2.1在已开卷的纤维束的拖拽下转动，纤维束卷筒2.1的转动通过皮带轮2.3和皮带2.4传递给衬纸卷筒2.2，衬纸卷筒2.2的回转把已开卷的纤维束上的衬纸2.7剥离并缠绕在衬纸卷筒2.2上。可见，所述开卷单元没有动力，所述纤维束卷筒2.1和衬纸卷筒2.2转动的动力来自于已经开卷的纤维束的拖拽。所述纤维束卷筒2.1的传动轴上连接有刹车装置2.5，该装置可以设置扭矩限值，当施加在纤维束卷筒2.1上的扭矩小于该限值时，纤维束卷筒2.1不能转动，开卷动作停止。皮带轮2.3b与衬纸卷筒之间连接有离合装置2.6，该装置可以设置扭矩限值，当皮带轮传递到衬纸卷筒上的扭矩大于该限值时，皮带轮与衬纸卷筒之间发生打滑现象，避免衬纸被扯断。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种开卷及张力调整装置，其特征在于，该装置包括：驱动辊组和开卷单元，其中：
所述驱动辊组嵌入在从纤维存储装置到涂覆头的纤维传输通道中，用于对于纤维束进行张力调整控制；
所述驱动辊组包括驱动辊、驱动电机、传动皮带和导向装置，其中：
所述驱动辊用于驱动所述纤维束；
所述驱动电机通过传动皮带驱动各驱动辊，使各驱动辊的转速一致；
在所述驱动辊组的上游端和下游端分别设有导向装置，用于收拢纤维束；
所述开卷单元置于纤维存储装置内，用于对于纤维束进行开卷控制。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述驱动辊组设置有多个，分别布置在纤维束传输路径中的不同位置处。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述驱动辊的数量不少于2根，各驱动辊的回转轴线平行。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述驱动辊包括皮带轮、一对轴承、传动圈、多个隔板、主轴、多个轴块和约束件，其中：
所述皮带轮或皮带卡槽固定在所述主轴的一端，用于通过皮带把动力传递到主轴上；
所述轴承中的一个置于所述皮带轮或皮带卡槽的内侧，用于将主轴固定在支架上，形成辊组，另一个置于所述主轴的另一端，用于固定所述主轴上安装的部件；
多个轴块和多个隔板依次相隔套在主轴上，且位于所述轴承的内侧；
所述传动圈套在所述轴块的外面，用于将纤维束与轴块隔开，并在主轴上形成多个供纤维束绕行的导槽；
所述约束件用于把所有的轴块和隔板紧紧的压在一起，避免它们产生轴向运动。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述轴块的外形呈圆形，轴块与隔板的中心设有与主轴相配合的截面结构。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述传动圈的制造材料与纤维束之间的摩擦系数较大，与轴块材料之间的摩擦系数相对较小。
7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述传动圈由内外两层组成，外层由硅胶加工而成，内层由塑料加工而成。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述开卷单元包括纤维束卷筒、衬纸卷筒、一对皮带轮、皮带、刹车装置和离合装置，其中：
所述纤维束卷筒与衬纸卷筒的回转轴线呈平行布置，所述纤维束卷筒用于在所述装置开始工作前存储纤维束；所述衬纸卷筒用于在纤维束有衬纸时，回收纤维束开卷后留下的衬纸；
所述皮带轮包括第一皮带轮和第二皮带轮，其中，所述第一皮带轮固定在所述纤维束卷筒的一端，第二皮带轮固定在所述衬纸卷筒的一端，所述第一皮带轮和第二皮带轮上均缠绕有皮带，用于通过皮带将所述纤维束卷筒的转动传递给衬纸卷筒；
所述刹车装置连接在所述纤维束卷筒的传动轴上，用于控制纤维束卷筒的转动；
所述离合装置连接在所述第二皮带轮与衬纸卷筒之间，用于控制第二皮带轮与衬纸卷筒之间传动的离合。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第二皮带轮的直径小于第一皮带轮的直径。
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