CN104691808A - 圆筒状工件外包柔性隔热材料的定型方法及包覆装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种圆筒状工件外包柔性隔热材料的定型方法及包覆装置，采用胶带螺旋缠绕的方式将柔性隔热材料定型，胶带缠绕在包覆装置上进行，通过调节包覆装置上滚压轮的上下行程和胶带阻尼输出轮的输出扭矩，实现对柔性隔热材料外形尺寸的控制。通过该方法可以保证柔性隔热材料外形尺寸的稳定性，实现柔性隔热材料制品的外形尺寸的精确控制。

Description

圆筒状工件外包柔性隔热材料的定型方法及包覆装置

技术领域：

本发明属于热防护技术领域，尤其涉及一种柔性隔热材料的定型方法及包覆装置，具体为圆筒状燃烧室用柔性隔热材料的定型方法及包覆装置。

背景技术：

冲压发动机在工作时，燃烧室外壁的温度高达2000～2300K，为了保护发动机金属壳体及其周边的电子设备，同时减少热量的散耗及其带来的明显的红外信号特征，燃烧室外壁需要采取防热措施，目前采用包覆耐高温柔性隔热材料的方式进行热防护，包覆耐高温柔性隔热材料的圆筒状燃烧室需要套装到圆筒状的金属壳体内部进行组装。

由于圆筒状燃烧室长度在1～2米，这在套装过程中就对柔性隔热材料的外形尺寸提出了很高的要求，要求在公称直径在400～500mm时，尺寸偏差为±0.3mm。又由于柔性隔热材料本身具有较大的可压缩性及回弹性，其外形尺寸本身无法精确到位，必须借助于外部约束来实现对柔性隔热材料的精确定型。现有圆筒状工件的柔性隔热材料定型方法主要有两种，一种是工件外没有壳体并且对隔热材料的外形尺寸精度要求不高，通常是采用无机纤维胶带、绳或布进行缠绕固定和定型。另外一种是工件外有壳体，工件与壳体先预装好之后再向两者之间的缝隙填充隔热材料，最终依靠外部壳体进行定型。而对于上述将包覆了柔性隔热材料的燃烧室和壳体进行组装的情况，如何实现柔性隔热材料的定型精度目前尚无相关的方法及包覆装置。

发明内容：

为了解决圆筒状燃烧室外柔性隔热材料的定型，我们提供一种圆筒工件外包柔性隔热材料的定型方法及包覆装置，以解决柔性材料在圆筒件外形成精确尺寸定型的问题。其中定型方法是采用胶带在结合工件旋转运动和自身直线运动的基础上，对柔性材料进行包裹定型，采用的专用包覆装置能够控制柔性材料制品的外形尺寸精度，满足套装要求。

本发明一方面所提供的一种圆筒状工件外包柔性隔热材料的定型方法，包括以下几方面操作：

1)将包裹有柔性隔热材料的圆筒状燃烧室工件套装到一回转机构上，以一定的速度旋转；

2)设置一胶带输送机构，以一定的直线速度沿工件的轴线方向移动，同时以跟进的旋转速度不断地向外输送胶带，沿工件旋转的切线方向，连续地缠绕工件表面；

3)设置一滚压轮，始终位于所述胶带输送机构胶带运行方向的后方，以不大于胶带输送机构移动的速度与胶带输送机构同方向移动；并且将胶带压入工件与滚压轮间，滚压轮的轴心与工件的轴心距根据工件需要的外径尺寸决定；

包覆工件时，工件的旋转运动、胶带输送机构相对工件轴向的直线运动以及胶带的切向输入运动、滚压轮的直线运动以及旋转滚压运动，这几方面动作同时进行，在空间上形成一个由胶带形成的圆柱螺旋包覆线，将柔性隔热材料定型。

进一步讲，工作起始时，所述胶带输送机构和滚压轮可以位于工件的任何横截面。

进一步讲，还设置一位移传感器和磁流变旋转阻尼器，所述位移传感器检测胶带包覆层距传感器的距离，以确定胶带缠绕半径，所述磁流变旋转阻尼器检测胶带输送机构的输出扭矩，检测数据实时向控制机构反馈，所述控制机构控制所述胶带输送机构和滚压轮的径向位移、胶带的输送速度。

进一步讲，所述胶带为聚合物胶带或玻璃纤维布胶带之一。

进一步讲，所述柔性隔热材料为无机纤维制成的纸、毯或毡，无机纤维的材质包括氧化铝纤维或氧化锆纤维、碳纤维、硅酸铝纤维、莫来石纤维。

本发明另一目的，在于提供上述定型方法的包覆装置，以控制柔性隔热材料制品的尺寸精度。所述包覆装置包括一机座，机座上固定有变频减速电机、移动导轨、工件夹持及回转机构；所述变频减速电机的输出轴上连接有丝杠，所述丝杠上穿设有移动座，所述移动座同时滑设在所述移动导轨上，所述移动座上安装有胶带输送机构和滚轮执行机构，所述胶带输送机构将胶带缠绕在工件表面，所述滚轮执行机构驱动连接滚压轮，所述滚压轮压设在工件表面，将胶带压入在工件与滚压轮之间；所述变频减速电机的输出轴同时通过齿轮组带动工件夹持及回转机构旋转，所述工件夹持在工件夹持及回转机构上。

进一步讲，所述胶带输送机构包括有磁流变旋转阻尼器、胶带轮，所述磁流变旋转阻尼器驱动连接胶带轮，所述胶带轮上套接胶带，所述胶带的端部粘接在工件表面。

所述滚轮执行机构在移动座上的位置可调，以此调整滚压轮与工件间的轴心距。

所述工件夹持及回转机构设置在所述工件的两端部；所述齿轮组套接在所述工件夹持及回转机构的回转轮上。

装置还包括一位移传感器，所述位移传感器置于滚压轮之后，测量缠绕后的胶带距工件轴心的距离。

本发明提供的柔性隔热材料定型方法是采用胶带定型的方法，即将工件旋转，胶带沿工件旋转方向切向送入，并以相应速度作直线运动，两个运动叠加，在空间上形成一个由胶带形成的圆柱螺旋线，将柔性隔热材料定型。同时辅以滚压轮压粘，柔性隔热材料制品的外形尺寸由滚压轮和磁流变旋转阻尼器控制，根据位移传感器的反馈值，同时调节磁流变旋转阻尼器的输出扭矩和滚压轮的半径位置，来实现柔性隔热材料制品的外形尺寸的精确控制。采用以上方法对冲压发动机圆筒状燃烧室外壁柔性隔热材料进行了多次包覆施工，证明可行。

附图说明：

图1为本发明包覆装置的结构简图；

图2A为本发明方法的工艺原理简图；

图2B为图2A的侧视图。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明方法和装置进行详细说明，但本发明并不限于所例举的方法和装置，其中的局部改进和等同替换，只要是在不违背本发明技术方案基础上做出的，都应视为在本发明的技术方案范围内，理应受到本发明的保护。

本发明提供的圆筒状工件外包柔性隔热材料定型方法是采用胶带缠绕的方式将柔性隔热材料定型，即将工件旋转，胶带沿工件旋转轴方向切向送入，并以相应速度作直线运动，两个运动叠加，在空间上形成一个由胶带形成的圆柱螺旋线，将柔性隔热材料定型。其中，所用胶带为聚合物胶带或玻璃纤维布胶带。

为了能够更准确清楚地描述本定型方法，首先结合所采用的包覆装置进行介绍将使本发明更容易被理解。

如图1所示，该包覆装置包括机座1、变频减速电机2、丝杠3、移动导轨4、移动座5、滚轮执行机构6、滚压轮61、磁流变旋转阻尼器71、胶带轮72、胶带73、位移传感器8、工件夹持及回转机构9、齿轮组10，工件11是包覆装置的执行对象。

变频减速电机2、移动导轨4、丝杠座都固定在机座1上，丝杠3架于丝杠座上，端部连接在变频减速电机2输出轴上，在变频减速电机2输出轴上同时套设着齿轮组10。移动座5用丝母和滚珠滑块分别与丝杠3和移动导轨4相连，使之能在移动导轨上移动，在移动座上分别固接胶带输送机构(含磁流变旋转阻尼器71、胶带轮72、胶带73)，滚轮执行机构6和位移传感器8(如图2A)。工件11是初包裹有柔性隔热材料的燃烧筒，由工件夹持及回转机构9支撑。工件夹持及回转机构9包括一可连接支撑夹的四爪夹盘、手轮和齿轮，可以手动也可以电动，带动工件旋转。手动由手轮执行，电动动力则由变频减速电机2通过齿轮组10、工件夹持及回转机构9传至工件。

当变频减速电机2启动时，带动丝杠3转动，通过丝母带动移动座5在移动导轨4上移动，同时通过齿轮组10啮合，带动工件夹持及回转机构9旋转，进而带动工件11旋转。

将胶带73缠绕在胶带轮72上，胶带轮72支撑在移动座5上，并由含磁流变旋转阻尼器71驱动，胶带73的端部沿工件旋转的切线方向送入并粘结在柔性隔热材料外层，在工件旋转时拉拽胶带不断送出，在工件旋转的同时，胶带随着移动座5沿着丝杠轴向运动，在工件旋转运动与胶带直线运动的结合下，形成胶带在工件表面的螺旋式缠绕状态。进一步讲，在工件外表面与工件同轴向设置滚压轮61，滚压轮61下表面压住胶带，使胶带贴附于工件表面，更增强胶带的拉出能力，滚压轮61由滚轮执行机构6带动旋转，并且滚轮执行机构6也安装在移动座5上，与胶带同速向前移动。滚轮执行机构6在移动座5上的位置可调，以此调整滚压轮与工件间的轴心距，这直接影响工件外径尺寸的大小。随着工件的旋转，胶带不断送出，胶带在与工件的粘结摩擦力和磁流变旋转阻尼器71的作用下产生张力，此时，滚压轮下的滚压点随着工件旋转和移动座的轴向移动产生两个相互垂直的速度叠加，即在外圆柱面上形成一螺旋线，此螺旋线即为胶带包覆运行轨迹，适当调整滚压轮的位置和旋转阻尼器的扭矩(即调整胶带张力)，就能控制被包覆工件外圆的直径。

将位移传感器8置于滚压点之后(见图2B)，所测之点为缠绕后胶带的位置值(相对于工件中心的径向距离)，将此值反馈给计算机，计算机根据预设值计算差值即为滚轮执行机构6的调整量，同时将此差值换算成电压改变量输给磁流变旋转阻尼器以改善输出扭矩，进而改变胶带张力，在滚压轮的位移变化和胶带轮张力的变化作用下，滚压点将产生上下变化以及被缠绕胶带张力的变化，从而达到包覆半径的调整。包覆后胶带在横截面上看是一条接近公称直径圆的圆环带(即公差圆环带)，而在整个圆柱包覆面上即为不圆柱度，此不圆柱度的形状公差大小由此包覆装置的刚性，安装精度，系统响应，参数调整等参数决定。由此可见，在包覆全程，如果保持变频减速电机2频率不变，将使移动座也即胶带、滚压轮以恒定的速度直线移动，也将使工件以恒定的速度旋转；保持磁流变旋转阻尼器71扭矩不变，保持滚轮执行机构6转速不变，将使胶带以恒定的张力缠绕在柔性材料的外表面，使滚压轮以恒定的压力压住胶带，使得柔性材料外表所受到的缠绕压力均衡，从而保证外形尺寸的一致性。

当变频减速电机2启动时，带动丝杠3转动，通过丝母带动移动座5在移动导轨4上移动，同时通过齿轮组10啮合，带动工件夹持及回转机构9旋转，进而带动工件11旋转。

通过包覆装置的介绍，对包覆有柔性材料的圆筒状工件的包覆定型工艺可描述为如下步骤：

1)先将柔性隔热材料用胶水粘贴在圆筒状工件表面，然后再将包覆了柔性隔热材料的工件套装到一支撑与回转机构上。

2)贴附于工件表面设置一滚压轮，滚压轮的轴心与工件的轴心距由需要的工件外径尺寸决定，即如果包覆柔性隔热材料的燃烧筒的外径尺寸要求大，就将滚压轮设置的高一些，使滚压轮的轴心与工件的轴心距大一些；如果包覆柔性隔热材料的燃烧筒的外径尺寸要求小，就将滚压轮设置的低一些，由于柔性隔热材料本身具有可压缩性，因此可以向下按压柔性隔热材料，使滚压轮的轴心与工件的轴心距小一些；

滚压轮可以产生两方面的运动，一个是在移动座的带动下通过沿工件的轴向移动，另一个是垂直于工件轴心，沿工件半径方向上的滚压运动。

3)在滚压轮轴向位移方向上，紧邻滚压轮设置一与滚压轮具有同步位移速度的胶带输送机构，胶带套在其中的胶带轮上，胶带端头粘在工件的表面，可沿工件旋转的切线方向送入。

4)胶带粘贴在工件的端部表面，让工件以一定的速度旋转，在工件旋转的同时，让滚压轮和胶带以适宜的速度作轴向直线运动；两种运动叠加，在空间上形成一个由胶带缠绕的圆柱螺旋线，将柔性隔热材料紧紧包裹在燃烧筒的外面，同时在胶带后面紧跟的滚压轮，在轴向位移的全程都以同样的径向压力和滚压半径压紧工件，使得胶带缠绕的工件具有均匀一致的外径尺寸。

通过调节胶带轮的输出扭矩从而调整胶带张力和滚压轮与工件的轴心距，来实现柔性隔热材料外形尺寸的控制。

工作起始时，所述胶带输送机构和滚压轮可以位于工件的任何横截面。

进一步地，可以设置一位移传感器和扭矩传感器，位移传感器检测位移机构的移动的距离，扭矩传感器检测胶带轮的扭矩。检测数据实时向控制机构反馈，再由控制机构控制轴向位移速度和胶带输送速度。

其中，所用胶带为聚合物胶带或玻璃纤维布胶带。

柔性隔热材料为无机纤维制成的纸、毯或毡，无机纤维的材质包括氧化铝纤维、氧化锆纤维、碳纤维、硅酸铝纤维、莫来石纤维等。

采用以上方法对冲压发动机圆筒状燃烧室外壁柔性隔热材料进行了多次包覆施工，证明可行，下面是两个实施例。

实施例1

将直径为433mm、长度为500mm的冲压发动机圆筒状燃烧室固定在包覆装置上，手工包覆约5mm厚的隔热材料，将玻璃纤维胶带固定在胶带阻尼输出轮上，将胶带阻尼输出轮的阻力设为2Nm，调整滚压轮，使滚压轮的压轮距发动机圆筒状燃烧室外壁3.5mm，固定滚压轮，启动包覆装置进行包覆。定型后的隔热材料外径平均值为440mm，最大外径为440.3mm，最小外径为439.9mm。

实施例2

将直径为445mm、长度为700mm的冲压发动机圆筒状燃烧室固定在包覆装置上，手工包覆约12mm厚的隔热材料，将玻璃纤维胶带固定在胶带阻尼输出轮上，将胶带阻尼输出轮的阻力设为4Nm，调整滚压轮，使滚压轮的压轮距发动机圆筒状燃烧室外壁9mm，固定滚压轮，启动包覆装置进行包覆。定型后的隔热材料外径平均值为464.7mm，最小外径为464.5mm，最大外径为464.9mm。

上述实施例仅用于说明本发明，其中局部工艺等都是可以有所变化的。

Claims (10)

1.一种圆筒状工件外包柔性隔热材料的定型方法，其特征在于，包括以下几方面操作：

1)将包裹有柔性隔热材料的圆筒状燃烧室工件套装到一回转机构上，以一定的速度旋转；

2)设置一胶带输送机构，以一定的直线速度沿工件的轴线方向移动，同时以跟进的旋转速度不断地向外输送胶带，沿工件旋转的切线方向，连续地缠绕工件表面；

3)设置一滚压轮，始终位于所述胶带输送机构胶带运行方向的后方，以不大于胶带输送机构移动的速度与胶带输送机构同方向移动；并且将胶带压入工件与滚压轮间，滚压轮的轴心与工件的轴心距根据工件需要的外径尺寸决定；

包覆工件时，工件的旋转运动、胶带输送机构相对工件轴向的直线运动以及胶带的切向输入运动、滚压轮的直线运动以及旋转滚压运动，这几方面动作同时进行，在空间上形成一个由胶带形成的圆柱螺旋包覆线，将柔性隔热材料定型。

2.根据权利要求1所述的一种圆筒状工件外包柔性隔热材料的定型方法，其特征在于，工作起始时，所述胶带输送机构和滚压轮可以位于工件的任何横截面。

3.根据权利要求1所述的一种圆筒状工件外包柔性隔热材料的定型方法，其特征在于，还设置一位移传感器和磁流变旋转阻尼器，所述位移传感器检测胶带包覆层距传感器的距离，以确定胶带缠绕半径，所述磁流变旋转阻尼器检测胶带输送机构的输出扭矩，检测数据实时向控制机构反馈，所述控制机构控制所述胶带输送机构和滚压轮的径向位移、胶带的输送速度。

4.根据权利要求1或2或3所述一种圆筒状工件外包柔性隔热材料定型方法，其特征在于，所述胶带为聚合物胶带或玻璃纤维布胶带。

5.根据权利要求4所述的一种圆筒状工件外包柔性隔热材料的定型方法，其特征在于，所述柔性隔热材料为无机纤维制成的纸、毯或毡，无机纤维的材质包括氧化铝纤维或氧化锆纤维、碳纤维、硅酸铝纤维、莫来石纤维。

6.一种实现权利要求1～5任一所述一种圆筒状工件外包柔性隔热材料定型方法的包覆装置，其特征在于：所述包覆装置包括一机座，机座上固定有变频减速电机、移动导轨、工件夹持及回转机构；

所述变频减速电机的输出轴上连接有丝杠，所述丝杠上穿设有移动座，所述移动座同时滑设在所述移动导轨上，所述移动座上安装有胶带输送机构和滚轮执行机构，所述胶带输送机构将胶带缠绕在工件表面，所述滚轮执行机构驱动连接滚压轮，所述滚压轮压设在工件表面，将胶带压入在工件与滚压轮之间；

所述变频减速电机的输出轴同时通过齿轮组带动工件夹持及回转机构旋转，所述工件夹持在工件夹持及回转机构上。

7.根据权利要求6所述的包覆装置，其特征在于：所述胶带输送机构包括有磁流变旋转阻尼器、胶带轮，所述磁流变旋转阻尼器驱动连接胶带轮，所述胶带轮上套接胶带，所述胶带的端部粘接在工件表面。

8.根据权利要求6或7所述的包覆装置，其特征在于：所述滚轮执行机构在移动座上的位置可调，以此调整滚压轮与工件间的轴心距。

9.根据权利要求6-8任一所述的包覆装置，其特征在于：所述工件夹持及回转机构设置在所述工件的两端部；所述齿轮组套接在所述工件夹持及回转机构的回转轮上。

10.根据权利要求6-9任一所述的包覆装置，其特征在于：还包括一位移传感器，所述位移传感器置于滚压轮之后，测量缠绕后的胶带距工件轴心的距离。