CN104843543B - 一种展纤收卷装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种展纤收卷装置，其包括基座、张力检测传感机构、平移机构、卷绕机构，张力检测传感机构包括前导辊、后导辊和悬臂式上导辊；平移机构包括平移驱动电机、滑台、滚珠丝杠、限位传感器，滑台安装在滚珠丝杠上，限位传感器与滑台上配置的限位感应片配合限位；卷绕机构包括卷绕驱动电机、卷绕主轴、卷头、卷筒、触压辊、半径跟随器，卷绕主轴与卷绕驱动电机连接，并通过支架固定在滑台上；卷头安装在卷绕主轴上，触压辊可旋转地安装在支架上，并与卷筒相切。卷绕驱动电机带动卷绕主轴实现旋转运动，进而带动卷筒旋转完成收卷作业。本发明操作简单，工作稳定，收卷过程中不影响展宽丝束带的宽幅，适用于复合材料展纤设备的收卷。

Description

一种展纤收卷装置

技术领域

本发明涉及一种纤维材料加工器械，具体是一种应用于碳纤维展纤装备的收卷装置。

背景技术

通过碾压、超声波振动及气流扰动等方法将大丝束碳纤维展宽、展薄，在展宽的同时重排纤维单丝，减少纤维曲折、扭结的现象，可以得到轻质、超高性能的纤维复合材料。在此过程中，收卷往往是最后一道工序，丝束在卷筒上缠绕的好坏将直接影响纤维的利用，为了尽量发挥构成加强纤维丝束的高比强度特性，有必要以无捻状态薄而宽地收卷。

不少收卷装置在专利公报上公开，一般是面向带材、纸材及布料的收卷，如专利CN102897571A、CN103359517A、CN101837901A，这类收卷装置由机架、卷筒、从动辊、触压辊及张力传感器等部分组成，通过控制成品卷与触压辊之间的压力稳定以及卷材进入成品卷的传送路径和切角不变，就可以完成带材的卷取，而展宽的纤维束通过此种方式收卷往往会出现宽幅变窄、起皱和加捻的现象。专利CN203653729U设计了针对大丝束碳纤维表面处理装置，通过简单的收卷机完成对展宽丝束的收卷，并没有解决展宽丝束宽幅变窄、丝道容易变动的问题；专利CN102380957A在将大丝束纤维展宽薄层化处理后，采用交流伺服电机驱动卷头实现主动收卷，然后通过张力传感器检测，实现恒张力收卷，采用电子纠偏装置，实现收卷边缘整齐、规范，但其控制复杂，降低了收卷的稳定性，成本较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种结构合理紧凑、收卷丝道稳定、纤维间彼此缠结较少、无宽幅损失和加捻的纤维展纤收卷装置。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种展纤收卷装置，其包括基座、张力检测传感机构、导引辊组、平移机构、卷绕机构，其特征在于：所述张力检测传感机构包括安装在张力检测支座上的前导辊、后导辊和悬臂式上导辊，悬臂式上导辊上安装有张力传感器，张力检测支座固定在基座上；所述导引辊组由中间导引辊和后导引辊平行排列组成，中间导引辊和后导引辊分别通过导引辊支座固定在基座上；所述平移机构包括平移驱动电机、滑台、滚珠丝杠、滚珠丝杠支座、限位传感器，所述滚珠丝杠与平移驱动电机相连，滑台安装在滚珠丝杠上，滚珠丝杠通过滚珠丝杠支座固定在基座上，限位传感器安装在滚珠丝杠支座的两端，与滑台上配置的限位感应片配合限位；所述卷绕机构包括卷绕驱动电机、卷绕主轴、卷头、卷筒、触压辊、半径跟随器，所述卷绕主轴与卷绕驱动电机连接，并通过支架固定在滑台上；所述卷头安装在卷绕主轴上，卷筒套装在卷头外部，触压辊可旋转地安装在支架上，并与卷筒相切，触压辊旋转中心与半径跟随器键合，实现触压辊与半径跟随器同角度旋转。卷绕驱动电机带动卷绕主轴实现旋转运动，进而带动卷头、卷筒旋转完成收丝收卷作业。

本发明所述前导辊、后导辊两端分别通过轴承固定在张力检测支座上，悬臂式上导辊通过螺母紧固在张力检测支座的上部，并与前后两个导辊成等腰三角形排列。扁平丝束带绕过悬臂式上导辊时，扁平丝束带内部的张力拉动悬臂式上导辊向下形变，通过其上安装的张力传感器测定形变量大小，获得扁平丝束带的内部张力。

本发明所述的中间导引辊和后导引辊的外径相同，高低错落排列。

本发明所述卷绕主轴上靠近卷绕驱动电机的一侧安装有挡圈，并通过卷绕主轴上设有的凸台定位。

本发明所述卷头与卷绕主轴同心安装，并在远离卷绕驱动电机的一端通过紧定螺钉固定在卷绕主轴上；卷头表面布有与轴心平行的等间隔凸条纹。

本发明所述在卷绕主轴外端还设有支撑摆臂，所述支撑摆臂下端与滑台可转动连接，并用销钉固定，支撑摆臂上端连接一圆台挡头，圆台挡头插入支撑在卷筒外端。

本发明采用上述组成结构，通过张力检测传感机构实时检测扁平丝束带的张力，并将张力值反馈给控制系统，实时调节卷绕驱动电机转速，使张力保持恒定；卷绕机构固定于平移机构上，由平移机构带动卷绕机构横向往复运动。卷绕机构由卷绕驱动电机驱动旋转，实现扁平丝束带在卷筒上的快速螺旋卷绕。多个平行排列的导引辊增加了与丝束之间的摩擦，减少收卷前端丝道的变动。在卷绕过程中丝道保持稳定，丝带不易分叉，并能稳定控制收卷的张力。对照现有技术，本发明结构合理、紧凑，收卷丝道稳定、纤维间彼此缠结较少、无宽幅损失和加捻动作。本发明适用于扁平带状复合材料的收卷，而不引起丝束的分叉、收幅及纤维之间的缠结等问题，特别适用于宽度为20 mm以上的分散扁平丝束带收卷。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

图1是本发明的组成结构的立体示意图。

图2是本发明的组成结构的俯视示意图。

图3是本发明的组成结构的主视示意图。

图4是本发明中张力检测机构的剖视示意图。

图5是本发明中收卷过程丝道角度变动示意图。

图中的标号是：1.张力检测支座，11.前导辊，12.后导辊，13.悬臂上导辊，2.中间导引辊支座，21.中间导引辊，3.后导引辊支座，31.后导引辊，41.平移驱动电机，42.滑台，43.限位感应片，44. 滚珠丝杠，45.限位传感器，46.滚珠丝杠支座，51.卷绕驱动电机，52.支架，53.卷绕主轴，54.挡圈，55.卷头，56.卷筒，61.圆台挡头，62.支撑摆臂，63.销钉，7.触压辊，8.半径跟随器，9.基座，10.扁平丝束带。

具体实施方式

从图1、图2、图3中可看出，一种展纤收卷装置，其包括基座9、张力检测传感机构、导引辊组、平移机构、卷绕机构等。

本发明所述张力检测传感机构包括安装在张力检测支座1上的前导辊11、后导辊12和悬臂式上导辊13。悬臂式上导辊13上安装有张力传感器。其为张力感知部件，在纤维张力作用下产生变形，张力传感器后端的信号处理部分将变形处理为可衡量的张力数值。张力检测支座1位于整个收卷装置的前部，并通过螺钉固定在基座9上。所述前导辊11、后导辊12两端分别通过轴承固定在张力检测支座1上，悬臂式上导辊13通过螺母紧固在张力检测支座1的上部，悬臂上导辊1为固定非旋转式，并与前后两个导辊成等腰三角形排列，实现张力的放大与测定。如图4所示。该等腰三角形顶角角度为θ，这样的排列方式可以将张力放大2·cos(θ/2) 倍，提高张力的检测精度。扁平丝束带10以倒“V”形穿过张力检测机构，并由张力传感器测定丝束带的张力，并将张力值反馈给控制系统，实时调节卷绕驱动电机51的转速，使张力保持恒定，完成恒张力收卷。具体是扁平丝束带10由前导辊11下方绕入辊子组，绕过悬臂式上导辊13的上表面后由后导辊12下方绕出，扁平丝束带10绕过悬臂式上导辊13时，扁平丝束带10内部的张力拉动悬臂式上导辊向下形变，通过其上安装的张力传感器测定形变量大小获得扁平丝束带带的内部张力。

本发明所述导引辊组由中间导引辊21和后导引辊31平行排列组成，中间导引辊21和后导引辊31分别通过中间导引辊支座2和后导引辊支座3固定在基座9上。所述的中间导引辊21和后导引辊31的外径相同，高低错落排列，增大了扁平丝束带与辊子之间的包角，同时增大了纤维丝束与辊子之间的摩擦，在横向方向也即丝束带宽度方向上，纤维与辊子之间的滑动变小，展宽的扁平丝束带的宽度不会出现减小，同时使得丝道保持稳定，丝束带向前运动时不会引起纤维单丝之间的缠结。

对于展宽扁平丝束带的收卷，由于带内长丝之间基本没有粘结力，因此收卷中需要保持丝道的稳定。由图3、图5可见，在滑台前端的丝道可以分为a、b两部分。中间导引辊21、后导引辊3高低排列，增大了扁平丝束带与辊子的包角与摩擦力，在a段丝道保持稳定，在b段丝道随着卷筒的平移运动存在一定的偏转角度，当扁平丝束带的螺旋缠绕角度为α时，丝道最大偏转角度为2α，并且在平移往复运动中偏转角度的变化基本一致，保证了稳定地收卷工作，收卷时扁平丝束带不会引起分叉，卷筒两端面整齐、美观。

本发明所述的卷绕机构的横向往复运动由滚珠丝杠完成，通过滚珠丝杠与平移驱动电机的连接，实现卷绕机构在两个限位传感器之间做往复运动。

本发明所述平移机构包括平移驱动电机41、滑台42、滚珠丝杠44、滚珠丝杠支座46、限位传感器45，所述滚珠丝杠44与平移驱动电机41相连，将平移驱动电机的旋转运动转化驱动滚珠丝杠44、滑台带动卷绕主轴的横向往复运动。滑台42安装在滚珠丝杠44上，滚珠丝杠44通过滚珠丝杠支座46固定在基座9上，限位传感器45安装在滚珠丝杠支座46的两端，滚珠丝杠44带动滑台42在两个限位传感器45之间做横向往复运动。与滑台上配置的限位感应片43配合限位。具体是：滚珠丝杠44的螺母嵌入到滑台42中，带动滑台42完成卷绕机构的横向往复运动。两个限位传感器45分别位于滚珠丝杠支座46的前后两端，在滑台42上配置有限位感应片43，对滑台42的横向移动进行正负限位。当滑台接近限位传感器时，限位感应片43贴近限位传感器45，限位传感器45将感应信号输入计算机并控制平移驱动电机41方向反向使得丝杠回复运动。正负限位传感器之间的距离可以根据实际需要进行调节，从而可以改变卷筒上丝束的卷绕长度。平移驱动电机41采用交流伺服电机，其运转速度与卷头的旋转速度相协调，完成丝束的平行收卷或交叉收卷等多种收卷方式，同时其灵活的速度控制方式可以避免收卷中塌边、掉边及丝束重叠的产生。

从图1、图2、图3中还可看出，所述卷绕机构包括卷绕驱动电机51、卷绕主轴53、卷头55、卷筒56、触压辊7、半径跟随器8，所述卷绕主轴53与卷绕驱动电机51连接，并通过支架52固定在滑台42上，由滑台42带动卷绕机构实现横向往复移动。所述卷头55安装在卷绕主轴53上，卷筒56套装在卷头55外部，触压辊7可旋转地安装在支架52上，并与卷筒56相切，触压辊7旋转中心与半径跟随器8键合，实现触压辊与半径跟随器同角度旋转。

所述卷绕主轴53上靠近卷绕驱动电机51的一侧安装有挡圈54，并通过卷绕主轴上设有的凸台定位。其中卷头55和挡圈54同心胶接在卷绕主轴53上，由卷绕驱动电机51驱动卷绕主轴53做旋转运动。挡圈54对卷筒56有定位作用，防止收卷工作时卷筒56出现前后窜动。

所述卷头55与卷绕主轴53同心安装，并在远离卷绕驱动电机51的一端通过紧定螺钉固定在卷绕主轴51上；卷头55表面布有与轴心平行的等间隔凸条纹。用以增大卷头55与卷筒56之间的摩擦，防止两者之间产生滑移运动。

所述在卷绕主轴53外端还设有支撑摆臂62，所述支撑摆臂62下端与滑台42可转动连接，并用销钉63固定，支撑摆臂62上端连接一圆台挡头61，圆台挡头61可以自由旋转；圆台挡头61插入支撑在卷筒56外端。具体是滑台42上开有凹槽并安装有可转动的支撑摆臂62，支撑摆臂62上开有两个小孔，用于对支撑摆臂进行定位，圆台挡头61与支撑摆臂62上端旋转连接。将定位销钉63拨出，即可将支撑摆臂绕旋转中心旋转。当支撑摆臂62向下旋转时，即可装卸卷筒于卷头。当支撑摆臂62向上旋转并与滑台42垂直时，拨动销钉63横亘在凹槽上，实现支撑摆臂62的锁死。此时圆台挡头61与卷绕主轴53同心，圆台挡头61对卷筒起到支撑作用，提高了卷绕主轴的刚度。增强了收卷的稳定性，可以进行大卷丝束的收卷。

在卷绕机构中，触压辊7连接在支架52上，并与卷筒56相切，用于压紧收起的丝束，保持丝饼内部张力的相对恒定。支架52上安装有半径跟随器8，半径跟随器8通过螺钉与触压辊7连接。触压辊7偏转角度随着卷筒直径的增大而增大，与触压辊7旋转中心相连的半径跟随器8旋转同样的角度，因此可以测定当前的卷筒直径。

本发明通过张力检测传感机构实时检测扁平丝束带的张力，并将张力值反馈给控制系统，实时调节卷绕驱动电机转速，使张力保持恒定；卷绕机构固定于平移机构上，由平移机构带动卷绕机构横向往复运动。卷绕机构由卷绕驱动电机驱动旋转，实现扁平丝束带在卷筒上的快速螺旋卷绕。滚珠丝杠在平移驱动电机驱动下带动滑台横向往复运动；同时卷绕主轴在卷绕驱动电机驱动下做旋转运动，两者协调运动使丝束均匀螺旋地收起在卷筒上。多个平行排列的导引辊增加了与丝束之间的摩擦，减少收卷前端丝道的变动。在卷绕过程中丝道保持稳定，丝带不易分叉，并能稳定控制收卷的张力。

本发明结构合理、紧凑，收卷丝道稳定、纤维间彼此缠结较少、无宽幅损失和加捻动作。本发明适用于扁平带状复合材料的收卷，而不引起丝束的分叉、收幅及纤维之间的缠结等问题，特别适用于宽度为20 mm以上的分散扁平丝束带收卷而不引起收幅。

Claims (4)

1.一种展纤收卷装置，其包括基座、张力检测传感机构、导引辊组、平移机构、卷绕机构，其特征在于：所述张力检测传感机构包括安装在张力检测支座上的前导辊、后导辊和悬臂式上导辊，前导辊、后导辊两端分别通过轴承固定在张力检测支座上，悬臂式上导辊通过螺母紧固在张力检测支座的上部，悬臂上导辊为固定非旋转式，悬臂式上导辊上安装有张力传感器，悬臂式上导辊与前导辊和后导辊成等腰三角形排列，张力检测支座固定在基座上；所述导引辊组由中间导引辊和后导引辊平行排列组成，中间导引辊和后导引辊分别通过导引辊支座固定在基座上，中间导引辊和后导引辊的外径相同，高低错落排列；所述平移机构包括平移驱动电机、滑台、滚珠丝杠、滚珠丝杠支座、限位传感器，所述滚珠丝杠与平移驱动电机相连，滑台安装在滚珠丝杠上，滚珠丝杠通过滚珠丝杠支座固定在基座上，限位传感器安装在滚珠丝杠支座的两端，与滑台上配置的限位感应片配合限位；所述卷绕机构包括卷绕驱动电机、卷绕主轴、卷头、卷筒、触压辊、半径跟随器，所述卷绕主轴与卷绕驱动电机连接，并通过支架固定在滑台上；所述卷头安装在卷绕主轴上，卷筒套装在卷头外部，触压辊可旋转地安装在支架上，并与卷筒相切，触压辊旋转中心与半径跟随器键合，实现触压辊与半径跟随器同角度旋转。

2.根据权利要求1所述的展纤收卷装置，其特征在于：所述卷绕主轴上靠近卷绕驱动电机的一侧安装有挡圈，并通过卷绕主轴上设有的凸台定位。

3.根据权利要求1所述的展纤收卷装置，其特征在于：所述卷头与卷绕主轴同心安装，并在远离卷绕驱动电机的一端通过紧定螺钉固定在卷绕主轴上；卷头表面布有与轴心平行的等间隔凸条纹。

4.根据权利要求1所述的展纤收卷装置，其特征在于：所述在卷绕主轴外端还设有支撑摆臂，所述支撑摆臂下端与滑台可转动连接，并用销钉固定，支撑摆臂上端连接一圆台挡头，圆台挡头插入支撑在卷筒外端。