CN105034400A - 方形玻璃钢风管的数控缠绕设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种方形玻璃钢风管的数控缠绕设备，包括机架，设置在机架上且通过玻璃纤维纱线依次连接的放线辊、导向装置、排线装置、方形芯轴缠绕装置和数控系统，所述排线装置包括设置在机架上的基座，所述基座上设置有伺服电机、与伺服电机连接的丝杆、导轨和安装在导轨上且与丝杆连接的吐丝嘴，所述数控系统与伺服电机连接；本发明还公开了一种方形玻璃钢风管的数控缠绕方法，本发明方形玻璃钢风管的数控缠绕设备通过数控系统同步控制排线装置和方形芯轴缠绕装置的运动，控制方形玻璃钢风管缠绕角度，排线机构提供玻璃纤维纱，并且可以随时调节纤维纱的张紧力来控制产品的质量，实现数控化，提高方形玻璃钢风管的加工质量和效率。

Description

方形玻璃钢风管的数控缠绕设备及方法

技术领域

本发明属于高分子材料成型加工的技术领域，具体是涉及一种方形玻璃钢风管的数控缠绕设备及方法。

背景技术

无机玻璃钢风管是以氯氧镁水泥为胶凝结料、中碱玻璃纤维为增强材料、加入填充材料和改性剂等所制成的一种管材，无机玻璃钢风管主要包括方形玻璃钢通风管和圆形玻璃钢通风管两种结构，其中方形玻璃钢通风管在现场施工中无论是下料、制造、安装、施工均比圆形玻璃钢通风管更为方便，目前方形玻璃钢通风管加工，主要是采用人工手糊操作工艺，该工艺方法制备的方形玻璃钢通风管不仅强度低、表面粗糙、质量稳定性能差，而且工人劳动强度大，环境污染严重，对工人的身体健康带来极大的安全隐患，另外目前应用的大多数缠绕机主要是用于制备地下石油管道、化工排废液管道，其缠绕过程主要针对的主要是回转几何体的产品，不能满足方形玻璃钢通风管加工的要求，并且由于现有的缠绕机大部分都是采用机械结构来实现运动控制，使其缠绕精度不高，不能满足方形玻璃钢通风管的加工精度要求，因此现有的方形玻璃钢通风管需要自动加工方式代替。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种方形玻璃钢风管的数控缠绕设备，该方形玻璃钢风管的数控缠绕设备通过数控系统同步控制排线装置和方形芯轴缠绕装置的运动，控制方形玻璃钢风管缠绕角度，排线机构提供中碱玻璃纤维纱，并且可以随时调节纤维纱的张紧力来控制产品的质量，实现数控化，提高方形玻璃钢风管的加工质量和效率。

为了达到上述目的，本发明一种方形玻璃钢风管的数控缠绕设备，包括机架，设置在机架上且通过玻璃纤维纱线依次连接的放线辊、导向装置、排线装置、方形芯轴缠绕装置和数控系统，所述排线装置包括设置在机架上的基座，所述基座上设置有伺服电机、与伺服电机连接的丝杆、导轨和安装在导轨上且与丝杆连接的吐丝嘴，所述数控系统与伺服电机连接。

进一步，所述吐丝嘴包括连接在丝杆上的安装座，所述安装座上设置有集液槽、所述集液槽内竖直设置有不少于3根支杆，所述支杆顶部分别设置有收束孔、展线环和展线辊。

进一步，所述方形芯轴缠绕装置包括方形芯模、分别连接在方形芯模两端的连接轴和与连接轴另一端连接的伺服电机Ⅰ，所述伺服电机Ⅰ与所述数控系统连接。

进一步，所述连接轴上设置有连接在方形芯模端部的定心装置，所述定心装置包括设置在连接轴端部的三爪卡盘。

进一步，所述放线辊一段连接有磁粉制动器和张力控制器，所述磁粉制动器和张力控制器与所述数控系统连接。

进一步，所述机架上设置有浸液槽，所述浸液槽位于导向装置、排线装置和方形芯轴缠绕装置的下方，所述浸液槽内设置有不少于1根绕线辊。

进一步，所述安装座上设置有调节螺杆，所述集液槽连接在调节螺杆上

本发明还公开了一种方形玻璃钢风管的数控缠绕设备的缠绕方法：包括通过方形芯轴的截面长宽和纤维宽度确定出绕丝嘴距离方形芯模的位置、缠绕角，将绕丝嘴距离方形芯模的位置和缠绕角输入数控程序中，利用数控系统同步控制排线装置中的伺服电机和方形芯轴缠绕装置中伺服电机Ⅰ，其中伺服电机Ⅰ用来控制方形芯轴缠绕速度；伺服电机用于控制吐丝嘴直线运动的速度与方向，所述玻璃纤维纱线通过放线辊、依次绕过导向装置上的导向辊和排线装置上的吐丝嘴，缠绕在方形芯轴缠绕装置上的方形芯轴上。

进一步，所述芯模转动一圈，吐丝嘴移动一个纤维宽度，直到芯模表面被纤维均匀的布满为止，在缠绕参数计算时运用矩形制品缠绕的基本原理，把矩形制品垂直缠绕旋转轴的截面周边长化为一个相等周长的圆称为“相当圆”经过这样的简化后，即可计算出环向缠绕的缠绕角：

$\tan \mathrm{\α}=\frac{2(a+b)}{L}$

其中a-矩形截面长、b-矩形截面宽、L-纤维纱线宽度；

采用如下公式计算螺距系数，计算吐丝嘴与距离方形芯模的位置：

K_a、K_b——矩形截面长宽相应的螺距系数，

S_b、S_a——吐丝嘴与矩形芯模之间的距离，

设代入上式：

$S_b=\frac{-b+\sqrt{b^2+4(S_a^2+{\mathrm{aS}}_a)}}{2}$

根据所缠绕的尺寸a、b，利用上式就可以计算出绕丝嘴距离方形芯模的位置。

进一步，所述玻璃纤维纱线在绕过导向装置上的导向辊之前，经过浸液槽内的绕线辊。

本发明的有益效果在于：

1、本发明方形玻璃钢风管的数控缠绕设备通过数控系统同步控制排线装置和方形芯轴缠绕装置的运动，控制方形玻璃钢风管缠绕角度，排线机构提供中碱玻璃纤维纱，并且可以随时调节纤维纱的张紧力来控制产品的质量，实现数控化，提高方形玻璃钢风管的加工质量和效率。

2、本发明方形玻璃钢风管的数控缠绕设备通过浸液槽可以回收预浸中碱玻璃纤维纱上残留的胶液，避免污染环境，方形芯模可拆卸连接，能够实现方形芯模多次使用，解决了目前的手工缠绕加工过程中，存在木模一次性使用、手工缠绕不均匀、人工劳动力强度大、工作环境差、生产效率低等诸多问题，达到实现玻璃风管高质量、高效生产，另外该缠绕方法通过调整方形芯模的大小、排线装置和方形芯轴缠绕装置的运动参数，可以实现加工的不同尺寸的方形玻璃钢风管，加工尺寸范围广、适应能力强、可操作性高、加工环境好。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明方形玻璃钢风管的数控缠绕设备的俯视图；

图2为本发明方形玻璃钢风管的数控缠绕设备的结构示意图；

图3为本发明方形玻璃钢风管的数控缠绕设备中吐丝嘴的结构示意图；

图4为本发明方形玻璃钢风管的数控缠绕方法中数控系统的接线电路图；

图5为本发明方形玻璃钢风管的数控缠绕方法中伺服电机的接线电路图；

图6为本发明方形玻璃钢风管的数控缠绕方法中计算吐丝嘴与距离方形芯模距离的示意图。

附图标记：1-机架；2-浸液槽；3-放线辊；4-导向装置；5-排线装置；6-吐丝嘴；7-方形芯轴缠绕装置；8-卡盘；9-磁粉制动器；10-张力控制器；11-基座；12-丝杆；13-伺服电机；14-导轨；15-手轮；16-联动装置；17-升降丝杆；18-连接轴；19-集液槽；20-收束孔；21-展线环；22-展线辊。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图1所示为本发明方形玻璃钢风管的数控缠绕设备的俯视图；如图2所示为本发明方形玻璃钢风管的数控缠绕设备的结构示意图；本发明一种方形玻璃钢风管的数控缠绕设备，包括机架1，设置在机架1上且通过玻璃纤维纱线依次连接的放线辊3、导向装置4、排线装置5、方形芯轴缠绕装置7和数控系统，所述排线装置5包括设置在机架上的基座11，所述基座11上设置有伺服电机13、与伺服电机13连接的丝杆12、导轨14和安装在导轨14上且与丝杆12连接的吐丝嘴6，所述数控系统与伺服电机13连接，本实施例通过数控系统同步控制排线装置和方形芯轴缠绕装置的运动，驱动排线装置5中伺服电机13工作，通过丝杆12控制吐丝嘴6在导轨上进行直线运动，吐丝嘴带动玻璃纤维纱线进行直线移动，同时方形芯轴缠绕装置7转动对玻璃纤维纱线进行缠绕，达到控制方形玻璃钢风管缠绕角度的目的，排线机构提供中碱玻璃纤维纱线，并且可以随时调节纤维纱线的张紧力来控制产品的质量，实现数控化，提高方形玻璃钢风管的加工质量和效率。

如图3所示为本发明方形玻璃钢风管的数控缠绕设备中吐丝嘴的结构示意图；进一步，优选的所述吐丝嘴6包括连接在丝杆12上的安装座，所述安装座上设置有集液槽19、所述集液槽19内竖直设置有不少于3根支杆，所述支杆顶部分别设置有收束孔20、展线环21和展线辊22，本实施例中展线辊22优选设置为一对，纤维纱依次通过收束孔20、展线环21和展线辊22，收束孔20用于收线的作用，展线环21用于将玻璃纤维纱线展平、展宽，玻璃纤维纱线呈s型缠绕在1对展线辊22上，不仅可以将玻璃纤维纱线展平、展宽，而且用于调节纤维纱线的张紧力。

进一步，优选的所述方形芯轴缠绕装置7包括方形芯模、分别连接在方形芯模两端的连接轴18和与连接轴18另一端连接的伺服电机Ⅰ，所述伺服电机Ⅰ与所述数控系统连接，本实施例通过数控系统同步控制伺服电机Ⅰ和伺服电机13工作，使两个伺服电机转速得到精度控制，在需要对方形芯轴尺寸进行调整时，可以方便快捷的对电机转速参数进行调整，使本发明能够快速适应对不同型号、要求的方形玻璃钢风管的缠绕工艺，提高了设备的实用性。

进一步，优选的所述连接轴18上设置有连接在方形芯模端部的定心装置，所述定心装置包括设置在连接轴端部的三爪卡盘8，本实施例中三爪卡盘8通过连接轴18与一对轴承座进行固定，其中一端的轴承座可以连接到燕尾槽滑台上，可以通过转动手轮来改变两个三爪卡盘之间的距离，便于进行方形芯模的安装与拆卸，这种快速脱模方式也使设备操作更为方便快捷。

进一步，优选的所述放线辊3一段连接有磁粉制动器9和张力控制器10，所述磁粉制动器9和张力控制器10与所述数控系统连接，本实施例中张力控制器10通过数控系统控制不同的输出电压，使磁粉制动器产生不同的转矩，可以调节在缠绕过程中每一层缠绕要求不同的纤维张力，通过张力控制系统可以对纤维张力进行精确的控制，提高缠绕质量，另外控制器所产生的电压可以显示在控制器的屏幕上。

进一步，优选的所述机架1上设置有浸液槽2，所述浸液槽2位于导向装置4、排线装置5和方形芯轴缠绕装置6的下方，所述浸液槽2内设置有不少于1根绕线辊，该结构可以实现方形玻璃钢风管的数控干法缠绕和方形玻璃钢风管的数控湿法缠绕的转变，为排线机构提供预浸纤维纱线。

进一步，优选的所述安装座上设置有调节螺杆，所述集液槽19连接在调节螺杆上，该结构便于调整吐丝嘴与距离方形芯模的距离。

如图4、图5所示，本发明还公开了一种方形玻璃钢风管的数控缠绕设备的缠绕方法：包括通过方形芯轴的截面长宽和纤维宽度确定出绕丝嘴距离方形芯模的位置、缠绕角，将绕丝嘴距离方形芯模的位置和缠绕角输入数控程序中，利用数控系统同步控制排线装置中的伺服电机和方形芯轴缠绕装置中伺服电机Ⅰ，其中伺服电机Ⅰ用来控制方形芯轴缠绕速度；伺服电机用于控制吐丝嘴直线运动的速度与方向，所述玻璃纤维纱线通过放线辊、依次绕过导向装置上的导向辊和排线装置上的吐丝嘴，缠绕在方形芯轴缠绕装置上的方形芯轴上。

进一步，优选的所述芯模转动一圈，吐丝嘴移动一个纤维宽度，直到芯模表面被纤维均匀的布满为止，在缠绕参数计算时运用矩形制品缠绕的基本原理，把矩形制品垂直缠绕旋转轴的截面周边长化为一个相等周长的圆称为“相当圆”经过这样的简化后，即可计算出环向缠绕的缠绕角：

$\tan \mathrm{\α}=\frac{2(a+b)}{L}$

其中a-矩形截面长、b-矩形截面宽、L-纤维纱线宽度；

如图6所示，采用如下公式计算螺距系数，计算吐丝嘴与距离方形芯模的位置：

K_a、K_b——矩形截面长宽相应的螺距系数，

S_b、S_a——吐丝嘴与矩形芯模之间的距离，

设代入上式：

$S_b=\frac{-b+\sqrt{b^2}+4(S_a^2+{\mathrm{aS}}_a)}{2}$

根据所缠绕的尺寸a、b，利用上式就可以计算出绕丝嘴距离方形芯模的位置。

进一步，优选的所述玻璃纤维纱线在绕过导向装置上的导向辊之前，经过浸液槽内的绕线辊。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种方形玻璃钢风管的数控缠绕设备，其特征在于：包括机架，设置在机架上且通过玻璃纤维纱线依次连接的放线辊、导向装置、排线装置、方形芯轴缠绕装置和数控系统，所述排线装置包括设置在机架上的基座，所述基座上设置有伺服电机、与伺服电机连接的丝杆、导轨和安装在导轨上且与丝杆连接的吐丝嘴，所述数控系统与伺服电机连接。

2.根据权利要求1所述的一种方形玻璃钢风管的数控缠绕设备，其特征在于：所述吐丝嘴包括连接在丝杆上的安装座，所述安装座上设置有集液槽、所述集液槽内竖直设置有不少于3根支杆，所述支杆顶部分别设置有收束孔、展线环和展线辊。

3.根据权利要求1所述的一种方形玻璃钢风管的数控缠绕设备，其特征在于：所述方形芯轴缠绕装置包括方形芯模、分别连接在方形芯模两端的连接轴和与连接轴另一端连接的伺服电机Ⅰ，所述伺服电机Ⅰ与所述数控系统连接。

4.根据权利要求3所述的一种方形玻璃钢风管的数控缠绕设备，其特征在于：所述连接轴上设置有连接在方形芯模端部的定心装置，所述定心装置包括设置在连接轴端部的三爪卡盘。

5.根据权利要求1所述的一种方形玻璃钢风管的数控缠绕设备，其特征在于：所述放线辊一段连接有磁粉制动器和张力控制器，所述磁粉制动器和张力控制器与所述数控系统连接。

6.根据权利要求1～5任一项所述的一种方形玻璃钢风管的数控缠绕设备，其特征在于：所述机架上设置有浸液槽，所述浸液槽位于导向装置、排线装置和方形芯轴缠绕装置的下方，所述浸液槽内设置有不少于1根绕线辊。

7.根据权利要求2所述的一种方形玻璃钢风管的数控缠绕设备，其特征在于：所述安装座上设置有调节螺杆，所述集液槽连接在调节螺杆上。

8.一种利用权利要求1～7任一项所述的一种方形玻璃钢风管的数控缠绕设备的缠绕方法：其特征在于：包括通过方形芯轴的截面长宽和纤维宽度确定出绕丝嘴距离方形芯模的位置、缠绕角，将绕丝嘴距离方形芯模的位置和缠绕角输入数控程序中，利用数控系统同步控制排线装置中的伺服电机和方形芯轴缠绕装置中伺服电机Ⅰ，其中伺服电机Ⅰ用来控制方形芯轴缠绕速度；伺服电机用于控制吐丝嘴直线运动的速度与方向，所述玻璃纤维纱线通过放线辊、依次绕过导向装置上的导向辊和排线装置上的吐丝嘴，缠绕在方形芯轴缠绕装置上的方形芯轴上。

9.根据权利要求8所述的一种方形玻璃钢风管的数控缠绕方法，其特征在于：所述芯模转动一圈，吐丝嘴移动一个纤维宽度，直到芯模表面被纤维均匀的布满为止，在缠绕参数计算时运用矩形制品缠绕的基本原理，把矩形制品垂直缠绕旋转轴的截面周边长化为一个相等周长的圆称为“相当圆”经过这样的简化后，即可计算出环向缠绕的缠绕角：

$\tan \mathrm{\α}=\frac{2(a+b)}{L}$

其中a-矩形截面长、b-矩形截面宽、L-纤维纱线宽度；

采用如下公式计算螺距系数，计算吐丝嘴与距离方形芯模的位置：

K_a、K_b——矩形截面长宽相应的螺距系数，

S_b、S_a——吐丝嘴与矩形芯模之间的距离，

设代入上式：

$S_b=\frac{-b+\sqrt{b^2+4(S_a^2+{\mathrm{aS}}_a)}}{2}$

根据所缠绕的尺寸a、b，利用上式就可以计算出绕丝嘴距离方形芯模的位置。

10.根据权利要求8所述的一种方形玻璃钢风管的数控缠绕方法，其特征在于：所述玻璃纤维纱线在绕过导向装置上的导向辊之前，经过浸液槽内的绕线辊。