CN108730248B - 一种用于复合材料多丝束独立裁断的气动驱动装置 - Google Patents

一种用于复合材料多丝束独立裁断的气动驱动装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于复合材料多丝束独立裁断的气动驱动装置。该装置包括设置在上缸体和下缸体中的多个独立的驱动单元，驱动单元与丝束的数量相同，多个驱动单元呈两排错位间隔设置，每排的驱动单元中均包括活塞、气缸腔室和缸杆，其中，每排的相邻两个驱动单元的气缸腔室分别设置在上缸体中和下缸体中，气缸腔室中均套设有相应的活塞，活塞与气缸腔室之间设有密封元件，在上缸体中的活塞连接短缸杆，在下缸体中的活塞连接长缸杆，短缸杆与长缸杆均从上缸体的上端穿出伸向外部，用于独立驱动丝束裁切机构，上缸体和下缸体上均设有连通气缸腔室的多个缸体气孔。该装置结构紧凑，实现了在有限空间下多缸杆独立运动。

Description

一种用于复合材料多丝束独立裁断的气动驱动装置
技术领域
本发明涉及复合材料构件自动铺放成型技术领域，特别是涉及一种用于复合材料多丝束独立裁断的气动驱动装置。
背景技术
先进复合材料由于其轻质、高强度、高模量、抗疲劳性能好、减震性优良、耐腐蚀性能优越、可设计性和工艺性好等特点，现已广泛应用于航空、航天、船舶、风力发电等领域。复合材料构件制造技术也逐渐向自动化、专业化、整体化、低成本方向发展。
复合材料纤维丝束裁切装置是复合材料铺丝机中核心部件铺丝头部件的关键装置，铺丝头的裁切机构接收到控制系统的指令后，实施裁切纤维丝束的动作。在实际裁切过程中，一般选择气缸作为铺丝机裁切机构的驱动装置，能够满足快速裁切纤维丝束的需求，在纤维丝束铺放过程中，任意纤维丝束可被切断和调用，从而允许通过增减纤维丝束数目来实现改变铺放的复材构件的宽度和构成形式。这就需要裁切机构的执行元件由多个独立运动的气动驱动装置构成。
复合材料纤维丝束自动铺放设备多数情况下都是进行多丝束同步铺放，目前通用的丝束宽度很窄，为了实现多丝束紧密排列，保证相邻丝束间隙大小满足铺放成型要求，就需要铺放系统的各功能机构均要非常紧凑。现有技术的处理方法是将多个单缸杆气缸镶在一起，为满足缸体的强度要求和气缸输出力的要求，缸体壁厚大，镶在一起的多个气缸的缸杆间距变大，组合后的空间也变大。由于铺丝机纤维丝束切断机构设计空间的局限性和丝束多、丝束间距小的特殊需求，多个气缸平行镶在一起不能满足复合材料铺丝机纤维丝束切断机构的设计需求，增加了铺丝机的设计难度和成本，同时也增加了零件的加工难度和安装难度。
因此，发明人提供了一种用于复合材料多丝束独立裁断的气动驱动装置。
发明内容
针对上述问题，本发明实施例提供了一种用于复合材料多丝束独立裁断的气动驱动装置，解决了现有技术的气动驱动装置不能在有限空间内实现多杠杆独立运动的问题。
本发明的实施例提出了一种用于复合材料多丝束独立裁断的气动驱动装置，该装置包括设置在上缸体和下缸体中的多个独立的驱动单元，所述驱动单元与丝束的数量相同，所述多个驱动单元呈两排错位间隔设置，每排的所述驱动单元中均包括活塞、气缸腔室和缸杆，其中，每排的相邻两个驱动单元的气缸腔室分别设置在所述上缸体中和所述下缸体中，所述气缸腔室中均套设有相应的活塞，所述活塞与所述气缸腔室之间设有密封元件，在所述上缸体中的活塞连接短缸杆，在所述下缸体中的所述活塞连接长缸杆，所述短缸杆与所述长缸杆均从所述上缸体的上端穿出伸向外部，用于独立驱动丝束裁切机构，所述上缸体和所述下缸体上均设有连通所述气缸腔室的多个缸体气孔。
进一步地，前后两排的所述驱动单元之间是等间距间隔设置，当丝束的宽度为a时，每排的所述驱动单元中相邻的两个缸杆的中心距为2a，前后两排的所述驱动单元中相邻的两个缸杆的横向中心距为a。
进一步地，还包括设在所述下缸体底部的底板，所述底板上设有与所述活塞相对应的多个底板气孔，所述底板与所述下缸体通过紧固件可拆卸连接。
进一步地，所述上缸体和下缸体之间以及所述下缸体和所述底板之间的安装连接处均设有用于密封缸体的密封元件。
进一步地，所述缸体气孔包括设在所述上缸体侧壁的上腔气孔和设在所述下缸体侧壁的下腔气孔，所述上腔气孔和所述下腔气孔均与各个所述气缸腔室一一对应设置。
进一步地，对于所述气缸腔室设在所述上缸体中的驱动单元，所述上腔气孔通过上腔气道给所述上缸体中的活塞上端的腔体通气，相应的所述底板气孔通过下腔气道给所述上缸体中的活塞下端通气。
进一步地，对于所述气缸腔室设在所述下缸体中的驱动单元，所述下腔气孔给所述下缸体中的活塞上端通气，相应的所述底板气孔给所述下缸体中的活塞下端通气。
进一步地，在各个所述活塞下端的所述气缸腔室的底部均设有缓冲垫。
进一步地，在所述上缸体和所述下缸体中的所述气缸腔室的上下两侧配合处均设有用于密封腔室的密封圈。
进一步地，所述长缸杆和所述短缸杆与所述上缸体的上端的轴孔配合处均设有滑套，用于缸杆的导向。
综上，本发明的气动驱动装置，通过在上、下缸体中设置多个与丝束数量相同的独立驱动单元，由各个独立驱动单元中的缸杆一端连接位于不同气缸腔室中的活塞，另一端可穿过缸体与外部丝束裁切结构相连，实现了气动驱动装置的多点独立运动，从而保证了铺丝机对任意某根纤维丝束的实时裁切功能。由于，各个独立驱动单元的气缸腔室上下交错设置在上缸体和下缸体中，相邻两个缸杆之间的距离明显缩短，气缸整体的尺寸减小，使之能够与所要被裁断的纤维丝束宽度相适应，整体结构紧凑，从而实现了多丝束独立裁断的气动驱动装置在狭小空间环境下的运动功能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是一种用于复合材料多丝束独立裁断的气动驱动装置整体示意图。
图2是用于复合材料多丝束独立裁断的气动驱动装置正向示意图。
图3是用于复合材料多丝束独立裁断的气动驱动装置剖视示意图。
图4是用于复合材料多丝束独立裁断的气动驱动装置局部剖视示意图。
图5是用于复合材料多丝束独立裁断的气动驱动装置缸杆排布示意图。
图6是用于复合材料多丝束独立裁断的气动驱动装置底板示意图。
图中：
1-长缸杆；2-短杠杆；3-上缸体；4-下缸体；5-底板；6-上堵头；7-上腔气孔；8-下腔气孔；9-第一滑套；10-第二滑套；11-第一密封圈；12-活塞；13-缓冲垫；14-第二密封圈；15-第三密封圈；16-上腔气道；17-下堵头；18-下腔气道；19-第四密封圈；20-底板气孔；21-螺钉。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1是本发明实施例的一种用于复合材料多丝束独立裁断的气动驱动装置整体示意图。该装置至少包括了设置在上缸体3和下缸体4中的多个独立的直线排布的驱动单元。其中，驱动单元是根据复合材料纤维丝束的数量设置相应数量的独立驱动单元，因此驱动单元与丝束的数量相同，多个驱动单元呈前后两排错位间隔设置，每排的驱动单元中均包括活塞12、气缸腔室(未标示)和缸杆(包括长杠杆1和短杠杆2)。
本实施例以国际上普遍采用的宽度为6.35mm纤维丝束为对象，以16个输出缸杆为例，缸杆分为2排每排8个。每排的8个气缸腔室上下交错排布在上缸体3和下缸体4中，每个气缸腔室内装有独立的活塞和缸杆；前后两排等距交错排布。结合图1、图2和图3所示，其中，每排的相邻两个驱动单元的气缸腔室分别设置在上缸体3中和下缸体4中，气缸腔室中均套设有相应的活塞12，活塞12与气缸腔室之间设有密封元件，在上缸体3中的活塞12连接短缸杆2，在下缸体4中的活塞12连接长缸杆1，短缸杆2与长缸杆1均从上缸体3的上端穿出伸向外部，用于独立驱动丝束裁切机构，上缸体3和下缸体4上均设有连通气缸腔室的多个缸体气孔(上腔气孔7和下腔气孔8)。通过各个气缸腔室内的气压作用在相应活塞12上，能够带动各个长缸杆1和短杠杆2运动，从而能够独立驱动丝束裁切机构独立作业。
进一步地，如图5所示，前后两排的驱动单元之间是等间距间隔设置，当丝束的宽度为a时，每排的述驱动单元中相邻的两个缸杆的中心距为2a，前后两排的驱动单元中相邻的两个缸杆的横向中心距为a。这样保证了每个驱动单元都能对应的独立驱动丝束裁切机构。
参见图3所示，长缸杆1和短缸杆2与上缸体3的上端的轴孔配合处均设有滑套，用于缸杆的导向。在长杆杆1和上缸体3的配合处设有第一滑套9，在短缸杆2和上缸体3的配合处设有第二滑套10。
在上缸体3和下缸体4中的气缸腔室的上下两侧配合处均设有用于密封腔室的密封圈。其中，在上缸体3中的气缸腔室上侧的8个第一密封圈11靠近第一滑套10的底部，设置短缸杆2与上缸体3之间的密封圈安装孔内，短缸杆2和第一密封圈11为滑动密封。在上缸体3中的气缸腔室的下侧也有8个相应密封圈靠近上缸体3的底部设置在密封圈安装孔内。类似地，在下缸体4中的气缸腔室的上下两侧也设置有相应密封圈。
参见图3和图4所示，作为另一种实施例，该装置还可以包括设在下缸体4底部的底板5，该底板5上设有与活塞12相对应的多个底板气孔20，底板5与下缸体4通过螺钉21等紧固件可拆卸连接，下缸体4和上缸体之间也通过螺钉等紧固件连接，便于拆装维护。由上缸体3、下缸体4和底板5构成了驱动装置的组合缸体。在上缸体3和下缸体4之间以及下缸体4和底板5之间的安装连接处均设有用于密封缸体的密封元件，例如，在上缸体3与下缸体4的连接处设置有第二密封圈14，用于气缸腔体密封。在底板5与下缸体4的连接处设置有用于气道密封的第三密封圈15。
参见图6所示，缸体气孔包括设在上缸体3侧壁的上腔气孔7和设在下缸体4侧壁的下腔气孔8，上腔气孔7和下腔气孔8均与各个气缸腔室一一对应设置。对于气缸腔室设在上缸体3中的驱动单元，上腔气孔7通过上腔气道16给上缸体3中的活塞12上端的腔体通气，相应地，底板气孔20通过下腔气道18给上缸体3中的活塞12下端通气，并且，在上腔气道16上还设有用于封闭气道工艺口的上堵头6和下堵头17。对于气缸腔室设在下缸体4中的驱动单元，下腔气孔8给下缸体4中的活塞上端通气，相应的底板气孔20给下缸体4中的活塞下端通气。其中，下缸体4中的气缸腔室的下腔气孔8上侧设有8个第四密封圈19，使长缸杆1和下缸体4上的气缸腔体间形成密封，长缸杆1和密封圈19为滑动密封。
优选地，在各个活塞12下端的气缸腔室的底部均设有缓冲垫13，16个缓冲垫分别安装在活塞下端气缸腔体的底部，在气缸行程末端的运动速度较大时，气缸缓冲垫13用于吸收活塞12对缸体的冲击力，起到缓冲的作用。
作为其他可选实施例，在上缸体3的左右两侧还可以分别开设螺纹孔，用于将本发明的气动驱动装置与外部构件相连接。
综上，本发明的气动驱动装置，根据丝束的数量设置有相应个数的独立运动的驱动单元，采用同排气缸腔室上下排布，前后两排等距交错排布的方式。同排气缸腔体上下交错排布，每一排的第1、3、5、7、…奇数号气缸腔体处于上缸体或下缸体的同一缸体内，第2、4、6、8、…偶数号气缸腔体处于对应的另外同一缸体内，实现紧凑的多点独立运动的气动驱动装置。此种排布使得气动驱动装置的腔体和活塞直径得到有效的扩展，远大于单缸杆气缸镶在一起状态下气缸活塞的规格，充分保证了丝束裁断对气缸输出力的要求。本发明的这种设计使气动驱动装置结构紧凑，实现小空间环境下驱动功能。
需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种用于复合材料多丝束独立裁断的气动驱动装置，其特征在于，包括设置在上缸体和下缸体中的多个独立的驱动单元，所述驱动单元与丝束的数量相同，多个所述驱动单元呈两排错位间隔设置，每排的所述驱动单元中均包括活塞、气缸腔室和缸杆，其中，每排的相邻两个驱动单元的气缸腔室分别设置在所述上缸体中和所述下缸体中，所述气缸腔室中均套设有相应的活塞，所述活塞与所述气缸腔室之间设有密封元件，在所述上缸体中的活塞连接短缸杆，在所述下缸体中的所述活塞连接长缸杆，所述短缸杆与所述长缸杆均从所述上缸体的上端穿出伸向外部，用于独立驱动丝束裁切机构，所述上缸体和所述下缸体上均设有连通所述气缸腔室的多个缸体气孔。
2.根据权利要求1所述的用于复合材料多丝束独立裁断的气动驱动装置，其特征在于，前后两排的所述驱动单元之间是等间距间隔设置，当丝束的宽度为a时，每排的所述驱动单元中相邻的两个缸杆的中心距为2a，前后两排的所述驱动单元中相邻的两个缸杆的横向中心距为a。
3.根据权利要求1所述的用于复合材料多丝束独立裁断的气动驱动装置，其特征在于，还包括设在所述下缸体底部的底板，所述底板上设有与所述活塞相对应的多个底板气孔，所述底板与所述下缸体通过紧固件可拆卸连接。
4.根据权利要求3所述的用于复合材料多丝束独立裁断的气动驱动装置，其特征在于，所述上缸体和下缸体之间以及所述下缸体和所述底板之间的安装连接处均设有用于密封缸体的密封元件。
5.根据权利要求3所述的用于复合材料多丝束独立裁断的气动驱动装置，其特征在于，所述缸体气孔包括设在所述上缸体侧壁的上腔气孔和设在所述下缸体侧壁的下腔气孔，所述上腔气孔和所述下腔气孔均与各个所述气缸腔室一一对应设置。
6.根据权利要求5所述的用于复合材料多丝束独立裁断的气动驱动装置，其特征在于，对于所述气缸腔室设在所述上缸体中的驱动单元，所述上腔气孔通过上腔气道给所述上缸体中的活塞上端的腔体通气，相应的所述底板气孔通过下腔气道给所述上缸体中的活塞下端通气。
7.根据权利要求5所述的用于复合材料多丝束独立裁断的气动驱动装置，其特征在于，对于所述气缸腔室设在所述下缸体中的驱动单元，所述下腔气孔给所述下缸体中的活塞上端通气，相应的所述底板气孔给所述下缸体中的活塞下端通气。
8.根据权利要求4所述的用于复合材料多丝束独立裁断的气动驱动装置，其特征在于，在各个所述活塞下端的所述气缸腔室的底部均设有缓冲垫。
9.根据权利要求1所述的用于复合材料多丝束独立裁断的气动驱动装置，其特征在于，在所述上缸体和所述下缸体中的所述气缸腔室的上下两侧配合处均设有用于密封腔室的密封圈。
10.根据权利要求1所述的用于复合材料多丝束独立裁断的气动驱动装置，其特征在于，所述长缸杆和所述短缸杆与所述上缸体的上端的轴孔配合处均设有滑套，用于缸杆的导向。
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