CN108928608B

CN108928608B - 一种用于斜叠缠绕的随行小车

Info

Publication number: CN108928608B
Application number: CN201810522770.0A
Authority: CN
Inventors: 王志辉; 王宸; 祝磊; 杨宇; 唐君豪; 彭柳; 闫泽峰; 王铮
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2018-05-28
Filing date: 2018-05-28
Publication date: 2020-04-21
Anticipated expiration: 2038-05-28
Also published as: CN108928608A

Abstract

本发明涉及斜缠复合材料加工技术领域，具体指一种用于斜叠缠绕的随行小车；包括进给机构和随行车，所述进给机构与随行车之间设有偏移装置，随行车上设有带盘、平衡摆杆、张力模块、剪切模块、纠偏模块和热压模块，带盘上的纤维带依次经过平衡摆杆、张力模块、剪切模块、纠偏模块和热压模块；纠偏模块实现对纤维带偏移量的精确控制，大大提高了缠绕时的精准性；随行车具备偏转结构，通过电机控制小车的偏转，使得其可以适用于不同尺寸和角度的缠绕要求；避免操作不便及穿引纱带困难，便于纤维带缠绕时的走向而无需人工操作；整体结构紧凑，动作可靠；配有剪切模块，按需求在纤维带上切出一定长度的切口，释放纤维带斜缠时扇形变形带来的张力影响。

Description

一种用于斜叠缠绕的随行小车

技术领域

本发明涉及斜缠复合材料加工技术领域，具体指一种用于斜叠缠绕的随行小车。

背景技术

随着新材料的快速发展，复合材料由于其具有重量轻、刚度高、强度高、耐腐蚀、耐磨、耐热等特点，大量的复合材料制品被开发用于航空航天领域，并逐渐向民用工业扩展。对于部分产品结构为椎体或曲线回转体的航空制品，斜叠缠绕制品具有较高耐蚀性和抵抗气流冲刷能力等优点而被广泛应用于固体火箭、航空航天等领域中。目前，国内斜缠加工设备的结构较为复杂，机构设置不够简易，各处理模块没有很好地得到整合，体积臃肿导致空间利用率较低。因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构合理、动作可靠、空间利用率高的斜缠随行小车。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述的一种用于斜叠缠绕的随行小车,包括进给机构和随行车，所述进给机构与随行车之间设有偏移装置，随行车上设有带盘、平衡摆杆、张力模块、剪切模块、纠偏模块和热压模块，带盘上的纤维带依次经过平衡摆杆、张力模块、剪切模块、纠偏模块和热压模块。

根据以上方案，所述剪切模块包括剪切气缸、切刀和剪切支架，剪切气缸和剪切支架上下对应地固定在随行车上，切刀与剪切气缸的气动轴连接且切刀与剪切支架配合设置，张力模块和纠偏模块之间的纤维带传输路径处于切刀和剪切支架之间；所述剪切气缸与气源之间连接有电磁控制阀。

根据以上方案，所述纠偏模块包括过渡辊、纠偏支架、纠偏丝杆和纠偏电机，纠偏支架固定在随行车的前端，过渡辊和纠偏丝杆相互平行且分别与纠偏支架转动连接，所述纠偏电机设于纠偏丝杆一侧且与随行车固定连接，纠偏电机通过斜齿轮组与纠偏丝杆传动连接；所述纠偏丝杆上设有平移滑块，平移滑块上设有可转动的纠偏辊。

根据以上方案，所述纠偏支架上设有与过渡辊相对的CCD图像传感器，CCD图像传感器与纠偏电机上的控制器相连接。

根据以上方案，所述随行车上设有放料轴和伺服电机，带盘固定在放料轴上，伺服电机通过联轴器与放料轴传动连接。

根据以上方案，所述平衡摆杆的两端均设有导向辊，平衡摆杆的一侧设有平衡气缸，平衡摆杆的一端与随行车转动连接，且平衡气缸的推杆连接在平衡摆杆的自由端上。

根据以上方案，所述张力模块包括两组张力辊和磁粉制动器，两个张力辊以高低错位的方式设置在随行车上，两个磁粉制动器相对地设置在随行车的另一面上且磁粉制动器的转轴穿过随行车与对应的张力辊连接；所述张力辊的前侧设有两个摩擦辊，两个摩擦辊的前侧设有压力辊，压力辊与两个摩擦辊呈三角形分布固定在随行车上。

根据以上方案，所述热压模块包括热压辊、热压气缸和热压支架，热压气缸固定在随行车前端的顶面上，热压气缸的输出轴与热压支架连接，热压辊可转动地安装在热压支架上。

根据以上方案，所述偏移装置包括套筒和偏转法兰，套筒内设有偏移电机和减速机，偏转法兰下端与随行车固定连接，套筒上端与进给机构固定连接，偏转法兰上端的转轴通过减速机与偏移电机传动连接。

根据以上方案，所述进给机构包括进给电机、丝杠传动副、导轨和底板，进给电机、丝杠传动副和导轨均固定在底板上，进给电机的输出轴通过皮带轮与丝杠传动副传动连接，丝杠传动副上的滑动副与导轨配合连接，且套筒上端与丝杠传动副上的滑动副固定连接。

本发明有益效果为：1.纠偏模块采用CCD检测装置和Fuzzy-PID复合控制器实现对纤维带偏移量的精确控制，大大提高了缠绕时的精准性。

2.随行车具备偏转结构，通过电机控制小车的偏转，使得其可以适用于不同尺寸和角度的缠绕要求。

3.张力测量传感器采用S型布置，避免在狭小结构底板上布置过多螺钉孔带来的操作不便及穿引纱带困难。

4.通过热压气缸推杆控制加热辊的前后运动，纠偏机构控制纤维带的左右移动，便于纤维带缠绕时的走向而无需人工操作。

5.将纱盘和缠绕机构全部整合到随行小车上，结构紧凑，动作可靠。

6.配有剪切模块，可以按需求在纤维带上切出一定长度的切口，释放纤维带斜缠时扇形变形带来的张力影响。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的随行车的正面结构示意图；

图3是本发明的随行车的背面结构示意图；

图4是本发明的随行车的前侧视角结构示意图；

图5是本发明的进给机构立体结构示意图；

图6是本发明的偏移装置爆炸结构示意图；

图中：

1、进给机构；2、带盘；3、平衡摆杆；4、张力模块；5、剪切模块；6、纠偏模块；7、热压模块；8、偏移装置；9、随行车；11、电机；12、丝杠传动副；13、导轨；14、底板；15、皮带轮；21、伺服电机；22、放料轴；31、平衡气缸；32、导向辊；41、张力辊；42、磁粉制动器；43、摩擦辊；44、压力辊；51、剪切气缸；52、切刀；53、剪切支架；61、纠偏支架；62、过渡辊；63、纠偏辊；64、纠偏电机；65、斜齿轮组；66、纠偏丝杆；67、平移滑块；71、热压气缸；72、热压支架；73、热压辊；81、套筒；82、偏移电机；83、减速机；84、偏转法兰。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。

如图1所示，本发明所述的一种用于斜叠缠绕的随行小车,包括进给机构1和随行车9，所述进给机构1与随行车9之间设有偏移装置8，随行车9上设有带盘2、平衡摆杆3、张力模块4、剪切模块5、纠偏模块6和热压模块7，带盘2上的纤维带依次经过平衡摆杆3、张力模块4、剪切模块5、纠偏模块6和热压模块7；所述偏移装置8根据芯模的倾斜角度调节随行车9的斜缠角度，预浸纤维带成卷装载于带盘2上，纤维带经过平衡摆杆3后进入张力模块4，平衡摆杆3消减纤维带输送中存在的张力波动，而后由张力模块4检测张力大小并提供一定的压力以保证纤维带内外层的胶层含量均匀，再由剪切模块5在纤维带上切割适宜长度的切口以满足斜叠缠绕所需的扇形形变量，纠偏模块6对纤维带进行纠偏操作或进入热压模块7，热压模块7对纤维带加热使其变软，并且在张力作用下使其产生扇形变形；随着芯模的旋转和热压模块7的压力作用，使软化纤维带紧密地过度到锥形芯模表面上；本装置整体通过进给机构1安装在机床导轨上实现整体的纵向进给，而进给机构1用于驱动随行车9的横向进给，从而通过整体的纵横进给实现纤维带的连续缠绕。

所述剪切模块5包括剪切气缸51、切刀52和剪切支架53，剪切气缸51和剪切支架53上下对应地固定在随行车9上，切刀52与剪切气缸51的气动轴连接且切刀52与剪切支架53配合设置，张力模块4和纠偏模块6之间的纤维带传输路径处于切刀52和剪切支架53之间；所述剪切气缸51与气源之间连接有电磁控制阀；纤维带在缠绕过程中需要进行切割时，降低整体装置的输出速度再通过剪切气缸51驱动切刀52快速切入，配合剪切支架53在纤维带上切出适宜的切口，所述剪切气缸51有电磁控制阀控制动作变化，因此通过改变电磁控制阀的输入脉冲可实现切口长度的变化。

所述纠偏模块6包括过渡辊62、纠偏支架61、纠偏丝杆66和纠偏电机64，纠偏支架61固定在随行车9的前端，过渡辊62和纠偏丝杆66相互平行且分别与纠偏支架61转动连接，所述纠偏电机64设于纠偏丝杆66一侧且与随行车9固定连接，纠偏电机64通过斜齿轮组65与纠偏丝杆66传动连接；所述纠偏丝杆66上设有平移滑块67，平移滑块67上设有可转动的纠偏辊63；所述过渡辊62用于保证纤维带平稳的通过纠偏支架61上的传感器，所述纠偏支架61上设有与过渡辊62相对的CCD图像传感器，CCD图像传感器与纠偏电机64上的控制器相连接,CCD图像传感器检测纤维带的运动轨迹边缘，经过信号转换输入纠偏电机64上的纠偏控制器，由其计算纤维带实际位置和设定值之间的偏移量，纠偏电机64根据信号通过纠偏丝杆66驱动纠偏辊63水平移动，从而使纤维带在水平方向上改变输送路径以回复至设定位置。

所述随行车9上设有放料轴22和伺服电机23，带盘2固定在放料轴22上，伺服电机23通过联轴器与放料轴22传动连接，当芯模开始缠绕使，纤维带收到拉力同时伺服电机23在力矩模式控制下进行出卷。

所述平衡摆杆3的两端均设有导向辊32，平衡摆杆3的一侧设有平衡气缸31，平衡摆杆3的一端与随行车9转动连接，且平衡气缸31的推杆连接在平衡摆杆3的自由端上，所述平衡摆杆3用于纤维带的张力控制，维持出卷后的纤维带张力稳定，避免纤维带内外层的胶含量不均匀从而影响产品性能；芯模旋转产生的牵引力会对纤维带产生拉力，同时带盘1上的伺服电机23产生阻力从而使纤维带被拉紧，此时平衡气缸31对平衡摆杆3产生拉力，在三个力的共同作用下使平衡摆杆3处于稳定状态，从而实现纤维带张力稳定的目的。

所述张力模块4包括两组张力辊41和磁粉制动器42，两个张力辊41以高低错位的方式设置在随行车9上，两个磁粉制动器42相对地设置在随行车9的另一面上且磁粉制动器42的转轴穿过随行车9与对应的张力辊41连接；所述张力辊41的前侧设有两个摩擦辊43，两个摩擦辊43的前侧设有压力辊44，压力辊44与两个摩擦辊43呈三角形分布固定在随行车9上；所述压力辊44的轴下安装有电阻应变式张力传感器，纤维带绕过张力辊41产生张力，从而转化为压力辊44所受的压力，通过传感器的检测并反馈到磁粉制动器42的控制器中，改变输入电流的大小调节磁粉制动器42的阻力矩，从而改变纤维带所受的张力大小。

所述热压模块7包括热压辊73、热压气缸71和热压支架72，热压气缸71固定在随行车9前端的顶面上，热压气缸71的输出轴与热压支架72连接，热压辊73可转动地安装在热压支架72上，热压辊73通过轴承与热压支架72转动连接，热压气缸71的输出轴带动热压辊73对纤维带施加是的的压力，从而提高纤维带间的粘结，取出纤维带之间的气泡以提高斜叠制品的致密性，同时也便于树脂的渗透；所述热压辊73由套筒、电热丝、高温轴承、端盖以及支撑轴组成，在热压辊73套筒内安装有电热丝，套筒通过高温轴承和端盖连接，支撑轴从电热丝中间穿过套筒和热压支架72连接；在热压支架72上安装有温度传感器，测量并传输纤维带的温度，当纤维带带动热压辊73转动时，套筒外圈带动高温轴承外圈转动，温度通过电热丝的发热由套筒自内而外的传递，从而使热压辊上的纤维带呈熔融状态，并发生扇形预变形。

所述偏移装置8包括套筒81和偏转法兰84，套筒81内设有偏移电机82和减速机83，偏转法兰84下端与随行车9固定连接，套筒81上端与进给机构1固定连接，偏转法兰84上端的转轴通过减速机83与偏移电机82传动连接；所述偏移装置8用于应对不同的应用场所所需的纤维带其实缠绕位置，因此需要将热压辊73以一定的角度进行偏转，通过偏移电机82驱动偏转法兰84使随行车9与进给机构1之间实现偏转。

所述进给机构1包括进给电机11、丝杠传动副12、导轨13和底板14，进给电机11、丝杠传动副12和导轨13均固定在底板14上，进给电机11的输出轴通过皮带轮15与丝杠传动副12传动连接，丝杠传动副12上的滑动副与导轨13配合连接，且套筒81上端与丝杠传动副12上的滑动副固定连接；所述电机11驱动丝杠传动副12转动，从而使与导轨13相连的滑动副水平移动，实现随行车9的纵向位移。

以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims

1.一种用于斜叠缠绕的随行小车,包括进给机构（1）和随行车（9），其特征在于：所述进给机构（1）与随行车（9）之间设有偏移装置（8），随行车（9）上设有带盘（2）、平衡摆杆（3）、张力模块（4）、剪切模块（5）、纠偏模块（6）和热压模块（7），带盘（2）上的纤维带依次经过平衡摆杆（3）、张力模块（4）、剪切模块（5）、纠偏模块（6）和热压模块（7）；

所述随行车（9）上设有放料轴（22）和伺服电机（23），带盘（2）固定在放料轴（22）上，伺服电机（23）通过联轴器与放料轴（22）传动连接；

所述平衡摆杆（3）的两端均设有导向辊（32），平衡摆杆（3）的一侧设有平衡气缸（31），平衡摆杆（3）的一端与随行车（9）转动连接，且平衡气缸（31）的推杆连接在平衡摆杆（3）的自由端上；

所述张力模块（4）包括两组张力辊（41）和磁粉制动器（42），两个张力辊（41）以高低错位的方式设置在随行车（9）上，两个磁粉制动器（42）相对地设置在随行车（9）的另一面上且磁粉制动器（42）的转轴穿过随行车（9）与对应的张力辊（41）连接；所述张力辊（41）的前侧设有两个摩擦辊（43），两个摩擦辊（43）的前侧设有压力辊（44），压力辊（44）与两个摩擦辊（43）呈三角形分布固定在随行车（9）上；

所述剪切模块（5）包括剪切气缸（51）、切刀（52）和剪切支架（53），剪切气缸（51）和剪切支架（53）上下对应地固定在随行车（9）上，切刀（52）与剪切气缸（51）的气动轴连接且切刀（52）与剪切支架（53）配合设置，张力模块（4）和纠偏模块（6）之间的纤维带传输路径处于切刀（52）和剪切支架（53）之间；所述剪切气缸（51）与气源之间连接有电磁控制阀；

所述纠偏模块（6）包括过渡辊（62）、纠偏支架（61）、纠偏丝杆（66）和纠偏电机（64），纠偏支架（61）固定在随行车（9）的前端，过渡辊（62）和纠偏丝杆（66）相互平行且分别与纠偏支架（61）转动连接，所述纠偏电机（64）设于纠偏丝杆（66）一侧且与随行车（9）固定连接，纠偏电机（64）通过斜齿轮组（65）与纠偏丝杆（66）传动连接；所述纠偏丝杆（66）上设有平移滑块（67），平移滑块（67）上设有可转动的纠偏辊（63）；

所述热压模块（7）包括热压辊（73）、热压气缸（71）和热压支架（72），热压气缸（71）固定在随行车（9）前端的顶面上，热压气缸（71）的输出轴与热压支架（72）连接，热压辊（73）可转动地安装在热压支架（72）上。

2.根据权利要求1所述的用于斜叠缠绕的随行小车，其特征在于：所述纠偏支架（61）上设有与过渡辊（62）相对的CCD图像传感器，CCD图像传感器与纠偏电机（64）上的控制器相连接。

3.根据权利要求1所述的用于斜叠缠绕的随行小车，其特征在于：所述偏移装置（8）包括套筒（81）和偏转法兰（84），套筒（81）内设有偏移电机（82）和减速机（83），偏转法兰（84）下端与随行车（9）固定连接，套筒（81）上端与进给机构（1）固定连接，偏转法兰（84）上端的转轴通过减速机（83）与偏移电机（82）传动连接。

4.根据权利要求3所述的用于斜叠缠绕的随行小车，其特征在于：所述进给机构（1）包括进给电机（11）、丝杠传动副（12）、导轨（13）和底板（14），进给电机（11）、丝杠传动副（12）和导轨（13）均固定在底板（14）上，进给电机（11）的输出轴通过皮带轮（15）与丝杠传动副（12）传动连接，丝杠传动副（12）上的滑动副与导轨（13）配合连接，且套筒（81）上端与丝杠传动副（12）上的滑动副固定连接。