CN109354399A - 一种立式光纤预制棒拉伸设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种立式光纤预制棒拉伸设备，包括从上至下依次设置的进给平台、石墨加热炉、测径仪、石墨定位轮组件、牵引轮组件，其特征在于：所述光纤预制棒的上靶棒与进给平台相连，光纤预制棒穿过石墨加热炉后，下端的下靶棒由牵引轮组件夹持并进行拉伸，拉伸过程由石墨定位轮组件控制芯棒在竖直方向拉伸。本发明相比现有卧式拉伸设备，一方面拉伸速度得到大幅提高，也大幅节约了生产过程中原材的消耗；另一方面相比现有立式拉伸设备，目标芯棒直径波动区间减小，可控在±0.5mm区间，且芯棒的弓曲度得到有效控制。

Description

一种立式光纤预制棒拉伸设备
技术领域
本发明涉及一种光纤预制棒拉伸领域，尤其涉及一种立式光纤预制棒拉伸设备。
背景技术
光纤预制棒的制造方法主要有轴向气相沉积法(VAD)、改进的化学气相沉积法(MCVD)、等离子化学气相沉积法(PCVD)和管外气相沉积法(OVD)。现阶段光纤预制棒的制造基本采用两步法，即采用上述四种工艺中的任一种工艺制造芯棒，然后用芯棒进行沉积或采用套管的方式得到大尺寸的预制棒。
随着4G网络的普及、5G网络悄悄的到来，光纤入户政策稳步的推进，中国对光纤的需求量越来越大，促使光纤公司加大对光纤、预制棒生产的投入。
自2015年中国对进口光纤预制棒反倾销进行调查，国内光纤光缆行业呈现出供需紧张、量价齐升的良好局面。光纤预制棒被誉为光纤产业“皇冠上的明珠”，占据了产业链近七成的利润。随着技术层面的不断突破，中国在光纤预制棒研发制造方面取得了突飞猛进的发展，但是与日本、美国相比，还存在一定差距。
在卧式拉伸设备上，采用石墨感应炉作为发热源，由于拉伸方向与重力方向垂直，为保证拉伸精度，温区不能太长，否则会造成熔融的芯棒悬垂；温区短，一方面使芯棒没有足够的预热，因而影响拉伸速度，另一方面炉体轴向长度不够，难以很好的密封从而造成石墨件的消耗过快，加大了生产成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种能保证拉伸精度的立式光纤预制棒拉伸设备。
本发明所采用的技术方案为：一种立式光纤预制棒拉伸设备，包括从上至下依次设置的进给平台、石墨加热炉、测径仪、石墨定位轮组件、牵引轮组件，其特征在于：所述光纤预制棒的上靶棒与进给平台相连，光纤预制棒穿过石墨加热炉后，下端的下靶棒由牵引轮组件夹持并进行拉伸，拉伸过程由石墨定位轮组件控制芯棒在竖直方向拉伸。
按上述技术方案，还包括PLC控制系统，设进给平台的进给速度为V1，牵引轮组件的牵引线速度为V2，预制棒的平均直径为D，PLC控制系统控制芯棒的直径d的关系式为：
按上述技术方案，当传感器检测到芯棒的直径超出正常范围的突变时，牵引轮组件的两牵引轮会自动打开以避开芯棒直径的突变，其中远离棒径突变点的的一组牵引轮继续保持牵引。
按上述技术方案，所述牵引轮组件的结构和所述石墨定位轮组件的结构相同，均包括Y支架和X支架，所述X支架安设在Y支架上，并可以在X轴驱动装置的驱动下沿X方向移动，在X支架上设有第一牵引轮和第二牵引轮，两牵引轮组成一对牵引轮，用于牵引芯棒，第一牵引轮通过第一控制装置控制，实现两牵引轮的开合，在第二牵引轮上设有传感器，第二牵引轮通过第二控制装置控制，当传感器检测到芯棒的直径发生变化时，第二控制装置控制第二牵引轮相对第一牵引轮发生相对运动。
按上述技术方案，所述石墨定位轮组件的第一、二牵引轮的轮面为V型，所述牵引轮组件的第一、二牵引轮的轮面为平面式。
按上述技术方案，第一牵引轮和第二牵引轮分别通过第一牵引轮安装板和第二牵引轮安装板安设在X支架上，第一牵引轮安装板通过第一控制装置控制在X支架移动，第二牵引轮安装板通过第二控制装置在X支架移动。
按上述技术方案，X轴驱动装置包括X轴驱动电机以及丝杠副传动机构，第一控制装置包括第一驱动电机及丝杠副传动机构，第二控制装置包括伸缩气缸，所述伸缩气缸的伸缩端驱动第二牵引轮轴相对第一牵引轮轴的移动。
按上述技术方案，所述传感器安设在第二牵引轮轴上。
按上述技术方案，所述牵引轮组件设有两组，结构相同。
按上述技术方案，在石墨加热炉的上下端分别设有上水冷板和下水冷板，光纤预制棒通过密封石英环与上水冷板相配置。
按上述技术方案，还包括切割装置，用于切割芯棒。
本发明所取得的有益效果为：
1、本发明相比现有卧式拉伸设备，一方面拉伸速度得到大幅提高，也大幅节约了生产过程中原材的消耗；另一方面相比现有立式拉伸设备，目标芯棒直径波动区间减小，可控在±0.5mm区间，且芯棒的弓曲度得到有效控制。
2、当传感器检测到芯棒的直径发生变化(即可能芯棒起起头鼓包)时，石墨定位轮组件的两牵引轮会自动打开以适应芯棒直径的变化，避免了由于鼓包情况导致拉伸后目标芯棒弓曲度变大，进一步保证了预制棒的拉伸精度。
3、牵引轮组中的牵引轮为平面式牵引轮，使其与预制棒的接触面积更大，摩擦力就更大，保证了预制棒拉伸过程中的稳定性。
4、在拉伸过程中，牵引轮组件检测到预制棒起头鼓包位置时，两平面式牵引轮会自动打开，牵引轮组件保持牵引动作，使得在拉伸过程中拉伸速度一致，目标芯棒直径均匀。
附图说明
图1为本发明的结构图。
图2为本发明的石墨定位轮组件的结构图。
图3为图2的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本实施例提供了一种立式光纤预制棒拉伸设备，包括从上至下依次设置的进给平台1、密封石英环2、上水冷板3、石墨加热炉4、下水冷板5、测径仪6、石墨定位轮组件7、两套牵引轮组件(8，9)以及切割装置10。所述光纤预制棒的上端与进给平台1相连，光纤预制棒穿过石墨加热炉4后，下端所形成的芯棒由牵引轮组件(8，9)夹持并进行拉伸，拉伸过程由石墨定位轮组件控制芯棒在竖直方向拉伸。
本实施例中，还包括PLC控制系统，通过PLC控制系统，实现了牵引速度与进给速度的精准控制，保证目标芯棒棒径在可控的范围内波动；
预制棒拉伸过程是遵循体积守恒原理，具体如下:
化简得：
式中D：一定长度的预制棒的平均直径；
d：芯棒的直径；
V1：进给平台的进给速度；
V2：牵引轮的牵引线速度；
Δt：拉伸过程中的单位时间；
本发明可拉伸直径90～150mm的预制棒，精度控制在0.5mm。
在预制棒拉伸工作之前，需测量预制棒的直径，得出一定长度的预制棒的平均直径，经过PLC控制系统控制夹具进给平台的进给速度V1和牵引装置的牵引线速度V2，就可控制芯棒的直径d在一定范围内波动。
当传感器检测到芯棒的直径发生变化(即可能芯棒起起头鼓包)时，石墨定位轮组件的两牵引轮会自动打开以适应芯棒直径的变化，在拉伸过程中，牵引轮组件检测到预制棒起头鼓包位置时，两平面式牵引轮会自动打开，牵引轮组件保持牵引动作，使得在拉伸过程中拉伸速度一致，目标芯棒直径均匀。如图2、3所示，所述牵引轮组件的结构和所述石墨定位轮组件的结构相同，本实施例提供了一种预制棒拉伸的牵引设备，包括Y支架18和X支架19，所述X支架19安设在Y支架18上，并可以在X轴驱动装置的驱动下沿X方向的导轨20移动，其中Y支架通过Y轴驱动装置的驱动下沿Y方向移动(图中省略Y轴驱动装置)。在X支架上设有第一牵引轮26和第二牵引轮11，两牵引轮组成一对牵引轮，用于牵引芯棒，第一牵引轮26通过第一控制装置控制，实现两牵引轮的开合，在第二牵引轮11轴上设有传感器12，第二牵引轮11通过第二控制装置控制，当传感器检测到芯棒的直径发生变化时，第二控制装置控制第二牵引轮相对第一牵引轮发生相对运动。
本实施例中，所述石墨定位轮组件的第一、二牵引轮的轮面为V型牵引轮，可以补充V型牵引轮的好处，所述牵引轮组件的第一、二牵引轮的轮面平面式，其与芯棒为面接触，使得牵引轮与芯棒的摩擦力加大，确保目标芯棒直径更加均匀。
第一牵引轮26和第二牵引轮11分别通过第一牵引轮安装板16和第二牵引轮安装板17安设在X支架19上，第一牵引轮安装板16通过第一控制装置控制在X支架19移动，第二牵引轮安装板17通过第二控制装置在X支架移动。本实施例中，X轴驱动装置包括X轴驱动电机21以及丝杠副传动机构23。第一控制装置包括第一驱动电机15及丝杠副传动机构14。第二控制装置包括伸缩气缸22。
第一牵引轮安装板16只在第一驱动电机15的驱动下移动，在拉伸过程中处于固定状态；第二牵引轮安装板17在气缸22的作用下，实现开闭动作，这种结构可精准把握目标芯棒的弓曲度在可控范围内。
牵引过程如下：
芯棒穿过两牵引轮后，第一驱动电机15及丝杠副传动机构14控制第一牵引轮26移动实现两牵引轮的闭合；当传感器12检测到芯棒的直径发生变化时，通过伸缩气缸22控制第二牵引轮的移动，以适应芯棒的直径的变化，然后进行拉伸工序；牵引速度由PLC控制系统根据所需芯棒的直径进行控制，完成自动拉伸过程，从而实现经过拉伸的芯棒精度更高。
具体实例：
本实例是将一根直径约为150mm，长800mm左右的预制棒经过拉伸操作后变为直径40mm。经过拉伸操作后，可去除预制棒上的杂质，并为后续外包沉积做准备；也可作为特种光纤拉丝的预制棒。
具体实施如下：
将上下靶棒对接好的预制棒用无尘纸和酒精擦拭干净，保证母棒没有指纹、油渍等杂质；
进给平台1移至适当高度，将预制棒放入延伸炉内，上靶棒插入夹具内，并将夹具锁住；
调整夹具进给平台1的X、Y、Z方向，使得预制棒的中心与石墨加热炉4的中心在一条垂直线上；
在上炉口缠好石英毡，并用石英环2压紧；
手动控制夹具进给平台1，待母棒下熔接处与石英环端面水平时，停止进棒；
此时测量延伸炉大盖板上端面至石英环端面距离，计算平台下移距离，电脑操作进棒，确保母棒在合适的温区；
升温过程：先功率升温，可快速升温，再用电脑控制升温过程；
加热炉内温度达到母棒熔点温度时，停止升温动作；
观察下靶棒受重力作用，下移距离；
待下靶棒下移到指定位置时，闭合V型石墨定位轮组件7；
将加热炉升至拉伸温度，控制牵引轮组件(8,9)进行拉伸工序；
拉伸过程中，PLC控制系统控制夹具进给平台进给速度V1和牵引轮装置的牵引速度V2，确保拉伸过程得到目标芯棒直径；
下靶棒与芯棒的熔接点到切割装置位置时，使用切割装置进行切割，将切割的下靶棒移至其他位置，此下靶棒可在利用；
待芯棒到所需的长度时，即可用切割装置进行切割，得到所需的芯棒。

Claims (10)

1.一种立式光纤预制棒拉伸设备，包括从上至下依次设置的进给平台、石墨加热炉、测径仪、石墨定位轮组件、牵引轮组件，其特征在于：所述光纤预制棒的上靶棒与进给平台相连，光纤预制棒穿过石墨加热炉后，下端的下靶棒由牵引轮组件夹持并进行拉伸，拉伸过程由石墨定位轮组件控制芯棒在竖直方向拉伸。
2.根据权利要求1所述的立式光纤预制棒拉伸设备，其特征在于：还包括PLC控制系统，设进给平台的进给速度为V1，牵引轮组件的牵引线速度为V2，预制棒的平均直径为D，PLC控制系统控制芯棒的直径d的关系式为：
3.根据权利要求1或2所述的立式光纤预制棒拉伸设备，其特征在于：当传感器检测到芯棒的直径发生变化时，石墨定位轮组件和牵引轮组件的两牵引轮会自动打开以适应芯棒直径的变化。
4.根据权利要求3所述的立式光纤预制棒拉伸设备，其特征在于：所述牵引轮组件的结构和所述石墨定位轮组件的结构相同，均包括Y支架和X支架，所述X支架安设在Y支架上，并可以在X轴驱动装置的驱动下沿X方向移动，在X支架上设有第一牵引轮和第二牵引轮，两牵引轮组成一对牵引轮，用于牵引芯棒，第一牵引轮通过第一控制装置控制，实现两牵引轮的开合，在第二牵引轮上设有传感器，第二牵引轮通过第二控制装置控制，当传感器检测到芯棒的直径发生变化时，第二控制装置控制第二牵引轮相对第一牵引轮发生相对运动。
5.根据权利要求4所述的立式光纤预制棒拉伸设备，其特征在于：所述石墨定位轮组件的第一、二牵引轮的轮面为V型，所述牵引轮组件的第一、二牵引轮的轮面为平面式。
6.根据权利要求4所述的立式光纤预制棒拉伸设备，其特征在于：第一牵引轮和第二牵引轮分别通过第一牵引轮安装板和第二牵引轮安装板安设在X支架上，第一牵引轮安装板通过第一控制装置控制在X支架移动，第二牵引轮安装板通过第二控制装置在X支架移动。
7.根据权利要求4所述的立式光纤预制棒拉伸设备，其特征在于：X轴驱动装置包括X轴驱动电机以及丝杠副传动机构，第一控制装置包括第一驱动电机及丝杠副传动机构，第二控制装置包括伸缩气缸，所述伸缩气缸的伸缩端驱动第二牵引轮轴相对第一牵引轮轴的移动。
8.根据权利要求4所述的立式光纤预制棒拉伸设备，其特征在于：所述传感器安设在第二牵引轮轴上。
9.根据权利要求1或2所述的立式光纤预制棒拉伸设备，其特征在于：所述牵引轮组件设有两组，结构相同。
10.根据权利要求1或2所述的立式光纤预制棒拉伸设备，其特征在于：在石墨加热炉的上下端分别设有上水冷板和下水冷板，光纤预制棒通过密封石英环与上水冷板相配置，还包括切割装置，用于切割芯棒。
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