CN110040571B - 一种纱线恒张力控制装置、方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及碳纤维展纤技术领域，尤其涉及一种纱线恒张力控制装置，包括恒张力放卷组件，纱线摆杆，平板收卷组件、两储纱杆以及一砝码。将恒张力放卷组件中的纱线缠绕过纱线摆杆后，再通过两储纱杆，通过在两储纱杆之间放置一砝码的方式实现张力恒定控制。通过利用在收卷板和纱筒之间设置纱线摆杆和储纱杆的结构使收卷板在转动时，纱线上的张力保持不变，克服了收卷板转动时，其上纱线线速度变速的问题，通过控制纱筒转速使储纱杆之间的砝码维持悬空状态，从而使张力恒定，与现有技术相比，本发明结构简单，控制方便易于实现。

Description

一种纱线恒张力控制装置、方法及系统

技术领域

本发明涉及碳纤维展纤技术领域，尤其涉及一种纱线恒张力控制装置、方法及系统。

背景技术

大丝束碳纤维制备技术是其碳纤维行业实现低成本化的关键技术之一，大丝束也是碳纤维在工业领域大面积应用的主要技术路径。相比小丝束，大丝束碳纤维的生产效率更高，在复合材料制备过程中的铺层效率也更高，生产成本却能降低约30%以上。

碳纤维展纤工艺，是指将纱筒上的纱放出并扩展到某一特定的宽度，然后均匀的缠绕在一收卷装置上，这其中最重要的工艺要求之一就是控制纱线张力，现有技术中多采用转速差法来控制纱线张力，即收卷速度和放卷速度有一定差值，利用此差值使纱线保持恒定的张力，然而这种方法仅仅适用于收卷装置为圆柱的结构，当收卷装置为板状结构时，纱线缠绕在板上做变速运动，很难控制缠绕在收卷板上的纱线速度，因此很难控制在板状收卷装置上纱线的张力恒定。

鉴于上述问题的存在，本设计人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种纱线恒张力控制装置、方法及系统，使其更具有实用性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种纱线恒张力控制装置、方法及系统，实现纱线恒张力控制。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

第一方面，本发明提供一种纱线恒张力控制装置，该装置包括：

恒张力放卷组件，包括纱筒和纱筒驱动装置，纱筒用于存储纱线，纱筒驱动装置与纱筒连接并驱动纱筒转动，从而使纱线从纱筒上放出；

纱线摆杆，摆动设置，其自由端设置有供纱线绕过的纱辊，当纱线上张力变化时，纱线摆杆跟随纱线张力大小而产生摆动，从而控制张力恒定；

平板收卷组件，包括收卷板和收卷驱动装置，收卷驱动装置驱动收卷板匀速转动，使纱线缠绕在收卷板上。

进一步地，该装置还包括至少两储纱杆，经过纱线摆杆的纱线从两所述储纱杆上经过，且两储纱杆之间设置有一砝码，砝码与纱线滑动接触并依靠其自身重力将纱线存储于两储纱杆之间，在展纤过程中，所述砝码一直被两储纱杆之间的纱线吊起设置。

其中，所述纱线摆杆的转轴上设置有拉力组件，以限制纱线摆杆的转动所需力的大小；所述纱筒驱动装置和收卷驱动装置为步进电机或伺服电机。

第二方面，本发明提供一种纱线恒张力控制方法，包括如下步骤：

转动纱筒，将其上的纱线引出并依次穿过纱线摆杆、两储纱杆，至将引出的纱线端部固定在收卷板上停止转动；

悬挂一砝码与两储纱杆之间的纱线上；

转动纱筒，使砝码由于其自身重力而下降，从而存储纱线于两储纱杆之间；

转动收卷板，使纱线缠绕在收卷板上；

控制纱筒的转动速度，使砝码维持悬挂在两储纱杆之间的状态。

进一步的，所述控制纱筒的转动速度，包括如下两种情况：

当砝码往下降时，降低纱筒的转速，从而减少两储纱杆之间的储纱量，使砝码慢慢上升；

当砝码往上升时，提高纱筒的转速，从而增加两储纱杆之间的储纱量，使砝码慢慢下降。

进一步地，纱线的张力通过更改砝码重量的方式来改变。

第三方面，本发明一种恒张力控制系统，包括：

触控单元，其上设置有纱筒驱动装置的启/停按键、速度调节按键以及收卷板驱动装置的启/停按键；

两驱动单元，分别与纱筒驱动装置及收卷驱动装置连接，用于控制两装置的转动；

PLC单元，分别与触控单元和两驱动单元连接，用于接收触控单元的信息并使两驱动单元按照接收到的信息动作。

进一步地，所述速度调节按键包括加速按键和减速按键，当按下加速按键时，PLC发送给驱动单元脉冲的频率提高，从而控制电机转速提高；当按下减速按键时；PLC发送给驱动单元脉冲的频率降低，从而控制电机转速降低。

进一步地，所述电机转速的提高或降低的比例为基础转速的1%~10%。

本发明的有益效果为：本发明中，通过利用在收卷板和纱筒之间设置纱线摆杆和储纱杆的结构使收卷板在转动时，纱线上的张力保持不变，克服了收卷板转动时，其上纱线线速度变速的问题，通过控制纱筒转速使储纱杆之间的砝码维持悬空状态，从而使张力恒定，与现有技术相比，本发明结构简单，控制方便易于实现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，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1~2为本发明实施例一的纱线恒张力控制装置的结构示意图；

图3为本发明实施例一的纱线摆杆结构示意图；

图4为本发明实施例二的纱线恒张力控制方法流程图；

图5为本发明实施例三中纱线恒张力控制系统的电气连接示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例一

如图1-3所示的纱线恒张力控制装置，该装置包括：

恒张力放卷组件1，包括纱筒和纱筒驱动装置，纱筒用于存储纱线，纱筒驱动装置与纱筒连接并驱动纱筒转动，从而使纱线从纱筒上放出；

这里，为了便于控制纱筒的转动，纱筒驱动装置选用步进电机或伺服电机。在放卷时，如果一切正常运行，则纱筒匀速转动，从而保证纱线张力值不变。

纱线摆杆2，摆动设置，其自由端设置有供纱线绕过的纱辊，当纱线上张力变化时，纱线摆杆跟随纱线张力大小而产生摆动，从而控制张力恒定；

平板收卷组件3，包括收卷板和收卷驱动装置，收卷驱动装置驱动收卷板匀速转动，使纱线缠绕在收卷板上。这里，收卷驱动装置也选用步进电机或伺服电机。

在收卷时，平板收卷组件3匀速转动，然而由于收卷板并非圆柱形状，其在转动时，缠绕在其上的纱线的线速度并非匀速，为了克服这一问题，设置了一摆杆组件，可以通过摆杆的摆动为收卷板上的纱线变速提供一个缓冲，这样可以解决收卷板上纱线线速度变化的问题。然而纱线摆杆2如果仅仅依靠其上纱辊的重力来为速度变化的纱线提供张力是不够的，可能导致纱线张力变化较大，为了解决此问题，如图3所示，纱线摆杆的转轴上设置有拉力组件，以限制纱线摆杆的转动所需力的大小。拉力组件为弹簧组，弹簧组与纱线摆杆2的转轴连接，在纱线摆杆2转动时，弹簧拉动转轴，限制其转动，从而使纱线摆杆2上的的张力值变大。通过纱线摆杆2的摆动使纱辊具有张力存储的功能，然而由于纱线与纱线摆杆2的角度问题，当纱线张力增加至纱线摆杆到达最大值时，则无法继续进行摆动，造成纱线张力值继续增加。

为了进一步提高该装置的纱线存储能力，该装置还包括至少两储纱杆4，经过纱线摆杆的纱线从两储纱杆4上经过，且两储纱杆之间设置有一砝码5，砝码5与纱线滑动接触并依靠其自身重力将纱线存储于两储纱杆之间，在展纤过程中，砝码一直被两储纱杆之间的纱线吊起设置。

在上述实施例中，砝码5与两个储纱杆4结合，形成第二个纱线存储机构，砝码5挂在纱线上，并可以在纱线上滑动，从而一直处于两储纱杆4上纱线的中间最低位置处，当收卷板上的纱线线速度变快时，两储纱杆4之间的纱线距离变短，砝码5位置上升；当收卷板上的纱线线速度变小时，两储纱杆之间的纱线距离变长，砝码5位置下降；在此过程中，砝码5一直挂在纱线上，即纱线一直受力，从而保证了纱线张力一直不变。

在上述实施例中，采用了砝码挂在纱线上与纱线摆杆结合的方式进行张力恒定控制，与现有技术相比，由于储纱杆与砝码的结构更加简单，且调节更加方便，仅需调节两储纱杆之间的距离便可以调节储纱量，仅需调节砝码重量即可调节纱线张力，更加简单、方便。

实施例二

第二方面，基于同样的发明构思，本说明书第二个实施例提供一种纱线恒张力控制方法，如图4所示，该方法包括如下步骤：

步骤S201，转动纱筒，将其上的纱线引出并依次穿过纱线摆杆2、两储纱杆4，至将引出的纱线端部固定在收卷板上停止转动；

步骤S202，悬挂一砝码5与两储纱杆4之间的纱线上；

步骤S203，转动纱筒，使砝码5由于其自身重力而下降，从而存储纱线于两储纱杆之间；

步骤S204，转动收卷板，使纱线缠绕在收卷板上；

步骤S205，控制纱筒的转动速度，使砝码维持悬挂在两储纱杆之间的状态。

在上述实施例中，控制纱筒的转动速度是张力保持恒定不变的关键，具体的，当砝码5往下降时，降低纱筒的转速，从而减少两储纱杆之间的储纱量，使砝码5慢慢上升；

当砝码5往上升时，提高纱筒的转速，从而增加两储纱杆之间的储纱量，使砝码5慢慢下降。

在本实施例中，砝码5上固有的卡勾结构允许在其上挂更多重量，从而改变纱线的张力。

在上述实施例中，通过控制纱筒的旋转速度，使砝码5尽量在一个较小的范围内浮动，从而控制纱线的张力恒定。

实施例三

第三方面，基于同样的发明构思，本说明书第三个实施例提供一种纱线恒张力控制系统，如图5所示，该系统包括：

触控单元31，其上设置有纱筒驱动装置的启/停按键、速度调节按键以及收卷板驱动装置的启/停按键；

驱动单元一32和驱动单元二33，分别与纱筒驱动电机及收卷驱动电机连接，用于控制两电机的转动；

PLC单元34，分别与触控单元31和驱动单元一32和驱动单元二33连接，用于接收触控单元31的信息并使驱动单元一32和驱动单元二33连接按照接收到的信息动作驱动纱筒驱动电机及收卷驱动电机。

具体的，速度调节按键包括加速按键和减速按键，当按下加速按键时，PLC发送给驱动单元脉冲的频率提高，从而控制电机转速提高；当按下减速按键时；PLC发送给驱动单元脉冲的频率降低，从而控制电机转速降低。

由于在纱筒转动过程中，缠绕其上的纱线直径越来越小，即使纱筒的转动速度保持不变，由于纱线直径慢慢变小，其线速度也会慢慢变小，因此在实际生产中往往会发现砝码会慢慢往上升，为了克服上述问题，设定纱筒转动每次速度的变化范围，使之与纱线直径变化相适应。优选的，电机转速的提高或降低的比例为纱筒基础转速的1%~10%。

在上述实施例中，通过PLC控制的系统，使得人工方便的控制纱筒的转速，由于砝码的位置变化十分容易观察，通过不断的调整纱筒的转速，使纱线的张力一直保持恒定。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种纱线恒张力控制装置，其特征在于，该装置包括：

恒张力放卷组件，包括纱筒和纱筒驱动装置，纱筒用于存储纱线，纱筒驱动装置与纱筒连接并驱动纱筒转动，从而使纱线从纱筒上放出；

纱线摆杆，摆动设置，其自由端设置有供纱线绕过的纱辊，当纱线上张力变化时，纱线摆杆跟随纱线张力大小而产生摆动，从而控制张力恒定；

平板收卷组件，包括收卷板和收卷驱动装置，收卷驱动装置驱动收卷板匀速转动，使纱线缠绕在收卷板上；

两储纱杆，经过纱线摆杆的纱线从两储纱杆上经过，且两储纱杆之间设置有一砝码，砝码与纱线滑动接触并依靠其自身重力将纱线存储于两储纱杆之间，在展纤过程中，所述砝码一直被两储纱杆之间的纱线吊起设置，控制纱筒的转动速度，使砝码维持悬挂在两储纱杆之间的状态；

所述纱线摆杆的转轴上设置有拉力组件，以限制纱线摆杆的转动所需力的大小，所述拉力组件为弹簧组，所述弹簧组与纱线摆杆的转轴连接；

所述纱筒驱动装置和收卷驱动装置为步进电机或伺服电机。

2.一种纱线恒张力控制方法，该方法使用权利要求1所述的纱线恒张力控制装置，包括如下步骤：

转动纱筒，将其上的纱线引出并依次穿过纱线摆杆、两储纱杆，至将引出的纱线端部固定在收卷板上停止转动；

悬挂一砝码于两储纱杆之间的纱线上；

转动纱筒，使砝码由于其自身重力而下降，从而存储纱线于两储纱杆之间；

转动收卷板，使纱线缠绕在收卷板上；

控制纱筒的转动速度，使砝码维持悬挂在两储纱杆之间的状态。

3.根据权利要求2所述的恒张力控制方法，其特征在于，所述控制纱筒的转动速度，包括如下两种情况：

当砝码往下降时，降低纱筒的转速，从而减少两储纱杆之间的储纱量，使砝码慢慢上升；

当砝码往上升时，提高纱筒的转速，从而增加两储纱杆之间的储纱量，使砝码慢慢下降。

4.根据权利要求2或3所述的恒张力控制方法，其特征在于，纱线的张力通过更改砝码重量的方式来改变。

5.一种恒张力控制系统，该系统用于控制权利要求1所述的恒张力控制装置，包括：

触控单元，其上设置有纱筒驱动装置的启/停按键、速度调节按键以及收卷板驱动装置的启/停按键；

两驱动单元，分别与纱筒驱动装置及收卷驱动装置连接，用于控制两装置的转动；

PLC单元，分别与触控单元和两驱动单元连接，用于接收触控单元的信息并使两驱动单元按照接收到的信息动作。

6.根据权利要求5所述的恒张力控制系统，其特征在于，所述速度调节按键包括加速按键和减速按键，当按下加速按键时，PLC发送给驱动单元脉冲的频率提高，从而控制电机转速提高；当按下减速按键时；PLC发送给驱动单元脉冲的频率降低，从而控制电机转速降低。

7.根据权利要求6所述的恒张力控制系统，其特征在于，所述电机转速的提高或降低的比例为基础转速的1%~10%。

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