CN110789089A - 一种适用于微重力环境下非金属丝材制备的全自动冷却卷丝装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于微重力环境下非金属丝材制备的全自动冷却卷丝装置，所述卷丝装置与挤出机相连；所述卷丝装置包括传送部、冷却部、光学测径仪、输送管、卷料部；所述挤出机与所述传送部相连，所述传送部与所述冷却部相连，所述冷却部与所述光学测径仪相连，所述光学测径仪经输送管与所述卷料部相连。优点是：卷丝装置适合于在空间站环境下应用，运行过程全自动化，且结构紧凑，有助于实现在空间站进行非金属材料的回收利用，减少了空间站内固体废弃物的堆积及其带来的危害，对于空间站的长期运营具有重要意义。

Description

一种适用于微重力环境下非金属丝材制备的全自动冷却卷丝 装置

技术领域

本发明涉及非金属材料回收利用技术领域，尤其涉及一种适用于微重力环境下非金属丝材制备的全自动冷却卷丝装置。

背景技术

空间站长期运营过程会产生大量的非金属材料废弃物，废弃物的堆积不仅会浪费航天器内宝贵的空间，还会滋生大量细菌并产生大量有害气体，威胁航天员的健康。如果对这些废弃物进行在轨回收，制成可供太空增材制造所使用的丝材，不但能解决废弃物堆积带来的问题，还能为太空增材制造平台提供可重复使用的材料，大幅提升空间站的资源使用效率，实现空间站资源的自给自足。因此，固体废弃物的回收对于空间站运维具有重要的意义。

非金属材料废弃物回收过程大体如下，首先将非金属废弃物经粉碎成为细小颗粒，然后利用螺杆挤出机对颗粒进行加热熔融并挤出，之后对材料进行冷却成型，然后再卷成盘状供增材制造使用，冷却卷丝是上述过程中的一个重要步骤，当前地面设备一般采用的方式是把挤出的丝导入装有水的水槽中进行冷却，然后再在通过人工牵引的方式把丝引导到卷丝机上进行卷丝，这种利用水槽进行冷却的方式在微重力环境下无法实现，而且设备比较庞大且需要较多人工操作，而在空间站上不存在重力，站内空间狭小且航天员难以进行复杂操作，因此地面设备的冷却卷丝设备难以在空间站上使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于微重力环境下非金属丝材制备的全自动冷却卷丝装置，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种适用于微重力环境下非金属丝材制备的全自动冷却卷丝装置，所述卷丝装置与挤出机相连；所述卷丝装置包括传送部、冷却部、光学测径仪、输送管、卷料部；所述挤出机与所述传送部相连，所述传送部与所述冷却部相连，所述冷却部与所述光学测径仪相连，所述光学测径仪经输送管与所述卷料部相连。

优选的，所述传送部包括至少一个传送轮和绕设在所述传送轮外周的传送履带；所述冷却部包括冷却环和压线块，所述传送履带的外周部分绕设在所述冷却环上，令所述传送履带张紧；所述挤出机的出口伸入所述传送履带与所述冷却环之间，令所述挤出机挤出的丝材进在所述传送履带和所述冷却环的带动下缠绕在所述冷却环上。

优选的，所述传送履带的传送方向与所述冷却环的转动方向相反；所述冷却环的周向外壁上设置有第一凹槽，所述第一凹槽沿所述冷却环的径向向靠近其轴线的方向凹陷，所述丝材缠绕在所述第一凹槽内。

优选的，所述压线块上设置有一弧形缺口，所述冷却环的下端部分伸入所述弧形缺口内；所述弧形缺口下方的压线块上设置有从动轮，所述从动轮部分伸入所述弧形缺口内，所述弧形缺口上表面设置有起线器，且所述起线器设置在所述冷却环下端切线上，所述起线器下方的压线块内部设置有丝材出口，所述丝材出口与所述弧形缺口连通，所述丝材出口与所述光学测径仪的入口相连；所述从动轮的转动方向与所述冷却环的转动方向相反。

优选的，所述卷料部包括卷料盘、轮毂、连接轴、支撑架、卡线器和电机，所述连接轴固定在所述支撑架上，所述连接轴的两端分别套设有一与其同轴的轮毂，所述卷料盘与所述连接轴同轴套设在所述轮毂外周，且所述连接轴贯穿所述卷料盘相对的两侧；所述轮毂与所述电机相连。

优选的，两所述轮毂相对的两侧分别固定有一与所述连接轴同轴的阻尼垫片，所述阻尼垫片与所述卷料盘固定连接。

优选的，所述卷料盘的周向外壁上设置有第二凹槽，所述第二凹槽沿所述卷料盘的径向向靠近其轴线的方向凹陷；所述卡线器设置在所述第二凹槽内，所述卡线器包括多个在所述卷料盘径向上的截面呈“V”形的刀片，所述刀片沿所述卷料盘的周向均匀设置，且各所述刀片的敞口端背离所述卷料盘的轴线。

优选的，所述输送管的出口伸入所述第二凹槽内，所述输送管的出口与所述刀片的敞口端接触。

优选的，所述冷却环上间隔设置有多个贯穿其相对两侧的减重孔，且所述冷却环上设置有冷却装置。

优选的，所述冷却装置为风扇。

本发明的有益效果是：本发明的卷丝装置适合于在空间站环境下应用，运行过程全自动化，且结构紧凑，有助于实现在空间站进行非金属材料的回收利用，减少了空间站内固体废弃物的堆积及其带来的危害，对于空间站的长期运营具有重要意义。

附图说明

图1是本发明实施例中卷丝装置的结构示意图；

图2是本发明实施例中压线块的结构示意图；

图3是本发明实施例中冷却环的侧视图；

图4是本发明实施例中卷料盘的侧视图。

图中：1、挤出机；2、冷却环；3、压线块；4、光学测径仪；5、输送管； 6、卷料盘；7、第一传送轮；8、第二传送轮；9、第三传送轮；10、传送履带； 11、弧形缺口；12、从动轮；13、起线器；14、丝材出口；15、第一凹槽；16、支撑架；17、电机；18、轮毂；19、阻尼垫片；20、连接轴；21、第二凹槽； 22、卡线器；23、减重孔。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1至图4所示，本实施例中提供了一种适用于微重力环境下非金属丝材制备的全自动冷却卷丝装置，所述卷丝装置与挤出机1相连，所述卷丝装置包括传送部、冷却部、光学测径仪4、输送管5、卷料部；所述挤出机1与所述传送部相连，所述传送部与所述冷却部相连，所述冷却部与所述光学测径仪4相连，所述光学测径仪4经输送管5与所述卷料部相连。

本实施例中，挤出机1与卷丝装置对接，挤出机1需要连到卷丝装置上完成制丝的全部工艺，制丝的全部工艺步骤依次为粉碎、挤丝、冷却和卷丝，卷丝装置完成制丝的冷却和卷丝步骤，而挤出机1完成前续的挤丝步骤。

如图1所示，本实施例中，所述传送部包括至少一个传送轮和绕设在传送轮外周的传送履带10；所述冷却部包括冷却环2和压线块3，所述传送履带10的外周部分绕设在所述冷却环2上，令所述传送履带10张紧；所述挤出机1的出口伸入所述传送履带10与所述冷却环2之间，令所述挤出机1挤出的丝材进在所述传送履带10和所述冷却环2的带动下缠绕在所述冷却环2上。所述传送轮的个数可以根据实际情况具体设置。

本实施例中，参考图1，设置三个传送轮，分别为第一传送轮7、第二传送轮 8和第三传送轮9，所述第一传送轮7和所述第二传送轮8水平间隔设置在所述冷却环2的上方，且与所述冷却环2相距一定距离，所述第三传送轮9与所述第一传送轮7同一垂线设置在所述第一传送轮7的下方，所述冷却环2设置在所述第三传送轮9靠近所述第二传送轮8的一侧，并与所述第三传送轮9相距一定距离；冷却环2部分伸入三个传送轮围成的三角区域内，所述传送履带10绕过三个传送轮，且所述传送履带10的内周壁与三个传送轮均接触，此时传送履带10处于松弛状态，传送履带10绕设在伸入三个传送轮围成的三角区域内的部分冷却环2上，且传送履带10的外周壁与该部分冷却环2接触，令所述传送履带10处于张紧状态。

本实施例中，所述传送履带10的传送方向与所述冷却环2的转动方向相反；所述冷却环2的周向外壁上设置有第一凹槽15，所述第一凹槽15沿所述冷却环2 的径向向靠近其轴线的方向凹陷，所述丝材缠绕在所述第一凹槽15内。所述第一凹槽15的深度根据所制备丝材的直径确定，保证能容纳挤出机1挤出的丝材。

本实施例中，所述第一凹槽15可以与所述冷却环2同轴设置。

本实施例中，挤出机1与卷丝装置对接，将其挤出的丝材运送到卷丝装置中。挤出机1的出口伸入冷却环2与传送履带10之间，挤出机1挤出的丝材在传送履带 10和冷却环2的挤压下随着传送履带10和冷却环2移动，绕设在第一凹槽15内。传送履带10和冷却环2的转动方向不同，保证挤出机1挤出的丝材在传送履带10 和冷却环2的挤压下随着传送履带10和冷却环2移动。传送履带10压紧丝材，防止微重力下丝材的偏移错位，保证丝材沿输送方向进入冷却环2的第一凹槽15 内。参考图1，传送履带10顺时针转动，冷却环2逆时针转动。

如图2至图3所示，本实施例中，所述压线块3上设置有一弧形缺口11，所述冷却环2的下端部分伸入所述弧形缺口11内；所述弧形缺口11下方的压线块3上设置有从动轮12，所述从动轮12部分伸入所述弧形缺口11内，所述弧形缺口11 上表面设置有起线器13，且所述起线器13设置在所述冷却环2下端切线上，所述起线器13下方的压线块3内部设置有丝材出口14，所述丝材出口14与所述弧形缺口11连通，所述丝材出口14与所述光学测径仪4的入口相连；所述从动轮12的转动方向与所述冷却环2的转动方向相反，参考图2，所述从动轮12沿顺时针方向转动。

本实施例中，丝材跟随冷却环2向下移动，并进图冷却环2和压线块3之间的弧形缺口11内，从动轮12能够将丝材压紧在冷却环2上，领取跟随冷却环2运动，避免其在跟随冷却环2移动到最低端时，不进入冷却环2和压线块3之间的弧形缺口11内，同时从动轮12还给丝材一个推力，使其顺利的移动到起线器13所在的位置处。起线器13将丝材从冷却环2上剥离下，并顺利进入丝材出口14内。起线器13设置在所述冷却环2下端切线上，翘起的角，能够将丝材从冷却环2上剥离下来。丝材进入丝材出口14之后，经光学测径仪4入口进入所述光学测径仪4，测径之后，通过光学测径仪4出口进入输送管5。所述光学测径仪4用于实时监测线材直径，根据线径测量结果进行冷却轮转速的实时控制，配合挤出机1的挤出速度和冷却环2的牵引速度，合理控制丝材直径，从而得到所需规格的丝材。

本实施例中，所述冷却环2上间隔设置有多个贯穿其相对两侧的减重孔23，且所述冷却环2上设置有冷却装置。减重孔23不仅可以减轻金属冷却环2的重量，还可以增加散热面积，有利于丝材冷却定型。所述冷却装置可以为风扇也可以是其他能够起到冷却作用的装置，使丝材冷却定型。减重孔23的形状可以根据实际情况进行设置，以便更好的满足需求。

本实施例中，所述冷却环2所用材料为热导率高的金属或其合金，例如铝合金或者铜铝合金等。可以根据实际情况选择，以便更好的满足实际需求。

如图1和图4所示，本实施例中，所述卷料部包括卷料盘6、轮毂18、连接轴 20、支撑架16、卡线器22和电机17，所述连接轴20固定在所述支撑架16上，所述连接轴20的两端分别套设有一与其同轴的轮毂18，所述卷料盘6与所述连接轴 20同轴套设在所述轮毂18外周，且所述连接轴20贯穿所述卷料盘6相对的两侧；所述轮毂18与所述电机17相连。

本实施例中，电机17带动轮毂18转动，轮毂18带动卷料盘6转动，将输送管5 输送过来的丝材缠绕在卷料盘6上。

本实施例中，两所述轮毂18相对的两侧分别固定有一与所述连接轴20同轴的阻尼垫片19，所述阻尼垫片19与所述卷料盘6固定连接。通过调整阻尼垫片19的厚度和位置能够控制卷料盘6对丝材的牵引力大小，从而避免丝材断裂。

本实施例中，所述输送管5采用摩擦系数小的材料制成，可以采用聚四氟乙烯材质制成。也可以根据实际需要选择，以便更好的满足需求。所述卷料盘6上也间隔设置有多个减重孔23，所述减重孔23贯穿其相对的两侧，减重孔23不仅可以减轻卷料盘6的重量，还可以增加散热面积，有利于丝材冷却定型。减重孔 23的形状可以根据实际情况进行设置，以便更好的满足需求。

本实施例中，所述卷料盘6的周向外壁上设置有第二凹槽21，所述第二凹槽 21沿所述卷料盘6的径向向靠近其轴线的方向凹陷；所述卡线器22设置在所述第二凹槽21内，所述卡线器22包括多个在所述卷料盘6径向上的截面呈“V”形的刀片，所述刀片沿所述卷料盘6的周向均匀设置，且各所述刀片的敞口端背离所述卷料盘6的轴线。

本实施例中，所述第二凹槽21可以与所述卷料盘6同轴设置。

本实施例中，所述输送管5的出口伸入所述第二凹槽21内，所述输送管5的出口与所述刀片的敞口端接触。

本实施例中，从输送管5出口出来的丝材进入从刀片的敞口端进入刀片中，并在刀片的夹持下缠绕在卷料盘6上，供增材制造使用。

通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：

本发明提供了一种适用于微重力环境下非金属丝材制备的全自动冷却卷丝装置，卷丝装置适合于在空间站环境下应用，运行过程全自动化，且结构紧凑，有助于实现在空间站进行非金属材料的回收利用，减少了空间站内固体废弃物的堆积及其带来的危害，对于空间站的长期运营具有重要意义。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种适用于微重力环境下非金属丝材制备的全自动冷却卷丝装置，所述卷丝装置与挤出机相连；其特征在于：所述卷丝装置包括传送部、冷却部、光学测径仪、输送管、卷料部；所述挤出机与所述传送部相连，所述传送部与所述冷却部相连，所述冷却部与所述光学测径仪相连，所述光学测径仪经输送管与所述卷料部相连。

2.根据权利要求1所述的适用于微重力环境下非金属丝材制备的全自动冷却卷丝装置，其特征在于：所述传送部包括至少一个传送轮和绕设在所述传送轮外周的传送履带；所述冷却部包括冷却环和压线块，所述传送履带的外周部分绕设在所述冷却环上，令所述传送履带张紧；所述挤出机的出口伸入所述传送履带与所述冷却环之间，令所述挤出机挤出的丝材进在所述传送履带和所述冷却环的带动下缠绕在所述冷却环上。

3.根据权利要求2所述的适用于微重力环境下非金属丝材制备的全自动冷却卷丝装置，其特征在于：所述传送履带的传送方向与所述冷却环的转动方向相反；所述冷却环的周向外壁上设置有第一凹槽，所述第一凹槽沿所述冷却环的径向向靠近其轴线的方向凹陷，所述丝材缠绕在所述第一凹槽内。

4.根据权利要求3所述的适用于微重力环境下非金属丝材制备的全自动冷却卷丝装置，其特征在于：所述压线块上设置有一弧形缺口，所述冷却环的下端部分伸入所述弧形缺口内；所述弧形缺口下方的压线块上设置有从动轮，所述从动轮部分伸入所述弧形缺口内，所述弧形缺口上表面设置有起线器，且所述起线器设置在所述冷却环下端切线上，所述起线器下方的压线块内部设置有丝材出口，所述丝材出口与所述弧形缺口连通，所述丝材出口与所述光学测径仪的入口相连；所述从动轮的转动方向与所述冷却环的转动方向相反。

5.根据权利要求4所述的适用于微重力环境下非金属丝材制备的全自动冷却卷丝装置，其特征在于：所述卷料部包括卷料盘、轮毂、连接轴、支撑架、卡线器和电机，所述连接轴固定在所述支撑架上，所述连接轴的两端分别套设有一与其同轴的轮毂，所述卷料盘与所述连接轴同轴套设在所述轮毂外周，且所述连接轴贯穿所述卷料盘相对的两侧；所述轮毂与所述电机相连。

6.根据权利要求5所述的适用于微重力环境下非金属丝材制备的全自动冷却卷丝装置，其特征在于：两所述轮毂相对的两侧分别固定有一与所述连接轴同轴的阻尼垫片，所述阻尼垫片与所述卷料盘固定连接。

7.根据权利要求6所述的适用于微重力环境下非金属丝材制备的全自动冷却卷丝装置，其特征在于：所述卷料盘的周向外壁上设置有第二凹槽，所述第二凹槽沿所述卷料盘的径向向靠近其轴线的方向凹陷；所述卡线器设置在所述第二凹槽内，所述卡线器包括多个在所述卷料盘径向上的截面呈“V”形的刀片，所述刀片沿所述卷料盘的周向均匀设置，且各所述刀片的敞口端背离所述卷料盘的轴线。

8.根据权利要求7所述的适用于微重力环境下非金属丝材制备的全自动冷却卷丝装置，其特征在于：所述输送管的出口伸入所述第二凹槽内，所述输送管的出口与所述刀片的敞口端接触。

9.根据权利要求3所述的适用于微重力环境下非金属丝材制备的全自动冷却卷丝装置，其特征在于：所述冷却环上间隔设置有多个贯穿其相对两侧的减重孔，且所述冷却环上设置有冷却装置。

10.根据权利要求4所述的适用于微重力环境下非金属丝材制备的全自动冷却卷丝装置，其特征在于：所述冷却装置为风扇。

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