CN110857481A - 一种法向纱引入装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种法向纱引入装置。该装置包括储纱机构、张力控制机构、断纱检测机构、引纱机构、开口机构以及控制系统。在储纱机构上布置张力控制机构，由伺服电机控制驱动储纱器往复转动，完成法向纱主动放纱和主动回纱，对法向纱张力进行实时检测和补偿；断纱检测机构通过红外检测实现快速寻找与恢复；引纱机构在气缸的驱动下往复竖直运动，实现法向纱引入；开口机构在气缸的驱动下往复水平运动，实现法向纱开口。本发明法向纱引入装置设计新颖合理、结构简单、操作方便；可实现编织高厚度三维机织预制体的法向纱连续引入的目标；解决了三维机织预制体生产中自动化程度低的问题，提高了生产效率和产品质量。

Description

一种法向纱引入装置

技术领域

本发明涉及一种由气动控制的多层三维机织带法向纱预制体的法向纱引入装置，属于多层三维机织预成型体织造领域。

背景技术

三维机织预制体采用立体机织织造工艺，将两组活两组以上的纱线系统相互交织，形成多层的三维结构织物，然后将三维机织预制体与不同的基体复合而制得的具有优良性能的复合材料。在三维机织物中，例如机织三向结构、带法向纱的2.5D结构等，是在经纱系统、纬纱系统的基础上，加入了法向纱系统，法向纱沿厚度方向伸直排列，贯穿厚度方向的法向纱将所有织物层连接成为整体，形成厚度方向的约束，使得三维机织复合材料具有良好的抗压缩性能，良好的层间剪切强度、面内刚度、断裂韧性以及抗分层性能等。因此，三维机织复合材料被广泛应用于航空航天、汽车、公共设施及医学等领域。

但是传统法向纱引入都采用人工法向纱引纱的方式进行，一般由四名工人协同工作完成。两名工人分别位于织物两侧，人为将各列经纱分开，再将相应法向纱引入，同时，另外两名工人需要分别配合前面两名工人，将对应的法向纱纱轴进行放纱，以免张力过大，导致法向纱断纱，以此重复上述循环，完成编织。这种编织方法需要四名工人协同作业，注意力高度集中，劳动强度大，效率低，人工成本昂贵，而且人为操作时，容易出现引纱错误，导致缺纱等情况出现，纱线张力不一致，产品一致性差。

随着多层三维机织预成型体的发展趋势，对其编织效率和质量的要求越来越高，人工编织三维机织物的制备方法已不能满足该领域的苛刻需求，如何解决存在的这个问题，成为机织生产企业重点研究和开发的方向。因此，需要发明一种自动化法向纱引纱方法，以提高编织效率和产品质量，适应三维机织预成型体的市场需求。

发明内容

本发明的目的是提供了一种使用方便的法向纱纱引入装置，能够解决现有技术中带法向纱的三维机织预制体编织效率低的技术问题，能够减少人为引纱的错误率，实现法向纱连续引入的目标，满足机织自动引纱的综合要求，提高织造质量和效率。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种法向纱引入装置，其特征在于：包括储纱机构、张力控制机构、断纱检测机构、引纱机构、挂纱机构以及控制系统。所述储纱机构上布置张力控制机构，由伺服电机控制驱动储纱器往复转动，完成法向纱主动放纱和主动回纱，对法向纱张力进行实时检测和补偿；断纱检测机构通过红外检测实现快速寻找与恢复；引纱机构由气缸的驱动可升降装置往复竖直运动，实现法向纱引纱；开口机构在气缸的驱动下往复水平运动，实现法向纱开口。

所述的法向纱引入装置，其特征在于：所述储纱机构设在经纱的上部和下部的机架上。将储纱锭子小型化，储纱锭子空间尺寸较小，具有较大的储纱容量。每个储纱器均配有伺服电机，伺服电机控制精度高，通过电机的正反转控制驱动储纱器往复转动，完成法向纱主动放纱和主动回纱，减少纱线的摩擦。

所述的法向纱引入装置，其特征在于：所述张力控制机构设置在对应的纱筒的驱动电机的主轴上，纱线由筒子上退绕后引导到各自导纱瓷环，经过各个张力调节器，能够检测调节单根纱线的张力，纱线随着织造的进行主动放纱和主动回纱，对纱线张力进行实时检测和补偿，保持纱线张力的恒定。

所述的法向纱引入装置，其特征在于：所述断纱检测机构通过红外检测实现快速寻找与恢复。在编织引纬过程中如出现纱束断开时，信号传送给控制器，控制器接收信号后停止继续工作，实现断纱自停，并有LED灯警示现场工作人员。

所述的法向纱引入装置，其特征在于：所述引纱机构设置在机架上，机架上设有可升降装置，可升降装置中包括2个升降框，升降框左右两边内侧设有矩形的导轨，导轨的两端沿竖直方向分别设有气缸，在气缸的驱动下可升降框往复竖直运动，每个气缸独立控制单个升降框，每次根据引纱设计要求，每个气缸做相应的运动带动方形框向上或向下移动设定的行程。升降框内附有综丝，综丝内镶嵌有陶瓷眼，法向纱经过集束装置后，每根纱线穿过对应综丝的陶瓷眼，通过升降装置按规律上下移动带动纱线运动，实现法向纱引纱。

所述的集束装置，其特征在于：所述集束装置包括竖直设置的集束板，集束板上开设有多个通孔，集束板位于断纱检测机构与引纱机构之间。通过设置集束板，每个纱筒上的纱束对应穿过集束板上一个通孔，使各个纱束被隔离开，保证纱束均匀排布无干涉，不会发生缠绕现象。

所述的法向纱引入装置，其特征在于：所述开口机构设置在织物织口处的机架上，机架上可水平移动装置，包括2个移动杆，在气缸的驱动下向前水平移动至法向纱处，移动杆前端设置有可拆卸分绞棒，将分绞棒固定在移动杆前端。然后在气缸的驱动下返回至织口处，实现法向纱开口。

所述的法向纱引入装置，其特征在于：所述控制系统包括人机界面、PLC可编程控制器、驱动器、伺服电机、直线气缸、电磁阀及光电传感器；所述人机界面用于指令的输入与显示，可通过数据线与PLC可编程控制器相连，通过数据线将设定的参数输入到PLC可编程控制器中，所述PLC可编程控制器向驱动器发出脉冲指令。

任一项所述法向纱引入装置的引纱方法，用于编织带法向纱预制体的法向纱引入，其特征在于：

1）第一次法向纱引入：将法向纱纱束放置在储纱器中对应的纱筒上，经过张力控制装置、断纱检测装置、集束装置、引纱装置、开口装置，纱束处于张紧状态。通过第一电机的正转控制驱动储纱器正转放纱，同时第一气缸控制第一可升降框向下移动设定的行程，第二气缸控制第二可升降框向上移动设定的行程，通过2个升降框移动分别带动纱线运动，实现第一次法向纱引纱；

2）第一次法向纱开口：机架上可水平移动杆，在第三气缸的驱动下向前水平移动至法向纱处，将分绞棒固定在移动杆前端。然后在第三气缸的驱动下返回至织口处，同时通过第一电机的正转控制驱动储纱器正转放纱，保持张力稳定，实现第一次法向纱开口；

3）第一次主动回纱：将开口机构的水平移动杆上的分绞棒拆下，在张力控制装置的配合下，储纱器通过第一电机的反转控制驱动储纱器反转回纱，保持纱线张力，实现第一次主动回纱；

4）第二次法向纱引入：储纱器中对应的纱筒，通过第一电机的正转控制驱动储纱器正转放纱，同时第一气缸控制第一可升降框向上移动设定的行程，第二气缸控制第二可升降框向下移动设定的行程，通过2个升降框移动分别带动纱线与第一次运动相反的运动，实现第二次法向纱引纱；

5）第二次法向纱开口：机架上可水平移动杆，在第三气缸的驱动下向前水平移动至法向纱处，将分绞棒固定在移动杆前端。然后在第三气缸的驱动下返回至织口处，同时通过第一电机的正转控制驱动储纱器正转放纱，保持张力稳定，实现第二次法向纱开口；

6）第二次主动回纱：将开口机构的水平移动杆上的分绞棒拆下，在张力控制装置的配合下，储纱器通过第一电机的反转控制驱动储纱器反转回纱，保持纱线张力，实现第二次主动回纱；

7）重复步骤1）~6），完成1个循环包括2次法向纱引入，其中步骤1）~3）完成第一次法向纱引入，其中步骤2）后进行引入纬纱等操作；步骤4）~6）进行第二次法向纱引入，其中步骤5）后进行引入纬纱等操作。完成2次法向纱引入为法向纱装置运动的一个循环，此后按照步骤1）~6）重复，直至编织完成。

根据权利要求9所述的法向纱引入方法，其特征在于：

1）所述第一气缸驱动第一升降框向下运动，同时第二气缸驱动第二升降框向上运动，同时触动第一电机第一次正转控制驱动储纱器第一次正转放纱。即第一气缸向下运动，第二气缸向上运动和第一电机第一次正转运动是同时开始，同时结束的。

2）所述第三气缸驱动下返回至织口处，同时触动第一电机第二次正转控制驱动储纱器第二次正转放纱。即第三气缸返回运动和第一电机第二次正转运动同时开始，同时结束。

3）所述第一气缸驱动第一升降框向上运动，同时第二气缸驱动第二升降框向下运动，同时触动第一电机第一次反转控制驱动储纱器第二次反转回纱。即第一气缸向上运动，第二气缸向下运动和第一电机第二次反转运动是同时开始，同时结束的。

4）所述第三气缸驱动下返回至织口处，同时触动第一电机第二次正转控制驱动储纱器第二次正转放纱。即第三气缸返回运动和第一电机第二次正转运动同时开始，同时结束。

5）在整个法向纱引入过程中，张力控制装置和断纱检测装置同时协同作用，将信号传递至控制装置进行张力调节和断纱检测。

本发明的法向纱引入装置，适用于带有法向纱的三维预制件结构的编织，如机织三向结构、带法向纱的2.5D结构、带法向纱的衬经2.5D结构、带法向纱的衬纬2.5D结构等。

本发明的法向纱引入装置，还适用于高性能纤维的编织，装置具有主动放纱和主动回纱的能力，减纱了纱线与装置的摩擦，可适用于碳纤维、石英纤维、氧化铝纤维、氮化硅纤维、碳化硅纤维等的一种或几种。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明纱筒上设置有伺服电机，每个电机独立控制，在引纱过程中，纱线可达到主动放纱，主动回纱，极大地减少了纱线与装置之间的摩擦，可满足高性能纤维的引纱条件；在张力装置的配合下，对纱线张力进行实时检测和补偿，保持纱线张力的恒定；断纱检测机构通过红外检测实现快速寻找与恢复；控制系统操作简单方便。

本发明法向纱引入装置设计新颖合理、结构简单、操作方便；可实现编织高厚度三维机织预制体的法向纱连续引入的目标；解决了三维机织生产中自动化程度低的问题，提高了生产效率和产品质量。

附图说明

图1为本发明多层三维预制体的法向纱引纬装置结构示意图。

图2为法向纱引纱机构第二次引纱的结构示意图。

图3为法向纱引纱机构的前视图。

图4为法向纱开口机构的俯视图。

图5为实施例1中三维机制预制体的机织三向结构示意图。

图中，1-储纱机构，2-张力控制机构，3-断纱检测机构，4-引纱机构，5-开口机构，6-集束装置，7-伺服电机，8-机架，9-第一气缸，10-第二气缸，11-第一导轨，12-第二导轨，13-可升降框，14-综丝，15-陶瓷眼，16-第三气缸，17-水平移动杆，18-可拆卸分绞棒，19-第一法向纱，20-第二法向纱，21-经纱，22-纬纱，23-已编织完成后预制体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例进一步叙述本发明，具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。

以平板多层三维机织预成型体为例（如图），设计长度为2000mm，宽度300mm，厚度60mm。采用织物结构为机织三向结构，设计经纱、纬纱、法向纱均为石英纤维，经纱规格为190tex×4合股，经密5根/cm；纬纱规格为190tex×4合股，经密5根/cm；法向纱规格为190tex×2合股，法向纱密度为5根/cm×5根/cm；法向纱根数150根，法向纱长度为66m。

将150个小型化储纱锭子按照需要长度66m进行绕纱，然后安装在对应的锭子安装杆件上，经纱上层放置75个法向纱储纱锭子，经纱下层放置75个法向纱储纱锭子，由伺服电机控制驱动储纱器往复转动，完成法向纱主动放纱和主动回纱；每根纱线通过其对应的张力控制装置上引出，对法向纱张力进行实时检测和补偿；再通过断纱检测装置，通过红外检测实现快速寻找与恢复；穿过集束装置的导纱瓷眼后，保持纱线在同一水平面上；然后进入引纱装置相应分布的综丝陶瓷眼中，由气缸的驱动可升降装置往复竖直运动；最后开口机构的移动杆在气缸的驱动下往复水平运动，将法向纱引入至织口挂纱处，完成法向纱引入。

设定张力控制张力为300g，纱束处于张紧状态，当法向纱引入动作时，张力检测和控制装置对法向纱张力实时检测并补偿，触动控制储纱器的第一电机作相应动作。

工作人员在人机界面输入工作参数，设定张力控制张力为300g，第一气缸和第二气缸控制第一可升降框和第二可升降框竖直移动行程为200mm，第三气缸控制可移动杆水平移动行程400mm。所属人机界面将数据传输到所述PLC可编程控制器上，从而控制相应的电机和传感器工作。

上述法向纱引入的编织方法，包括顺序相接的如下步骤：

1）第一次法向纱引入：第一气缸驱动第一升降框向下运动200mm，同时第二气缸驱动第二升降框向上运动200mm，同时触动第一电机第一次正转控制驱动储纱器第一次正转放纱，同时张力控制张力为300g，实现第一次法向纱引纱；

2）第一次法向纱开口：在第三气缸的驱动下向前水平移动至法向纱处400mm，将分绞棒固定在移动杆前端。然后在第三气缸的驱动下返回500mm至织口处，同时通过第一电机的正转控制驱动储纱器正转放纱，同时张力控制张力为300g，实现第一次法向纱开口；

3）第一次主动回纱：将开口机构的水平移动杆上的分绞棒拆下，储纱器通过第一电机的反转控制驱动储纱器反转回纱，保持纱线张力300g，实现第一次主动回纱；

4）第二次法向纱引入：第一气缸控制第一可升降框向下运动200mm，第二气缸控制第二可升降框向上运动200mm，同时触动第一电机正转控制驱动储纱器正转放纱，同时张力控制张力为300g，实现第二次法向纱引纱；

5）第二次法向纱开口：在第三气缸的驱动下向前水平移动至法向纱处400mm，将分绞棒固定在移动杆前端。然后在第三气缸的驱动下返回500mm至织口处，同时通过第一电机的正转控制驱动储纱器正转放纱，同时张力控制张力为300g，实现第一次法向纱开口；

6）第二次主动回纱：将开口机构的水平移动杆上的分绞棒拆下，储纱器通过第一电机的反转控制驱动储纱器反转回纱，保持纱线张力300g，实现第二次主动回纱；

7）重复步骤1）~6），完成1个循环包括2次法向纱引入，其中步骤1）~3）完成第一次法向纱引入，其中步骤2）后进行引入纬纱等操作；步骤4）~6）进行第二次法向纱引入，其中步骤5）后进行引入纬纱等操作。完成2次法向纱引入为法向纱装置运动的一个循环，此后按照步骤1）~6）重复，直至编织完成。

本发明法向纱引入装置设计新颖合理，结构简单、操作方便；可实现编织高厚度三维机织预制体的法向纱连续引入的目标；解决了三维机织生产中自动化程度低的问题，提高了生产效率和产品质量。

本发明中未做特别说明的均为现有技术或者通过现有技术即可实现，而且本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。

Claims (11)

1.一种法向纱引入装置，其特征在于：包括储纱机构、张力控制机构、断纱检测机构、引纱机构、开口机构以及控制系统；所述储纱机构上布置张力控制机构，由伺服电机控制驱动储纱器往复转动，完成法向纱主动放纱和主动回纱，对法向纱张力进行实时检测和补偿；断纱检测机构通过红外检测实现快速寻找与恢复；引纱机构由气缸的驱动可升降装置往复竖直运动，实现法向纱引入；开口机构在气缸的驱动下往复水平运动，实现法向纱开口。

2.根据权利要求1所述的法向纱引入装置，其特征在于：所述储纱机构设在经纱的上部和下部的机架上；将储纱锭子小型化，储纱锭子空间尺寸较小，具有较大的储纱容量；每个储纱器均配有伺服电机，伺服电机控制精度高，通过电机的正反转控制驱动储纱器往复转动，完成法向纱主动放纱和主动回纱，减少纱线的摩擦。

3.根据权利要求1所述的法向纱引入装置，其特征在于：所述张力控制机构设置在对应的纱筒的驱动电机的主轴上，纱线由筒子上退绕后引导到各自导纱瓷环，经过各个张力调节器，能够检测调节单根纱线的张力，纱线随着织造的进行主动放纱和主动回纱，对纱线张力进行实时检测和补偿，保持纱线张力的恒定。

4.根据权利要求1所述的法向纱引入装置，其特征在于：所述断纱检测机构通过红外检测实现快速寻找与恢复；在编织引纬过程中如出现纱束断开时，信号传送给控制器，控制器接收信号后停止继续工作，实现断纱自停，并有LED灯警示现场工作人员。

5.根据权利要求1所述的法向纱引入装置，其特征在于：所述引纱机构设置在机架上，机架上设有可升降装置，可升降装置中包括2个升降框，升降框左右两边内侧设有矩形的导轨，导轨的两端沿竖直方向分别设有气缸，在气缸的驱动下可升降框往复竖直运动，每个气缸独立控制单个升降框，每次根据引纱设计要求，每个气缸做相应的运动带动方形框向上或向下移动设定的行程；升降框内附有综丝，综丝内镶嵌有陶瓷眼，法向纱经过集束装置后，每根纱线穿过对应综丝的陶瓷眼，通过升降装置按规律上下移动带动纱线运动，实现法向纱引纱。

6.根据权利要求4所述的集束装置，其特征在于：所述集束装置包括竖直设置的集束板，集束板上开设有多个通孔，集束板位于断纱检测机构与引纱机构之间；通过设置集束板，每个纱筒上的纱束对应穿过集束板上一个通孔，使各个纱束被隔离开，保证纱束均匀排布无干涉，不会发生缠绕现象。

7.根据权利要求1所述的法向纱引入装置，其特征在于：所述开口机构设置在织物织口处的机架上，机架上设置可水平移动装置，包括2个移动杆，在气缸的驱动下向前水平移动至法向纱处，移动杆前端设置有可拆卸分绞棒，将分绞棒固定在移动杆前端；然后在气缸的驱动下返回至织口处，实现法向纱开口。

8.根据权利要求1所述的法向纱引入装置，其特征在于：所述控制系统包括人机界面、PLC可编程控制器、驱动器、伺服电机、直线气缸、电磁阀及光电传感器；所述人机界面用于指令的输入与显示，可通过数据线与PLC可编程控制器相连，通过数据线将设定的参数输入到PLC可编程控制器中，所述PLC可编程控制器向驱动器发出脉冲指令。

9.一种采用权利要求1-8种任一项所述法向纱引入装置的引纱方法，用于编织带法向纱预制体的法向纱引入，其特征在于：

1）第一次法向纱引入：将法向纱纱束放置在储纱器中对应的纱筒上，经过张力控制装置、断纱检测装置、集束装置、引纱装置、开口装置，纱束处于张紧状态；

通过第一电机的正转控制驱动储纱器正转放纱，同时第一气缸控制第一可升降框向下移动设定的行程，第二气缸控制第二可升降框向上移动设定的行程，通过2个升降框移动分别带动纱线运动，实现第一次法向纱引纱；

2）第一次法向纱开口：机架上可水平移动杆，在第三气缸的驱动下向前水平移动至法向纱处，将分绞棒固定在移动杆前端；

然后在第三气缸的驱动下返回至织口处，同时通过第一电机的正转控制驱动储纱器正转放纱，保持张力稳定，实现第一次法向纱开口；

3）第一次主动回纱：将开口机构的水平移动杆上的分绞棒拆下，在张力控制装置的配合下，储纱器通过第一电机的反转控制驱动储纱器反转回纱，保持纱线张力，实现第一次主动回纱；

4）第二次法向纱引入：储纱器中对应的纱筒，通过第一电机的正转控制驱动储纱器正转放纱，同时第一气缸控制第一可升降框向上移动设定的行程，第二气缸控制第二可升降框向下移动设定的行程，通过2个升降框移动分别带动纱线与第一次运动相反的运动，实现第二次法向纱引纱；

5）第二次法向纱开口：机架上可水平移动杆，在第三气缸的驱动下向前水平移动至法向纱处，将分绞棒固定在移动杆前端；然后在第三气缸的驱动下返回至织口处，同时通过第一电机的正转控制驱动储纱器正转放纱，保持张力稳定，实现第二次法向纱开口；

6）第二次主动回纱：将开口机构的水平移动杆上的分绞棒拆下，在张力控制装置的配合下，储纱器通过第一电机的反转控制驱动储纱器反转回纱，保持纱线张力，实现第二次主动回纱；

7）重复步骤1）~6），完成1个循环包括2次法向纱引入，其中步骤1）~3）完成第一次法向纱引入，其中步骤2）后进行引入纬纱等操作；步骤4）~6）进行第二次法向纱引入，其中步骤5）后进行引入纬纱等操作；完成2次法向纱引入即为法向纱装置运动的一个循环，此后按照步骤1）~6）重复，直至编织完成。

10.根据权利要求1~9所述的法向纱引入装置及方法，适用于带有法向纱的三维预制体结构的编织，如机织三向结构、带法向纱的2.5D结构、带法向纱的衬经2.5D结构、带法向纱的衬纬2.5D结构等。

11.根据根据权利要求1~10所述的法向纱引入装置及方法，适用于高性能纤维的编织，该装置具有主动放纱和主动回纱的能力，减纱了纱线与装置的摩擦，可适用于碳纤维、石英纤维、氧化铝纤维、氮化硅纤维、碳化硅纤维等的一种或几种。

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