CN112141818A - 一种多线束碳纤维展丝张力控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多线束碳纤维展丝张力控制装置，包括设置于丝架上的若干碳纤维展丝张力控制机构；每个碳纤维展丝张力控制机构的结构包括：固定有展丝辊的支撑辊轴、导向辊轴、带U形调节端的调节辊轴和带张力传感器的测力辊轴，调节辊轴的驱动端通过对应轴承座支撑安装于丝架的安装面板上后由第一驱动装置驱动转动；导向辊轴固定安装于调节辊轴上方的安装面板上，测力辊轴固定安装于调节辊轴下方的安装面板上；支撑辊轴的驱动端通过对应轴承座支撑设置于导向辊轴前方的安装面板上后由第二驱动装置驱动转动，在展丝辊与支撑辊轴上设置有将碳纤维团丝筒固定于展丝辊上的固定结构。采用上述装置能保证碳纤维丝束张力稳定可控且不易起毛、打结。
Description
技术领域
本发明涉及高压氢瓶生产线中的碳纤维展丝设备，尤其涉及一种多线束碳纤维展丝张力控制装置。
背景技术
碳纤维是由有机纤维在高温环境下裂解碳化形成碳主链机构的无机纤维，是一种含碳量高于90%的无机纤维，具有高强度（强度比密度）、高比刚度（模量比密度）性能、耐腐蚀、耐疲劳等特性，因此被广泛应用于高压氢瓶上。
高压氢瓶中的纤维层由碳纤维层和玻纤维层构成，碳纤维层由碳纤维丝束采用湿法缠绕构成，玻纤维层由玻纤维丝束采用湿法缠绕构成、包裹于碳纤维层上、用以保护碳纤维层。其中，碳纤维层是高压氢瓶中承受内部高压的主要载体(主要承受75%~95%的压力)。碳纤维铺层技术和质量直接决定了高压氢瓶的耐压等级和使用寿命：如纤维丝束缠绕线型直接控制高压氢瓶在工作时的应力分布状况；碳纤维丝束的张力直接对高压氢瓶的碳纤维层的强度、密实度、含胶量等产生影响；浸胶量直接影响到碳纤维层质量、层孔隙率及厚度。总之，碳纤维丝束缠绕是高压氢瓶制造过程中的核心工序，通过缠绕工序，将碳纤维丝束缠绕到铝合金内胆外面，最终使得高压氢瓶能够承受超高压力。
然而在碳纤维湿法缠绕过程中，由于使用了多根碳纤维丝束一起进行缠绕，且每一根碳纤维丝束都是由上千根碳纤维细丝集束而成，在这个过程中，如何保证多根碳纤维丝束不起毛、不打结，以及如何保证每根碳纤维丝束在缠绕时的张力相同，直接决定了缠绕在铝内胆上的碳纤维层能否充分发挥其理论强度等特性。目前很多国内的厂家采用普通机械式丝架进行碳纤维丝束缠绕，碳纤维丝束出丝后通过导辊的自传调整碳纤维丝束的张力。采用普通机械式丝架进行碳纤维缠绕存在如下主要缺点：
1、 碳纤维丝束张力不稳定且不均匀，可能导致后期浸胶量不一致，影响碳纤维缠绕质量；
2、碳纤维丝束表面容易摩擦起毛，使碳纤维强度降低，离散系数变大，导致后续浸胶不充分，从而导致碳纤维层容易产生空隙，影响碳纤维的力学性能；
3、多根碳纤维丝束一起进行缠绕容易打结，从而导致缠绕中断。
发明内容
本发明所需解决的技术问题是：提供一种展丝过程中各根碳纤维丝束张力稳定可控且不易产生起毛、打结等现象的多线束碳纤维展丝张力控制装置。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：所述的一种多线束碳纤维展丝张力控制装置，包括：丝架，在丝架上设置有若干碳纤维展丝张力控制机构；每个碳纤维展丝张力控制机构的结构包括：固定套设有展丝辊的支撑辊轴、导向辊轴、调节辊轴和带张力传感器的测力辊轴，支撑辊轴、导向辊轴、调节辊轴和测力辊轴相互平行设置；调节辊轴一端为由第一辊轴和第二辊轴构成的U形调节端，调节辊轴的另一端为驱动端，调节辊轴的驱动端通过对应轴承座支撑安装于丝架的安装面板上，且调节辊轴与安装面板垂直，调节辊轴的驱动端由第一驱动装置驱动、使调节辊轴绕自身轴线转动；导向辊轴一端固定安装于调节辊轴上方的安装面板上，测力辊轴一端固定安装于调节辊轴下方的安装面板上；支撑辊轴一端为驱动端，支撑辊轴另一端为套入端，支撑辊轴的驱动端通过对应轴承座支撑设置于导向辊轴前方的安装面板上，支撑辊轴的驱动端由第二驱动装置驱动、使支撑辊轴绕自身轴线转动，在展丝辊与支撑辊轴上还设置有将套于展丝辊上的碳纤维团丝筒固定于展丝辊上的固定结构；碳纤维团丝筒上的碳纤维丝束经导向辊轴上端前侧绕上导向辊轴后依次绕经第一辊轴、第二辊轴和测力辊轴，然后从测力辊轴下端后侧绕出。
进一步地，前述的一种多线束碳纤维展丝张力控制装置，其中，各测力辊轴上的张力传感器、各第一驱动装置均与控制装置连接；控制装置能根据各测力辊轴上的张力传感器测得的张力值控制对应第一驱动装置驱动对应第一调节辊轴转动的角度、从而调节缠绕于对应碳纤维展丝张力控制机构上的碳纤维丝束的张力。
进一步地，前述的一种多线束碳纤维展丝张力控制装置，其中，第一调节辊轴为防静电辊轴。
进一步地，前述的一种多线束碳纤维展丝张力控制装置，其中，所述的固定结构为：在靠近支撑辊轴的驱动端的展丝辊端部设置有轴肩，在靠近支撑辊轴的套入端的支撑辊轴端面上向内开设有螺纹孔，碳纤维团丝筒套于展丝辊上后，夹紧胀塞上的锁紧螺钉旋紧于螺纹孔中，将位于展丝辊上的碳纤维团丝筒夹紧固定于轴肩与夹紧胀塞之间。
进一步地，前述的一种多线束碳纤维展丝张力控制装置，其中，所述的夹紧胀塞上的胀塞结构为带圆台面的T型结构。
进一步地，前述的一种多线束碳纤维展丝张力控制装置，其中，在位于最后方的碳纤维展丝张力控制机构后方的丝架上固定设置有分线板，在分线板上设置有若干穿线通孔，穿线通孔的数量与碳纤维展丝张力控制机构的数量对应，且每个碳纤维展丝张力控制机构对应一个穿线通孔，从各碳纤维展丝张力控制机构输出的碳纤维丝束穿过对应穿线通孔。
进一步地，前述的一种多线束碳纤维展丝张力控制装置，其中，在每个穿线通孔中均固定镶嵌有陶瓷套管。
进一步地，前述的一种多线束碳纤维展丝张力控制装置，其中，各碳纤维展丝张力控制机构由前至后呈一直线排列设置于丝架上，各穿线通孔由左至右依次均匀间隔排列于分线板上。
进一步地，前述的一种多线束碳纤维展丝张力控制装置，其中，第一驱动装置和第二驱动装置均为伺服电机或异步电机。
本发明的有益效果是：①各碳纤维展丝张力控制机构的具体结构设计既能保证展丝过程中各根碳纤维丝束的张力稳定可控，又能极大地改善碳纤维丝束摩擦起毛现象、提高后续碳纤维缠绕质量及缠绕效率；②各根碳纤维丝束经分线板输送至浸胶槽单独浸胶，一方面确保每根碳纤维丝束均能充分浸胶，另一方面确保每根碳纤维丝束浸胶量均相同，从而保证后续碳纤维缠绕质量；③调节辊轴采用防静电辊轴，可以消除碳纤维丝束展丝过程中产生的静电，改善碳纤维丝束易起毛、易起静电及打捻现象，提高后续碳纤维缠绕质量及缠绕效率；④在每个穿线通孔中均固定镶嵌有陶瓷套管，各根碳纤维丝束与对应陶瓷套管内壁的摩擦小，改善碳纤维打结、起毛现象，提高后续纤维缠绕质量及缠绕效率。
附图说明
图1是本发明所述的一种多线束碳纤维展丝张力控制装置的结构示意图。
图2是图1右视方向中分线板的结构示意图。
图3是图1中单个碳纤维展丝张力控制机构的结构示意图。
图4是图3中A-A剖视方向的内部结构示意图。
图5是图3中B-B剖视方向的内部结构示意图。
图6是图3中的第一调节辊轴转动至处于最大转动角度时的状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图及优选实施例对本发明所述的技术方案作进一步详细的说明。
如图1所示，本实施例中所述的一种多线束碳纤维展丝张力控制装置，包括：丝架1，在丝架1上设置有若干碳纤维展丝张力控制机构2。
如图3、图4和图5所示，每个碳纤维展丝张力控制机构2的结构包括：固定套设有展丝辊25的支撑辊轴21、导向辊轴22、调节辊轴23和带张力传感器的测力辊轴24，支撑辊轴21、导向辊轴22、调节辊轴23和测力辊轴24相互平行设置。调节辊轴23的一端为由第一辊轴231和第二辊轴232构成的U形调节端，调节辊轴23的另一端为驱动端，调节辊轴23的驱动端通过对应轴承座支撑安装于丝架1的安装面板11上，且调节辊轴23与安装面板11垂直，调节辊轴23的驱动端由第一驱动装置8驱动、使调节辊轴23绕自身轴线转动。导向辊轴22的一端固定安装于调节辊轴23上方的安装面板11上，测力辊轴24的一端固定安装于调节辊轴23下方的安装面板11上。支撑辊轴21的一端为驱动端，支撑辊轴21另一端为套入端，支撑辊轴21的驱动端通过对应轴承座支撑设置于导向辊轴22前方的安装面板11上，支撑辊轴21的驱动端由第二驱动装置7驱动、使支撑辊轴21绕自身轴线转动，在展丝辊25与支撑辊轴21上还设置有将套于展丝辊25上的碳纤维团丝筒5固定于展丝辊25上的固定结构。碳纤维团丝筒5上的碳纤维丝束51经导向辊轴22上端前侧绕上导向辊轴22后依次绕经第一辊轴231、第二辊轴232和测力辊轴24，然后从测力辊轴24下端后侧绕出。
本实施例中所述的第一驱动装置8和第二驱动装置7均采用伺服电机或异步电机。
如图5所示，本实施例中所述的固定结构为：在靠近支撑辊轴21的驱动端的展丝辊25端部设置有轴肩251，在靠近支撑辊轴21的套入端的支撑辊轴21的端面上向内开设有螺纹孔，碳纤维团丝筒5套于展丝辊25上后，夹紧胀塞上的锁紧螺钉62旋紧于螺纹孔中，将位一展丝辊25上的碳纤维团丝筒5夹紧固定于轴肩251与夹紧胀塞之间。所述的夹紧胀塞上的胀塞结构61为带圆台面63的T型结构。通过固定结构将碳纤维团丝筒5固定于展丝辊25上，保证碳纤维团丝筒5在退丝过程中不会发生打滑现象。
本实施例中，各测力辊轴24上的张力传感器、各第一驱动装置8均与控制装置连接。控制装置能根据各测力辊轴24上的张力传感器测得的张力值控制对应第一驱动装置8驱动对应调节辊轴23转动的角度、从而调节缠绕于对应碳纤维展丝张力控制机构2上的碳纤维丝束51的张力。
以其中一个碳纤维展丝张力控制机构2如何进行实时张力调整控制进行说明，假设缠绕于该碳纤维展丝张力控制机构2上的碳纤维丝束51的张力的设定值为a，当测力辊轴24上的张力传感器测得的张力值小于设定值a时，则第一驱动装置8驱动调节辊轴23逆时针转动、逐渐拉紧碳纤维丝束51至测力辊轴24上的张力传感器测得的张力值稳定于设定值a时调节辊轴23停止转动。反之，当测力辊轴24上的张力传感器测得的张力值大于设定值a时，则第一驱动装置8驱动调节辊轴23顺时针转动、逐渐释放施加于碳纤维丝束51上的拉紧力至测力辊轴24上的张力传感器测得的张力值稳定于设定值a时调节辊轴23停止转动。
以调节辊轴23上的第一辊轴231和第二辊轴232呈上下竖直位置放置时为转动角度0°、以调节辊轴23逆时针转动角度为负角度、顺时针转动角度为正角度的规定进行限定，这里调节辊轴23的转动角度为-90°～0°。如图3所示是调节辊轴23的转动角度为0°时所处的状态示意图，如图6所示是调节辊轴23的转动角度为-90°时所处的状态示意图。
本实施例中，调节辊轴23采用防静电辊轴，防静电辊轴可以消除碳纤维丝束展丝过程中产生的静电，改善碳纤维易起毛、易起静电及打捻现象，提高后续纤维缠绕质量及缠绕效率。
如图1和图2所示，在位于最后方的碳纤维展丝张力控制机构2后方的丝架1上固定设置有分线板4，在分线板4上设置有若干穿线通孔41，穿线通孔41的数量与碳纤维展丝张力控制机构2的数量对应，且每个碳纤维展丝张力控制机构2对应一个穿线通孔41，从各碳纤维展丝张力控制机构2输出的碳纤维丝束穿过对应穿线通孔41后输送至浸胶槽3中。
本实施例中，在每个穿线通孔41均固定镶嵌有陶瓷套管42，从而使各碳纤维丝束与对应陶瓷套管42的内壁接触，陶瓷套管42的内壁更加光滑，进一步降低各碳纤维丝束的打结、起毛率。
以上所述仅是本发明的较佳实施例，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明要求保护的范围。
本发明的优点是：①各碳纤维展丝张力控制机构2的具体结构设计既能保证展丝过程中各根碳纤维丝束51的张力稳定可控，又能极大地改善碳纤维丝束摩擦起毛现象、提高后续碳纤维缠绕质量及缠绕效率；②各根碳纤维丝束51经分线板4输送至浸胶槽3单独浸胶，一方面确保每根碳纤维丝束均能充分浸胶，另一方面确保每根碳纤维丝束浸胶量均相同，从而保证后续碳纤维缠绕质量；③调节辊轴23采用防静电辊轴，可以消除碳纤维丝束展丝过程中产生的静电，改善碳纤维丝束易起毛、易起静电及打捻现象，提高后续碳纤维缠绕质量及缠绕效率；④在每个穿线通孔41中均固定镶嵌有陶瓷套管42，各根碳纤维丝束与对应陶瓷套管内壁的摩擦小，改善碳纤维打结、起毛现象，提高后续纤维缠绕质量及缠绕效率。
Claims (9)
1.一种多线束碳纤维展丝张力控制装置，包括：丝架，其特征在于：在丝架上设置有若干碳纤维展丝张力控制机构；每个碳纤维展丝张力控制机构的结构包括：固定套设有展丝辊的支撑辊轴、导向辊轴、调节辊轴和带张力传感器的测力辊轴，支撑辊轴、导向辊轴、调节辊轴和测力辊轴相互平行设置；调节辊轴一端为由第一辊轴和第二辊轴构成的U形调节端，调节辊轴的另一端为驱动端，调节辊轴的驱动端通过对应轴承座支撑安装于丝架的安装面板上，且调节辊轴与安装面板垂直，调节辊轴的驱动端由第一驱动装置驱动、使调节辊轴绕自身轴线转动；导向辊轴一端固定安装于调节辊轴上方的安装面板上，测力辊轴一端固定安装于调节辊轴下方的安装面板上；支撑辊轴一端为驱动端，支撑辊轴另一端为套入端，支撑辊轴的驱动端通过对应轴承座支撑设置于导向辊轴前方的安装面板上，支撑辊轴的驱动端由第二驱动装置驱动、使支撑辊轴绕自身轴线转动，在展丝辊与支撑辊轴上还设置有将套于展丝辊上的碳纤维团丝筒固定于展丝辊上的固定结构；碳纤维团丝筒上的碳纤维丝束经导向辊轴上端前侧绕上导向辊轴后依次绕经第一辊轴、第二辊轴和测力辊轴，然后从测力辊轴下端后侧绕出。
2.根据权利要求1所述的一种多线束碳纤维展丝张力控制装置，其特征在于：各测力辊轴上的张力传感器、各第一驱动装置均与控制装置连接；控制装置能根据各测力辊轴上的张力传感器测得的张力值控制对应第一驱动装置驱动对应第一调节辊轴转动的角度、从而调节缠绕于对应碳纤维展丝张力控制机构上的碳纤维丝束的张力。
3.根据权利要求1或2所述的一种多线束碳纤维展丝张力控制装置，其特征在于：其特征在于：第一调节辊轴为防静电辊轴。
4.根据权利要求1或2所述的一种多线束碳纤维展丝张力控制装置，其特征在于：所述的固定结构为：在靠近支撑辊轴的驱动端的展丝辊端部设置有轴肩，在靠近支撑辊轴的套入端的支撑辊轴端面上向内开设有螺纹孔，碳纤维团丝筒套于展丝辊上后，夹紧胀塞上的锁紧螺钉旋紧于螺纹孔中，将位于展丝辊上的碳纤维团丝筒夹紧固定于轴肩与夹紧胀塞之间。
5.根据权利要求4所述的一种多线束碳纤维展丝张力控制装置，其特征在于：所述的夹紧胀塞上的胀塞结构为带圆台面的T型结构。
6.根据权利要求1或2所述的一种多线束碳纤维展丝张力控制装置，其特征在于：在位于最后方的碳纤维展丝张力控制机构后方的丝架上固定设置有分线板，在分线板上设置有若干穿线通孔，穿线通孔的数量与碳纤维展丝张力控制机构的数量对应，且每个碳纤维展丝张力控制机构对应一个穿线通孔，从各碳纤维展丝张力控制机构输出的碳纤维丝束穿过对应穿线通孔。
7.根据权利要求6所述的一种多线束碳纤维展丝张力控制装置，其特征在于：在每个穿线通孔中均固定镶嵌有陶瓷套管。
8.根据权利要求6所述的一种多线束碳纤维展丝张力控制装置，其特征在于：各碳纤维展丝张力控制机构由前至后呈一直线排列设置于丝架上，各穿线通孔由左至右依次均匀间隔排列于分线板上。
9.根据权利要求1所述的一种多线束碳纤维展丝张力控制装置，其特征在于：第一驱动装置和第二驱动装置均为伺服电机或异步电机。
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-
2020
- 2020-10-23 CN CN202011144945.2A patent/CN112141818A/zh active Pending
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