CN112301533A - 一种碳纤维经纱张力控制的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及碳纤维经纱张力的技术领域，尤其涉及一种碳纤维经纱张力控制的方法；碳纤维纱筒，被碳纤维纱线包裹，对碳纤维纱线进行被动放卷；连杆机构，通过转向器与伺服电机连接；弹性机构，一端与所述连杆机构连接；摩擦带，固定在所述弹性机构的另一端上，表面与所述碳纤维纱筒上放卷的碳纤维纱线连接；可编程逻辑控制器，设置在伺服电机上，调控所述碳纤维纱筒上纱线的张力；通过所述可编程逻辑控制器向伺服电机输入数据，调控伺服电机的驱动力，所述连杆机构在伺服电机作用下，所述碳纤维纱筒完成被动放卷。本发明的目的就是针对现有技术中存在的缺陷提供一种碳纤维经纱张力控制的方法，极大提高布面的质量和生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及碳纤维经纱张力的技术领域，尤其涉及一种碳纤维经纱张力控制的方法。
背景技术
碳纤维作为一种先进的复合材料，在航空航天、核能设备、交通运输以及隐形武器等多种领域得到了广泛应用。碳纤维不但具有高比强度和比模量、低热膨胀系数、耐高温、耐腐蚀、抗蠕变以及自润滑等一系列优异的性能，还具有纤维的柔性和可编织性等特点。
在碳纤高速多轴向经编机中碳纤维经纱的张力控制是尤为重要的。经纱碳纤维纱筒由满卷到空卷的过程中，卷径减小，经纱的张力变大，导致碳纤维布面缩幅，甚至经纱断纱，布面间隙过大。经纱张力过小，纱线不能充分的展纤。碳纤维经纱碳纤维纱筒数量多，传统的机械方式控制张力需要人工干预，费时费力，而且做不到实时调节，纱线张力不稳定；采用单个碳纤维纱筒张力控制方法，成本过高。此碳纤维经纱张力控制方法不仅可以实时调节经纱的张力，还可以多个碳纤维纱筒集中灵活分组，集中控制，成本低。在经纱放卷的过程中保证了纱线张力的恒定，提高生产效率和布面的质量。
鉴于上述问题，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，以期设计碳纤维经纱张力控制的方法，可实时调节纱线张力，采用自动化调节，相比人工机械调节，提高了精度，减少了人力成本，减少了因经纱张力问题导致的门幅缩幅、展纤不均匀、经纱断纱的现象，极大提高了布面的质量和生产效率。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术中存在的缺陷提供一种碳纤维经纱张力控制的方法，可实时调节纱线张力，采用自动化调节，相比人工机械调节，提高了精度，减少了人力成本，减少了因经纱张力问题导致的门幅缩幅、展纤不均匀、经纱断纱的现象，极大提高了布面的质量和生产效率。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种碳纤维经纱张力控制的方法
包括：
碳纤维纱筒，被碳纤维纱线包裹，对碳纤维纱线进行被动放卷；
连杆机构，通过转向器与伺服电机连接；
弹性机构，一端与所述连杆机构连接；
摩擦带，固定在所述弹性机构的另一端上，表面与所述碳纤维纱筒的侧边接触，控制所述碳纤维纱筒放卷的阻力；
可编程逻辑控制器，设置在伺服电机上，向伺服电机输入并处理数据，调控所述碳纤维纱筒上纱线的张力；
其中，通过所述可编程逻辑控制器向伺服电机输入数据，调控伺服电机的驱动力，所述连杆机构在伺服电机作用下，拉动所述弹性机构，带动所述摩擦带位移，使得碳纤维纱线拉出，所述碳纤维纱筒完成被动放卷。
进一步地，包括如下步骤：
步骤一，在所述碳纤维纱筒满卷情况下进行放卷，测量所述碳纤维纱筒上纱线张力稳定时所述弹性机构的伸长量X1；在所述碳纤维纱筒即将空卷情况下进行放卷，测量所述碳纤维纱筒上纱线张力稳定时所述弹性机构的伸长量X0；
步骤二，通过计算得出所述弹性机构的伸长范围X；
步骤三，通过计算得出所述碳纤维纱筒上满卷时的纱线总圈数N；
步骤四，通过计算得出所述碳纤维纱筒单圈放卷所需要的所述弹性机构的伸长量Xi；
步骤五，将数据通过HMI输入所述可编程逻辑控制器内；
步骤六，在所述碳纤维纱筒上设置有计数机构，所述计数机构为PNP接近开关，每当所述碳纤维纱筒放卷一圈时，所述PNP接近开关便向所述可编程逻辑控制器发射一次信号；所述可编程逻辑控制器每接收一次信号，就改变一次伺服电机驱动力，使得所述弹性机构增加一次Xi的伸长量。
进一步地，所述步骤二中所述弹性机构的伸长范围X的算法为：
X＝X1-X0 公式(1)。
进一步地，所述步骤三中所述碳纤维纱筒上满卷时的纱线总圈数N的算法为：
式中L为所述碳纤维纱筒上纱线总长度；R1为所述碳纤维纱筒满卷时的半径；R0为所述碳纤维纱筒空卷时的半径。
进一步地，所述步骤四中所述碳纤维纱筒单圈放卷所需要的所述弹性机构的伸长量Xi的算法为：
进一步地，所述连杆机构可同时连接若干个所述弹性机构，进而控制若干个所述碳纤维纱筒放卷。
通过本发明的技术方案，可实现以下技术效果：
可实时调节纱线张力，采用自动化调节，相比人工机械调节，提高了精度，减少了人力成本，减少了因经纱张力问题导致的门幅缩幅、展纤不均匀、经纱断纱的现象，极大提高了布面的质量和生产效率。
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为本发明实施例中碳纤维经纱张力控制的方法的结构示意图；
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。
在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
一种碳纤维经纱张力控制的方法，如图1所示，
包括：
碳纤维纱筒，被碳纤维纱线包裹，对碳纤维纱线进行被动放卷；
连杆机构，通过转向器与伺服电机连接；
弹性机构，一端与所述连杆机构连接；
摩擦带，固定在所述弹性机构的另一端上，表面与所述碳纤维纱筒的侧边接触，控制所述碳纤维纱筒放卷的阻力；
可编程逻辑控制器，设置在伺服电机上，向伺服电机输入并处理数据，调控所述碳纤维纱筒上纱线的张力；
其中，通过所述可编程逻辑控制器向伺服电机输入数据，调控伺服电机的驱动力，所述连杆机构在伺服电机作用下，拉动所述弹性机构，带动所述摩擦带位移，使得碳纤维纱线拉出，所述碳纤维纱筒完成被动放卷。
进一步地，包括如下步骤：
步骤一，在所述碳纤维纱筒满卷情况下进行放卷，测量所述碳纤维纱筒上纱线张力稳定时所述弹性机构的伸长量X1；在所述碳纤维纱筒即将空卷情况下进行放卷，测量所述碳纤维纱筒上纱线张力稳定时所述弹性机构的伸长量X0；
步骤二，通过计算得出所述弹性机构的伸长范围X；
步骤三，通过计算得出所述碳纤维纱筒上满卷时的纱线总圈数N；
步骤四，通过计算得出所述碳纤维纱筒单圈放卷所需要的所述弹性机构的伸长量Xi；
步骤五，将数据通过HMI输入所述可编程逻辑控制器内；
步骤六，在所述碳纤维纱筒上设置有计数机构，所述计数机构为PNP接近开关，每当所述碳纤维纱筒放卷一圈时，所述PNP接近开关便向所述可编程逻辑控制器发射一次信号；所述可编程逻辑控制器每接收一次信号，就改变一次伺服电机驱动力，使得所述弹性机构增加一次Xi的伸长量。
具体的，弹性系数为K的弹性机构一端连接摩擦带，另一端连接在连杆机构上面。这里摩擦带可以采用刹车皮带，连杆机构可以采用连杆；刹车皮带与碳纤维纱筒端部部分接触且固定。用伺服电机通过转向器带动连杆伸缩，伸缩量为Δx，可以实时调节弹簧弹力的大小(F弹＝K*Δx)，进而实时调节刹车皮带和碳纤维纱筒端部的摩擦阻力f，刹车皮带和碳纤维纱筒端部的摩擦阻力系数为μ，则有f＝μ*F弹。设碳纤维纱筒端部半径为r0，经纱纱线的实时张力为Ti，经纱碳纤维纱筒的实时半径为ri。在经纱匀速放卷的过程中根据力学公式有：f*r0＝Ti*ri。由公式可知，弹簧伸长量一定时即弹力固定时，纱线的张力和碳纤维纱筒的实时半径成反比。在放卷的过程中碳纤维纱筒半径ri越来越小，纱线张力越来越大。为了保证纱线张力的实时恒定，需要实时调弹簧的伸长量。
作为上述实施例的优选，如图1所示，所述步骤二中所述弹性机构的伸长范围X的算法为：
X＝X1-X0 公式(1)。
作为上述实施例的优选，如图1所示，所述步骤三中所述碳纤维纱筒上满卷时的纱线总圈数N的算法为：
式中L为所述碳纤维纱筒上纱线总长度；R1为所述碳纤维纱筒满卷时的半径；R0为所述碳纤维纱筒空卷时的半径。
具体的，时间操作中，为了方便观察，R0，R1一般采用毫米为单位，而L一般采用米为单位，因此在公式(2)中需要乘以1000系数。
作为上述实施例的优选，如图1所示，所述步骤四中所述碳纤维纱筒单圈放卷所需要的所述弹性机构的伸长量Xi的算法为：
作为上述实施例的优选，如图1所示，所述连杆机构可同时连接若干个所述弹性机构，进而控制若干个所述碳纤维纱筒放卷。
具体的，连杆机构可同时连接若干个弹性机构，进而控制若干个碳纤维纱筒放卷，实现多个碳纤维纱筒集中调控，提高了效率。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。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 (6)
1.一种碳纤维经纱张力控制的方法，其特征在于，包括：
碳纤维纱筒，被碳纤维纱线包裹，对碳纤维纱线进行被动放卷；
连杆机构，通过转向器与伺服电机连接；
弹性机构，一端与所述连杆机构连接；
摩擦带，固定在所述弹性机构的另一端上，表面与所述碳纤维纱筒的侧边接触，控制所述碳纤维纱筒放卷的阻力；
可编程逻辑控制器，设置在伺服电机上，向伺服电机输入并处理数据，调控所述碳纤维纱筒上纱线的张力；
其中，通过所述可编程逻辑控制器向伺服电机输入数据，调控伺服电机的驱动力，所述连杆机构在伺服电机作用下，拉动所述弹性机构，使得碳纤维纱线拉出，所述碳纤维纱筒完成被动放卷。
2.根据权利要求1所述的碳纤维经纱张力控制的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，在所述碳纤维纱筒满卷情况下进行放卷，测量所述碳纤维纱筒上纱线张力稳定时所述弹性机构的伸长量X1；在所述碳纤维纱筒即将空卷情况下进行放卷，测量所述碳纤维纱筒上纱线张力稳定时所述弹性机构的伸长量X0；
步骤二，通过计算得出所述弹性机构的伸长范围X；
步骤三，通过计算得出所述碳纤维纱筒上满卷时的纱线总圈数N；
步骤四，通过计算得出所述碳纤维纱筒单圈放卷所需要的所述弹性机构的伸长量Xi；
步骤五，将数据通过HMI输入所述可编程逻辑控制器内；
步骤六，在所述碳纤维纱筒上设置有计数机构，所述计数机构为PNP接近开关，每当所述碳纤维纱筒放卷一圈时，所述PNP接近开关便向所述可编程逻辑控制器发射一次信号；所述可编程逻辑控制器每接收一次信号，就改变一次伺服电机驱动力，使得所述弹性机构增加一次Xi的伸长量。
3.根据权利要求2所述的碳纤维经纱张力控制的方法，其特征在于，所述步骤二中所述弹性机构的伸长范围X的算法为：
X＝X1-X0 公式(1)。
4.根据权利要求2所述的碳纤维经纱张力控制的方法，其特征在于，所述步骤三中所述碳纤维纱筒上满卷时的纱线总圈数N的算法为：
式中L为所述碳纤维纱筒上纱线总长度；R1为所述碳纤维纱筒满卷时的半径；R0为所述碳纤维纱筒空卷时的半径。
5.根据权利要求2所述的碳纤维经纱张力控制的方法，其特征在于，所述步骤四中所述碳纤维纱筒单圈放卷所需要的所述弹性机构的伸长量Xi的算法为：
6.根据权利要求1所述的碳纤维经纱张力控制的方法，其特征在于，所述连杆机构可同时连接若干个所述弹性机构，进而控制若干个所述碳纤维纱筒放卷。
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