CN112660931B - 一种在碳纤维牵引过程中施加张力的装置及其施加方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在碳纤维牵引过程中施加张力的装置及其施加方法，其中，一种在碳纤维牵引过程中施加张力的装置包括：机架、导丝分割组件、重力加张组件和高度调节组件，重力加张组件可滑动地固定在机架上，导丝分割组件设有两个，两个导丝分割组件对称设于重力加张组件的两侧且分别与机架固定，高度调节组件包括气缸，气缸的一端通过第一连接板与机架连接，另一端通过第二连接板与重力加张组件连接，重力加张组件用于给两个导丝分割组件之间的碳纤维施加张力。本发明的有益效果是：能够实现对任意一段牵引过程中的每一根碳纤维进行实时的张力检测，可以通过牵引速度的调节，实现对任意一段牵引过程中的每一根碳纤维时间指定张力。

Description

一种在碳纤维牵引过程中施加张力的装置及其施加方法

技术领域

本发明涉及机械设备技术领域，更具体的说是涉及一种在碳纤维牵引过程中施加张力的装置及其施加方法。

背景技术

目前，制备碳纤维或石墨纤维需将碳纤维通过牵伸机牵引通过高温碳化炉、石墨化炉进行石墨化处理，之后进行表面处理，从而得到高性能碳纤维。

但是，由于高温碳化及石墨化过程中温度特别高，所以炉口及炉内通道一般会很狭窄，且碳纤维在超高温石墨化过程中会有一定热变形，牵伸速度过快会拉断碳纤维，而牵伸速度过慢又会使碳纤维松弛导致与炉体刮擦导致碳纤维挂毛。同时碳纤维在表面处理过程中，拉伸张力对性能也有一定影响。以往在碳纤维石墨化及表面处理过程中使用的张力仪，很难实现多根碳纤维小间距排列走丝过程的张力实时检测，也没有对小间距排列多根碳纤维施加有效张力的方法，往往需要大量工作人员现场巡视，浪费人力资源的同时也经常会检测不到位导致碳纤维在生产过程中刮毛、断掉、表面处理性能不达标等。

因此，如何提供一种能够在碳纤维牵引过程中对每一根在碳纤维牵引过程中施加张力的装置及其施加方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种在碳纤维牵引过程中施加张力的装置及其施加方法，旨在解决现有技术中能够对碳纤维施加指定的丝束拉力。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种在碳纤维牵引过程中施加张力的装置，包括：机架、导丝分割组件、重力加张组件和高度调节组件，所述重力加张组件可滑动地固定在所述机架上，所述导丝分割组件设有两个，两个所述导丝分割组件对称设于所述重力加张组件的两侧且分别与所述机架固定，所述高度调节组件包括气缸，所述气缸的一端通过第一连接板与所述机架连接，另一端通过第二连接板与所述重力加张组件连接，所述重力加张组件用于给两个所述导丝分割组件之间的碳纤维施加张力。

进一步地，所述导丝分割组件包括导丝轴、导丝轮、支架、底板和竖板，所述导丝轴通过固定其两端的所述支架固定至所述底板上，所述底板通过固定其两端的所述竖板固定至所述机架上，所述导丝轮可转动地设置在所述导丝轴上。

进一步地，所述底板和所述竖板上均设有长条孔，分别用于所述导丝轴的水平调节和高度调节。

进一步地，所述重力加张组件包括基座、张力施加轮、连杆和限位板，所述基座上设有通孔，所述连杆穿设于通孔内，所述连杆靠近所述机架的一端通过轴架与所述张力施加轮连接，另一端与所述限位板连接；

其中，通孔为异形孔，所述连杆远离所述机架的一段区域设置为与通孔适配的结构，通过旋转所述连杆能够将所述连杆与通孔卡接，用于阻止所述连杆下降。

进一步地，所述限位板的下方设有测距探头，用于检测所述限位板与所述基座之间的距离。

进一步地，所述基座上设有防撞条，所述防撞条的高度大于所述测距探头的高度。

进一步地，还包括水平微调丝杆手轮和竖直微调丝杆手轮，两者均与所述高度调节组件连接，分别用于所述基座的水平方向调节和竖直方向调节。

进一步地，所述导丝轴上设有多个所述导丝轮，所述基座上设有与所述导丝轮数量相等的所述张力施加轮，且每个所述张力施加轮分别与所述重力加张组件两侧对应的所述导丝轮形成配合。

另一方面，本发明还提供了一种在碳纤维牵引过程中施加张力的装置的施加方法，该施加方法使用上述所述的一种在碳纤维牵引过程中施加张力的装置，具体包括以下步骤：

首先，根据在不同牵引力状态下所得的碳纤维丝束，检测并确定符合标准状态下的所提供的丝束拉力T_理论，通过丝束拉力估算出给碳纤维丝束所施加的重力G和碳纤维的下降高度为L_理论，使得T_理论＝T_实；

其次，通过气缸将基座顶升，将碳纤维丝束从重力加张组件两侧对应的导丝轮上方穿过，并使两个导丝轮之间的碳纤维丝束处于水平状态，通过调整气缸使基座下降，此时，张力施加轮与两个导丝轮之间的碳纤维丝束处于分离状态，通过调整水平微调丝杆手轮和竖直微调丝杆手轮，使张力施加轮处于两个导丝轮的中间位置，且张力施加轮与丝束接触，通过旋转拉杆，使拉杆在基座上的异形孔中下降，在连杆、限位板、张力施加轮、轴架和测距探头的总重力为g₁及拉杆上所施加砝码的重力g2的作用下，碳纤维的实际下降高度为L₁，L₁通过限位板的下方设有的测距探头测量所得，导丝轮与张力施加轮的水平距离为L₂，下降后的碳纤维与水平方向的夹角为α，此时，G＝g₁+g₂，碳纤维所受的实时拉力为T_实，此时：

通过调整牵伸机的牵引速度改变碳纤维与水平方向的夹角为α，使T_实接近T_理论，即完成对碳纤维丝束的张力施加。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种在碳纤维牵引过程中施加张力的装置及其施加方法，通过重力加张组件和对称设置在重力加张组件两侧的导丝分割组件，通过在拉杆上施加砝码，能够实现对任意一段牵引过程中的每一根碳纤维进行实时的张力检测，为生产提供实时工艺数据，通过与牵伸机的连接，可以通过牵引速度的调节，进而实现对任意一段牵引过程中的每一根碳纤维时间指定张力。

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的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的在碳纤维牵引过程中施加张力的装置的结构示意图；

图2附图为本发明提供的重力加张组件的结构示意图；

图3附图为本发明提供的张力施加轮的结构示意图；

图4附图为本发明提供的导丝分割组件的结构示意图；

图5附图为本发明提供的在施加张力过程中碳纤维的受力结构示意图。

其中：1为机架；2为导丝分割组件；21为导丝轴；22为导丝轮；23为支架；24为底板；25为竖板；3为重力加张组件；31为基座；32为张力施加轮；33为连杆；34为限位板；35为轴架；36为测距探头；4为气缸；5为防撞条；6为水平微调丝杆手轮；7为竖直微调丝杆手轮；8为砝码。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一方面，参见附图1-4，本发明实施例公开了一种在碳纤维牵引过程中施加张力的装置，包括：机架1、导丝分割组件2、重力加张组件3和高度调节组件(未标出)，机架1的底部设有用于调节机架1水平的地脚，重力加张组件3可滑动地固定在机架1上，导丝分割组件2设有两个，两个导丝分割组件2对称设于重力加张组件3的两侧且分别与机架1固定，高度调节组件包括气缸4，气缸4的一端通过第一连接板与机架1连接，另一端通过第二连接板与重力加张组件3连接，重力加张组件3用于给两个导丝分割组件2之间的碳纤维施加张力。

其中，导丝分割组件2包括导丝轴21、导丝轮22、支架23、底板24和竖板25，导丝轴21通过固定在导丝轴21两端的支架23固定至底板24上，底板24通过固定在底板24两端的竖板25固定至机架1上，导丝轮22可转动地设置在导丝轴21上，底板24和竖板25上均设有长条孔，长条孔的设置能够有实现导丝轴21的调节，底板24上的长条孔能够实现导丝轴21的水平调节，竖板25上的长条孔能够实现导丝轴21的高度调节。

在上述实施例中，重力加张组件3包括基座31、张力施加轮32、连杆33和限位板34，基座31上设有通孔，连杆33穿设于通孔内，连杆33靠近机架1的一端通过轴架35与张力施加轮32连接，轴架35与张力施加轮32转动连接，另一端与限位板34连接，限位板34的下方设有测距探头36，用于检测限位板34与基座31之间的距离，其中，通孔为异形孔，具体可以为椭圆形孔或菱形孔，本实施例中，通孔为椭圆形孔，连杆33远离机架1的一段区域设置为与通孔适配的椭圆形结构，椭圆形结构尾部设有凸台，该凸台用于与基座31上的椭圆形孔卡接，具体地，通过旋转连杆33能够实现连杆33与椭圆形孔的错位，进而实现将连杆33卡接在基座31上防止连杆33下降，同时，连杆33上还设置有砝码进入区，砝码8从该区域卡入并滑落至轴架35上，在基座31上还设有防撞条5，防撞条5的高度大于测距探头36的高度，当连杆33在下落过程中，防撞条5与限位板34抵接，防止测距探头36与基座31发生碰撞而损坏测距探头36。

进一步地，还包括水平微调丝杆手轮6和竖直微调丝杆手轮7，两者远离手轮的一端均通过轴承和安装架与机架1转动连接，安装架与机架1固定连接，轴承固定设置在安装架上，水平微调丝杆手轮6的丝杆贯穿水平滑块，水平丝杆和水平滑杆形成丝杠副，水平滑块上设有水平滑槽，与水平滑块连接的竖直固定架上水平设置有与水平滑槽适配的水平凸台，在水平丝杆的转动下，水平滑块能够沿水平凸台水平滑动，进而实现基座31在水平方向的微调，同时，在机架1上设置竖直凸台，竖直微调丝杆手轮7中的竖直丝杆贯穿竖直滑块，竖直丝杆和竖直滑块形成丝杠副，竖直滑块上设置有与竖直凸台适配的竖直滑槽，在竖直丝杠的转动下，竖直滑块能够沿着竖直凸台在竖直方向上移动，实现基座31在竖直方向上的微调，其中，气缸4的顶端与固定在基座31内部的第二连接板固定连接，气缸4的另一端与固定连接在竖直固定架上的第一连接板固定连接，气缸4能够控制基座31的上升与下降，在本实施例中，在基座31的两端分别设置一个水平微调丝杆手轮6和一个竖直微调丝杆手轮7，用于实现对基座31的微调。

在上述实施例中，导丝轴21上设有多个导丝轮22，基座31上设有与导丝轮22数量相等的张力施加轮32，且每个张力施加轮32分别与重力加张组件3两侧对应的导丝轮22形成配合，每个张力施加轮32与位于该张力施加轮32处于同一直线上，其中，导丝轮22和张力施加轮32的结构相同。

另一方面，参见附图5，本发明还提供了一种在碳纤维牵引过程中施加张力的装置的施加方法，该施加方法使用上述的一种在碳纤维牵引过程中施加张力的装置，具体包括以下步骤：

首先，根据在不同牵引力状态下所得的碳纤维丝束，检测并确定符合标准状态下的所提供的丝束拉力T_理论，通过丝束拉力估算出给碳纤维丝束所施加的重力G和碳纤维的下降高度为L_理论，使得T_理论＝T_实；

其次，通过气缸4将基座31顶升，将碳纤维丝束从重力加张组件3两侧对应的导丝轮22上方穿过，并使两个导丝轮22之间的碳纤维丝束处于水平状态，通过调整气缸4使基座31下降，此时，张力施加轮32与两个导丝轮22之间的碳纤维丝束处于分离状态，通过调整水平微调丝杆手轮6和竖直微调丝杆手轮7，使张力施加轮32处于两个导丝轮22的中间位置，且张力施加轮32与丝束接触，通过旋转拉杆，使拉杆在基座31上的异形孔中下降，在连杆33、限位板34、张力施加轮32、轴架35和测距探头36的总重力为g₁及拉杆上所施加砝码的重力g₂的作用下，碳纤维的实际下降高度为L₁，L₁通过限位板34的下方设有的测距探头36测量所得，导丝轮22与张力施加轮32的水平距离为L₂，下降后的碳纤维与水平方向的夹角为α，此时，G＝g₁+g₂，碳纤维所受的实时拉力为T_实，此时：

通过调整牵伸机的牵引速度改变碳纤维与水平方向的夹角为α，使T_实接近T_理论，即完成对碳纤维丝束的张力施加。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (1)

1.一种在碳纤维牵引过程中施加张力的装置的施加方法，该施加方法使用的一种在碳纤维牵引过程中施加张力的装置包括：机架、导丝分割组件、重力加张组件和高度调节组件，所述重力加张组件可滑动地固定在所述机架上，所述导丝分割组件设有两个，两个所述导丝分割组件对称设于所述重力加张组件的两侧且分别与所述机架固定，所述高度调节组件包括气缸，所述气缸的一端通过第一连接板与所述机架连接，另一端通过第二连接板与所述重力加张组件连接，所述重力加张组件用于给两个所述导丝分割组件之间的碳纤维施加张力；

所述导丝分割组件包括导丝轴、导丝轮、支架、底板和竖板，所述导丝轴通过固定其两端的所述支架固定至所述底板上，所述底板通过固定其两端的所述竖板固定至所述机架上，所述导丝轮可转动地设置在所述导丝轴上；

所述底板和所述竖板上均设有长条孔，分别用于所述导丝轴的水平调节和高度调节；

所述重力加张组件包括基座、张力施加轮、连杆和限位板，所述基座上设有通孔，所述连杆穿设于通孔内，所述连杆靠近所述机架的一端通过轴架与所述张力施加轮连接，另一端与所述限位板连接；

其中，通孔为异形孔，所述连杆远离所述机架的一段区域设置为与通孔适配的结构，通过旋转所述连杆能够将所述连杆与通孔卡接，用于阻止所述连杆下降；

所述限位板的下方设有测距探头，用于检测所述限位板与所述基座之间的距离；

所述基座上设有防撞条，所述防撞条的高度大于所述测距探头的高度；

该装置还包括水平微调丝杆手轮和竖直微调丝杆手轮，两者均与所述高度调节组件连接，分别用于所述基座的水平方向调节和竖直方向调节；

所述导丝轴上设有多个所述导丝轮，所述基座上设有与所述导丝轮数量相等的所述张力施加轮，且每个所述张力施加轮分别与所述重力加张组件两侧对应的所述导丝轮形成配合，其特征在于，具体包括以下步骤：

首先，根据在不同牵引力状态下所得的碳纤维丝束，检测并确定符合标准状态下所提供的丝束拉力T_理论，通过丝束拉力估算出给碳纤维丝束所施加的重力G和碳纤维的下降高度为L_理论，使得T_理论=T_实；

其次，通过气缸将基座顶升，将碳纤维丝束从重力加张组件两侧对应的导丝轮上方穿过，并使两个导丝轮之间的碳纤维丝束处于水平状态，通过调整气缸使基座下降，此时，张力施加轮与两个导丝轮之间的碳纤维丝束处于分离状态，通过调整水平微调丝杆手轮和竖直微调丝杆手轮，使张力施加轮处于两个导丝轮的中间位置，且张力施加轮与丝束接触，通过旋转拉杆，使拉杆在基座上的异形孔中下降，在连杆、限位板、张力施加轮、轴架和测距探头的总重力为g₁及拉杆上所施加砝码的重力g₂的作用下，碳纤维的实际下降高度为L₁，L₁通过限位板的下方设有的测距探头测量所得，导丝轮与张力施加轮的水平距离为L₂，下降后的碳纤维与水平方向的夹角为α，此时，G=g₁+g₂，碳纤维所受的实时拉力为T_实，此时：

T_实=

=

通过调整牵伸机的牵引速度改变碳纤维与水平方向的夹角为α，使T_实接近T_理论，即完成对碳纤维丝束的张力施加。

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