CN113249867B - 一种大型复杂回转预制体的自动化周向植入装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大型复杂回转预制体的自动化周向植入装置和方法，包括双铰链携纱卷与U形支架；双铰链携纱卷两端为铰链结构，铰链结构为圆柱结构设计，与U形支架两端铰链结构各形成一个转动副连接；U形支架两端铰链结构分别为外卡扣和内卡扣，保证双铰链携纱卷在工作过程中始终至少有一个圆柱结构与U形支架连接；U形支架上两侧各设置一个电磁铁，在U形支架外卡扣处设置一卡销，以防止完成换手动作中双铰链携纱卷发生脱手状况；卡销的控制设置为触发控制，并与U形支架外卡扣结构侧电磁铁同时触发。本发明实现了双铰链携纱卷在工作过程中握手‑放手‑换手的交替，实现了全自动的交叉周向布纱。

Description

一种大型复杂回转预制体的自动化周向植入装置和方法
技术领域
本发明属于复合材料中的三维编织技术领域，具体涉及一种大型复杂回转预制体的自动化周向植入装置和方法。
背景技术
三维编织结构复合材料因其力学性能优异，同时质量轻便，因此在军事以及民用上都有重要意义。
三维四向和五向以及更多向的编织技术是近二、三十年发展起来的新型立体编织成型技术，目前较多使用的是三维四向结构，其内部的编织束沿空间四个方向延伸并相互交叉，所有编织束与编织成型方向均有夹角，并保持各向同性。
由于材料厚度方向有纤维分布，提高了材料厚度方向的力学性能；在四向编织基础上，在其特定方向增加其他编织束可形成三维五向、六向以及更多向的三维编织结构，并起到一定的增强材料性能的作用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种大型复杂回转预制体的自动化周向植入装置和方法，在三维四向、三维五向以及三维多向结构的基础上增加周向纱，可实现大型复杂回转预制体的自动化周向植入，可极大提高复合材料三维编织成型效率，增强复合材料层间剪切性能和环向性能，同时也可进一步提升三维编织结构复合材料的整体力学性能。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
一种大型复杂回转预制体的自动化周向植入装置，包括双铰链携纱卷与U形支架；
所述双铰链携纱卷两端为铰链结构，所述铰链结构为圆柱结构设计，与U形支架两端铰链结构各形成一个转动副连接；
所述U形支架两端铰链结构分别为外卡扣和内卡扣，保证双铰链携纱卷在工作过程中始终至少有一个圆柱结构与U形支架连接；
所述U形支架上两侧各设置一个电磁铁，与双铰链携纱卷上设置的磁铁配对使用，用于实现双铰链携纱卷与U形支架的握手动作，其中在U形支架外卡扣处设置一卡销，以防止完成换手动作中双铰链携纱卷发生脱手状况；
所述卡销的控制设置为触发控制，并与U形支架外卡扣结构侧电磁铁同时触发。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
所述装置还包括：前置挡销、斜向纱、后置挡销；
所述前置挡销位于斜向纱左前侧且前后距离相距足够近，后置挡销位于斜向纱右后侧且前后距离相距足够近，起到辅助双铰链携纱卷的换手动作，同时保护斜向纱不被双铰链携纱卷损坏。
U形支架，其外卡扣包括：外卡扣拉簧；外卡扣卡销；外卡扣卡销电磁铁；外卡扣复位电磁铁；
其内卡扣包括：内卡扣电磁铁；内卡扣卡销；内卡扣拉簧；
外卡扣卡销在U形结构前进时工作，在U形结构后退时复位；
内卡扣卡销在U形结构后退时工作，在U形结构前进时复位；
外卡扣复位电磁铁在U形结构前进时通电，在U形结构后退时断电；
内卡扣电磁铁在U形结构后退时通电，在U形结构前进时断电。
上述的外卡扣复位电磁铁与携纱卷上设置的磁铁相互作用为相斥，内卡扣电磁铁与携纱卷上设置的磁铁相互作用为相吸。
一种大型复杂回转预制体的自动化周向植入方法，包括：
步骤1、随着U形支架向前运动，双铰链携纱卷被前置挡销挡住发生第一次放手运动；
步骤2、随着U形支架继续向前运动，双铰链携纱卷回复到原始状态完成第一次握手运动；
步骤3、随着U形支架向后运动，双铰链携纱卷被后置挡销挡住发生第二次放手运动；
所述第一次握手运动与第二次放手运动即为双铰链携纱卷的换手动作；
步骤4、随着U形支架继续向后运动，携纱卷重新回复到原始状态完成第二次握手，并准备进入下一周期运动。
当U形支架处于前进冲程中，外卡扣卡销电磁铁与外卡扣复位电磁铁处于通电工作状态，外卡扣卡销在外卡扣卡销电磁铁的作用下封锁外卡扣，防止外卡扣与外卡扣圆柱结构发生错误脱手情况，且磁铁受外卡扣复位电磁铁斥力作用，当双铰链携纱卷越过前置挡销后复位回复握手状态，前进冲程结束后外卡扣卡销电磁铁与外卡扣复位电磁铁处于断电状态，外卡扣卡销在外卡扣拉簧的拉力下回复复位状态。
当U形支架处于后退冲程中，内卡扣电磁铁处于通电工作状态，内卡扣卡销在内卡扣电磁铁的作用下封锁内卡扣，防止内卡扣与内卡扣圆柱结构发生错误脱手情况，且磁铁受内卡扣电磁铁吸力作用，当双铰链携纱卷越过后置挡销后迅速复位回复握手状态，后退冲程结束后内卡扣电磁铁处于断电状态，内卡扣卡销在内卡扣拉簧的拉力下回复复位状态。
本发明具有以下有益效果：
本发明设计了具有换手功能的双铰链携纱卷，该结构在三维编织中能够完成周向的自动化布置纱方案，进一步提高三维编织结构复合材料的力学性能，可完成在三维四向、五向以及多向的基础上增加周向的自动化布纱方案，进一步改善复合材料的力学性能。本发明实现了三维编织中周向布纱的自动化操作，进一步提高了三维编织的工作效率。
附图说明
图1为本发明的U形支架示意图；
图2为本发明的双铰链携纱卷示意图；
图3为本发明的工作流程图；
附图标记：1.U形支架；2.双铰链携纱卷；3.前置挡销；4.斜向纱；5.后置挡销；6.外卡扣拉簧；7.外卡扣卡销；8.外卡扣结构；9.外卡扣卡销电磁铁；10.外卡扣携纱卷运动路径；11.外卡扣复位电磁铁；12内卡扣携纱卷运动路径；13.内卡扣电磁铁；14.内卡扣；15.内卡扣卡销；16.内卡扣拉簧；17.外卡扣圆柱结构；18.携纱卷；19.磁体；20.内卡扣圆柱结构。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
本发明一种大型复杂回转预制体的自动化周向植入装置，包括双铰链携纱卷与U形支架；
参见图1和图2，所述双铰链携纱卷两端为铰链结构，所述铰链结构为圆柱结构设计，与U形支架两端铰链结构各形成一个转动副连接；
所述U形支架两端铰链结构分别为外卡扣和内卡扣，保证双铰链携纱卷在工作过程中始终至少有一个圆柱结构与U形支架连接；
所述U形支架上两侧各设置一个电磁铁，与双铰链携纱卷上设置的磁铁配对使用，用于实现双铰链携纱卷与U形支架的握手动作，其中在U形支架外卡扣处设置一卡销，以防止完成换手动作中双铰链携纱卷发生脱手状况；
所述卡销的控制设置为触发控制，并与U形支架外卡扣结构侧电磁铁同时触发。
实施例中，所述装置还包括：前置挡销、斜向纱、后置挡销；在一个周向植入周期中，前置挡销、斜向纱、后置挡销与其他结构的相对位置是动态变化的，如图3所示.
所述前置挡销位于斜向纱左前侧且前后距离相距足够近，后置挡销位于斜向纱右后侧且前后距离相距足够近，起到辅助双铰链携纱卷的换手动作，同时保护斜向纱不被双铰链携纱卷损坏。
实施例中，所述U形支架，其外卡扣包括：外卡扣拉簧；外卡扣卡销；外卡扣卡销电磁铁；外卡扣复位电磁铁；
其内卡扣包括：内卡扣电磁铁；内卡扣卡销；内卡扣拉簧；
外卡扣卡销在U形结构前进时工作，在U形结构后退时复位；
内卡扣卡销在U形结构后退时工作，在U形结构前进时复位；
外卡扣复位电磁铁在U形结构前进时通电，在U形结构后退时断电；
内卡扣电磁铁在U形结构后退时通电，在U形结构前进时断电。
实施例中，所述外卡扣复位电磁铁与携纱卷上设置的磁铁相互作用为相斥，内卡扣电磁铁与携纱卷上设置的磁铁相互作用为相吸。
如图3所示，本发明一种大型复杂回转预制体的自动化周向植入装置的工作流程，包括：
步骤1、从(a)-(b)随着U形支架1向前运动，双铰链携纱卷2被前置挡销3挡住发生第一次放手运动；
步骤2、从(b)-(c)随着U形支架1继续向前运动，双铰链携纱卷2回复到原始状态完成第一次握手运动；
步骤3、从(c)-(d)随着U形支架1向后运动，双铰链携纱卷2被后置挡销5挡住发生第二次放手运动；
所述第一次握手运动与第二次放手运动即为双铰链携纱卷2的换手动作；
步骤4、从(d)-(f)随着U形支架1继续向后运动，携纱卷重新回复到原始状态完成第二次握手，并准备进入下一周期运动。
所述前置挡销3位于斜向纱4左前侧且前后距离相距足够近，后置挡销5位于斜向纱4右后侧且前后距离相距足够近，起到辅助双铰链携纱卷2的换手动作，同时保护斜向纱4不被双铰链携纱卷2损坏。
如图1、图2所示分别为本发明的U形支架示意图与双铰链携纱卷示意图，图2中18是其中的携纱卷部分，图1中2是双铰链携纱卷(整体)。
当U形支架1处于前进冲程中，外卡扣卡销电磁铁9与外卡扣复位电磁铁11处于通电工作状态，外卡扣卡销7在外卡扣卡销电磁铁9的作用下封锁外卡扣8，防止外卡扣8与外卡扣圆柱结构17发生错误脱手情况，且磁铁19受外卡扣复位电磁铁11斥力作用，当双铰链携纱卷2越过前置挡销3后迅速复位回复握手状态，前进冲程结束后外卡扣卡销电磁铁9与外卡扣复位电磁铁11处于断电状态，外卡扣卡销7在外卡扣拉簧6的拉力下回复复位状态；
当U形支架1处于后退冲程中，内卡扣电磁铁13处于通电工作状态，内卡扣卡销15在内卡扣电磁铁13的作用下封锁内卡扣14，防止内卡扣14与内卡扣圆柱结构20发生错误脱手情况，且磁铁19受内卡扣电磁铁13吸力作用，当双铰链携纱卷2越过后置挡销5后迅速复位回复握手状态，后退冲程结束后内卡扣电磁铁13处于断电状态，内卡扣卡销15在内卡扣拉簧16的拉力下回复复位状态。
本发明实现了双铰链携纱卷在工作过程中握手-放手-换手的交替，实现了全自动的交叉周向布纱，可完成在三维五向、三维六向以及三维七向的基础上增加周向的自动化布纱方案，进一步改善复合材料的力学性能，提升复合材料三维编织效率。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种大型复杂回转预制体的自动化周向植入装置，其特征在于，包括双铰链携纱卷与U形支架；
所述双铰链携纱卷两端为铰链结构，所述铰链结构为圆柱结构设计，与U形支架两端铰链结构各形成一个转动副连接；
所述U形支架两端铰链结构分别为外卡扣和内卡扣，保证双铰链携纱卷在工作过程中始终至少有一个圆柱结构与U形支架连接；
所述U形支架上两侧各设置一个电磁铁，与双铰链携纱卷上设置的磁铁配对使用，用于实现双铰链携纱卷与U形支架的握手动作，其中在U形支架外卡扣处设置一卡销，以防止完成换手动作中双铰链携纱卷发生脱手状况；
所述卡销的控制设置为触发控制，并与U形支架外卡扣结构侧电磁铁同时触发。
2.根据权利要求1所述的一种大型复杂回转预制体的自动化周向植入装置，其特征在于，所述装置还包括：前置挡销、斜向纱、后置挡销；
所述前置挡销位于斜向纱左前侧且前后距离相距足够近，后置挡销位于斜向纱右后侧且前后距离相距足够近，起到辅助双铰链携纱卷的换手动作，同时保护斜向纱不被双铰链携纱卷损坏。
3.根据权利要求1所述的一种大型复杂回转预制体的自动化周向植入装置，其特征在于，所述U形支架，其外卡扣包括：外卡扣拉簧；外卡扣卡销；外卡扣卡销电磁铁；外卡扣复位电磁铁；
其内卡扣包括：内卡扣电磁铁；内卡扣卡销；内卡扣拉簧；
外卡扣卡销在U形结构前进时工作，在U形结构后退时复位；
内卡扣卡销在U形结构后退时工作，在U形结构前进时复位；
外卡扣复位电磁铁在U形结构前进时通电，在U形结构后退时断电；
内卡扣电磁铁在U形结构后退时通电，在U形结构前进时断电。
4.根据权利要求1所述的一种大型复杂回转预制体的自动化周向植入装置，其特征在于，所述外卡扣复位电磁铁与携纱卷上设置的磁铁相互作用为相斥，内卡扣电磁铁与携纱卷上设置的磁铁相互作用为相吸。
5.根据权利要求2所述的一种大型复杂回转预制体的自动化周向植入装置的一种大型复杂回转预制体的自动化周向植入方法，其特征在于，包括：
步骤1、随着U形支架向前运动，双铰链携纱卷被前置挡销挡住发生第一次放手运动；
步骤2、随着U形支架继续向前运动，双铰链携纱卷回复到原始状态完成第一次握手运动；
步骤3、随着U形支架向后运动，双铰链携纱卷被后置挡销挡住发生第二次放手运动；
所述第一次握手运动与第二次放手运动即为双铰链携纱卷的换手动作；
步骤4、随着U形支架继续向后运动，携纱卷重新回复到原始状态完成第二次握手，并准备进入下一周期运动。
6.根据权利要求5所述的一种大型复杂回转预制体的自动化周向植入方法，其特征在于，
当U形支架处于前进冲程中，外卡扣卡销电磁铁与外卡扣复位电磁铁处于通电工作状态，外卡扣卡销在外卡扣卡销电磁铁的作用下封锁外卡扣，防止外卡扣与外卡扣圆柱结构发生错误脱手情况，且磁铁受外卡扣复位电磁铁斥力作用，当双铰链携纱卷越过前置挡销后复位回复握手状态，前进冲程结束后外卡扣卡销电磁铁与外卡扣复位电磁铁处于断电状态，外卡扣卡销在外卡扣拉簧的拉力下回复复位状态。
7.根据权利要求5所述的一种大型复杂回转预制体的自动化周向植入方法，其特征在于，当U形支架处于后退冲程中，内卡扣电磁铁处于通电工作状态，内卡扣卡销在内卡扣电磁铁的作用下封锁内卡扣，防止内卡扣与内卡扣圆柱结构发生错误脱手情况，且磁铁受内卡扣电磁铁吸力作用，当双铰链携纱卷越过后置挡销后迅速复位回复握手状态，后退冲程结束后内卡扣电磁铁处于断电状态，内卡扣卡销在内卡扣拉簧的拉力下回复复位状态。
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