CN113580611A - 一种平板缠绕碳纤维纱用恒张力储纱装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及储纱技术领域，尤其涉及一种平板缠绕碳纤维纱用恒张力储纱装置及控制方法，其装置包括：放卷装置，对纱筒上的纱线进行恒速放卷操作；展纤装置，对纱线进行展纤操作；张力检测装置，检测纱线的张力；收绕装置，进一步包括用于缠绕纱线的绕纱板和驱动电机，绕纱板在驱动电机的带动下匀速转动以将展纤完成的纱线进行收绕；其中，收绕装置和展纤装置之间还设置有自动储纱装置，自动储纱装置用于实时补偿放卷装置放纱量和绕纱板收纱量之间的差值，从而使纱线在通过展纤装置的速度和张力保持恒定，提高产品质量，具备实用性。

Description

一种平板缠绕碳纤维纱用恒张力储纱装置及控制方法

技术领域

本发明涉及储纱技术领域，尤其涉及一种平板缠绕碳纤维纱用恒张力储纱装置及控制方法。

背景技术

碳纤维缠绕成型是指将碳纤维预浸料按照一定的规律缠绕到芯模上，然后经过固化、脱模获得制品。其中包括湿法缠绕，即碳纤维预浸料在张力控制下直接缠绕到芯模上，缠绕张力使得多余的气泡被挤出，碳纤维缠绕成型能够根据产品受力状况设计缠绕规律，充分发挥纤维的强度，它的成本相对较低并且所生产的产品气密性好，容易实现机械化和自动化生产。

现有技术中，芯模多为圆柱状结构，缠绕在其上的碳纤维的张力控制相对容易，只要控制芯模转速恒定即可。然而当芯模为板状结构时，由于板状芯模与圆柱状芯模的结构差异，展纤完成的的纱线在采用板式芯模进行缠绕时，缠绕在板状芯模上的纱线的线速度不是匀速运动，纱线的张力很难得到控制。为保证缠绕质量，必须保证纱线在展纤区域的速度和张力相对恒定，如何保证纱线的张力相对恒定成为一个亟待解决的问题。

鉴于上述问题的存在，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，积极加以研究创新，以期创设一种平板缠绕碳纤维纱用恒张力储纱装置及控制方法，使其更具有实用性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种平板缠绕碳纤维纱用恒张力储纱装置及控制方法，保证纱线在展纤过程中张力相对恒定。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种平板缠绕碳纤维纱用恒张力储纱装置，包括：

放卷装置，对纱筒上的纱线进行恒速放卷操作；

展纤装置，对纱线进行展纤操作；

张力检测装置，检测纱线的张力；

收绕装置，进一步包括用于缠绕纱线的绕纱板和驱动电机，所述绕纱板在所述驱动电机的带动下匀速转动以将展纤完成的纱线进行收绕；

其中，所述收绕装置和所述展纤装置之间还设置有自动储纱装置，所述自动储纱装置用于实时补偿所述放卷装置放纱量和所述绕纱板收纱量之间的差值，从而使纱线在通过展纤装置的速度和张力保持恒定。

进一步地，所述自动储纱装置通过快速存储纱线或者快速释放纱线来补偿掉所述放卷装置放纱量和所述绕纱板收纱量之间的差值。

进一步地，所述自动储纱装置包括移动辊、第一导向辊、第二导向辊和框架，所述移动辊通过直线模组驱动可沿直线往复运动，所述移动辊位于所述框架内且行程范围不超过所述框架的边缘，所述第一导向辊安装于靠近所述展纤装置一侧的所述框架上，所述第二导向辊安装于靠近所述收绕装置一侧的所述框架上，所述纱线依次绕经所述移动辊、所述第一导向辊和所述第二导向辊。

进一步地，所述展纤装置到所述移动辊之间的纱线、所述移动辊到所述第一导向辊之间的纱线以及所述第一导向辊到所述第二导向辊之间的纱线均保持水平。

进一步地，所述张力检测装置安装于所述第一导向辊上。

进一步地，所述纱线绕经所述第二导向辊底部的高度与所述绕纱板转动轴线的高度一致。

进一步地，所述绕纱板的一侧还设置有角位移传感器，所述角位移传感器用于实时测量所述绕纱板的转动角度。

一种平板缠绕碳纤维纱用恒张力储纱控制方法，包括：

S1：采用放卷装置对纱筒进行恒速放纱，并将纱筒上的纱线依次穿过展纤装置和自动储纱装置后最终缠绕在绕纱板上；

S2：设定所述绕纱板的收纱角速度，以绕纱板转动180°为一个周期，计算绕纱板的实时收纱量；

S2：以绕纱板转动180°为一个周期，计算所述放卷装置的实时放纱量，并求出所述放卷装置的放纱角速度；

S3：通过计算实时放纱量与实时收纱量的差值，计算所述自动储纱装置的实时补偿量，并根据所述实时补偿量来对所述自动储纱装置进行参数设定。

进一步地，设定所述绕纱板的实时收纱量为ΔL，所述实时收纱量ΔL通过以下公式求出，

ΔL=L₂-L₁ ；

L²=R²+（R+a）²-2R（R+a）

；

其中，L₂和L₁表示绕纱板两个不同角度下的收纱量，R为绕纱板宽度的一半，a为自动储纱装置到绕纱板之间的距离，θ为绕纱板与水平面的夹角。

进一步地，设定所述放卷装置的放纱角速度为ω₀，所述放纱角速度ω₀可通过以下公式求出，

ω₀R₀t₀=2R ；

其中，R₀为卷筒的半径，t₀为绕纱板转动一个周期的时间，2R为绕纱板的宽度。

本发明的有益效果为：本发明中通过在展纤装置到收绕装置之间设置自动储纱装置，用于实时补偿放卷装置放纱量和绕纱板收纱量之间的差值，由于总的放纱量和总的收纱量是对应的，所以平均收绕线速度等于放卷线速度，而由于实时收绕线速度是0～最大～0周期性变化的，所以一部分收绕线速度是小于放卷速度的，此时自动储纱装置执行储纱动作，快速储存纱线，还有一部分收绕线速度是大于放卷速度的，此时自动储纱装置执行放纱动作，从而保证展纤装置前后的纱线速度和张力保持恒定，提高展纤质量，具备实用性。

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为本发明实施例中平板缠绕碳纤维纱用恒张力储纱装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中平板缠绕碳纤维纱用恒张力储纱装置的主视图。

附图标记：1、放卷装置；2、展纤装置；3、张力检测装置；4、绕纱板；5、驱动电机；6、移动辊；7、第一导向辊；8、第二导向辊；9、框架；10、角位移传感器。

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。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一 个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元 件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用 的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目 的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术 领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术 语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的 术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例一

如图1至图2所示的平板缠绕碳纤维纱用恒张力储纱装置，包括：

放卷装置1，对纱筒上的纱线进行恒速放卷操作；

展纤装置2，对纱线进行展纤操作；

张力检测装置3，检测纱线的张力；

收绕装置，进一步包括用于缠绕纱线的绕纱板4和驱动电机5，绕纱板4在驱动电机5的带动下匀速转动以将展纤完成的纱线进行收绕；

其中，收绕装置和展纤装置2之间还设置有自动储纱装置，自动储纱装置用于实时补偿放卷装置1放纱量和绕纱板4收纱量之间的差值，从而使纱线在通过展纤装置2的速度和张力保持恒定，自动储纱装置通过快速存储纱线或者快速释放纱线来补偿掉放卷装置1放纱量和绕纱板4收纱量之间的差值。

本发明中采用绕纱板4来对纱线进行收绕，不同于普通的圆形芯轴式收绕装置，收绕线速度是0～最大～0周期性变化的，绕纱板4每转过180°为一个周期，假如直接将从展纤装置2绕出的纱线缠绕到绕纱板4上时，由于放卷装置1的放卷线速度恒定，而绕纱板4的收绕线速度呈周期性变化，这就会导致绕经展纤装置2前后的纱线的线速度不一致，从而在展纤装置2处的纱线无法保持张力恒定，展纤效果差，本申请中尤其在展纤装置2到收绕装置之间设置自动储纱装置，就是用于实时补偿放卷装置1放纱量和绕纱板4收纱量之间的差值，由于总的放纱量和总的收纱量是对应的，所以平均收绕线速度等于放卷线速度，而由于实时收绕线速度是0～最大～0周期性变化的，所以一部分收绕线速度是小于放卷速度的，此时自动储纱装置执行储纱动作，快速储存纱线，还有一部分收绕线速度是大于放卷速度的，此时自动储纱装置执行放纱动作，快速放出自身存储的纱线来防止经过展纤装置2后的纱线过紧。本发明中的自动储纱装置实时快速响应，响应速度精确到每秒，快速执行储纱动作或者放纱动作，从而保持通过展纤装置2的纱线速度和张力恒定，具有显著的技术效果。

更具体的，为了自动储纱装置实现快速响应，自动储纱装置包括移动辊6、第一导向辊7、第二导向辊8和框架9，移动辊6通过直线模组驱动可沿直线往复运动，移动辊6位于框架9内且行程范围不超过框架9的边缘，第一导向辊7安装于靠近展纤装置2一侧的框架9上，第二导向辊8安装于靠近收绕装置一侧的框架9上，纱线依次绕经移动辊6、第一导向辊7和第二导向辊8。

本发明提供的自动储纱装置原理类似于动滑轮组，如图2所示，通过移动辊6靠近或者远离展纤装置2运动，来实现自动储纱装置的快速储纱或者快速放纱。

作为上述实施例的优选，为了方便计算移动辊6的移动距离，展纤装置2到移动辊6之间的纱线、移动辊6到第一导向辊7之间的纱线以及第一导向辊7到第二导向辊8之间的纱线均保持水平，如图2所示，参照动滑轮组的计算方式，纱线在以上部件之间穿梭均是水平的，移动辊6作为可滑动的部件，类似于动滑轮，所以移动辊6的移动距离为纱线补偿量的一半。

为了实时反馈纱线的张力情况，张力检测装置3安装于第一导向辊7上。

为了方便计算第二导向辊8到绕纱板4之间纱线的长度，纱线绕经第二导向辊8底部的高度与绕纱板4转动轴线的高度一致，通过以上设置，仅需直接量取第二导向辊8底部到绕纱板4之间的距离即可反应出两者之间纱线的长度。

为了反馈实时收纱量，绕纱板4的一侧还设置有角位移传感器10，角位移传感器10用于实时测量绕纱板4的转动角度，通过角位移传感器10来实时反馈绕纱板4与水平面的夹角，而由于收绕线速度是0～最大～0周期性变化的，收纱量的变化即为0～最大～0周期性变化的，根据此规律，可以对自动储纱装置进行相应的参数设定。

实施例二

本发明还公开了一种平板缠绕碳纤维纱用恒张力储纱控制方法，

S1：采用放卷装置1对纱筒进行恒速放纱，并将纱筒上的纱线依次穿过展纤装置2和自动储纱装置后最终缠绕在绕纱板4上；

S2：设定绕纱板4的收纱角速度，以绕纱板4转动180°为一个周期，计算绕纱板4的实时收纱量；

S2：以绕纱板4转动180°为一个周期，计算放卷装置1的实时放纱量，并求出放卷装置1的放纱角速度；

S3：通过计算实时放纱量与实时收纱量的差值，计算自动储纱装置的实时补偿量，并根据实时补偿量来对自动储纱装置进行参数设定。

设定绕纱板4的实时收纱量为ΔL，实时收纱量ΔL通过以下公式求出，

ΔL=L₂-L₁ ；

L²=R²+（R+a）²-2R（R+a）

；

其中，L₂和L₁表示绕纱板4两个不同角度下的收纱量，R为绕纱板4宽度的一半，a为自动储纱装置到绕纱板4之间的距离，θ为绕纱板4与水平面的夹角。

设定放卷装置1的放纱角速度为ω₀，放纱角速度ω₀可通过以下公式求出，

ω₀R₀t₀=2R ；

其中，R₀为卷筒的半径，t₀为绕纱板4转动一个周期的时间，2R为绕纱板4的宽度。

以上方案的具体的实施方式为：

首先，设定绕纱板4的收纱角速度为ω₁，以绕纱板4水平放置为初始状态，以绕纱板4转动180°为一个周期，通过公式t₁=1/ω₁，可以求出绕纱板4每转过1°的时间为t₁，如图2所示的辅助线，通过余弦定理 L²=R²+（R+a）²-2R（R+a）

可计算出任一角度θ对应的收纱量L的长度，通过公式ΔL=L₂-L₁ 来计算出绕纱板4转过不同角度的实时收纱量，以绕纱板4转动180°为一个周期，采用公式ω₀R₀t₀=2R 来求出放卷装置1的放纱角速度ω₀，其中t₀=180 t₁，t₀对应的是绕纱板4转过180°所用的时间，所以将公式t₁=1/ω₁代入到ω₀R₀t₀=2R中可得出放纱角速度ω₀=2Rω₁/180 R₀，R₀为卷筒的半径可直接测量出来，2R为绕纱板4的宽度也可以直接测量出来，而由于纱筒为圆形的，已求出放纱角速度ω₀，所以t₁时间间隔从纱筒中放出的实时放纱量可以得出，设定实时放纱量为L₃，可得出实时放纱量L₃=ω₀R₀ t₁，通过计算实时放纱量与实时收纱量的差值，计算自动储纱装置的实时补偿量，通过以上计算思路可以得出结论，自动储纱装置的实时补偿量与绕纱板4转过不同角度相对应的，所以需要在绕纱板4的一侧还设置有角位移传感器10，角位移传感器10用于实时测量绕纱板4的转动角度。

本发明提供的控制方法，可以精确到绕纱板4每转过1°来反馈实时收纱量，进而求出实时补偿量，通过自动储纱装置根据绕纱板4的角度来实现快速补偿，相应迅速，而且补偿精确度高，具有实时性，保证了经过展纤装置2处纱线速度和张力恒定，具有显著的进步。

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 (10)

1.一种平板缠绕碳纤维纱用恒张力储纱装置，其特征在于，包括：

放卷装置，对纱筒上的纱线进行恒速放卷操作；

展纤装置，对纱线进行展纤操作；

张力检测装置，检测纱线的张力；

收绕装置，进一步包括用于缠绕纱线的绕纱板和驱动电机，所述绕纱板在所述驱动电机的带动下匀速转动以将展纤完成的纱线进行收绕；

其中，所述收绕装置和所述展纤装置之间还设置有自动储纱装置，所述自动储纱装置用于实时补偿所述放卷装置放纱量和所述绕纱板收纱量之间的差值，从而使纱线在通过展纤装置的速度和张力保持恒定。

2.根据权利要求1所述的平板缠绕碳纤维纱用恒张力储纱装置，其特征在于，所述自动储纱装置通过快速存储纱线或者快速释放纱线来补偿掉所述放卷装置放纱量和所述绕纱板收纱量之间的差值。

3.根据权利要求2所述的平板缠绕碳纤维纱用恒张力储纱装置，其特征在于，所述自动储纱装置包括移动辊、第一导向辊、第二导向辊和框架，所述移动辊通过直线模组驱动可沿直线往复运动，所述移动辊位于所述框架内且行程范围不超过所述框架的边缘，所述第一导向辊安装于靠近所述展纤装置一侧的所述框架上，所述第二导向辊安装于靠近所述收绕装置一侧的所述框架上，所述纱线依次绕经所述移动辊、所述第一导向辊和所述第二导向辊。

4.根据权利要求3所述的平板缠绕碳纤维纱用恒张力储纱装置，其特征在于，所述展纤装置到所述移动辊之间的纱线、所述移动辊到所述第一导向辊之间的纱线以及所述第一导向辊到所述第二导向辊之间的纱线均保持水平。

5.根据权利要求3所述的平板缠绕碳纤维纱用恒张力储纱装置，其特征在于，所述张力检测装置安装于所述第一导向辊上。

6.根据权利要求3所述的平板缠绕碳纤维纱用恒张力储纱装置，其特征在于，所述纱线绕经所述第二导向辊底部的高度与所述绕纱板转动轴线的高度一致。

7.根据权利要求1所述的平板缠绕碳纤维纱用恒张力储纱装置，其特征在于，所述绕纱板的一侧还设置有角位移传感器，所述角位移传感器用于实时测量所述绕纱板的转动角度。

8.一种平板缠绕碳纤维纱用恒张力储纱控制方法，其特征在于，包括：

S1：采用放卷装置对纱筒进行恒速放纱，并将纱筒上的纱线依次穿过展纤装置和自动储纱装置后最终缠绕在绕纱板上；

S2：设定所述绕纱板的收纱角速度，以绕纱板转动180°为一个周期，计算绕纱板的实时收纱量；

S2：以绕纱板转动180°为一个周期，计算所述放卷装置的实时放纱量，并求出所述放卷装置的放纱角速度；

S3：通过计算实时放纱量与实时收纱量的差值，计算所述自动储纱装置的实时补偿量，并根据所述实时补偿量来对所述自动储纱装置进行参数设定。

9.根据权利要求8所述的平板缠绕碳纤维纱用恒张力储纱控制方法，其特征在于，设定所述绕纱板的实时收纱量为ΔL，所述实时收纱量ΔL通过以下公式求出，

ΔL=L₂-L₁ ；

L²=R²+（R+a）²-2R（R+a）

；

其中，L₂和L₁表示绕纱板两个不同角度下的收纱量，R为绕纱板宽度的一半，a为自动储纱装置到绕纱板之间的距离，θ为绕纱板与水平面的夹角。

10.根据权利要求9所述的平板缠绕碳纤维纱用恒张力储纱控制方法，其特征在于，设定所述放卷装置的放纱角速度为ω₀，所述放纱角速度ω₀可通过以下公式求出，

ω₀R₀t₀=2R ；

其中，R₀为卷筒的半径，t₀为绕纱板转动一个周期的时间，2R为绕纱板的宽度。

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