CN114148835A - 一种快速缠绕机 - Google Patents

Abstract

一种快速缠绕机，包括机架、芯模、芯模驱动机构、轴向纱铺纱头、环向缠绕装置、环向缠绕装置驱动机构、端部围缩装置；轴向铺纱头的支撑板固定在在机架上，轴向铺纱头的中心设置有通孔，芯模设置在通孔内，芯模驱动机构设置在机架上，芯模连接在芯模驱动机构上；本发明当芯模相对铺纱头移动时铺纱头上的轴向纱就会以近似圆柱面的形态进行轴向缠绕，当需要环向缠绕时，让铺纱头远离芯模，环向缠绕装置就可以进行环向缠绕，芯模往复运动一次铺纱头就可以在芯模上缠绕两层，缠绕速度比现有技术可提高一百倍以上，特别适合高压氢气瓶的大批量生产。

Description

一种快速缠绕机

技术领域

本发明属于纤维缠绕技术领域，特别涉及一种快速缠绕机。

背景技术

高性能高压容器一般都是采用高强度纤维缠绕而成，传统的缠绕机是采用一束纱在芯模上进行多次往复缠绕，效率非常低，并且在斜缠时新缠绕的纱会和之前缠绕头反向移动缠绕的纱在芯模中部形成大量的不平整的交叠，造成纱线弯曲，降低纱线的抗拉强度。虽然扩展纱束的宽度能在一定程度上提高生产效率，但依然无法解决斜缠时在芯模中部形成的大量交叠弯曲。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速缠绕机，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种快速缠绕机，包括机架、芯模、芯模驱动机构、轴向纱铺纱头、环向缠绕装置、环向缠绕装置驱动机构和端部围缩装置；轴向纱铺纱头几何中心设置有通孔，芯模能够在通孔内上下移动，芯模驱动机构设置在机架上，芯模连接在芯模驱动机构上；机架顶部设置轴向纱铺纱头，轴向纱铺纱头用于给芯模铺放轴向纱；环向缠绕装置驱动机构设置在机架上，环向缠绕装置驱动机构连接环向缠绕装置，芯模能够穿过环向缠绕装置的中心；轴向纱铺纱头的两侧上还设置有对称的端部围缩装置。

进一步的，环向缠绕装置包括外圈、环绕电机、旋转环和环向纱纱筒；外圈套设在旋转环外侧，旋转环能够在外圈内旋转，旋转环连接环绕电机输出端，环绕电机驱动旋转环旋转；环向纱纱筒设置在旋转环内侧，环向纱纱筒用于给芯模环绕供纱。

进一步的，外圈内侧和旋转环外侧均沿圆周方向设置有轨道，两对轨道上下平进一步的，旋转环外侧设置有外齿圈，环绕电机的输出端设置有齿轮，齿轮和外齿圈啮合；环向纱纱筒侧面设置有绕纱杆，绕纱杆端部设置有导丝器。

进一步的，轴向纱铺纱头包括轴向纱筒、力矩电机、支撑板和电机轴；轴向纱筒、力矩电机和电机轴均设置在支撑板上，力矩电机输出端通过电机轴连接轴向纱筒；通孔设置在支撑板的几何中心。

进一步的，支撑板中部的通孔处安装有导纱环，导纱环的外侧有一圈导丝器，导丝器的外侧均匀布设一定数量的轴向纱筒和力矩电机，所有轴向纱筒的纱线经过对应的导丝器和导纱环在芯模外形成一个与芯模同轴且成辐射状的轴纱阵面。

进一步的，端部围缩装置包括围缩箍和围缩箍伸缩缸；围缩箍伸缩缸设置在铺纱头的支撑板两侧，围缩箍伸缩缸的输出端连接围缩箍。

进一步的，导纱环包括上圆环、下圆环和连接柱；上圆环和下圆环由一圈均布的连接柱连成一体；导纱环由紧固件固定在支板的通孔处。

进一步的，芯模驱动机构包括芯模伸缩缸、回转驱动机构、连接轴和联轴器；芯模伸缩缸设置在机架底部，芯模伸缩缸输出端连接回转驱动机构，回转驱动机构通过连接轴连接联轴器，联轴器连接芯模；芯模端部设置有封头，封头上设置有可分离扎线头。

进一步的，导纱环和一圈导丝器之间还设置有环形的胶液槽，胶液槽内设置有液槽内导丝器；连接轴上套设有接胶盘；胶液槽内设置有胶液。

与现有技术相比，本发明有以下技术效果：

本发明当芯模相对铺纱头移动时铺纱头上的轴向纱就会以近似圆柱面的形态进行轴向缠绕，芯模在伸缩时如果伴以旋转就可以实现斜缠，铺纱头超出线末端部后端部围缩箍向内收缩使轴向纱与芯模的圆柱面充分贴合，待芯模旋转180°后端部围缩箍同步向外张开，芯模反向运动进行下一层的缠绕；当需要环向缠绕时，让芯模向下远离铺纱头，环向缠绕装置就可以进行环向缠绕，芯模往复运动一次铺纱头就可以在芯模上缠绕两层，缠绕速度可提高一百倍以上，特别适合高压氢气瓶的大批量生产；

除两端部的小圆根部会出现交叠外，其它缠绕面层间均为平型过渡，没有交叠弯曲，可以使纤维的强度充分发挥；

本发明环形胶槽，在胶槽的胶液面上下设置有若干导丝器或导丝辊，轴向纱线在经过胶槽时就会自然浸胶，从而实现湿法缠绕。

设备结构简单、制造容易、编程简单，生产效率高、产品质量更稳定、制造成本更低。

附图说明

图1为本发明的缠绕机干式结构示意图；

图2本发明的缠绕机湿式结构示意图；

图3为本发明的铺放头的轴向结构示意图；

图4为本发明的导纱环结构示意图。

图5为本发明的环绕头结构示意图。

其中：1、机架；2、伸缩缸；3、伸缩缸；4、回转驱动机构；5、接胶盘；6、环绕电机；7、环向纱纱筒；9、铺丝头；10、伸缩缸；11、轴向纱；12、围缩箍；13、可分离扎线头；14、封头；15、芯模；16、导纱环；17、联轴器；18、力矩电机；19、电机轴；20、轴向纱纱筒；21、滚轮；22、环绕头；23、旋转环；24、外圈；25、连接轴；26、绕纱杆；27、支撑板；导丝器28；30、液槽内导丝器；31胶液；40、轨道；42外齿圈；43齿轮；44、上圆环；45下圆环；46连接柱；47紧固件。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进一步说明：

请参阅图1至图5：

实施例1：干式快速缠绕机

请参阅图1，是本发明一种快速缠绕机的干式缠绕机示意图。干式快速缠绕机包括机架1、轴向纱铺纱头9、芯模伸缩旋转伺服装置、环向缠绕装置22、端部围缩箍12和电气控制系统。铺纱头9为轴向纱11的铺放装置，在一个中部带有通孔的支板27两侧布设有轴向纱纱筒20、力矩电机18及围缩箍12，通孔处安装有一个导纱环16，导纱环16的外侧有一圈导丝器28，导丝器28的外侧布设有一组配置力矩电机18的轴向纱筒20，来自轴向纱筒20的纱经过导丝器28和导纱环16在芯模15外形成一个与芯模15同轴且成辐射状的轴纱阵面，当芯模15相对铺纱头9移动时，铺纱头9上的轴向纱11就会以近似圆柱面的形态进行轴向缠绕，芯模15在伸缩时如果伴以旋转就可以实现斜缠，铺纱头9超出芯模15端部后，端部围缩箍12在其伸缩缸10的作用下向内收缩使轴向纱11与芯模15的圆柱面充分贴合，待芯模旋转180°后端部围缩箍同步向外张开，芯模15反向运动进行下一层的缠绕；独立的环向缠绕装置22包含水平伸缩缸3、外圈24、环绕电机6、旋转环23、滚轮21、环向纱纱筒7和环向纱传感器，环向纱传感器包括断纱传感器、纱量传感器、近场通信模块和电池；旋转环23的轨道40和外圈24的轨道41中设有滚轮21，旋转驱动伺服电机38的轴端的齿轮43与旋转环外侧的齿轮42啮合，旋转驱动伺服电机38和伸缩缸3的协同运动，使旋转环上的环向纱纱筒7上的纱线经过绕纱杆26端部的导丝器8在芯模表面做螺旋运动从而实现环向缠绕；

实施例2：湿式快速缠绕机

请参阅图3，是本发明一种快速缠绕机的湿式缠绕机示意图。湿式快速缠绕机包括机架1、轴向纱铺纱头9、芯模伸缩旋转伺服装置、环向缠绕装置22、端部围缩箍12和电气控制系统。铺纱头9为轴向纱11的铺放装置，在一个中部带有通孔的支板27两侧布设有轴向纱纱筒20、力矩电机19及围缩箍12，通孔处安装有一个导纱环16，导纱环16的外侧有一个环形的胶液槽29，胶液槽29的胶液31下面和胶液面上有一组导丝辊或导丝器30，胶液槽29的外侧有一圈导丝器28，导丝器28的外侧布设有一组配置力矩电机18的轴向纱筒20，轴向纱20经过导丝器28和导纱环16在芯模15外形成一个与芯模15同轴且成辐射状的轴纱阵面，当芯模15相对铺纱头9移动时，铺纱头9上的轴向,纱11就会以近似圆柱面的形态进行轴向缠绕，芯模15在伸缩时如果伴以旋转就可以实现斜缠，铺纱头9超出芯模15端部后，端部围缩箍12在其伸缩缸10的作用下向内收缩使轴向纱11与芯模15的圆柱面充分贴合，待芯模旋转180°后端部围缩箍同步向外张开，芯模15反向运动进行下一层的缠绕；在芯模伸缩旋转伺服装置的回转驱动机构4的上方设有一个环形的接胶盘5；独立的环向缠绕装置22可以在铺丝头9远离芯模15后进行环向缠绕。独立的环向缠绕装置22除了象实施例1包含水平伸缩缸3、外圈24、环绕电机6、旋转环23、滚轮21、环向纱纱筒7和环向纱传感器外，还在轴向纱纱筒7和导丝器8之间设有一个上胶装置，上胶装置包含有一个充满胶液的胶囊，纱线经过胶囊时将囊内的胶也就会浸到纱线上。旋转环23的轨道40和外圈24的轨道41中设有滚轮21，旋转驱动伺服电机38的轴端的齿轮43与旋转环外侧的齿轮42啮合，旋转驱动伺服电机38和伸缩缸3的协同运动，使旋转环上的环向纱纱筒7上的纱线在挂胶后经过绕纱杆26端部的导丝器28在芯模表面做螺旋运动从而完成环向湿法缠绕。

导纱环的结构

上述实施例中所述导纱环16见图4，包含上圆环44和下圆环45并由一圈均布的光滑细连接柱46连成一体，上圆环44可由紧固件47固定在支板27的通孔处。上圆环44和下圆环45及连接柱46一般采用陶瓷或镀有坚硬表面的金属制作并进行表面研磨抛光处理，连接柱46与两个圆环之间采用焊接或粘合。导纱环包含两个内径相同且大于芯模的光滑圆环和一圈均布的光滑细连接柱，连接柱采用高硬度材料，表面抛光处理，连接柱与两个圆环之间采用焊接或粘合。由于均布的连接柱作用，轴向纱在圆环内被梳理成均匀的幅向分布，并在圆环內圆端部弧面的压迫下展宽，最终形成一个薄厚均匀的圆锥状或圆筒状的轴向纱束。

另外轴向纱纱筒数量较多时，纱筒可以布设在铺丝头外专设的的筒子架上。

本发明一种快速缠绕机主要用于诸如固体火箭发动机燃烧室、高压氢气瓶等高压容器的纤维缠绕，可以做成干式也可以做成湿式。本发明包括机架、轴向纱铺纱头、芯模伸缩旋转伺服装置、环向缠绕装置、端部围缩箍和电气控制系统。

端部围缩箍至少包含两个以上顶圆直径小于芯模外径的开口叉，每个开口叉由一个径向伸缩装置驱动，可将轴向纱围缩成一个直径小于芯模外经的圆环。

所述的恒张力装置为包含刹车机构的线轴，在重力作用下获取稳定的张力。

所述的恒张力装置还可以为力矩电机，每个轴向纱线筒都安装在一个力矩电机的输出轴上，每个电机都由恒流源供电，输出转矩大小按照工艺要求设置，

所述的轴向纱线筒为内径较大的浅纱筒，最大缠绕外径与最小缠绕外径之比小于1.5。

所述的电气控制系统包含工控计算机、可调恒流源、伺服电机控制器、位置检测传感器、轴向纱断纱传感器和环向纱传感器等。

所述的环向纱传感器包含近场通信模块、断纱传感器、储纱量传感器和电源。

实际制作缠绕机时，可以采用多种不同的形式实现铺纱头与芯模之间的相对运动。一种办法是铺丝头不动，将直线伺服和旋转伺服两部分集成于芯模伸缩旋转伺服装置中，由芯模伸缩旋转伺服装置驱动芯模完成铺纱头与芯模之间的相对运动和旋转运动。这样做比较节省空间。也可以做成铺丝头升降、芯模旋转式或芯模不动、铺丝头升降旋转式。

另外，本发明快速缠绕机除了上述的立式结构，还可以将芯模的轴线设计成水平方向，做成卧式结构，做成卧式有利于在较低的厂房安装，便于制造尺寸较长的产品。

环向缠绕装置是一个相对独立机构，可以独立的安置于芯模的外侧也可以安置在芯模旋转机构的连接轴外。环向缠绕装置主要包括环向缠绕机构和轴向升降机构两部分，其中环向缠绕机构包含一个与芯模轴线同轴的旋转环和驱动装置，驱动装置包含一个带有传动齿轮的驱动电机和与芯模同轴的环形外圈轨道，旋转环的外侧设有环形导轨和外齿圈，在旋转环的内侧安装有环向纱纱筒及张力器，旋转环的外侧导轨被导轮所夹持只能做围绕芯模轴线的旋转运动，旋转环外侧的外齿圈可被驱动装置的驱动齿轮推动使旋转环转动；

为了使轴向纱在经过封头后能与封头外沿贴合以便于轴向纱旋转，在铺丝头支板的两侧个设一组上顶圆直径小于芯模外径的开口叉，每个开口叉由一个径向伸缩装置驱动，可将轴向纱围缩成一个直径小于芯模外经的圆环。

稳恒的纱线张力是获取良好产品质量的保证，每个轴向纱的纱筒都配置有一台力矩电机并由恒流源供电，确保给纱线筒施加的扭矩稳定。要使纱线张力稳定，还需对纱线筒纱量变化的进行补偿，理想的办法是设置独立的张力传感器或在纱线筒旁设置一个纱量传感器，比较简单的方法是测量纱筒剩余纱线的外径，并根据剩余纱线的外径调整恒流源的输出电流，使从纱线筒拉出的纱线张力保持恒定。但这样会做会显著增大织造成本。对于一般要求不是很高的场合，可以选用内径较大的浅纱筒，由于满纱和最小纱量时的半径变化较小使得在电机恒扭矩输出的状态下纱线的张力变化也不大，但这样做有一个缺点，就是浅纱筒的储纱量较少。所述力矩电机可以使专门的直流力矩电机、交流力矩电机，也可以是廉价的永磁直流电机，具体视系统对张力精度的要求。

在条件许可的情况下还可以借用重力获取稳定的轴纱张力，将轴向纱引出并将所有的装有轴向纱线筒的线筒座都悬置在空中，借助重力给轴向纱施加张力，只要纱线筒的线轴重量和线筒座的重量远大于纱线筒上的纱线重量，张力就不会有多大变化。为便于纱线放出长度的调节，线筒座应有一个手控的刹车机构，该机构可以手控，也可以在碰到硬物时自行短暂释放。

本发明快速缠绕机的电气控制系统包含工控计算机、可调恒流源、伺服电机控制器、位置检测传感器、轴向纱断纱传感器和环向纱传感器等。所述的环向纱传感器包含近场通信模块、断纱传感器、储纱量传感器和电源，由于该部分功耗较小其电源一般采用可更换的蓄电池。

以上所述，仅为本发明最典型的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。所列数据也仅为描述本发明的工作原理，不表示是必须的数值。任何熟悉纤维缠和立体编织技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的等效变化或替换，都应涵盖在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种快速缠绕机，其特征在于，包括机架(1)、芯模(15)、芯模驱动机构、轴向纱铺纱头(9)、环向缠绕装置(22)、环向缠绕装置驱动机构和端部围缩装置；轴向纱铺纱头(9)几何中心设置有通孔，芯模(15)能够在通孔内上下移动，芯模驱动机构设置在机架(1)上，芯模(15)连接在芯模驱动机构上；机架(1)顶部设置轴向纱铺纱头(9)，轴向纱铺纱头(9)用于给芯模铺放轴向纱(11)；环向缠绕装置驱动机构设置在机架(1)上，环向缠绕装置驱动机构连接环向缠绕装置(22)，芯模(15)能够穿过环向缠绕装置(22)的中心；轴向纱铺纱头(9)的两侧上还设置有对称的端部围缩装置。

2.根据权利要求1所述的一种快速缠绕机，其特征在于，环向缠绕装置(22)包括外圈(24)、环绕电机(6)、旋转环(23)和环向纱纱筒(7)；外圈(24)套设在旋转环(23)外侧，旋转环(23)能够在外圈(24)内旋转，旋转环(23)连接环绕电机(6)输出端，环绕电机(6)驱动旋转环(23)旋转；环向纱纱筒(7)设置在旋转环(23)内侧，环向纱纱筒(7)用于给芯模环绕供纱。

3.根据权利要求2所述的一种快速缠绕机，其特征在于，外圈(24)内侧和旋转环(23)外侧均沿圆周方向设置有轨道(40)，两对轨道上下平行，且轨道内设置有滚轮(21)。

4.根据权利要求2所述的一种快速缠绕机，其特征在于，旋转环(23)外侧设置有外齿圈(42)，环绕电机(6)的输出端设置有齿轮(43)，齿轮(43)和外齿圈(42)啮合；环向纱纱筒(7)侧面设置有绕纱杆(26)，绕纱杆(26)端部设置有导丝器(28)。

5.根据权利要求1所述的一种快速缠绕机，其特征在于，轴向纱铺纱头(9)包括轴向纱筒(20)、力矩电机(18)、支撑板(27)和电机轴(19)；轴向纱筒(20)、力矩电机(18)和电机轴(19)均设置在支撑板(27)上，力矩电机(18)输出端通过电机轴(19)连接轴向纱筒(20)；通孔设置在支撑板(27)的几何中心。

6.根据权利要求5所述的一种快速缠绕机，其特征在于，支撑板(27)中部的通孔处安装有导纱环(16)，导纱环(16)的外侧有一圈导丝器(28)，导丝器(28)的外侧均匀布设一定数量的轴向纱筒(20)和力矩电机(18)，所有轴向纱筒(20)的纱线经过对应的导丝器(28)和导纱环(16)在芯模(15)外形成一个与芯模(15)同轴且成辐射状的轴纱阵面。

7.根据权利要求1所述的一种快速缠绕机，其特征在于，端部围缩装置包括围缩箍(12)和围缩箍伸缩缸(10)；围缩箍伸缩缸(10)设置在铺纱头(9)的支撑板(27)两侧，围缩箍伸缩缸(10)的输出端连接围缩箍(12)。

8.根据权利要求6所述的一种快速缠绕机，其特征在于，导纱环(16)包括上圆环(44)、下圆环(45)和连接柱(46)；上圆环(44)和下圆环(45)由一圈均布的连接柱(46)连成一体；导纱环(16)由紧固件(47)固定在支板(27)的通孔处。

9.根据权利要求6所述的一种快速缠绕机，其特征在于，芯模驱动机构包括芯模伸缩缸(2)、回转驱动机构(4)、连接轴(25)和联轴器(17)；芯模伸缩缸(2)设置在机架(1)底部，芯模伸缩缸(2)输出端连接回转驱动机构(4)，回转驱动机构(4)通过连接轴(25)连接联轴器(17)，联轴器(17)连接芯模(15)；芯模(15)端部设置有封头(14)，封头(14)上设置有可分离扎线头(13)。

10.根据权利要求9所述的一种快速缠绕机，其特征在于，导纱环(16)和一圈导丝器(28)之间还设置有环形的胶液槽(29)，胶液槽(29)内设置有液槽内导丝器(30)；连接轴(25)上套设有接胶盘(5)；胶液槽(29)内设置有胶液(31)。

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