CN114229584A - 一种恒张力放卷装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及碳纤维展纤技术领域，尤其涉及一种恒张力放卷装置及其控制方法，该装置包括：固定板，固定板上转动设置有转轴，纱筒固定在转轴上并跟随转轴转动以实现放卷；摩擦盘，固定在转轴上，摩擦盘与转轴同轴心设置，并且设置在转轴上靠近固定板的一侧，摩擦盘与转轴同步转动；驱动件，固定在固定板上，且朝向摩擦盘设置，驱动件的输出端固定有摩擦带，驱动件驱动摩擦带与摩擦盘接触，使得转轴转动时受到反向的摩擦力；力传感器，一端固定在纱架上，另一端与固定板连接；控制器，与驱动件以及力传感器电连接，通过调整驱动件施加在摩擦盘上的压力来控制力传感器的上的数值稳定，从而实现恒张力放卷。

Description

一种恒张力放卷装置及控制方法

技术领域

本发明涉及碳纤维展纤技术领域，尤其涉及一种恒张力放卷装置及控制方法。

背景技术

碳纤维拉挤生产线需要纱线经过放纱、集纱、预浸、预成型、成型、牵拉、收卷、检测等多个工序，把多根的纱线加工成一定宽度的复合板材；而在第一个工序放纱的过程中，需要保持一定的张力，不同种类的纱线，纱筒的卷径不一样，需要的张力也不一样；

相关技术中，为了实现恒张力放卷，采用的一种方式为在纱线放卷装置后设置一纱线摆杆以及两个储纱杆，纱线包绕经过摆杆后在两储纱杆中间挂设一砝码，通过摆杆的摆动以及控制放卷速度使得砝码在两储纱杆之间的位置不变实现纱线上张力的恒定；另一种方式是采用力矩电机实现恒张力控制；

然而上述摆杆摆动以及砝码挂设在两储纱杆中间的方式，需要根据砝码在竖直方向上的高度来调节放卷装置的放卷速度，控制难度较大；而力矩电机的经济成本较高，不利于推广使用，因此亟需一种新的替代方案实现恒张力放卷。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种恒张力放卷装置及控制方法，实现恒张力放卷，降低控制难度和成本。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一方面，本发明提供了一种恒张力放卷装置，包括：

固定板，所述固定板上转动设置有转轴，纱筒固定在所述转轴上并跟随所述转轴转动以实现放卷；

摩擦盘，固定在所述转轴上，所述摩擦盘与所述转轴同轴心设置，并且设置在所述转轴上靠近所述固定板的一侧，所述摩擦盘与所述转轴同步转动；

驱动件，固定在所述固定板上，且朝向所述摩擦盘设置，所述驱动件的输出端固定有摩擦带，所述驱动件驱动所述摩擦带与所述摩擦盘接触，使得转轴转动时受到反向的摩擦力；

力传感器，一端固定在纱架上，另一端与所述固定板连接；

控制器，与所述驱动件以及力传感器电连接，通过调整所述驱动件施加在所述摩擦盘上的压力来控制所述力传感器的上的数值稳定，从而实现恒张力放卷。

进一步地，所述驱动件为比例电磁铁。

进一步地，所述转轴为气涨轴。

进一步地，所述摩擦盘为xx材质，所述摩擦带为xx材质。

进一步地，所述驱动件的朝向与所述摩擦盘的厚度方向垂直设置，所述摩擦带与所述摩擦盘的周向面接触。

进一步地，所述摩擦带朝向所述摩擦盘的周向面的接触面为与所述摩擦盘的周向面仿形设置的弧形面。

进一步地，所述固定板上还固定有限位件，所述限位件设置在所述摩擦带的两侧位置处，所述限位件与所述驱动件的驱动方向平行设置。

进一步地，所述驱动件的驱动方向朝向所述摩擦盘的径向面设置，所述摩擦带与所述摩擦带的径向面接触。

进一步地，所述固定板朝向所述力传感器的一侧上还具有滑槽以及在所述滑槽中竖向滑动设置的支撑板，所述支撑板固定在纱架上。

进一步地，所述滑槽的深度大于所述支撑板伸入至所述滑槽内的深度。

另一方面，本发明还提供了一种上述恒张力放卷装置的控制方法，包括以下步骤：

获取摩擦盘的直径D2；

实时监测放卷过程中纱线的重量G；

根据公式F1＝F2*k1*k2*D2/G，实时调整驱动件施加在摩擦盘上的压力F2，使得公式保持恒等；

其中，F1为纱线张力，k1为摩擦系数，k2为纱筒重量与卷径的比例系数。

本发明的有益效果为：本发明通过在转轴上设置摩擦盘，通过驱动件上连接的摩擦带与摩擦盘接触，使得摩擦带与摩擦盘之间产生反向摩擦力，从而控制放卷的张力，通过与力传感器的配合，实现纱线张力的恒定，与现有技术相比，便于控制，而且成本较低。

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为本发明实施例中恒张力放卷装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中恒张力放卷装置的控制原理示意图；

图3为本发明实施例中碳纤维收放卷结构示意图；

图4为本发明实施例中恒张力放卷装置的侧视图；

图5为本发明实施例中图4中的A处局部放大图；

图6为本发明实施例中恒张力放卷装置的主视图；

图7为本发明实施例中图6中的B处局部放大图；

图8为本发明实施例中的恒张力放卷装置控制方法的步骤流程图。

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。

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。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5所示的恒张力放卷装置，包括固定板10、摩擦盘21、驱动件30、力传感器40和控制器50，其中：

如图1所示，固定板10上转动设置有转轴20，纱筒固定在转轴20上并跟随转轴20转动以实现放卷，在具体放卷时，纱筒固定在转轴20上，并跟随转轴20一同转动，从而将纱筒上的纱线进行放卷；请继续参照图3，在纱线的放纱过程中需要保持纱线上的张力恒定，否则会造成纱线在展纤过程中的不均匀；

摩擦盘21固定在转轴20上，摩擦盘21与转轴20同轴心设置，并且设置在转轴20上靠近固定板10的一侧，摩擦盘21与转轴20同步转动，将摩擦盘21设置为与转轴20同轴心转动的形式，便于对摩擦盘21进行施力，从而将摩擦盘21上受到的阻力传递给转轴20，从而达到替代传统的扭力电机的作用；

驱动件30固定在固定板10上，且朝向摩擦盘21设置，驱动件30的输出端固定有摩擦带31，驱动件30驱动摩擦带31与摩擦盘21接触，使得转轴20转动时受到反向的摩擦力；这里需要指出的是，驱动件30具有多种形式，其作用在于驱动摩擦带31朝向摩擦盘21施加正压力；

力传感器40一端固定在纱架上，另一端与固定板10连接；这里需要指出的是，在本发明实施例中，力传感器40可以是称重传感器，其作用在于测量纱筒的重量；

控制器50与驱动件30以及力传感器40电连接，通过调整驱动件30施加在摩擦盘21上的压力来控制力传感器40的上的数值稳定，从而实现恒张力放卷。控制器50为本领域常规的现有技术，如图2中所示，控制器50接收力传感器40的实时反馈，然后实现对驱动件30的控制，以改变摩擦力，从而保证纱线张力均衡；

为了便于理解，下面对整个装置的原理模型及控制方法进行介绍：

设纱线张力为F1，纱外径到轴中心的距离为R1，摩擦力为f，摩擦盘21直径为D2，摩擦系数为k1，驱动件30驱动摩擦带31施加在摩擦盘21上的压力为F2、力传感器40检测到的纱线重量为G，则：

纱线张力力矩与摩擦力力矩平衡：

F1*R1＝f*D2/2；

带入摩擦系数得到：

F1*R1＝F2*k1*D2；

对等式做变形可得：

F1＝F2*k1*D2/R1 ①；

由于D2、k1为常数，因此可以得出，纱线张力与施加的压力和纱外径到轴中心的距离之比成正比；

由于纱线在放卷时为逐层放卷，随着纱线重量的降低，纱筒卷径也逐渐变小，因此可以得出：纱线重量G与纱筒卷径R1成正比关系，设比例系数为k2，继续计算纱筒重量与纱筒卷径之间的关系可以得出：

G＝K2*R1，调整关系可以得到：R1＝G/k2 ②；

将公式1与公式2进行合并可以得出：

F1＝F2*k1*k2*D2/G ③；

从公式③可以得出，由于k1、k2、D2都是常识，因此，只要调整F2与G的关系，就可以保证F1的恒定；具体在调整时，纱线重量G大则增加压力F2，随着纱线重量G的降低，减小压力F2，即可实现控制纱线上张力的恒定。

如图8中所示，在上述原理的基础上，对本发明实施例中的控制方法进行解释：

S10：获取摩擦盘的直径D2；

S20：实时监测放卷过程中纱线的重量G；

S30：根据公式F1＝F2*k1*k2*D2/G，实时调整驱动件施加在摩擦盘上的压力F2，使得公式保持恒等；

其中，F1为纱线张力，k1为摩擦系数，k2为纱筒重量与卷径的比例系数。

通过上述实时控制，实现了纱线恒张力放卷，与现有技术比，不仅控制方法简单，还节省了复杂昂贵的扭力电机所需的费用，具备显著的进步。

在本发明实施例中，驱动件30为比例电磁铁。比例电磁铁的输出轴与摩擦带31连接，由于比例电磁铁输出的力与控制电流成正比，因此，调整比例电磁铁的控制电流即可实现对压力的调整。

在上述实施例中，通过在转轴20上设置摩擦盘21，通过驱动件30上连接的摩擦带31与摩擦盘21接触，使得摩擦带31与摩擦盘21之间产生反向摩擦力，从而控制放卷的张力，通过与力传感器40的配合，实现纱线张力的恒定，与现有技术相比，便于控制，而且成本较低。

在上述实施例的基础上，在本发明实施例中，转轴20为气涨轴。通过气涨轴的设置，便于对纱筒的上下料，既可以保证纱筒固定的稳定性，又能够提高施工便捷性。

在本发明实施例中，摩擦盘21为塑料材质，摩擦带31为尼龙材质。在本发明实施例中，驱动件30的驱动方向有多种形式设定，如图1、图4和图5中所示，在本发明的第一个实施例中，采用在竖直方向施力的形式，即驱动件30的朝向与摩擦盘21的厚度方向垂直设置，摩擦带31与摩擦盘21的周向面接触。

为了进一步提高摩擦带31与摩擦盘21轴向的接触面积，如图5中所示，摩擦带31朝向摩擦盘21的周向面的接触面为与摩擦盘21的周向面仿形设置的弧形面。通过弧形面的设置，提高了摩擦效果；由于在摩擦盘21转动时，摩擦带31横向受力，为了提高摩擦带31的使用寿命，在本发明实施例中，请继续参照图5，固定板10上还固定有限位件32，限位件32设置在摩擦带31的两侧位置处，限位件32与驱动件30的驱动方向平行设置。通过限位件32的设置，减少了摩擦带31由于摩擦横向受力而脱落的情形，提高了装置的使用寿命。

实施例二

在本发明的第二个实施例中，将驱动件30的驱动方向设置为水平，其余部件的设置均与实施例一相同，这里不再进行赘述；

如图6中所示，驱动件30的驱动方向朝向摩擦盘21的径向面设置，摩擦带31与摩擦带31的径向面接触。通过这种设置，可以保证摩擦带31与摩擦盘21的接触面积，从而提高了施力的可控性。

在本发明实施例中，由于在纱线的放卷过程中，如图3中所示，在水平方向也对纱筒具有一定的拉力，为了提高装置的使用寿命，设置了在竖直方向上的支撑结构，如图7中所示，固定板10朝向力传感器40的一侧上还具有滑槽61以及在滑槽61中竖向滑动设置的支撑板60，支撑板60固定在纱架上，这样，通过滑槽61弧支撑板60的配合，允许固定板10在竖直方向上由于纱筒重量的改变而产生轻微变形，但在水平方向上由于滑槽61弧支撑板60的配合，可以减少在水平方向上的受力，从而提高装置的使用寿命；具体的，滑槽61的深度大于支撑板60伸入至滑槽61内的深度，由于力传感器40在测量时可能会发生些许弯曲，通过设置支撑板60伸入滑槽61深度的阈值设置，提高了装置的使用寿命的同时又可以保证测量的精度。

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)

1.一种恒张力放卷装置，其特征在于，包括：

固定板，所述固定板上转动设置有转轴，纱筒固定在所述转轴上并跟随所述转轴转动以实现放卷；

摩擦盘，固定在所述转轴上，所述摩擦盘与所述转轴同轴心设置，并且设置在所述转轴上靠近所述固定板的一侧，所述摩擦盘与所述转轴同步转动；

驱动件，固定在所述固定板上，且朝向所述摩擦盘设置，所述驱动件的输出端固定有摩擦带，所述驱动件驱动所述摩擦带与所述摩擦盘接触，使得转轴转动时受到反向的摩擦力；

力传感器，一端固定在纱架上，另一端与所述固定板连接

控制器，与所述驱动件以及力传感器电连接，通过调整所述驱动件施加在所述摩擦盘上的压力来控制所述力传感器的上的数值稳定，从而实现恒张力放卷。

2.根据权利要求1所述的恒张力放卷装置，其特征在于，所述驱动件为比例电磁铁。

3.根据权利要求1所述的恒张力放卷装置，其特征在于，所述转轴为气涨轴。

4.根据权利要求1所述的恒张力放卷装置，其特征在于，所述摩擦盘为xx材质，所述摩擦带为xx材质。

5.根据权利要求2所述的恒张力放卷装置，其特征在于，所述驱动件的朝向与所述摩擦盘的厚度方向垂直设置，所述摩擦带与所述摩擦盘的周向面接触。

6.根据权利要求5所述的恒张力放卷装置，其特征在于，所述摩擦带朝向所述摩擦盘的周向面的接触面为与所述摩擦盘的周向面仿形设置的弧形面。

7.根据权利要求5所述的恒张力放卷装置，其特征在于，所述固定板上还固定有限位件，所述限位件设置在所述摩擦带的两侧位置处，所述限位件与所述驱动件的驱动方向平行设置。

8.根据权利要求2所述的恒张力放卷装置，其特征在于，所述驱动件的驱动方向朝向所述摩擦盘的径向面设置，所述摩擦带与所述摩擦带的径向面接触。

9.根据权利要求1至8任一项所述的恒张力放卷装置，其特征在于，所述固定板朝向所述力传感器的一侧上还具有滑槽以及在所述滑槽中竖向滑动设置的支撑板，所述支撑板固定在纱架上。

10.一种恒张力放卷装置的控制方法，应用于如权利要求1至9任一项所述的恒张力放卷装置中，其特征在于，包括以下步骤：

获取摩擦盘的直径D2；

实时监测放卷过程中纱线的重量G；

根据公式F1=F2*k1*k2*D2/G，实时调整驱动件施加在摩擦盘上的压力F2，使得公式保持恒等；

其中，F1为纱线张力，k1为摩擦系数，k2为纱筒重量与卷径的比例系数。

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