CN114671604A - 一种抗弯曲的拉丝设备 - Google Patents

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Abstract

本发明属于玻璃拉丝领域，尤其涉及一种抗弯曲的拉丝设备，它包括在立架内定位杆上自上而下依次分布的送料机构、加热机构、测径仪、拉丝机构、快冷机构、切丝机构、接料筒，其特征在于：所述拉丝机构包括固定板、电机、皮带、隔热层、隔热板、顶板、电动推杆，其中固定于立架内的两个固定板之间对称安装有两个通过相互夹持而向下拉动玻璃丝且分别被对应电机驱动的弹性皮带。拉丝机构对玻璃丝的缓慢冷却和快冷机构对经过拉丝机构的玻璃丝的快速冷却有效地消除了玻璃丝因高温急速冷却而产生的内应力，进而避免了玻璃丝因内应力存在而产生的弯曲现象，提高玻璃丝成品的质量提高玻璃丝拉丝效率。

Description

一种抗弯曲的拉丝设备
技术领域
本发明属于玻璃拉丝领域，尤其涉及一种抗弯曲的拉丝设备。
背景技术
微通道板（MCP）拥有优异的电子倍增功能，在微光夜视领域有很广泛的运用。在南京理工大学相关项目中已经针对微通道板用的高精度玻璃拉丝进行了充分的研究，如在李杰的名为《用于MCP的高精度玻璃拉丝结构设计与可靠性分析》的硕士论文中对微通道板用的高精度玻璃拉丝已经进行了全面的介绍，但在后续的使用中还存在因玻璃棒加热温度过高而拉出的玻璃丝具有一定程度的弯曲，玻璃丝的内应力无法得到很好的消除。
本发明设计一种抗弯曲的拉丝设备解决如上问题。
发明内容
为解决现有技术中的所述缺陷，本发明公开一种抗弯曲的拉丝设备，它是采用以下技术方案来实现的。
在本发明的描述中需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”等指示方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或者位置关系，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
一种抗弯曲的拉丝设备，它包括在立架内定位杆上自上而下依次分布的送料机构、加热机构、测径仪、拉丝机构、快冷机构、切丝机构、接料筒，其特征在于：所述拉丝机构包括固定板、电机、皮带、隔热层、隔热板、顶板、电动推杆，其中固定于立架内的两个固定板之间对称安装有两个通过相互夹持而向下拉动玻璃丝且分别被对应电机驱动的弹性皮带；固定板上水平相向或相背运动有两组被电动推杆驱动且通过与皮带的一一对应配合来为两个皮带夹持玻璃丝提供夹持力的顶板；固定板上具有减小两个皮带夹持玻璃丝的有效长度且使两个皮带对玻璃丝进行均匀分段夹持的结构；两个固定板上对称安装有两个隔热板，两个隔热板与两个皮带上的软质隔热层共同形成较小玻璃丝热量散失的隔热空间。
所述快冷机构包括环套、半导体制冷元件、铁板、螺旋片，其中隔热材质的环套内具有环槽，环槽内壁均匀分布的若干安装槽内均安装有半导体制冷元件，每个半导体制冷元件均通过安装于其上的铁板与环套中部空间进行热量交换；环槽内安装有与环套同轴线的螺旋片，螺栓片将环槽内空间分隔成两个与外界空气进行热交换的螺旋通道。
作为本技术的进一步改进，所述固定板通过其背面两个U架与卡箍的螺栓连接固定于两个定位杆上；每个皮带均安装于固定板上的三个带轮A上，一个带轮A所在的轮轴与相应电机的输出轴传动连接。
作为本技术的进一步改进，所述皮带对应的相应一组顶板的数量为3，且三个顶板竖直均匀间隔分布，任意相邻两个顶板之间均安装有通过将相应皮带内凹而减小皮带与玻璃丝作用长度的带轮B；每个顶板上均具有顶杆，每个顶杆均滑动水平滑动于固定板上的导套内。导套为顶杆提供运动导轨。每组顶板的顶杆均同步连接并并相应一组电动推杆驱动。
作为本技术的进一步改进，所述顶板的上下端均安装有与皮带配合的导辊。导辊可以有效避免顶杆的上下端对皮带的磨损，变滑动摩擦为滚动摩擦，保护皮带延长其使用寿命，同时，减小皮带的运行阻力，减小电机运行耗能。
作为本技术的进一步改进，所述环套通过其上两个L板与卡箍的螺栓连接固定于两个定位杆上；环套的外侧壁下端具有连通环槽与气泵的进气口，环套外侧壁上端具有与环槽相通的出气口。进气口位于下端而出气口位于上端是根据加热后的空气比重较小更加适宜于自下而上的运动，便于进入环槽内的空气可以对全部半导体制冷元件散发的热量进行高效散除。
作为本技术的进一步改进，所述皮带外侧隔热层的导热系数小于0.03W/(m·K)，隔热板的导热系数小于0.03W/(m·K)，有效减小玻璃丝上的热量因其与皮带上隔热层接触而导致的热量交换，最大限度地保护玻璃丝的热量不会出现较多散失。
作为本技术的进一步改进，所述带轮B由导热系数小于0.03W/(m·K)的隔热材料制成(m·K)的隔热材料制成。带轮B与两侧隔热板及皮带上的隔热层共同形成一个密闭的隔热空间，防止玻璃丝上的热量辐射发生大量散失。
作为本技术的进一步改进，所述顶板的竖直尺寸为20CM；任意竖直相邻两个顶板的间距为40CM。
作为本技术的进一步改进，所述皮带所对应的三个带轮A最大水平间距为50CM，最大竖直间距为240CM；环套的高度为120CM。
相对于传统的玻璃拉丝设备，本发明中的拉丝机构在其对玻璃丝向下拉动的过程中对玻璃丝进行了从800摄氏度向400摄氏度应变温度的缓慢冷却，使得玻璃丝由高弹状态向玻璃状态转变，而本发明中的快冷机构对经过拉丝机构的玻璃丝进行由400摄氏度应变温度至环境温度的快速冷却。拉丝机构对玻璃丝的缓慢冷却和快冷机构对经过拉丝机构的玻璃丝的快速冷却有效地消除了玻璃丝因高温急速冷却而产生的内应力，进而避免了玻璃丝因内应力存在而产生的弯曲现象，提高玻璃丝成品的质量提高玻璃丝拉丝效率。本发明结构简单，具有较好的使用效果。
附图说明
图1是本发明整体示意图。
图2是拉丝机构及快冷机构的安装固定方式示意图。
图3是拉丝机构及其内带轮A驱动方式剖面示意图。
图4是拉丝机构整体剖面示意图。
图5是拉丝机构中两个皮带上隔热层与玻璃丝配合剖面示意图。
图6是顶板、皮带、隔热层及玻璃丝配合剖面示意图。
图7是快冷机构及其剖面示意图。
图8是环套剖面示意图。
图中标号名称：1、立架；2、定位杆；3、送料机构；4、加热机构；5、测径仪；6、拉丝机构；7、固定板；8、U架；9、卡箍；10、螺栓；11、带轮A；12、轮轴；13、电机；14、皮带；15、隔热层；16、隔热板；17、带轮B；18、顶杆；19、顶板；20、导辊；21、导套；22、电动推杆；23、玻璃丝；24、快冷机构；25、环套；26、环槽；27、安装槽；28、进气口；29、出气口；30、L板；31、半导体制冷元件；32、铁板；33、螺旋片；34、切丝机构；35、接料筒。
具体实施方式
附图均为本发明实施的示意图，以便于理解结构运行原理。具体产品结构及比例尺寸根据使用环境结合常规技术确定即可。
如图1所示，它包括在立架1内定位杆2上自上而下依次分布的送料机构3、加热机构4、测径仪5、拉丝机构6、快冷机构24、切丝机构34、接料筒35，其特征在于：所述拉丝机构6包括固定板7、电机13、皮带14、隔热层15、隔热板16、顶板19、电动推杆22，其中如图3、4所示，固定于立架1内的两个固定板7之间对称安装有两个通过相互夹持而向下拉动玻璃丝23且分别被对应电机13驱动的弹性皮带14；固定板7上水平相向或相背运动有两组被电动推杆22驱动且通过与皮带14的一一对应配合来为两个皮带14夹持玻璃丝23提供夹持力的顶板19；固定板7上具有减小两个皮带14夹持玻璃丝23的有效长度且使两个皮带14对玻璃丝23进行均匀分段夹持的结构；如图4、5所示，两个固定板7上对称安装有两个隔热板16，两个隔热板16与两个皮带14上的软质隔热层15共同形成较小玻璃丝23热量散失的隔热空间。
如图7所示，所述快冷机构24包括环套25、半导体制冷元件31、铁板32、螺旋片33，其中如图7、8所示，隔热材质的环套25内具有环槽26，环槽26内壁均匀分布的若干安装槽27内均安装有半导体制冷元件31，每个半导体制冷元件31均通过安装于其上的铁板32与环套25中部空间进行热量交换；环槽26内安装有与环套25同轴线的螺旋片33，螺栓10片将环槽26内空间分隔成两个与外界空气进行热交换的螺旋通道。
如图2所示，所述固定板7通过其背面两个U架8与卡箍9的螺栓10连接固定于两个定位杆2上；每个皮带14均安装于固定板7上的三个带轮A11上，一个带轮A11所在的轮轴12与相应电机13的输出轴传动连接。
如图4所示，所述皮带14对应的相应一组顶板19的数量为3，且三个顶板19竖直均匀间隔分布，任意相邻两个顶板19之间均安装有通过将相应皮带14内凹而减小皮带14与玻璃丝23作用长度的带轮B17；如图4、5所示，每个顶板19上均具有顶杆18，每个顶杆18均滑动水平滑动于固定板7上的导套21内。导套21为顶杆18提供运动导轨。每组顶板19的顶杆18均同步连接并并相应一组电动推杆22驱动。
如图6所示，所述顶板19的上下端均安装有与皮带14配合的导辊20。导辊20可以有效避免顶杆18的上下端对皮带14的磨损，变滑动摩擦为滚动摩擦，保护皮带14延长其使用寿命，同时，减小皮带14的运行阻力，减小电机13运行耗能。
如图2所示，所述环套25通过其上两个L板30与卡箍9的螺栓10连接固定于两个定位杆2上；如图7、8所示，环套25的外侧壁下端具有连通环槽26与气泵的进气口28，环套25外侧壁上端具有与环槽26相通的出气口29。进气口28位于下端而出气口29位于上端是根据加热后的空气比重较小更加适宜于自下而上的运动，便于进入环槽26内的空气可以对全部半导体制冷元件31散发的热量进行高效散除。
如图4、5所示，所述皮带14外侧隔热层15的导热系数小于0.03W/(m·K)，隔热板16的导热系数小于0.03W/(m·K)，有效减小玻璃丝23上的热量因其与皮带14上隔热层15接触而导致的热量交换，最大限度地保护玻璃丝23的热量不会出现较多散失。
如图4所示，所述带轮B17由导热系数小于0.03W/(m·K)的隔热材料制成(m·K)的隔热材料制成。带轮B17与两侧隔热板16及皮带14上的隔热层15共同形成一个密闭的隔热空间，防止玻璃丝23上的热量辐射发生大量散失。
如图4所示，所述顶板19的竖直尺寸为20CM；任意竖直相邻两个顶板19的间距为40CM。
如图4所示，所述皮带14所对应的三个带轮A11最大水平间距为50CM，最大竖直间距为240CM；环套25的高度为120CM。
本发明中的电机13为伺服电机13，其型号为SGM7J-04A，其额定转速为3000r/min，额定转矩为1.27N·m，额定电流为2.5A，转子转动惯为0.486*kg·。
本发明的工作流程：在初始状态，拉丝机构6中的两个皮带14之间具有间隙，每个顶板19均紧紧抵压皮带14，皮带14处于绷紧状态。
当玻璃丝23到达拉丝机构6的两个皮带14之间前，先启动快冷机构24中的半导体制冷元件31，保证全部半导体制冷元件31经相应铁板32使得环套25中部空间的温度达到并保持-10摄氏度。
当玻璃丝23到达拉丝机构6的两个皮带14之间时，启动两个电机13和全部的电动推杆22，两个电机13分别通过相应轮轴12和带轮A11带动相应皮带14运动。两组顶板19分别在相应若干电动推杆22推动下相向运动并使得两个皮带14以竖直均匀间隔的三段较小长度部位对经过的玻璃丝23进行有效夹持，使得玻璃丝23因位于两个皮带14上隔热层15和两个隔热板16的包裹中而不会向外辐射较多热量，保证玻璃丝23的温度损失达到最小，使得玻璃丝23在拉丝机构6的两个皮带14之间的运动过程中达到缓慢冷却的目的。两个皮带14分别因相应三个顶板19的运动而发生小幅度的弹性拉伸并持续保持绷紧。
每个皮带14上因相应三个顶板19作用而产生的竖直均匀间隔的三段对玻璃丝23夹持的部位可以有效地减小皮带14上隔热层15与玻璃丝23的直接接触长度，在保证皮带14对玻璃丝23产生有效拉力的同时有效减小玻璃丝23因其与皮带14隔热层15直接接触而产生热交换所导致的热量损失。
由于皮带14上的隔热层15、隔热板16及带轮B17均由导热系数导热系数小于0.03W/(m·K)的材料制成，所以被皮带14夹持的玻璃丝23向周围环境辐射的热量较小，从而保证玻璃丝23在拉丝机构6的两个皮带14之间进行缓慢冷却并最终使得玻璃丝23达到其400摄氏度的应变温度，实现玻璃丝23由高弹状态向玻璃状态的转变。
当从拉丝机构6的两个皮带14之间出来的玻璃状态的玻璃丝23进入快冷机构24的环套25中时，环套25内部空间的-10摄氏度低温可以对玻璃丝23进行快速的冷却降温，最终使得玻璃丝23快速达到环境温度并实现玻璃丝23内应力的消除，避免玻璃丝23在成品后因存在内应力而发生弯曲影响玻璃丝23产品的质量。
经过去应力处理的玻璃丝23到达切丝机构34后被切割成长度相同的玻璃丝23纤维段并被集中收集于接料筒35内。
当玻璃丝23生产结束时，启动电动推杆22带动两组顶板19相背运动复位并停止两个电机13的运行，两个皮带14恢复初始间距。接着停止快冷机构24中的全部半导体制冷元件31的运行即可。
在拉丝机构6及快冷机构24对玻璃丝23进行去应力处理过程中，玻璃丝23先由800摄氏度的熔融温度缓慢冷却至其400摄氏度应变温度，再由400摄氏度应变温度快速冷却至环境温度，实现玻璃丝23由高弹状态向玻璃状态的转变，从而对玻璃丝23内应力进行有效消除，避免玻璃丝23因存在内应力而产生弯曲，提高玻璃丝23生产质量。
改进后的拉丝设备依然能满足如下设计要求：
1、送料速度为0.1mm/min~20mm/min。
2、加热系统最高温度为999.9℃，正常工作温度为750℃。
3、拉丝速度为0.25m/min/12m/min，拉丝速度分辨率为0.01m/min。
经过设计，在拉丝速度为3m/min，带轮直径为50mm，电机13减速比为1:50，电机13最大转速为3000r/min的情况下，拉丝系统的外部激励为50Hz，远离各阶拉丝系统的固有频率，即该系统不会发生共振破坏。
综上所述，本发明的有益效果为：本发明中的拉丝机构6在其对玻璃丝23向下拉动的过程中对玻璃丝23进行了从800摄氏度向400摄氏度应变温度的缓慢冷却，使得玻璃丝23由高弹状态向玻璃状态转变，而本发明中的快冷机构24对经过拉丝机构6的玻璃丝23进行由400摄氏度应变温度至环境温度的快速冷却。拉丝机构6对玻璃丝23的缓慢冷却和快冷机构24对经过拉丝机构6的玻璃丝23的快速冷却有效地消除了玻璃丝23因高温急速冷却而产生的内应力，进而避免了玻璃丝23因内应力存在而产生的弯曲现象，提高玻璃丝23成品的质量提高玻璃丝23拉丝效率。

Claims (9)

1.一种抗弯曲的拉丝设备，它包括在立架内定位杆上自上而下依次分布的送料机构、加热机构、测径仪、拉丝机构、快冷机构、切丝机构、接料筒，其特征在于：所述拉丝机构包括固定板、电机、皮带、隔热层、隔热板、顶板、电动推杆，其中固定于立架内的两个固定板之间对称安装有两个通过相互夹持而向下拉动玻璃丝且分别被对应电机驱动的弹性皮带；固定板上水平相向或相背运动有两组被电动推杆驱动且通过与皮带的一一对应配合来为两个皮带夹持玻璃丝提供夹持力的顶板；固定板上具有减小两个皮带夹持玻璃丝的有效长度且使两个皮带对玻璃丝进行均匀分段夹持的结构；两个固定板上对称安装有两个隔热板，两个隔热板与两个皮带上的软质隔热层共同形成较小玻璃丝热量散失的隔热空间；
所述快冷机构包括环套、半导体制冷元件、铁板、螺旋片，其中隔热材质的环套内具有环槽，环槽内壁均匀分布的若干安装槽内均安装有半导体制冷元件，每个半导体制冷元件均通过安装于其上的铁板与环套中部空间进行热量交换；环槽内安装有与环套同轴线的螺旋片，螺栓片将环槽内空间分隔成两个与外界空气进行热交换的螺旋通道。
2.根据权利要求1所述的一种抗弯曲的拉丝设备，其特征在于：所述固定板通过其背面两个U架与卡箍的螺栓连接固定于两个定位杆上；每个皮带均安装于固定板上的三个带轮A上，一个带轮A所在的轮轴与相应电机的输出轴传动连接。
3.根据权利要求1所述的一种抗弯曲的拉丝设备，其特征在于：所述皮带对应的相应一组顶板的数量为3，且三个顶板竖直均匀间隔分布，任意相邻两个顶板之间均安装有通过将相应皮带内凹而减小皮带与玻璃丝作用长度的带轮B；每个顶板上均具有顶杆，每个顶杆均滑动水平滑动于固定板上的导套内；每组顶板的顶杆均同步连接并并相应一组电动推杆驱动。
4.根据权利要求3所述的一种抗弯曲的拉丝设备，其特征在于：所述顶板的上下端均安装有与皮带配合的导辊。
5.根据权利要求1所述的一种抗弯曲的拉丝设备，其特征在于：所述环套通过其上两个L板与卡箍的螺栓连接固定于两个定位杆上；环套的外侧壁下端具有连通环槽与气泵的进气口，环套外侧壁上端具有与环槽相通的出气口。
6.根据权利要求1所述的一种抗弯曲的拉丝设备，其特征在于：所述皮带外侧隔热层的导热系数小于0.03W/(m·K)；隔热板的导热系数小于0.03W/(m·K)。
7.根据权利要求1所述的一种抗弯曲的拉丝设备，其特征在于：所述带轮B由导热系数小于0.03W/(m·K)的隔热材料制成(m·K)的隔热材料制成。
8.根据权利要求1所述的一种抗弯曲的拉丝设备，其特征在于：所述顶板的竖直尺寸为20CM；任意竖直相邻两个顶板的间距为40CM。
9.根据权利要求1所述的一种抗弯曲的拉丝设备，其特征在于：所述皮带所对应的三个带轮A最大水平间距为50CM，最大竖直间距为240CM；环套的高度为120CM。
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