CN115094525B - 一种喷头清理装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为解决与纺丝喷头接触并交互的带有运动件的清理组件不能与纺丝喷头形成良好接触的问题，提供了一种喷头清理装置及其控制方法，喷头清理装置包括：实体单元、驱动单元和中控单元，响应于中控单元发出的控制信号而带动纺丝喷头进行多维度运动的驱动单元能够使得纺丝喷头在实体单元的插入区域中与实体单元的摩擦件的接触位置位于摩擦件的最优工作区域内，其中，摩擦件的最优工作区域能够限定为该摩擦件的侧面中朝向相邻摩擦件一侧的至少部分区域；喷头清理装置的控制方法是基于喷头清理装置中的中控单元所生成的控制信号而执行的。本发明在中控单元的驱动下，使得纺丝喷头与实体单元的接触程度可基于不同清理需求而调节，以灵活完成清理工作。
Description
技术领域
本发明涉及静电纺丝技术领域，尤其涉及一种喷头清理装置及其控制方法。
背景技术
静电纺丝技术是利用高压电场产生的电场力，激发喷嘴的泰勒锥形成喷射流，并最终获得纳米纤维的一种技术。这种纺丝技术是生产纳米纤维最方便、最直接和最经济的方法之一，很多聚合物溶液和熔体都可用作原材料以制得纳米纤维。该方法已成为开发纳米材料的热点，并开拓了纳米纤维的潜在应用，如可将各种离散的纳米物质(碳纳米管、陶瓷粉等)纺制成连续性纳米纤维，从而获得高性能复合材料。此外，采用静电纺丝技术生产的纳米产品可用于过滤、阻隔、分离膜、服装材料、生物医用材料和新型轻质复合材料等，在生物、医药、能源、环境、先进制造技术和国防等方面显示出了巨大的应用前景。
静电纺丝装置纺丝过程中，由于空气干燥、环境温度低等原因，使得熔融物出丝后在喷头出口处凝固，如果不及时清除凝固物，不仅会导致不能出丝，影响实验的进行，更会导致熔融物在喷头处凝固，从而增加拆卸注射器、清洗喷头等操作步骤，造成时间的浪费，不利于实验的有效进行。
CN1293238C公开了一种纺丝喷嘴清理装置和清理方法，其用于清理带有喷出纺丝的纺丝板表面和防止纺丝板表面温度急剧下降。纺丝喷嘴清理装置包括旋转机构，旋转机构使两个刮板旋转来清理纺丝板表面；和丝真空装置，可在清理期间使纺丝处于真空，其中丝真空装置包括真空路径形成部件，以向纺丝提供真空路径，真空路径形成部件设有多个空气真空孔，以便在施加真空期间抽真空。
但现有技术既需要通过旋转机构使两个刮板旋转来清理纺丝板表面，还需要丝真空装置在清理期间使纺丝处于真空状态，其存在清理工序复杂、安装和运行成本较高、清理的掉落物容易进入旋转机构的缝隙中进而影响正常运行等缺点。现有技术中存在以下技术问题：现有技术中例如上述旋转机构的各类能够与纺丝喷头接触并交互的清理组件并不能与纺丝喷头形成良好的接触，尤其是对于可旋转的刮板而言，其作为持续旋转的运动件较难以控制其与纺丝喷头之间的接触程度，当接触程度较小时，无法将干涸纺丝溶液完全刮下；当接触程度较大时，则可能会被纺丝喷头卡住而停止旋转，进而也无法完成清理工作。
此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。
发明内容
针对现有技术之不足，本发明提供了一种喷头清理装置及其控制方法，以解决现有技术存在的上述技术问题。
本发明公开了一种喷头清理装置，其包括：
实体单元，用于与纺丝喷头接触并交互，以清理附着于纺丝喷头外壁上的干涸纺丝溶液；驱动单元，用于调节纺丝喷头与实体单元之间的相对位置；中控单元，用于对喷头清理装置的清理过程进行综合调控，以保证对纺丝喷头的清理效果。
响应于中控单元发出的控制信号而带动纺丝喷头进行多维度运动的驱动单元能够使得纺丝喷头在实体单元的插入区域中与实体单元的摩擦件的接触位置位于摩擦件的最优工作区域内，其中，摩擦件的最优工作区域能够限定为该摩擦件的侧面中朝向相邻摩擦件一侧的至少部分区域。
本发明为了解决摩擦件与纺丝喷头接触位置不可确定的问题而限定清理过程发生在实体单元的摩擦件的最优工作区域内。由于边缘效应，摩擦件的侧壁可划分为最优工作区域和其他工作区域，优选地，摩擦件的最优工作区域可限定为该摩擦件的侧面中朝向相邻摩擦件一侧的至少部分区域，其中，至少部分区域可以在其轴向位置的1/3至2/3的区间内。进一步地，为避免经过重复多次清理工作后纺丝喷头对摩擦件侧壁的同一位置过度摩擦而导致清理效果降低的情况出现，配置单元可定期或不定期地对实体单元进行调整，使得纺丝喷头在摩擦件上的摩擦位置能够在最优工作区域的限定范围内灵活变动，进而保证了清理效果，其中，配置单元对实体单元的调整方式可包括通过调节支撑柱之间的间距以调节摩擦件之间的间距，进而改变纺丝喷头与相应摩擦件侧壁的接触位置；配置单元对实体单元的调整方式还可包括更换斜度不同的摩擦件，进而改变纺丝喷头与相应摩擦件侧壁的接触位置。优选地，最优工作区域可选择相比于其他工作区域摩擦系数更高的材质制成或涂覆具有更大摩擦阻力的涂层，以使得最优工作区域能够具有更高的清理效果，同时仅有部分区域采用特殊结构设置也降低了生产成本。
根据一种优选实施方式，纺丝喷头在驱动单元的带动下至少沿第一方向进入实体单元的插入区域并于接触位置与相应的摩擦件接触，中控单元能够控制驱动单元持续对处在接触位置的纺丝喷头施加至少沿第一方向的作用力，其中，插入区域为实体单元中接触于同一纺丝喷头的相邻两个摩擦件之间形成的间隙区域。
本发明为实现纺丝喷头与摩擦件的相对位移而设置的驱动单元可完成多维度运动，中控单元对驱动单元的调控方式是通过驱动单元驱动纺丝喷头以更靠近于摩擦件的方式沿第一方向深入插入区域，以提高纺丝喷头对相应两侧摩擦件的压力，进而提高纺丝喷头在后续运动中与摩擦件之间的摩擦力，以此实现清理效果的提升。
根据一种优选实施方式，纺丝喷头在接触位置与相应的摩擦件接触后，中控单元能够驱动与摩擦件内的空腔连通的调气单元进行充气，以至少在摩擦件外壁产生部分形变的方式增加纺丝喷头与摩擦件的接触面积。
为解决现有技术中纺丝喷头与相应摩擦件接触效果不好的问题，本发明配置的调气单元可对摩擦件内的空腔进行充气。进一步地，摩擦件的膨胀程度包括空腔的膨胀体积和空腔的膨胀方向，其中，空腔的膨胀体积和空腔的膨胀方向均受制于调气单元的充气量和摩擦件不同区域的材质形变系数。优选地，呈环形结构的空腔可至少包括靠近于摩擦件外壁的外层和靠近于摩擦件中空区域的内层，空腔的膨胀方向可以沿大致垂直于外层的方向和/或大致垂直于内层的方向，其中，空腔沿大致垂直于外层的方向进行膨胀，可使得摩擦件的外壁能够由大致呈线性结构的自然状态转变为至少部分区域具有细微弧度的形变幅度，进而通过产生的细微弧度扩大摩擦件与纺丝喷头的接触面积，使得纺丝喷头在驱动单元的驱动下沿第二方向运动时能够被摩擦件扫掠过更大的面积，以此提高清理效果；空腔沿大致垂直于内层的方向进行膨胀，可使得摩擦件能够以缩紧中空区域的方式增加其与支撑柱的连接稳定度，从而避免清理过程中摩擦件与支撑柱发生相对滑动而影响清理效果。
优选地，在摩擦件的空腔中，外层结构能够以相比于内层结构具有更大可形变幅度的方式配置，以使得调气单元在对摩擦件的空腔进行充气时，外层结构受到气体的压迫而更多地驱使摩擦件的外壁向外膨胀，进而保证对相应纺丝喷头的卡合，同时，内层结构仅需较小的形变幅度就可将中空区域与支撑柱之间的缝隙填满，以此保证摩擦件与支撑柱之间的稳定连接，因此，摩擦件按照上述方式配置可实现对充入气体的最优化利用。
根据一种优选实施方式，中控单元能够将调气单元的充气量限定在最大阈值和最小阈值之间，以使得因充气膨胀的摩擦件能够稳定地连接于基部中相应的支撑柱外侧，并以增加接触面积的方式允许纺丝喷头在摩擦件的最优工作区域上进行滑动摩擦。
进一步地，中控单元能够对调气单元的充气量进行调节，以使得被充气后的摩擦件既可以稳定地连接于支撑柱，又能够以增加至少部分接触面积的方式接触于纺丝喷头，还可以允许纺丝喷头在驱动单元的驱动下沿第二方向运动，即中控单元对调气单元的充气量的调节方式至少是基于摩擦件与支撑柱的连接稳定度、摩擦件与纺丝喷头的接触面积和/或摩擦件与纺丝喷头的运动灵活度而确定的。换言之，中控单元可将调气单元的充气量限定在最大阈值和最小阈值之间，其中，最大阈值至少可由摩擦件与纺丝喷头的运动灵活度确定，最小阈值可由摩擦件与支撑柱的连接稳定度、摩擦件与纺丝喷头的接触面积之中的较大者确定。
根据一种优选实施方式，中控单元能够驱动配置单元调节实体单元的配置方式，通过配置单元对任意两个相邻摩擦件间距、斜度、组合方式的调整，能够在实体单元中形成不同的插入区域。
进一步地，配置单元是基于支撑柱的设置位置而确定摩擦件和/或基部的相对移动方式的，其中，基部的相对移动是固定位置后的支撑柱与基座连接构成的基部的整体移动。优选地，配置单元可以基于清理需求对支撑柱的设置位置、摩擦件的选型和摩擦件与支撑柱的相对连接关系进行综合调控，以使得任意两个相邻摩擦件之间形成的插入区域能够满足不同纺丝喷头的清洗需求。任意两个相邻摩擦件受制于间距、斜度、组合方式的影响而可以形成完全不同的插入区域。即配置单元对实体单元的综合调控可实现对插入区域结构的调节。
根据一种优选实施方式，中控单元能够基于纺丝喷头的配置参数而选择使纺丝喷头以共用或不共用摩擦件的方式设置实体单元。
为解决现有技术中的喷头清理装置无法基于相邻纺丝喷头的不同间距进行适应性调整的问题，本发明通过中控单元确定实体单元中相应摩擦件的设置方式。若两个相邻纺丝喷头之间的间距较小，则可适当缩小摩擦件之间的间距和/或提升摩擦件的斜度；反之，若其间距较大，则可适当增大摩擦件之间的间距和/或降低摩擦件的斜度。进一步地，若无法通过增加摩擦件之间的间距和降低摩擦件的斜度的方式来适应其过大的间距时，配置单元可以使纺丝喷头以不共用摩擦件的方式设置实体单元，即与任一纺丝喷头接触的摩擦件不与其他纺丝喷头接触，以便于配置单元对实体单元进行合理配置。除了上述情况外，配置单元可优选地以使纺丝喷头共用摩擦件的方式设置实体单元，以使得用于为摩擦件提供支撑力的支撑柱可以从相对两侧受到大致相同的作用力，进而避免了单一方向受力对支撑柱结构的影响或需要外部施加反向作用力来抵消支撑柱受到的单一方向作用力，延长了支撑柱的使用寿命且降低了运行成本。
根据一种优选实施方式，中控单元在判断清理过程未达到预期清理效果时，能够对驱动单元和/或调气单元进行综合调控，其中，中控单元对驱动单元和/或调气单元的调控方式至少是以提升摩擦件与纺丝喷头之间的相互作用力为目的而设定的，且保证调气单元的充气量能够限定在最大阈值和最小阈值之间。
优选地，中控单元可基于摩擦件的外壁硬度调整气泵的充气量的最大阈值和最小阈值，其中，充气量的最小阈值能够保证摩擦件的外壁具有足够的硬度，以提供垂向支撑力；充气量的最大阈值能够保证摩擦件的外壁具有一定的可形变能力，以避免硬度过高的摩擦件外壁无法通过细微形变来实现接触面积的扩增，而只能与纺丝喷头实现点接触或线接触，影响清理效果。因此，在保证调气单元处在充气阈值之间的前提下，中控单元通过调节驱动单元和/或调气单元来提升纺丝喷头与摩擦件之间的相互作用力，进而实现清理效果的提升。
本发明还公开了一种喷头清理装置的控制方法，其特征在于，该控制方法是基于喷头清理装置中的中控单元所生成的控制信号而执行如下步骤的：
中控单元能够基于采集单元采集的纺丝喷头在清理过程前后的外壁附着状态来判断清理效果，其中，外壁附着状态能够是干涸纺丝溶液在纺丝喷头外壁的附着面积，或是附着面积与周侧总面积的面积比值；
中控单元在判断清理过程未达到预期清理效果时，能够以综合调控驱动单元和/或调气单元的方式提升纺丝喷头与摩擦件之间的相互作用力，进而以保证纺丝喷头能够与摩擦件实现滑动摩擦的形式提升清理效果。
根据一种优选实施方式，中控单元对驱动单元的调控方式是通过驱动单元带动纺丝喷头以更靠近于摩擦件的方式沿第一方向深入插入区域，以提高纺丝喷头对相应两侧摩擦件的压力。
根据一种优选实施方式，中控单元对调气单元的调控方式是通过增加气泵的充气量进而实现对摩擦件空腔体积的调节，从而提高摩擦件对纺丝喷头的支撑力，其中，中控单元能够将调气单元的充气量限定在最大阈值和最小阈值之间，阈值的设定受限于摩擦件的期望硬度、摩擦件与支撑柱的连接稳定度、摩擦件与纺丝喷头的接触面积和/或摩擦件与纺丝喷头的运动灵活度。
中控单元可基于摩擦件的外壁硬度调整气泵的充气量的最大阈值和最小阈值，其中，充气量的最小阈值能够保证摩擦件的外壁具有足够的硬度，以提供垂向支撑力；充气量的最大阈值能够保证摩擦件的外壁具有一定的可形变能力，以避免硬度过高的摩擦件外壁无法通过细微形变来实现接触面积的扩增，而只能与纺丝喷头实现点接触或线接触，影响清理效果。即中控单元对气泵充气量设定的阈值可基于期望硬度来设置。
摩擦件与支撑柱的连接稳定度是指的摩擦件在受外力驱使而具有绕支撑柱旋转的趋势时因两者之间的结构、材质等因素抵抗该运动趋势的特性；摩擦件与纺丝喷头的接触面积是指的摩擦件与纺丝喷头在接触位置所占用的面积，或位于接触位置的纺丝喷头在驱动单元的驱动下沿第二方向运动时在摩擦件上扫掠过的面积；摩擦件与纺丝喷头的运动灵活度是指的纺丝喷头沿第一方向运动至接触位置后能够在保持接触的状态下沿第二方向运动，以实现与摩擦件的滑动摩擦的特性。
附图说明
图1是本发明的纺丝喷头在一种优选实施方式中被干涸纺丝溶液附着的示意图；
图2是本发明的基部在一种优选实施方式中的结构示意图；
图3是本发明的实体单元在一种优选实施方式中的结构示意图；
图4是本发明的任意两个摩擦件在一种优选实施方式中的位置关系局部放大图；
图5是本发明的步骤S2在一种优选实施方式中的操作示意图；
图6是本发明的步骤S3在一种优选实施方式中的操作示意图；
图7是本发明的步骤S4在一种优选实施方式中的操作示意图；
图8是本发明的清理装置在一种优选实施方式中的简化模块连接关系示意图。
附图标记列表
100：实体单元；110：基部；111：基座；112：支撑柱；121：摩擦件；200：配置单元；300：驱动单元；400：采集单元；500：调气单元；600：中控单元；700：纺丝喷头。
具体实施方式
下面结合附图进行详细说明。
图1是本发明的纺丝喷头700在一种优选实施方式中被干涸纺丝溶液附着的示意图；图2是本发明的基部110在一种优选实施方式中的结构示意图；图3是本发明的实体单元100在一种优选实施方式中的结构示意图；
图4是本发明的任意两个摩擦件121在一种优选实施方式中的位置关系局部放大图；图5是本发明的步骤S2在一种优选实施方式中的操作示意图；
图6是本发明的步骤S3在一种优选实施方式中的操作示意图；图7是本发明的步骤S4在一种优选实施方式中的操作示意图；图8是本发明的清理装置在一种优选实施方式中的简化模块连接关系示意图。
实施例1
本发明公开了一种喷头清理装置及其控制方法，该喷头清理装置包括：用于与纺丝喷头700接触并交互，以清理附着于纺丝喷头700外壁上的干涸纺丝溶液的实体单元100，用于调节纺丝喷头700与实体单元100之间的相对位置的驱动单元300和用于对喷头清理装置的清理过程进行综合调控，以保证对纺丝喷头700的清理效果的中控单元600。喷头清理装置的控制方法即是基于喷头清理装置中的中控单元600所生成的控制信号而执行相应步骤的，即中控单元600能够对喷头清理装置中的各功能单元输出控制信号，以驱动相应功能单元执行控制信号中携带的指令，进而完成清理过程。
根据一种优选实施方式，实体单元100可包括基部110和摩擦部。优选地，摩擦部可基于基部110的不同配置而以不同的安装方式设置于实体单元100内。
根据一种优选实施方式，基部110可包括沿第三方向设置的基座111和沿第一方向间隔排设于基座111上的支撑柱112。优选地，第三方向可与第一方向垂直设置。进一步地，定义第二方向为与第一方向和第三方向均垂直的方向。
进一步地，支撑柱112的横截面可以呈圆形、椭圆形、多边形或不规则图形，即支撑柱112的结构大致呈以横截面为平面且沿第一方向拉伸而成的立体结构，其中，支撑柱112的横截面形状及其在第一方向上的长度可对摩擦部的至少部分结构进行限定，横截面为以第二方向和第三方向所构成的平面切分的截面。优选地，支撑柱112的横截面可选用椭圆形结构，且椭圆形结构的长轴可与第二方向并行，短轴可与第三方向并行，以上述方式设置的支撑柱112既能够以无尖角的形式保证摩擦部的顺畅套设，也可在摩擦部受到周向作用力而具有绕轴线旋转的趋势时基于长轴与短轴长度的不同而使得摩擦部的旋转趋势受阻，进而避免了摩擦部在基部110上的转动。
根据一种优选实施方式，摩擦部可包括若干摩擦件121，通过具有中空区域的摩擦件121沿第一方向套设于支撑柱112上，以实现摩擦部与基部110的连接，其中，摩擦部在与基部110套设联用时可以选用结构均相同的摩擦件121或结构不完全相同的摩擦件121，以适应于不同的清理需求。优选地，摩擦部的各摩擦件121不论采用相同或不同的结构，均可具有结构相同的中空区域，且中空区域的结构受限于支撑柱112的横截面形状及其长度，以使得任一摩擦件121可相对地设置于任一支撑柱112上，从而形成不同配置的实体单元100。
优选地，对于横截面呈椭圆形结构的支撑柱112，套设于其外侧的摩擦件121的横截面也可呈椭圆形结构，且长短轴的配置方向可与支撑柱112的长短轴配置方向一致，以使得设置在相邻支撑柱112上的两个摩擦件121的相对面可具有更大的接触面积，进而实现与纺丝喷头700的更好接触。
进一步地，若干摩擦件121在插入支撑柱112后所形成的实体单元100呈排梳状结构，即任意两个相邻的套设有摩擦件121的支撑柱112之间可存在插入空间，其中，插入空间中的物体在第三方向上的运动会被套设有摩擦件121的支撑柱112所阻挡。纺丝喷头700可以在插入空间中受限移动，以通过与摩擦件121的相互作用实现对纺丝喷头700的清理。呈排梳状结构的实体单元100使得清理装置可以同时对多个纺丝喷头700进行清理工作，且多个纺丝喷头700能够以串联的方式连接，即本发明的清理装置可适用于数排针头式的纺丝喷头700。
优选地，摩擦件121能够以在第一方向上呈径向尺寸渐增的状态插入对应支撑柱112，即插入支撑柱112的摩擦件121的纵截面可大致呈上底边长小于下底边长的梯形结构，其中，纵截面为以第一方向和第三方向所构成的平面切分的截面。进一步地，摩擦件121的纵截面所构成的梯形结构可优选为等腰梯形，以使得摩擦件121的两侧能够相对均匀地受力。
进一步地，摩擦件121在第一方向上的径向尺寸呈渐增状态，不同结构的摩擦件121可具有不同的渐增趋势，其中，渐增趋势较大的摩擦件121可具有更大的斜度，反之，渐增趋势较小的摩擦件121可具有更小的斜度，即斜度能够反映摩擦件121在第一方向上径向尺寸的渐增趋势。
若干摩擦件121在插入对应支撑柱112后所形成的插入空间可以呈对称状态或非对称状态，其中，对称状态和非对称状态的形成是基于摩擦部中摩擦件121的选型而确定的，例如，摩擦部中相邻两个摩擦件121具有相同斜度，则使得插入空间可以呈对称状态；摩擦部中相邻两个摩擦件121具有不同斜度，则使得插入空间可以呈非对称状态。
优选地，摩擦件121可选用硬度较高的橡胶材质制成，以提高清理效果。
根据一种优选实施方式，清理装置还可包括用于驱动纺丝喷头700与实体单元100发生相对位移的驱动单元300和用于配置和拆卸实体单元100的配置单元200，其中，配置单元200在基于清理需求对实体单元100进行配置后可由驱动单元300带动纺丝喷头700运动，进而使得附着于纺丝喷头700外侧壁的干涸纺丝溶液被清理。
根据一种优选实施方式，实体单元100能够以可拆卸的方式连接于配置单元200，以使得配置单元200能够基于清理需求对实体单元100的配置方式进行调整。
优选地，配置单元200可以调节支撑柱112在基座111上的设置位置，进而调节摩擦件121之间的间距和插入区域的结构。进一步地，配置单元200对于支撑柱112位置的调节可以是在基座111上设置若干固定槽，以使得支撑柱112可以从当前固定槽中拔出并插入至预设位置的固定槽中；也可以是在基座111上沿着基座111的延伸方向(即第三方向)开设滑轨，以直接驱动支撑柱112在滑轨中滑动至预设位置。优选地，配置单元200在将支撑柱112移动至预设位置后可使支撑柱112相对固定于预设位置，以避免其他外力驱使支撑柱112脱离。
优选地，配置单元200可以调节摩擦件121相对于支撑柱112的位置，即可通过配置单元200至少实现摩擦件121与相应支撑柱112的连接和分离。进一步地，配置单元200能够驱动摩擦件121与基部110进行相对移动，使得摩擦件121能够沿第一方向套设于支撑柱112外侧和/或使得连接于基座111的支撑柱112能够沿第一方向的反方向插入至摩擦件121的中空区域内。
进一步地，配置单元200是基于支撑柱112的设置位置而确定摩擦件121和/或基部110的相对移动方式的，其中，基部110的相对移动是固定位置后的支撑柱112与基座111连接构成的基部110的整体移动。优选地，配置单元200可以基于清理需求对支撑柱112的设置位置、摩擦件121的选型和摩擦件121与支撑柱112的相对连接关系进行综合调控，以使得任意两个相邻摩擦件121之间形成的插入区域能够满足不同纺丝喷头700的清洗需求。任意两个相邻摩擦件121受制于间距、斜度、组合方式的影响而可以形成完全不同的插入区域。即配置单元200对实体单元100的综合调控可实现对插入区域结构的调节。
根据一种优选实施方式，配置单元200对实体单元100的综合调节方式还需结合纺丝喷头700的配置参数而确定，例如，以串联的方式连接而构成的数排针头式的纺丝喷头700的配置参数可包括各纺丝喷头700的径向尺寸、任意两个相邻纺丝喷头700之间的间距等。
在考虑各纺丝喷头700的径向尺寸这一单一变量的情况时，各纺丝喷头700的径向尺寸的相同或不同均会对任意两个相邻摩擦件121的间距和斜度造成影响。相同径向尺寸的纺丝喷头700可以使得任意两个相邻摩擦件121的间距和斜度以相同的结构配置，但在任一纺丝喷头700的径向尺寸异于其他纺丝喷头700时，实体单元100仍采用相同的配置方式会使得至少部分纺丝喷头700无法与摩擦件121侧壁接触，其中，径向尺寸较大的纺丝喷头700可接触于摩擦件121侧壁，而径向尺寸较小的纺丝喷头700则不能接触于摩擦件121侧壁，使得清理工作无法完全完成。通过配置单元200对实体单元100的综合调节，各纺丝喷头700能够以大致处于同一水平面的方式接触于相应摩擦件121的侧壁，且能够保证其接触位置大致位于摩擦件121的最优工作区域。
由于边缘效应，摩擦件121的侧壁可划分为最优工作区域和其他工作区域，优选地，摩擦件121的最优工作区域可限定为该摩擦件121的侧面中朝向于相邻摩擦件121一侧的至少部分区域，其中，至少部分区域可以在其轴向位置的1/3至2/3的区间内。进一步地，为避免经过重复多次清理工作后纺丝喷头700对摩擦件121侧壁的同一位置过度摩擦而导致清理效果降低的情况出现，配置单元200可定期或不定期地对实体单元100进行调整，使得纺丝喷头700在摩擦件121上的摩擦位置能够在最优工作区域的限定范围内灵活变动，进而保证了清理效果，其中，配置单元200对实体单元100的调整方式可包括通过调节支撑柱112之间的间距以调节摩擦件121之间的间距，进而改变纺丝喷头700与相应摩擦件121侧壁的接触位置；配置单元200对实体单元100的调整方式还可包括更换斜度不同的摩擦件121，进而改变纺丝喷头700与相应摩擦件121侧壁的接触位置。优选地，最优工作区域可选择相比于其他工作区域摩擦系数更高的材质制成或涂覆具有更大摩擦阻力的涂层，以使得最优工作区域能够具有更高的清理效果，同时仅有部分区域采用特殊结构设置也降低了生产成本。
在考虑任意两个相邻纺丝喷头700之间的间距这一单一变量的情况时，若其间距较小，则可适当缩小摩擦件121之间的间距和/或提升摩擦件121的斜度；反之，若其间距较大，则可适当增大摩擦件121之间的间距和/或降低摩擦件121的斜度。进一步地，若无法通过增加摩擦件121之间的间距和降低摩擦件121的斜度的方式来适应其过大的间距时，配置单元200可以使纺丝喷头700以不共用摩擦件121的方式设置实体单元100，即与任一纺丝喷头700接触的摩擦件121不与其他纺丝喷头700接触，以便于配置单元200对实体单元100进行合理配置。除了上述情况外，配置单元200可优选地使纺丝喷头700以共用摩擦件121的方式设置实体单元100，以使得用于为摩擦件121提供支撑力的支撑柱112可以从相对两侧受到大致相同的作用力，进而避免了单一方向受力对支撑柱112结构的影响或需要外部施加反向作用力来抵消支撑柱112受到的单一方向作用力，延长了支撑柱112的使用寿命且降低了运行成本。
进一步地，纺丝喷头700的配置参数是基于纺丝需求而调整的，因此，随着纺丝喷头700配置参数的调整，配置单元200对实体单元100的综合调节方式也随之改变，且上述改变是考虑多个变量的共同作用下进行的综合调节。
根据一种优选实施方式，纺丝喷头700与实体单元100的相对位移是基于驱动单元300的多维度运动实现的，其中，驱动单元300能够驱动纺丝喷头700进入实体单元100的插入区域，并通过在插入区域与摩擦件121的接触和摩擦，使得附着于纺丝喷头700的干涸纺丝溶液能够被剥离。
优选地，驱动单元300可驱动纺丝喷头700至少沿第一方向、第二方向和第三方向中的任一方向或组合方向进行运动，其中，驱动单元300可驱动纺丝喷头700沿第一方向进入插入区域，并沿第二方向移出于插入区域，且在移出过程中与摩擦件121外壁进行摩擦。
根据一种优选实施方式，清理装置可配置有采集单元400，其中，采集单元400可以采用图像采集识别等方式对比纺丝喷头700清理前后的外壁附着状态，以判断清理效果。
根据一种优选实施方式，清理装置可配置有用于调节摩擦件121工作状态的调气单元500，其中，调气单元500可至少包括充气头、充气管和气泵。进一步地，一端与气泵连通的充气管可将气泵提供的气体传输至位于充气管另一端的充气头，以使得充气头在可拆卸地连接于相应摩擦件121时，能够对摩擦件121进行充气。
优选地，摩擦件121可配置有不与中空区域连通的空腔，以使得充气头能够以可拆卸的方式连通于相应摩擦件121的空腔，进而通过充/放气调节空腔的体积，其中，空腔可以呈绕中空区域套设的环形结构。
优选地，摩擦件121可配置有用于控制空腔与外部环境连通和阻断的阀门，优选地，阀门可采用类似于气门芯的结构设计，以通过阀门调节摩擦件121中空腔的充气量，进而调节摩擦件121的膨胀程度。
进一步地，摩擦件121的膨胀程度包括空腔的膨胀体积和空腔的膨胀方向，其中，空腔的膨胀体积和空腔的膨胀方向均受制于调气单元500的充气量和摩擦件121不同区域的材质形变系数。优选地，呈环形结构的空腔可至少包括靠近于摩擦件121外壁的外层和靠近于摩擦件121中空区域的内层，空腔的膨胀方向可以沿大致垂直于外层的方向和/或大致垂直于内层的方向，其中，空腔沿大致垂直于外层的方向进行膨胀，可使得摩擦件121的外壁能够由大致呈线性结构的自然状态转变为至少部分区域具有细微弧度的形变幅度，进而通过产生的细微弧度扩大摩擦件121与纺丝喷头700的接触面积，使得纺丝喷头700在驱动单元300的驱动下沿第二方向运动时能够被摩擦件121扫掠过更大的面积，以此提高清理效果；空腔沿大致垂直于内层的方向进行膨胀，可使得摩擦件121能够以缩紧中空区域的方式增加其与支撑柱112的连接稳定度，从而避免清理过程中摩擦件121与支撑柱112发生相对滑动而影响清理效果。
优选地，在摩擦件121的空腔中，外层结构能够以相比于内层结构具有更大可形变幅度的方式配置，以使得调气单元500在对摩擦件121的空腔进行充气时，外层结构受到气体的压迫而更多地驱使摩擦件121的外壁向外膨胀，进而保证对纺丝喷头700的卡合，同时，内层结构仅需较小的形变幅度就可将中空区域与支撑柱112之间的缝隙填满，以此保证摩擦件121与支撑柱112之间的稳定连接，因此，摩擦件121按照上述方式配置可实现对充入气体的最优化利用。
优选地，呈环状结构的空腔可以具有单层结构或多层结构，其中，具有单层结构的空腔可至少靠近于摩擦件121的外壁，以保证空腔膨胀时摩擦件121的外壁能够与纺丝喷头700具有更大的接触面积；具有多层结构的空腔可以分别由不同的空腔控制摩擦件121向内或向外的膨胀程度，以此实现对摩擦件121与纺丝喷头700接触面积的灵活调节和对摩擦件121与相应支撑柱112连接稳定度的灵活调节。进一步地，多层结构也可以是位于摩擦件121相对两侧的空腔互不连通，以形成大致沿第一方向和第二方向所构成的平面对称两个独立空腔，从而实现摩擦件121两侧膨胀程度的独立控制，其中，上述配置方式可以很好地应用于纺丝喷头700不共用摩擦件121的情况。
根据一种优选实施方式，清理装置配置有用于调控清理过程的中控单元600，其中，中控单元600能够基于纺丝喷头700的配置参数和采集单元400采集的纺丝喷头700的外壁附着状态来确定配置单元200对实体单元100的配置方式和驱动单元300的运动路径。进一步地，中控单元600能够对调气单元500的充气量进行调节，以使得被充气后的摩擦件121既可以稳定地连接于支撑柱112，又能够以增加至少部分接触面积的方式接触于纺丝喷头700，还可以允许纺丝喷头700在驱动单元300的驱动下沿第二方向运动，即中控单元600对调气单元500的充气量的调节方式至少是基于摩擦件121与支撑柱112的连接稳定度、摩擦件121与纺丝喷头700的接触面积和/或摩擦件121与纺丝喷头700的运动灵活度而确定的。换言之，中控单元600可将调气单元500的充气量限定在最大阈值和最小阈值之间，其中，最大阈值至少可由摩擦件121与纺丝喷头700的运动灵活度确定，最小阈值可由摩擦件121与支撑柱112的连接稳定度、摩擦件121与纺丝喷头700的接触面积之中的较大者确定。
优选地，中控单元600可以基于采集单元400采集的纺丝喷头700在清理过程前后的外壁附着状态来判断清理效果，其中，外壁附着状态可以是干涸纺丝溶液在纺丝喷头700外壁的附着面积，或是附着面积与周侧总面积的面积比值。若清理过程前后纺丝喷头700的外壁附着状态基本保持不变或对应数值远大于零，则表明纺丝喷头700未能与摩擦件121实现预期的接触和交互，进而导致附着的干涸纺丝溶液无法基于摩擦作用而从纺丝喷头700外壁剥离。
优选地，中控单元600在判断清理过程未达到预期清理效果时，可对驱动单元300和/或调气单元500进行综合调控，其中，中控单元600对驱动单元300的调控方式是通过驱动单元300驱动纺丝喷头700以更靠近于摩擦件121的方式沿第一方向移至插入区域深处，以提高纺丝喷头700对相应两侧摩擦件121的压力；中控单元600对调气单元500的调控方式是通过增加气泵的充气量进而实现对摩擦件121空腔体积的调节，从而提高摩擦件121对纺丝喷头700的支撑力。优选地，中控单元600可基于摩擦件121的外壁硬度调整气泵的充气量的最大阈值和最小阈值，其中，充气量的最小阈值能够保证摩擦件121的外壁具有足够的硬度，以提供垂向支撑力；充气量的最大阈值能够保证摩擦件121的外壁具有一定的可形变能力，以避免硬度过高的摩擦件121外壁无法通过细微形变来实现接触面积的扩增，而只能与纺丝喷头700实现点接触或线接触，影响清理效果。因此，在保证调气单元500处在充气阈值之间的前提下，中控单元600通过调节驱动单元300和/或调气单元500来提升纺丝喷头700与摩擦件121之间的相互作用力，进而实现清理效果的提升。
进一步地，在中控单元600对驱动单元300和调气单元500进行综合调控后仍无法达到预期清理效果时，可驱动配置单元200对摩擦件121进行更换，以避免摩擦件121的外壁与纺丝喷头700接触的区域因过度摩擦而无法提供足以使干涸纺丝溶液从纺丝喷头700外壁剥离的摩擦力，和/或以避免摩擦件121因其空腔漏气、与充气头连接密封不紧密等原因无法实现与纺丝喷头700的紧密接触，进而导致清理效果不佳。
本发明还公开了一种喷头清理装置的控制方法，其特征在于，该控制方法是基于喷头清理装置中的中控单元600所生成的控制信号而执行如下步骤的：
中控单元600能够基于采集单元400采集的纺丝喷头700在清理过程前后的外壁附着状态来判断清理效果，其中，外壁附着状态能够是干涸纺丝溶液在纺丝喷头700外壁的附着面积，或是附着面积与周侧总面积的面积比值；
中控单元600在判断清理过程未达到预期清理效果时，能够以综合调控驱动单元300和/或调气单元500的方式提升纺丝喷头700与摩擦件121之间的相互作用力，进而以保证纺丝喷头700能够与摩擦件121实现滑动摩擦的形式提升清理效果。
根据一种优选实施方式，中控单元600对驱动单元300的调控方式是通过驱动单元300带动纺丝喷头700以更靠近于摩擦件121的方式沿第一方向移至插入区域深处，以提高纺丝喷头700对相应两侧摩擦件121的压力。
根据一种优选实施方式，中控单元600对调气单元500的调控方式是通过增加气泵的充气量进而实现对摩擦件121空腔体积的调节，从而提高摩擦件121对纺丝喷头700的支撑力，其中，中控单元600能够将调气单元500的充气量限定在最大阈值和最小阈值之间，阈值的设定受限于摩擦件121的期望硬度、摩擦件121与支撑柱112的连接稳定度、摩擦件121与纺丝喷头700的接触面积和/或摩擦件121与纺丝喷头700的运动灵活度。
实施例2
本发明提供了一种用于清理纺丝喷头700的装置及方法，也可以是一种纺丝喷头700的清理装置及清理方法，或一种基于线性变化的纺丝喷头700清理装置及方法，或一种喷头清理装置及其控制方法，或一种线性结构清洁组件及其纺丝喷头700。
本发明公开了一种用于清理纺丝喷头700的装置，该装置包括间隔排布的清洁组件。
优选地，该装置的清洁组件能够由硬质橡胶插入骨架的至少部分区域构成。
优选地，该装置能够包括由硬质材料制成的骨架，其中，制成骨架的硬质材料包括但不限于金属。
优选地，该装置的骨架以排梳的形式设置，其中，骨架间隔设置有若干沿第一方向延伸的支柱。
优选地，若干支柱能够间隔设置在底架上。
优选地，支柱可以与底架正交设置。
优选地，该装置的若干清洁组件由若干硬质橡胶插入间隔排布的对应支柱构成，其中，硬质橡胶能够以非均匀径向尺寸的方式配置。
优选地，该装置的清洁组件配置的硬质橡胶能够以在第一方向上呈径向尺寸渐增的状态插入对应支柱。
优选地，该装置的若干清洁组件中，任意两个相邻的硬质橡胶之间的距离在第一方向上线性减小。
优选地，该装置的若干清洁组件中，任意两个相邻的硬质橡胶之间的间隙存在至少部分区域能够对纺丝喷头700进行卡合。
优选地，该装置的若干清洁组件中，任意两个相邻的硬质橡胶之间的间隙能够允许纺丝喷头700沿第一方向运动至端部后再沿第二方向运动以脱离间隙，其中，第一方向与第二方向垂直，纺丝喷头700在间隙内沿第一方向运动至端部后无法再继续沿第一方向运动。
优选地，第一方向为支柱远离于底架的一端指向于靠近于底架的一端的方向；底架能够沿与第一方向垂直的第三方向设置；纺丝喷头700在清洁组件间运动时可保持延伸方向与第二方向并行，第二方向与第一方向和第三方向均垂直。
本发明还公开了一种用于清理纺丝喷头700的方法，其特征在于，所述方法利用用于清理纺丝喷头700的装置执行清理工作，其中，所述方法包括如下步骤：
S1.组装用于清理纺丝喷头700的装置；
S2.驱动若干间隔设置的纺丝喷头700沿第一方向插入至相邻的硬质橡胶之间的间隙；
S3.当纺丝喷头700沿第一方向运动至端部后，驱动纺丝喷头700沿第二方向运动，以使得纺丝喷头700在脱离间隙时能够与相应的硬质橡胶发生滑动摩擦；
S4.附着在纺丝喷头700表面的干涸后的纺丝溶液在纺丝喷头700与相应的硬质橡胶的滑动摩擦的过程中从纺丝喷头700表面脱离。
需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。在全文中，“优选地”所引导的特征仅为一种可选方式，不应理解为必须设置，故此申请人保留随时放弃或删除相关优选特征之权利。
Claims (10)
1.一种喷头清理装置，其包括：
实体单元(100)，用于与纺丝喷头(700)接触并交互，以清理附着于所述纺丝喷头(700)外壁上的干涸纺丝溶液，
驱动单元(300)，用于调节所述纺丝喷头(700)与所述实体单元(100)之间的相对位置，
中控单元(600)，用于对喷头清理装置的清理过程进行综合调控，以保证对所述纺丝喷头(700)的清理效果，
其特征在于，
响应于所述中控单元(600)发出的控制信号而带动所述纺丝喷头(700)进行多维度运动的驱动单元(300)能够使得所述纺丝喷头(700)在所述实体单元(100)的插入区域中与所述实体单元(100)的摩擦件(121)的接触位置位于所述摩擦件(121)的最优工作区域内，其中，所述摩擦件(121)的最优工作区域能够限定为该摩擦件(121)的侧面中朝向相邻摩擦件(121)一侧的至少部分区域。
2.根据权利要求1所述的喷头清理装置，其特征在于，所述纺丝喷头(700)在所述驱动单元(300)的带动下至少沿第一方向进入所述实体单元(100)的插入区域并于所述接触位置与相应的所述摩擦件(121)接触，所述中控单元(600)能够控制所述驱动单元(300)持续对处在接触位置的所述纺丝喷头(700)施加至少沿第一方向的作用力，其中，所述插入区域为所述实体单元(100)中接触于同一所述纺丝喷头(700)的相邻两个所述摩擦件(121)之间形成的间隙区域。
3.根据权利要求1所述的喷头清理装置，其特征在于，所述纺丝喷头(700)在所述接触位置与相应的所述摩擦件(121)接触后，所述中控单元(600)能够驱动与所述摩擦件(121)内的空腔连通的调气单元(500)进行充气，以至少在所述摩擦件(121)外壁产生部分形变的方式增加所述纺丝喷头(700)与所述摩擦件(121)的接触面积。
4.根据权利要求3所述的喷头清理装置，其特征在于，所述中控单元(600)能够将所述调气单元(500)的充气量限定在最大阈值和最小阈值之间，以使得因充气膨胀的所述摩擦件(121)能够稳定地连接于基部(110)中相应的支撑柱(112)外侧，并以增加接触面积的方式允许所述纺丝喷头(700)在所述摩擦件(121)的最优工作区域上进行滑动摩擦。
5.根据权利要求1所述的喷头清理装置，其特征在于，所述中控单元(600)能够驱动配置单元(200)调节所述实体单元(100)的配置方式，通过所述配置单元(200)对任意两个相邻摩擦件(121)间距、斜度、组合方式的调整，能够在所述实体单元(100)中形成不同的插入区域。
6.根据权利要求1所述的喷头清理装置，其特征在于，所述中控单元(600)能够基于所述纺丝喷头(700)的配置参数而选择使所述纺丝喷头(700)以共用或不共用所述摩擦件(121)的方式设置所述实体单元(100)。
7.根据权利要求3所述的喷头清理装置，其特征在于，所述中控单元(600)在判断清理过程未达到预期清理效果时，能够对所述驱动单元(300)和/或所述调气单元(500)进行综合调控，其中，所述中控单元(600)对所述驱动单元(300)和/或所述调气单元(500)的调控方式至少是以提升所述摩擦件(121)与所述纺丝喷头(700)之间的相互作用力为目的而设定的，且保证所述调气单元(500)的充气量能够限定在最大阈值和最小阈值之间。
8.一种根据权利要求3、4和7中任一项所述的喷头清理装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法是基于喷头清理装置中的中控单元(600)所生成的控制信号而执行的，其中，所述控制方法至少包括如下步骤：
所述中控单元(600)能够基于采集单元(400)采集的纺丝喷头(700)在清理过程前后的外壁附着状态来判断清理效果，其中，外壁附着状态能够是干涸纺丝溶液在纺丝喷头(700)外壁的附着面积，或是附着面积与周侧总面积的面积比值；
所述中控单元(600)在判断清理过程未达到预期清理效果时，能够以综合调控驱动单元(300)和/或调气单元(500)的方式提升所述纺丝喷头(700)与摩擦件(121)之间的相互作用力，进而以保证所述纺丝喷头(700)能够与所述摩擦件(121)实现滑动摩擦的形式提升清理效果。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述中控单元(600)对所述驱动单元(300)的调控方式是通过所述驱动单元(300)带动所述纺丝喷头(700)以更靠近于所述摩擦件(121)的方式沿第一方向移至插入区域深处，以提高所述纺丝喷头(700)对相应两侧所述摩擦件(121)的压力。
10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述中控单元(600)对所述调气单元(500)的调控方式是通过增加气泵的充气量进而实现对所述摩擦件(121)空腔体积的调节，从而提高所述摩擦件(121)对纺丝喷头(700)的支撑力，其中，所述中控单元(600)能够将所述调气单元(500)的充气量限定在最大阈值和最小阈值之间，阈值的设定受限于所述摩擦件(121)的期望硬度、所述摩擦件(121)与支撑柱(112)的连接稳定度、所述摩擦件(121)与所述纺丝喷头(700)的接触面积和/或所述摩擦件(121)与所述纺丝喷头(700)的运动灵活度。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210807348.6A CN115094525B (zh) | 2022-07-08 | 2022-07-08 | 一种喷头清理装置及其控制方法 |
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