CN116766632B - 一种多束预浸丝缠绕的供丝装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于纤维缠绕成型技术领域，具体涉及一种多束预浸丝缠绕的供丝装置；包括多个并列布置在机架上的局部多束预浸丝供丝机构，局部多束预浸丝供丝机构包括沿预浸丝出丝路线依次布置的预浸丝出丝及解冻部分、储丝部分、张力调节部分和预浸丝软化部分。预浸丝出丝及解冻部分的转盘上设置有数个预浸丝卷卡位，按工序分为待缠绕位、缠绕位与贮存位，由缠绕位的预浸丝卷向储丝部分供丝。缠绕位断供过程中储丝部分释放预浸丝，保持局部多束预浸丝供丝机构持续输出预浸丝，可实现在生产过程中进行预浸丝卷的更换、预浸丝软化工作而不影响容器缠绕。

Description

一种多束预浸丝缠绕的供丝装置

技术领域

本发明属于纤维缠绕成型技术领域，具体涉及一种多束预浸丝缠绕的供丝装置。

背景技术

高压储氢容器被广泛的应用于多个领域，比如工业、医疗、汽车等领域。目前，高压储氢容器主要分为III型容器（铝合金内胆）与IV型容器（树脂内胆），碳纤维作为主要承压层缠绕在容器外表面，同时保证容器的安全性能。

在压力容器生产加工方面，多束纤维缠绕工艺由于能避免造成纤维堆叠、交叉，缠绕不均匀，是未来发展的必然趋势。纤维缠绕设备是纤维缠绕工艺实现的具体途径，实现缠绕设备全流程自动化也是缠绕制品批量化生产的必由之路。目前国际上缠绕设备基本已经可以实现自动化缠绕，然而多束纤维缠绕效率较传统缠绕提高数十倍进而导致纤维丝卷更换频率数倍上升，且传统纤维卷更换步骤需中断缠绕过程，进行预浸丝卷的搬运以及重新穿丝，而频繁的数十束预浸丝的穿丝工作严重制约了多束纤维缠绕工艺的应用，亟待开发多束纤维无间断供丝工艺；多束纤维缠绕工艺主要采用预浸丝进行缠绕，然而预浸丝由于其化学性质相对活跃，需贮存在-18℃冷库中，在使用前需经过8小时左右常温解冻以及鼓风加热软化过程才可保证预浸丝性能，现有多束缠绕供丝工艺中缺乏相关机构，制约了缠绕制品性能与工艺推广。

发明内容

本发明为了解决传统多束预浸丝供丝机构无法完成在缠绕运行中预浸丝丝卷更换、预浸丝解冻、软化工作，而导致多束纤维缠绕效率明显降低及缠绕制品质量下降的问题。

本发明提供了如下技术方案：一种多束预浸丝缠绕的供丝装置，包括多个并列布置在机架上的局部多束预浸丝供丝机构，局部多束预浸丝供丝机构包括沿预浸丝出丝路线依次布置的预浸丝出丝及解冻部分、储丝部分、张力调节部分和预浸丝软化部分，预浸丝出丝路线中设置预浸丝翻转机构；

预浸丝出丝及解冻部分的转盘上设置有数个预浸丝卷卡位，按工序分为待缠绕位、缠绕位与贮存位，由缠绕位的预浸丝卷向储丝部分供丝；

储丝部分包括储丝辊和动辊，在储丝动作前预浸丝被分隔在若干动辊与储丝辊间，储丝时，动辊推着预浸丝在储丝辊间移动将预浸丝储存于储丝辊上，动辊复位时将预浸丝释放；

数个预浸丝卷卡位随转盘转动循环切换工位，缠绕位断供过程中储丝部分释放预浸丝，保持局部多束预浸丝供丝机构持续输出预浸丝；

张力调节部分用于调节输出预浸丝的张力，预浸丝软化部分用于加热软化输出预浸丝。

进一步地，预浸丝出丝及解冻部分的转盘上设置有三个预浸丝卷卡位，每个预浸丝卷卡位上设有由预浸丝卷转动电机驱动转动的芯部加热棒，预浸丝卷套在芯部加热棒上；待缠绕位处配置非接触式加热元件和非接触式温度传感器；预浸丝卷转动电机驱动缠绕位的预浸丝卷自转输出预浸丝，待缠绕位的预浸丝卷通过非接触式加热元件完成解冻并通过非接触式温度传感器监测其温度。

进一步地，预浸丝出丝及解冻部分还包括夹持熔接机构，夹持熔接机构安装在转盘外圈的轨道上，预浸丝卷末梢粘接在芯筒上，缠绕位的预浸丝卷用尽后，缠绕位的预浸丝卷转动电机停转，夹持熔接机构抓取缠绕位的预浸丝卷末梢，然后移动至待缠绕位处，抓取待缠绕位的预浸丝卷端头，将缠绕位预浸丝卷末梢的热塑性引导丝与待缠绕位预浸丝卷端头的热塑性引导丝熔接，连接完成后夹持熔接机构移开，转盘执行切换工位动作。

进一步地，局部多束预浸丝供丝机构中多个预浸丝出丝及解冻部分一字排列，多个预浸丝出丝及解冻部分上展开的预浸丝通过分丝架进行同步导丝；分丝架包括转动支架和随动辊，各随动辊间相互平行、上下分层布置于转动支架上以避免各预浸丝间相互干扰，通过转动转动支架调节预浸丝间纵向间隙与导丝角度。

进一步地，预浸丝出丝及解冻部分的转盘的缠绕位处配置随动机构，随动机构包括随动支架、第一纤维翻转机构和随动滑台，第一纤维翻转机构安装在随动滑台上，随动滑台随预浸丝卷的预浸丝摆动在随动支架上滑动，预浸丝经过第一纤维翻转机构完成翻转。

进一步地，张力调节部分包括若干摆杆式张力调节组件，摆杆式张力调节组件包括张力调节机架、随动辊座、调节压辊与张力调节电机，随动辊座和调节压辊在空间上平行，随动辊座和张力调节电机安装在张力调节机架上，调节压辊安装在与张力调节电机的转轴连接的摆臂上，张力调节电机根据预浸丝出丝路线中的微位移传感器与单张力传感器的反馈数据控制调节压辊摆动进行张力初值设定及张力调节动作。

进一步地，预浸丝软化部分包括软化加热外箱与软化加热内箱，软化加热外箱和软化加热内箱上反向的两侧设有预浸丝入口和预浸丝出口，软化加热外箱和软化加热内箱二者的预浸丝入口直通，预浸丝入口之间设有一对预浸丝保持辊，两预浸丝保持辊的中间间隙与预浸丝入口对齐；软化加热外箱和软化加热内箱的预浸丝出口直通，预浸丝出口之间也设有一对预浸丝保持辊，两预浸丝保持辊的中间间隙与预浸丝出口对齐；预浸丝保持辊连接微位移传感器；软化加热外箱上还设置有外箱温度传感器、出丝温度传感器及外箱散热器以保证预浸丝出丝温度满足需求且外箱温度可控；软化加热内箱内分布有鼓风加热管、内箱散热器与内箱温度传感器，以完成预浸丝软化工作并将箱内温度稳定在冬季32~34℃、夏季36~38℃。

进一步地，鼓风加热管的出风方向避开预浸丝经过区域。

进一步地，预浸丝翻转机构包括安装在翻转支架上的水平导丝辊组、倾斜导丝辊组和竖直导丝辊，预浸丝经预浸丝翻转机构后展丝面在平行于纤维背板方向与垂直于纤维背板方向之间扭转。

进一步地，预浸丝保持辊和鼓风加热管对称布置在穿丝路线两侧，软化加热外箱与软化加热内箱以预浸丝穿丝路线为中分为两部分，便于缠绕前箱内穿丝工作，两部分箱体通过开合锁紧机构组合连接。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

本发明提供的一种多束预浸丝缠绕的供丝装置，由按序布置的预浸丝出丝及解冻部分、预浸丝翻转机构、储丝部分、张力调节部分和预浸丝软化部分五个部分组成；可实现在生产过程中进行预浸丝卷的更换、预浸丝软化工作而不影响容器缠绕，多束预浸丝供丝机构通过将预浸丝卷首尾连接，结合转盘与储丝部分，实现预浸丝卷更换；依次通过预浸丝转向、储丝、张力调节与预浸丝软化部分实现预浸丝卷的供丝及软化工作。本发明解决了多束预浸丝缠绕工艺纤维卷更换耗时长、劳动力密集的问题，弥补了工艺中缺乏对预浸丝工作质量管控的缺陷，提高了多束缠绕工艺的可行性与缠绕制品质量。

附图说明

图1为多束预浸丝缠绕的供丝装置的结构示意图；

图2为局部多束预浸丝供丝机构的结构示意图；

图3为预浸丝出丝及解冻部分的结构示意图；

图4为预浸丝出丝及解冻部分切换工位示意图；

图5为预浸丝出丝及解冻部分续接预浸丝示意图；

图6为储丝部分的结构示意图；

图7为分丝架的结构示意图；

图8为随动机构的结构示意图；

图9为预浸丝翻转机构的结构示意图；

图10为张力调节部分的结构示意图；

图11为预浸丝软化部分的结构示意图；

图12为多束纤维缠绕机构的结构示意图；

图中：1-预浸丝出丝及解冻部分；101-待缠绕位；102-芯部加热棒；103-缠绕位；104-非接触式加热元件；105-贮存位；106-非接触式温度传感器；107-预浸丝卷转动电机；108-底座；109-转盘电机；110-转盘；111-夹持熔接机构；112-轨道；

2-分丝架；201-随动辊；202-转动支架；

3-随动机构；301-随动支架；302-第一纤维翻转机构；303-随动滑台；

4-储丝部分；401-储丝辊；402-动辊滑台；403-动辊；

5-预浸丝翻转机构；501-翻转支架；502-水平导丝辊组；503-倾斜导丝辊组；504-竖直导丝辊；

6-张力调节部分；601-张力调节机架；602-调节压辊；603-随动辊座；604-张力调节电机；

7-预浸丝软化部分；701-出丝温度传感器；702-软化加热外箱；703-软化加热内箱；704-微位移传感器；705-预浸丝保持辊；706-鼓风加热管；707-外箱温度传感器；708-内箱温度传感器；709-外箱散热器；710-内箱散热器；711-开合锁紧机构；

8-多束纤维缠绕机构；801-入丝辊；802-单丝张力传感器；

9-机架；10-基底；11-预浸丝。

具体实施方式

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是本发明的一些实施例，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。

如图1、图2所示：一种多束预浸丝缠绕的供丝装置，多束预浸丝缠绕的供丝装置设置于多束纤维缠绕机构8两侧与丝嘴圆周面平行，多束预浸丝缠绕的供丝装置包括多个并列布置在机架9上的局部多束预浸丝供丝机构，局部多束预浸丝供丝机构包括沿预浸丝出丝路线依次布置的预浸丝出丝及解冻部分1、储丝部分4、张力调节部分6和预浸丝软化部分7，预浸丝出丝路线中设置预浸丝翻转机构5。

如图9所示：预浸丝翻转机构5包括安装在翻转支架501上的水平导丝辊组502、倾斜导丝辊组503和竖直导丝辊504，预浸丝经预浸丝翻转机构5后展丝面在平行于纤维背板方向与垂直于纤维背板方向之间扭转。

如图3、图4、图5所示：预浸丝出丝及解冻部分1的转盘110上设置有数个预浸丝卷卡位，按工序分为待缠绕位101、缠绕位103与贮存位105，由缠绕位103的预浸丝卷向储丝部分4供丝，转盘110由转盘电机109驱动转动，转盘110转动时待缠绕位101、缠绕位103与贮存位105循环转换。

预浸丝出丝及解冻部分1的转盘110上设置有三个预浸丝卷卡位，即待缠绕位101、缠绕位103与贮存位105，每个预浸丝卷卡位上设有由预浸丝卷转动电机107驱动转动的芯部加热棒102，预浸丝卷套在芯部加热棒102上；待缠绕位101处配置非接触式加热元件104和非接触式温度传感器106；预浸丝卷转动电机107驱动缠绕位103的预浸丝卷自转输出预浸丝，待缠绕位101的预浸丝卷通过非接触式加热元件104完成解冻并通过非接触式温度传感器106监测其温度，采用非接触式加热和温度监测以避免在预浸丝卷表面发生强烈的热交换而导致表面破环。非接触式加热元件104可以是电热丝辐射加热，非接触式温度传感器106可以是红外线测温仪。

预浸丝出丝及解冻部分1还包括夹持熔接机构111，夹持熔接机构111安装在转盘110外圈的轨道112上，夹持熔接机构111沿轨道112在缠绕位103和待缠绕位101之间移动。预浸丝卷末梢粘接在芯筒上，使预浸丝卷末梢可以保持在芯筒上，缠绕位103的预浸丝卷用尽后，缠绕位103的预浸丝卷转动电机107停转，此时由储丝部分4供丝，夹持熔接机构111抓取缠绕位103的预浸丝卷末梢，然后移动至待缠绕位101处，抓取待缠绕位101的预浸丝卷端头，将缠绕位103预浸丝卷末梢的热塑性引导丝与待缠绕位101预浸丝卷端头的热塑性引导丝熔接，连接完成后夹持熔接机构111移开，转盘110执行切换工位动作。

如图7所示：局部多束预浸丝供丝机构中多个预浸丝出丝及解冻部分1一字排列，多个预浸丝出丝及解冻部分1上展开的预浸丝通过分丝架2进行同步导丝；分丝架2包括转动支架202和随动辊201，各随动辊201间相互平行、上下分层布置于转动支架202上以避免各预浸丝间相互干扰，并且同一转动支架202上各随动辊201的支撑轴长短不一，各随动辊201呈阶梯形式分布，通过转动转动支架202调节预浸丝间纵向间隙与导丝角度，也可以调节预浸丝的张力。

如图2、图8所示：预浸丝出丝及解冻部分1的转盘110的缠绕位103处配置随动机构3，随动机构3包括随动支架301、第一纤维翻转机构302和随动滑台303，第一纤维翻转机构302安装在随动滑台303上，随动滑台303随预浸丝卷的预浸丝摆动在随动支架301上滑动，预浸丝经过第一纤维翻转机构302完成翻转。

如图6所示：储丝部分4包括储丝辊401和动辊403，在储丝动作前预浸丝被分隔在若干动辊403与储丝辊401间，即预浸丝以平直状态通过储丝部分4，动辊403安装在动辊滑台402上，储丝时，动辊403随动辊滑台402移动，动辊403推着预浸丝在储丝辊401间移动将预浸丝储存于储丝辊401上，即预浸丝以弯曲状态通过储丝部分4，储丝部分4内保存的一段预浸丝，动辊403复位时将预浸丝释放，预浸丝从弯曲状态恢复至平直状态，即使预浸丝出丝及解冻部分1断丝，储丝部分4保存的预浸丝也能向多束纤维缠绕机构8持续供给。

张力调节部分6用于调节输出预浸丝的张力，预浸丝软化部分7用于加热软化输出预浸丝。预浸丝的出丝速度由预浸丝卷转动电机107的转速控制，预浸丝的消耗速度由多束纤维缠绕机构8控制，预浸丝出丝路线中预浸丝的张力由张力调节部分6调整。

如图10所示：张力调节部分6包括若干摆杆式张力调节组件，摆杆式张力调节组件包括张力调节机架601、随动辊座603、调节压辊602与张力调节电机604，随动辊座603和调节压辊602在空间上平行，预浸丝同时经过随动辊座603的辊子和调节压辊602，随动辊座603和张力调节电机604安装在张力调节机架601上，调节压辊602安装在与张力调节电机604的转轴连接的摆臂上，张力调节电机604根据预浸丝出丝路线中的微位移传感器与单张力传感器的反馈数据控制调节压辊602摆动进行张力初值设定及张力调节动作，单丝张力传感器802安装在多束纤维缠绕机构8的入丝辊801处。

如图11所示：预浸丝软化部分接近多束纤维缠绕机构8，其出丝温度接近多束纤维缠绕机构8用丝温度。预浸丝软化部分7包括软化加热外箱702与软化加热内箱703，软化加热外箱702和软化加热内箱703上反向的两侧设有预浸丝入口和预浸丝出口，软化加热外箱702和软化加热内箱703二者的预浸丝入口直通，预浸丝入口之间设有一对预浸丝保持辊705，两预浸丝保持辊705的中间间隙与预浸丝入口对齐；软化加热外箱702和软化加热内箱703的预浸丝出口直通，预浸丝出口之间也设有一对预浸丝保持辊705，两预浸丝保持辊705的中间间隙与预浸丝出口对齐；预浸丝保持辊705连接微位移传感器704，预浸丝保持辊705保持预浸丝进出软化加热内箱703顺畅，微位移传感器704监测软化加热内箱703进出口处预浸丝的张力；软化加热外箱702上还设置有外箱温度传感器707、出丝温度传感器701及外箱散热器709以保证预浸丝出丝温度满足需求且外箱温度可控；软化加热内箱703内分布有鼓风加热管706、内箱散热器710与内箱温度传感器708，以完成预浸丝软化工作并将箱内温度稳定在冬季32~34℃、夏季36~38℃。

鼓风加热管706的出风方向避开预浸丝经过区域，防止热风直吹预浸丝扰动其姿态。

预浸丝保持辊705和鼓风加热管706对称布置在穿丝路线两侧，软化加热外箱702与软化加热内箱703以预浸丝穿丝路线为中分为两部分，便于缠绕前箱内穿丝工作，两部分箱体通过开合锁紧机构711组合连接。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种多束预浸丝缠绕的供丝装置，其特征在于：包括多个并列布置在机架（9）上的局部多束预浸丝供丝机构，局部多束预浸丝供丝机构包括沿预浸丝出丝路线依次布置的预浸丝出丝及解冻部分（1）、储丝部分（4）、张力调节部分（6）和预浸丝软化部分（7），预浸丝出丝路线中设置预浸丝翻转机构（5）；

预浸丝出丝及解冻部分（1）的转盘（110）上设置有数个预浸丝卷卡位，按工序分为待缠绕位（101）、缠绕位（103）与贮存位（105），由缠绕位（103）的预浸丝卷向储丝部分（4）供丝；

储丝部分（4）包括储丝辊（401）和动辊（403），在储丝动作前预浸丝被分隔在若干动辊（403）与储丝辊（401）间，储丝时，动辊（403）带动预浸丝在储丝辊（401）间移动将预浸丝储存于储丝辊（401）上，动辊（403）复位时将预浸丝释放；

数个预浸丝卷卡位随转盘（110）转动循环切换工位，缠绕位（103）断供过程中储丝部分（4）释放预浸丝，保持局部多束预浸丝供丝机构持续输出预浸丝；

张力调节部分（6）用于调节输出预浸丝的张力，预浸丝软化部分（7）用于加热软化输出预浸丝；

所述的预浸丝出丝及解冻部分（1）的转盘（110）上设置有三个预浸丝卷卡位，每个预浸丝卷卡位上设有由预浸丝卷转动电机（107）驱动转动的芯部加热棒（102），预浸丝卷套在芯部加热棒（102）上；待缠绕位（101）处配置非接触式加热元件（104）和非接触式温度传感器（106）；预浸丝卷转动电机（107）驱动缠绕位（103）的预浸丝卷自转输出预浸丝，待缠绕位（101）的预浸丝卷通过非接触式加热元件（104）完成解冻并通过非接触式温度传感器（106）监测其温度；

所述的预浸丝出丝及解冻部分（1）还包括夹持熔接机构（111），夹持熔接机构（111）安装在转盘（110）外圈的轨道（112）上，预浸丝卷末梢粘接在芯筒上，缠绕位（103）的预浸丝卷用尽后，缠绕位（103）的预浸丝卷转动电机（107）停转，夹持熔接机构（111）抓取缠绕位（103）的预浸丝卷末梢，然后移动至待缠绕位（101）处，抓取待缠绕位（101）的预浸丝卷端头，将缠绕位（103）预浸丝卷末梢的热塑性引导丝与待缠绕位（101）预浸丝卷端头的热塑性引导丝熔接，连接完成后夹持熔接机构（111）移开，转盘（110）执行切换工位动作；

所述的预浸丝软化部分（7）包括软化加热外箱（702）与软化加热内箱（703），软化加热外箱（702）和软化加热内箱（703）上反向的两侧设有预浸丝入口和预浸丝出口，软化加热外箱（702）和软化加热内箱（703）二者的预浸丝入口直通，预浸丝入口之间设有一对预浸丝保持辊（705），两预浸丝保持辊（705）的中间间隙与预浸丝入口对齐；软化加热外箱（702）和软化加热内箱（703）的预浸丝出口直通，预浸丝出口之间也设有一对预浸丝保持辊（705），两预浸丝保持辊（705）的中间间隙与预浸丝出口对齐；预浸丝保持辊（705）连接微位移传感器（704）；软化加热外箱（702）上还设置有外箱温度传感器（707）、出丝温度传感器（701）及外箱散热器（709）以保证预浸丝出丝温度满足需求且外箱温度可控；软化加热内箱（703）内分布有鼓风加热管（706）、内箱散热器（710）与内箱温度传感器（708），以完成预浸丝软化工作并将箱内温度稳定在冬季32~34℃、夏季36~38℃。

2.根据权利要求1所述的一种多束预浸丝缠绕的供丝装置，其特征在于：所述的局部多束预浸丝供丝机构中多个预浸丝出丝及解冻部分（1）一字排列，多个预浸丝出丝及解冻部分（1）上展开的预浸丝通过分丝架（2）进行同步导丝；分丝架（2）包括转动支架（202）和随动辊（201），各随动辊（201）间相互平行、上下分层布置于转动支架（202）上以避免各预浸丝间相互干扰，通过转动转动支架（202）调节预浸丝间纵向间隙与导丝角度。

3.根据权利要求2所述的一种多束预浸丝缠绕的供丝装置，其特征在于：所述的预浸丝出丝及解冻部分（1）的转盘（110）的缠绕位（103）处配置随动机构（3），随动机构（3）包括随动支架（301）、第一纤维翻转机构（302）和随动滑台（303），第一纤维翻转机构（302）安装在随动滑台（303）上，随动滑台（303）随预浸丝卷的预浸丝摆动在随动支架（301）上滑动，预浸丝经过第一纤维翻转机构（302）完成翻转。

4.根据权利要求3所述的一种多束预浸丝缠绕的供丝装置，其特征在于：所述的张力调节部分（6）包括若干摆杆式张力调节组件，摆杆式张力调节组件包括张力调节机架（601）、随动辊座（603）、调节压辊（602）与张力调节电机（604），随动辊座（603）和调节压辊（602）在空间上平行，随动辊座（603）和张力调节电机（604）安装在张力调节机架（601）上，调节压辊（602）安装在与张力调节电机（604）的转轴连接的摆臂上，张力调节电机（604）根据预浸丝出丝路线中的微位移传感器与单张力传感器的反馈数据控制调节压辊（602）摆动进行张力初值设定及张力调节动作。

5.根据权利要求1所述的一种多束预浸丝缠绕的供丝装置，其特征在于：所述的鼓风加热管（706）的出风方向避开预浸丝经过区域。

6.根据权利要求1所述的一种多束预浸丝缠绕的供丝装置，其特征在于：所述的预浸丝翻转机构（5）包括安装在翻转支架（501）上的水平导丝辊组（502）、倾斜导丝辊组（503）和竖直导丝辊（504），预浸丝经预浸丝翻转机构（5）后展丝面在平行于纤维背板方向与垂直于纤维背板方向之间扭转。

7.根据权利要求1所述的一种多束预浸丝缠绕的供丝装置，其特征在于：所述的预浸丝保持辊（705）和鼓风加热管（706）对称布置在穿丝路线两侧，软化加热外箱（702）与软化加热内箱（703）以预浸丝穿丝路线为中分为两部分，便于缠绕前箱内穿丝工作，两部分箱体通过开合锁紧机构（711）组合连接。