CN1850496A - 一种连续轴向纤维的布置方法及其设备 - Google Patents

Abstract

一种连续轴向纤维的布置方法及为实现这种布置方法的专用设备，涉及建材领域中纤维缠绕玻璃钢管道的生产方法及一般机械，其主要技术特征是：在生产玻璃钢管道过程中，除了在管道环向布置纤维外，还布置与轴向夹角为零的连续轴向纤维带，并分若干次往复式地布满管道圆周表面，从而使纤维的受拉方向与管道的轴向应力方向一致，取代了原有玻璃钢管道生产过程中的往复式交叉缠绕，这样就解决了原有方式生产的玻璃钢管道轴向强度低的现象，从而提高了管道的轴向强度，提升了管道的整体质量，也降低了原材料成本，并且通过专用设备实现机械化生产，提高了生产效率。

Description

一种连续轴向纤维的布置方法及其设备

技术领域：

本发明涉及建材领域中纤维缠绕玻璃钢管道的生产方法及实现这种方法的一般机械设备。

技术背景：

目前纤维缠绕生产玻璃钢管道的设计理论是“网格理论”，是用环向纤维来承受管道环向应力，用往复式交叉缠绕所形成的网格来承受环向应力和轴向应力的组合应力，由预先假定的环向和轴向的应力比来确定交叉缠绕中纤维同管道轴向所形成的角度，一般取57.5°；在管道结构中，纤维是主要受力的载体，纤维的强度来源于其受拉强度，所以用往复式交叉布置的纤维与轴向总有一定的夹角，导使纤维受拉高强的优点不能充分发挥出来，反映在管道上就是：往复式交叉缠绕方法生产的管道轴向强度低；同时一层往复式交叉缠绕的纤维用量相当于两层环向纤维用量，造成原材料的浪费；当一层交叉缠绕不能满足轴向强度时，就要增加交叉缠绕的次数，进一步导致纤维用量上升，造成原材料更大的浪费。由于设计理论的局限，这种生产方法即使纤维用量大，也不能解决管道轴向强度低的现象。

用这种方法生产纤维缠绕玻璃钢管道的设备是为了完成这种设计理论而制造的。布置交叉纤维时，缠绕机主轴1带动模具4不间断地转动，为配合缠绕机主轴1的工作，带有绕丝嘴6的行走小车2在工作平台3上不停地往复移动，从而在管道模具4的表面布置往复交叉的纤维。在完成修整、脱模等其他工序后，模具可以重复使用，玻璃钢管道制成。

有的生产方式也试图实现纤维的轴向布置：用人工布置单向纤维布，这种方式生产效率低且人工布置的轴向纤维张力不均匀；用机械方式布置短纤维，使纤维方向与轴向方向一致，这种方式虽实现了轴向纤维机械化布置，但短纤维的整体拉伸强度低，不能提高管道整体质量。

发明内容：

本发明的目的：就是布置与管道轴向夹角为零的连续轴向纤维带，并分若干次布满管道模具表面，使管道轴向应力方向同纤维受拉方向一致，使纤维受拉高强的优点充分发挥出来，提高管道轴向拉伸强度，提升管道整体质量，并且能通过机械方式完成上述目的。

本发明技术方案采用的设计理论是“正拉理论”，即布置纤维使其受拉方向与管道应力方向一致，且均匀地布满管道模具表面：既在管道模具表面布置与管道轴向夹角为90°的连续环向纤维使之与管道环向应力一致，又布置与管道轴向夹角为零的连续轴向纤维使之与管道轴向应力一致，不再布置往复式交叉缠绕纤维。

专用设备的技术方案是：缠绕机主轴1带动模具4间歇式转动，行走小车2在工作平台3上配合缠绕机主轴1的转动作互补式往复移动，即可布置连续轴向纤维带。将逐根纤维从纤维团架子12中抽出，穿过对压辊10和旋转绕丝嘴6，形成纤维带；纤维带初始端通过纤维夹具5使纤维带均匀分散，并挂紧在模具4的A端，这时缠绕机主轴1同模具4是静止的；可旋转绕丝嘴6固定在行走小车2上，启动行走小车2在工作平台3上拉紧连续纤维带从模具4的A端移动到模具4的B端，行走小车2到模具4的B端后，使行走小车2停留在模具4的B端处；启动缠绕机主轴1使之带动模具4一同转动，这样旋转绕丝嘴6会将连续纤维带铺设到模具4的B端半球形封头7上，并通过梳齿8使连续纤维带不会聚集或分散；当缠绕机主轴1带动模具4在电脑控制系统9的控制下，转动360°+n°(n°可根据管道直径及连续纤维带宽度计算而得，程序输入电脑控制系统9中)后，使缠绕机主轴1和模具4静止下来；启动行走小车2在工作平台3上从模具4的B端向A端移动，这样行走小车2带动旋转绕丝嘴6在刚辅设的连续轴向纤维带旁边辅设同一宽度的连续轴向纤维带；行走小车2在工作平台3上移动到模具4的A端后停下，启动缠绕机主轴1带动模具4转动360°+n°；行走小车2再由模具4的A端向B端移动同上一个往复移动同样；如此往复若干次，直到连续轴向纤维带布满模具4的圆周表面；在完成其他工序后，切断模具4的A端和B端处半圆形封头7上的多余纤维，并摘下纤维夹具5，即可脱模，模具重复使用，玻璃钢管道成品入库.

为了使连续轴向纤维带不至于因自身重量脱离模具4表面，在行走小车2运行布置过程中，连续纤维带要保持一定的张力，其张力的来源是固定在行走小车2上的对压辊10，通过调整对压辊10之间的辊间距来提供给纤维带张力；由此，通过这种缠绕机主轴1间歇式转动和行走小车2配合缠绕机主轴1作互补式的往复移动，实现了与管道轴向夹角为零的连续轴向纤维的布置，比往复式交叉缠绕生产玻璃钢管道的方法节省了纤维用量，降低了生产成本，而且提高了管道轴向拉伸强度，提升了管道整体质量。

附图说明

图1为总体平面布置示意图

图2中A-A图为模具A端初始剖面示意图

     B-B图为模具B端旋转初始一周的纤维分布示意图

其中：

1、缠绕机主轴                      7、半球形封头

2、行走小车                        8、梳齿

3、工作平台                        9、电脑控制系统

4、模具                            10、对压辊

5、纤维夹具                        11、模具转动轴

6、可旋转绕丝嘴                    12、纤维团架子

具体实施方式

与管道轴向夹角为零的连续轴向纤维带的布置，优选方式是往复布置连续轴向纤维带的宽度为π值或π值的倍数，因为圆的周长＝π×直径，这样连续轴向纤维带既能均匀地布满模具圆周表面，又不会有纤维带之间的重叠和漏缝。

设备上的具体实施方式是：缠绕机主轴1由变频电机带动并连接到电脑控制系统9上；缠绕机主轴1用子母口方式与模具4卡在一起，可以同时转动并可拆开，以利于模具的重复使用；行走小车2有滚动轴在工作平台3上平滑移动；提供纤维张力的对压辊10连接到行走小车2上，并使连续轴向纤维带穿过其中；可旋转绕丝嘴6在行走小车2靠近模具4的一侧，连续轴向纤维带通过它布置到模具4的表面；半球形封头7的中心有模具4的转动轴11出来，且表面圆周方向上均匀地布置着使连续轴向纤维均匀分散的梳齿8；在模具4的A端半球形封头7上有两个固定点，可以挂紧纤维夹具5，使纤维夹具5不会掉落；切断多余纤维后，取下纤维夹具5重复使用。

Claims (7)

1、一种连续轴向纤维的布置方法及其设备，与现有生产玻璃钢管道的技术相比，都是通过纤维布置方向来解决玻璃钢管道的受力，都在管道环向布置连续环向纤维，其特征在于：布置与管道轴向夹角为零的连续轴向纤维带，通过若干次往复布置将连续轴向纤维带布满一个圆周的表面，为实现这种布置方法，其设备的特征是：在布置连续轴向纤维带时，缠绕机主轴1间歇式转动，带有连续轴向纤维带的行走小车2在工作平台3上配合缠绕机主轴1的转动作互补式往复移动，其中包括：控制主轴旋转角度的电脑控制系统9，行走小车2上面的对压辊10，可旋转绕丝嘴6，模具4的A端和B端半球形封头7及梳齿8，使纤维均匀分布的夹具5。

2、根据权利要求1所述的纤维夹具5，其特征在于：能使纤维带均匀地分散，并能把连续轴向纤维带初始端挂紧在模具4的A端。

3、根据权利要求1所述的旋转绕丝嘴6，其特征在于：能使连续纤维带在轴向方向上布置，又能在环向方向上布置，还能在模具4的半球形封头7的表面上布置。

4、根据权利要求1所述的半球形封头7，其特征在于：半球形封头7的中心有模具4的转动轴11出来，连续轴向纤维带可以平滑地布置在半球形封头7表面上并在模具4的转动轴11上缠绕一周。

5、根据权利要求书1所述的梳齿8，其特征在于：在半球形封头7表面均匀地布满一个圆周，当行走小车2停在模具4的B处或A处上，缠绕机主轴1旋转360°+n°时，连续轴向纤维带依靠梳齿8能均匀地分散开。

6、根据权利要求1所述的电脑控制系统9，其特征在于：根据管道不同的直径及连续轴向纤维带宽度来确定行走小车2在模具4的A端或B端时缠绕机主轴1带动模具4旋转的角度，并设计成固定控制程序。

7根据权利要求1所述的对压辊10，其特征在于：连续轴向纤维带从对压辊10中经过，可以通过调整对压辊之间距离来提供不同张力。

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