CN1911638A - 纤维铺放设备中的铺放头装置 - Google Patents

Abstract

纤维铺放设备中的铺放头装置，它涉及一种纤维铺放设备中的纤维铺放装置。针对铺带机铺放时存在松紧边、翘边和褶皱问题。施压装置(10)和导向轮(6)设置在机架(2)内的两端，重送装置(7)设置在施压装置(10)和导向轮(6)之间，剪切装置(8)设置在施压装置(10)与重送装置(7)之间，夹紧装置(9)设置在重送装置(7)与导向轮(6)之间，重送装置(7)与电机(1)传动连接，施压装置(10)与换向阀一(3－1)、剪切装置(8)与换向阀二(3－2)、重送装置(7)与换向阀四(3－4)及夹紧装置(9)与换向阀三(3－3)相连接，换向阀一(3－1)、换向阀二(3－2)、换向阀三(3－3)和换向阀四(3－4)与气源(4)相连接。本发明是集夹紧、剪切、重送、施压功能于一体，并兼顾铺带和铺丝两种工作方式，可满足我国航天、航空工业对复合材料构件制造的需要。

Description

纤维铺放设备中的铺放头装置

技术领域

本发明涉及一种纤维铺放设备中的纤维铺放装置。

背景技术

纤维铺放设备主要应用于加工大型飞机机翼、尾翼、发动机进气道及其它大型、异型复合材料构件的纤维成型上。纤维铺放设备包括铺带机和铺丝机两种。所谓铺带机是指只能铺放一根较宽的预浸带，其设备结构相对简单，但是，在预浸带较宽、铺设轨迹弯曲时，会出现松紧边、翘边和褶皱现象，如果采用窄带，则铺设效率受到影响。铺丝机可一次铺设多根窄带，避免了铺带时的松紧边、翘边和褶皱现象，同时，可在线改变预浸带的个数，还可调整铺设宽度，避免出现铺设重叠现象，但其结构相对复杂。为了满足我国航天、航空工业对复合材料构件制造的需求，研究开发纤维铺放技术及设备已成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种纤维铺放设备中的铺放头装置，它可解决铺带机在预浸带较宽、铺设轨迹弯曲时，存在松紧边、翘边和褶皱问题及铺丝机存在结构复杂的问题。

本发明包括电机、机架和固定在机架上的导向轮；本发明还包括换向阀、气源、进气管及设置在机架内并与机架固定连接的重送装置、剪切装置、夹紧装置和施压装置；所述的换向阀由换向阀一、换向阀二、换向阀三和换向阀四组成；所述的施压装置设置在机架内的一端，导向轮设置在机架内的另一端，重送装置设置在施压装置和导向轮之间，剪切装置设置在施压装置与重送装置之间，夹紧装置设置在重送装置与导向轮之间，重送装置与电机的输出轴传动连接，电机设置在机架的外侧，进气管的一端装在靠近重送装置一侧的剪切装置内，施压装置与换向阀一的输出端相连接，剪切装置与换向阀二的输出端相连接，重送装置与换向阀四的输出端相连接，夹紧装置与换向阀三的输出端相连接，换向阀一的输入端、换向阀二的输入端、换向阀三的输入端和换向阀四的输入端之间并联并与气源相连接。

本发明具有以下有益效果：一、本发明是集夹紧、剪切、重送以及施压等功能于一体的铺放头装置，该装置兼顾铺带和铺丝两种工作方式。二、本发明解决了铺放装置结构设计中的各个模块装置之间的协同动作问题，实现了纤维铺放中所需要的各种功能。三、在重送装置中，采用电机作为动力源，通过从动轮连杆带动从动轮挤压纤维，并利用风力向进气管内送风实现辅助导向，解决了纤维重送困难的问题。四、对于在密闭环境中进行工作的剪切装置，采用小型气缸带动上、下连杆实现剪切的功能。该剪切装置能快速的切断预浸纱，通过弹簧称测得，此剪切装置能承受的张力约为30N。五、在夹紧装置中，采用通过控制电机的行程，及时准确地配合重送装置或剪切装置对纤维松开或夹紧，其反应十分灵敏。六、施压装置通过施压气缸给压辊施压，使施压装置能够有效的实现展纱和压紧功能。七、本发明具有结构设计合理，工作可靠，自动化水平高的优点，可满足我国航天、航空工业对复合材料构件制造的需要。

附图说明

图1是本发明的整体结构主视图，图2是图1的俯视图，图3是图1的左视图，图4是图2的A-A剖视图，图5是图2的B-B剖视图，图6是剪切装置8的主视图，图7是图6的左视图，图8是夹紧装置9的主视图，图9是图8的左视图，图10是本发明的结构简图(不包括机架2)。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～图5和图10说明本实施方式，本实施方式由电机1、机架2、固定在机架2上的导向轮6及换向阀3、气源4、进气管5、设置在机架2内并与机架2固定连接的重送装置7以及剪切装置8、夹紧装置9、施压装置10、管路一14、管路二15、管路三16和管路四17组成；所述的换向阀3由换向阀一3-1、换向阀二3-2、换向阀三3-3和换向阀四3-4组成；所述的施压装置10设置在机架2内的一端，导向轮6设置在机架2内的另一端，重送装置7设置在施压装置10和导向轮6之间，剪切装置8设置在施压装置10与重送装置7之间，夹紧装置9设置在重送装置7与导向轮6之间，重送装置7与电机1的输出轴传动连接，电机1设置在机架2的外侧，进气管5的一端装在靠近重送装置7一侧的剪切装置8内，施压装置10与换向阀一3-1的两个输出端通过管路一14相连接，剪切装置8与换向阀二3-2的两个输出端通过管路二15相连接，重送装置7与换向阀四3-4的输出端通过管路四17相连接，夹紧装置9与换向阀三3-3的输出端通过管路三16相连接，换向阀一3-1的输入端、换向阀二3-2的输入端、换向阀三3-3的输入端和换向阀四3-4的输入端之间并联并与气源4相连接。

具体实施方式二：结合图2、图3和图5说明本实施方式，本实施方式的机架2由两个相对平行放置的固定板2-1组成。其结构简单，容易加工。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1、图2、图4和图10说明本实施方式，本实施方式的施压装置10由压辊10-1、压辊支架10-2和施压气缸10-3组成；所述的压辊10-1通过压辊支架10-2与机架2固定连接，施压气缸10-3与机架2固定连接，施压气缸10-3的两个输入端与所述的换向阀一3-1的两个输出端相连接。采用此装置，可将纤维铺到芯模13上，并把纤维束铺平压实，施压气缸10-3的型号为CJ2D6-15。其它组成及连接关系与具体

实施方式一相同。

具体实施方式四：结合图2、图4和图10说明本实施方式，本实施方式的重送装置7由从动轮7-1、主动轮7-2、从动轮连杆7-3和重送气缸7-4组成；所述的重送气缸7-4与机架2固定连接，重送气缸7-4的活塞与从动轮连杆7-3的上端铰接，从动轮连杆7-3的一端与从动轮7-1的轮轴铰接，从动轮连杆7-3的另一端与机架2固定连接，从动轮7-1的正下方设置有与电机1的输出轴传动连接的主动轮7-2，重送气缸7-4的两个输入端与所述的换向阀四3-4的两个输出端相连接。该装置可把铺放过程中切断的纤维自动输送到压辊10-1下重新开始铺放，实现自动化送线功能，重送气缸7-4的型号为CJ2D10-15。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：结合图4、图6、图7和图10说明本实施方式，本实施方式的剪切装置8由密闭壳体8-1、上切刀8-2、上刀座8-3、下切刀8-4、下刀座8-5、导向管一8-6、导向管二8-7、滑块8-8、上连杆8-9、下连杆8-10、支座8-11、剪切气缸8-12和密封环8-13组成；所述的导向管一8-6的一端和导向管二8-7的一端相对设置并沿轴向固定装在密闭壳体8-1内，导向管一8-6与导向管二8-7同轴，所述的进气管5的一端装在导向管二8-7内，导向管一8-6与导向管二8-7之间的空隙内装有下切刀8-4和与下切刀8-4相接触的上切刀8-2，上切刀8-2的刀柄固定装在与密闭壳体8-1内的上端面固定连接的上刀座8-3内，下切刀8-4的刀柄固定装在下刀座8-5内，下刀座8-5固定装在滑块8-8上，滑块8-8装在密闭壳体8-1内，滑块8-8外壁上的环槽8-8-1内装有密封环8-13，可保证密闭壳体8-1具有良好的密闭性能，滑块8-8的下端与上连杆8-9的上端铰接，上连杆8-9的下端与下连杆8-10的上端及剪切气缸8-12的活塞三者铰接在一起，下连杆8-10的下端与支座8-11的上端铰接，支座8-11及剪切气缸8-12分别与机架2固定连接，剪切气缸8-12的两个输入端分别与换向阀二3-2的两个输出端固定连接。当铺放完毕或有其他特殊情况发生需要剪断纤维时，该装置能够快速的剪断纤维，同时，剪断动作不影响夹紧和下一步重新开始铺放时的重送动作。为保证纤维在风力的作用下顺利进入施压装置10中，要求剪切动作必须在密闭壳体8-1内进行，剪切气缸8-12选择SMC标准气缸CJ2D10，行程15mm即可满足要求。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式六：结合图6和图7说明本实施方式，本实施方式的密闭壳体8-1由上端盖8-1-1、侧板一8-1-2、侧板二8-1-3、侧板三8-1-4和侧板四8-1-5组成；所述的上端盖8-1-1水平放置，侧板一8-1-2和侧板二8-1-3相对平行放置，侧板三8-1-4和侧板四8-1-5分别与侧板一8-1-2和侧板二8-1-3相垂直，上端盖8-1-1的下端面分别与侧板一8-1-2、侧板二8-1-3、侧板三8-1-4和侧板四8-1-5的上端面固定连接，侧板一8-1-2上设有导向管一8-6的穿入孔8-1-6，侧板二8-1-3上设有导向管二8-7的穿入孔8-1-7。如此设置，结构简单，便于加工制造。其它组成及连接关系与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：结合图2、图4及图8～图10说明本实施方式，本实施方式的夹紧装置9由加压头9-1、上连接杆9-3、下连接杆9-4、底座9-5和夹紧气缸9-6组成；所述的加压头9-1的下端与上连接杆9-3的上端铰接，上连接杆9-3的下端与下连接杆9-4的上端及夹紧气缸9-6的活塞三者铰接在一起，下连接杆9-4的下端与底座9-5的上端铰接，底座9-5及夹紧气缸9-6分别与机架2固定连接，夹紧气缸9-6的两个输入端分别与换向阀三3-3的两个输出端固定连接。如此设置，纤维在剪断时，通过此装置可立即夹紧纤维，不至于发生脱纱现象，夹紧气缸9-6选择SMC标准气缸CJ2D6-15。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式八：结合图8和图9说明本实施方式，本实施方式的加压头9-1由夹紧滑块9-1-8、上盖9-1-1、立板一9-1-2、立板二9-1-3、立板三9-1-5和立板四9-1-6组成；所述的上盖9-1-1水平放置，立板一9-1-2和立板二9-1-3相对平行设置，立板三9-1-5和立板四9-1-6分别与立板一9-1-2和立板二9-1-3相垂直，上盖9-1-1的下端面分别与立板一9-1-2、立板二9-1-3、立板三9-1-5和立板四9-1-6的上端面固定连接，立板一9-1-2和立板二9-1-3上设有同轴的纤维穿过孔9-1-4，加压头9-1内装有夹紧滑块9-1-8，上盖9-1-1的下端面设有下凸台9-1-7，夹紧滑块9-1-8的上端面设有与所述的下凸台9-1-7相配合的上凸台9-1-9，如此设置，便于对纤维夹紧定位，夹紧滑块9-1-8的下端与所述的上连接杆9-3的上端铰接，其它组成及连接关系与具体实施方式七相同。

具体实施方式九：结合图2、图4和图10说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同点是：本实施方式还增加有梳齿装置12；所述的梳齿装置12由梳齿辊12-1和梳齿12-2组成；所述的梳齿辊12-1设置在夹紧装置9和导向轮6之间，梳齿辊12-1的两端与机架2固定连接，梳齿辊12-1上沿轴向设有一排等距离的梳齿12-2。对铺放纤维束时，采用梳齿装置12可保证纤维铺放均匀。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式十：结合图1、图2和图10说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同点是：本实施方式还增加有气源净化装置11，所述的气源净化装置11设置在所述的换向阀3与气源4之间，换向阀3的输入端与气源净化装置11的输出端相连接，气源净化装置11的输入端与气源4的输出端相连接。如此设置，可保证进入换向阀3内的气体洁净，由此保证了气缸动作的可靠性。气源净化装置11的型号为YY80C-Z。

重送装置7的工作原理是：第一次铺放纤维或中断后再次启动时，首先启动电机1，然后重送气缸7-4动作使从动轮7-1与主动轮7-7接触挤压纤维纱，第三换向阀3-3动作使夹紧装置9保持松开状态，然后在风力的辅助作用下，纤维纱在导向管一8-6和导向管二8-7内向前运动，然后由施压装置10压到芯模13的表面上。

剪切装置8的工作原理是：当需要剪切时，先启动夹紧装置9夹紧纤维纱，即夹紧气缸9-6通过上、下连接杆和加压头9-1夹紧纤维，保证在剪断后纤维不至于在张力的作用下脱离铺放头装置；然后启动剪切气缸8-12完成剪断动作，最后换向阀二3-2动作收回下切刀8-4。

夹紧装置9的工作原理是：夹紧装置9与重送装置7和剪切装置8联合动作，当需要剪断纤维时，在剪断之前，夹紧装置9先动作夹紧纤维，以免断纱之后纤维在张力的作用下脱离铺放头装置；要启动重送装置7时，重送装置7中的主动轮7-2和从动轮7-1压紧纤维束之后，夹紧装置9松开，使纤维束顺利进入施压装置10进行铺放。

施压装置10的工作原理是：开始铺放时，压辊10-1下没有纤维，通过施压气缸10-3使压辊10-1抬起，纤维被送到压辊10-1下，然后压到纤维上，使纤维固定到芯模13上。当压辊10-1下有纤维时，对于重送来的纤维，压辊10-1不必抬起，通过铺放头装置的整体运动，使纤维被压辊10-1压到芯模13上。

本发明的铺放头装置的工作过程是：开启电机1带动主动轮7-2传动，如果纤维被夹紧则对夹紧气缸9-6换向松开纤维，再开启重送气缸7-4，通过从动轮连杆7-3使从动轮7-1压到主动轮7-2上，挤压纤维运动，纤维在挤压和风力的作用下到达压辊10-1下，施压气缸10-3把纤维压到芯模13上，纤维被压到芯模13表面后，对重送气缸7-4换向，从动轮7-1抬起。当需要剪切时，启动夹紧气缸9-6夹紧纤维，之后再启动剪切气缸8-12，对纤维束实施剪断动作，动作完成后对剪切气缸8-12进行换向，收回下切刀8-4，进入下一轮的纤维铺放，上述动作循环进行。

Claims (10)

1、一种纤维铺放设备中的铺放头装置，它包括电机(1)、机架(2)和固定在机架上的导向轮(6)；其特征在于它还包括换向阀(3)、气源(4)、进气管(5)及设置在机架(2)内并与机架(2)固定连接的重送装置(7)、剪切装置(8)、夹紧装置(9)和施压装置(10)；所述的换向阀(3)由换向阀一(3-1)、换向阀二(3-2)、换向阀三(3-3)和换向阀四(3-4)组成；所述的施压装置(10)设置在机架(2)内的一端，导向轮(6)设置在机架(2)内的另一端，重送装置(7)设置在施压装置(10)和导向轮(6)之间，剪切装置(8)设置在施压装置(10)与重送装置(7)之间，夹紧装置(9)设置在重送装置(7)与导向轮(6)之间，重送装置(7)与电机(1)的输出轴传动连接，电机(1)设置在机架(2)的外侧，进气管(5)的一端装在靠近重送装置(7)一侧的剪切装置(8)内，施压装置(10)与换向阀一(3-1)的输出端相连接，剪切装置(8)与换向阀二(3-2)的输出端相连接，重送装置(7)与换向阀四(3-4)的输出端相连接，夹紧装置(9)与换向阀三(3-3)的输出端相连接，换向阀一(3-1)的输入端、换向阀二(3-2)的输入端、换向阀三(3-3)的输入端和换向阀四(3-4)的输入端之间并联并与气源(4)相连接。

2、根据权利要求1所述的纤维铺放设备中的铺放头装置，其特征在于所述的机架(2)由两个相对平行放置的固定板(2-1)组成。

3、根据权利要求1所述的纤维铺放设备中的铺放头装置，其特征在于所述的施压装置(10)由压辊(10-1)、压辊支架(10-2)和施压气缸(10-3)组成；所述的压辊(10-1)通过压辊支架(10-2)与机架(2)固定连接，施压气缸(10-3)与机架(2)固定连接，施压气缸(10-3)的两个输入端与所述的换向阀一(3-1)的两个输出端相连接。

4、根据权利要求1所述的纤维铺放设备中的铺放头装置，其特征在于所述的重送装置(7)由从动轮(7-1)、主动轮(7-2)、从动轮连杆(7-3)和重送气缸(7-4)组成；所述的重送气缸(7-4)与机架(2)固定连接，重送气缸(7-4)的活塞与从动轮连杆(7-3)的上端铰接，从动轮连杆(7-3)的一端与从动轮(7-1)的轮轴铰接，从动轮连杆(7-3)的另一端与机架(2)固定连接，从动轮(7-1)的正下方设置有与电机(1)的输出轴传动连接的主动轮(7-2)，重送气缸(7-4)的两个输入端与所述的换向阀四(3-4)的两个输出端相连接。

5、根据权利要求1所述的纤维铺放设备中的铺放头装置，其特征在于所述的剪切装置(8)由密闭壳体(8-1)、上切刀(8-2)、上刀座(8-3)、下切刀(8-4)、下刀座(8-5)、导向管一(8-6)、导向管二(8-7)、滑块(8-8)、上连杆(8-9)、下连杆(8-10)、支座(8-11)、剪切气缸(8-12)和密封环(8-13)组成；所述的导向管一(8-6)的一端和导向管二(8-7)的一端相对设置并沿轴向固定装在密闭壳体(8-1)内，导向管一(8-6)与导向管二(8-7)同轴，所述的进气管(5)的一端装在导向管二(8-7)内，导向管一(8-6)与导向管二(8-7)之间的空隙内装有下切刀(8-4)和与下切刀(8-4)相接触的上切刀(8-2)，上切刀(8-2)的刀柄固定装在与密闭壳体(8-1)内的上端面固定连接的上刀座(8-3)内，下切刀(8-4)的刀柄固定装在下刀座(8-5)内，下刀座(8-5)固定装在滑块(8-8)上，滑块(8-8)装在密闭壳体(8-1)内，滑块(8-8)外壁上的环槽(8-8-1)内装有密封环(8-13)，滑块(8-8)的下端与上连杆(8-9)的上端铰接，上连杆(8-9)的下端与下连杆(8-10)的上端及剪切气缸(8-12)的活塞三者铰接在一起，下连杆(8-10)的下端与支座(8-11)的上端铰接，支座(8-11)及剪切气缸(8-12)分别与机架(2)固定连接，剪切气缸(8-12)的两个输入端分别与换向阀二(3-2)的两个输出端固定连接。

6、根据权利要求5所述的纤维铺放设备中的铺放头装置，其特征在于所述的密闭壳体(8-1)由上端盖(8-1-1)、侧板一(8-1-2)、侧板二(8-1-3)、侧板三(8-1-4)和侧板四(8-1-5)组成；所述的上端盖(8-1-1)水平放置，侧板一(8-1-2)和侧板二(8-1-3)相对平行放置，侧板三(8-1-4)和侧板四(8-1-5)分别与侧板一(8-1-2)和侧板二(8-1-3)相垂直，上端盖(8-1-1)的下端面分别与侧板一(8-1-2)、侧板二(8-1-3)、侧板三(8-1-4)和侧板四(8-1-5)的上端面固定连接，侧板一(8-1-2)上设有导向管一(8-6)的穿入孔(8-1-6)，侧板二(8-1-3)上设有导向管二(8-7)的穿入孔(8-1-7)。

7、根据权利要求1所述的纤维铺放设备中的铺放头装置，其特征在于所述的夹紧装置(9)由加压头(9-1)、上连接杆(9-3)、下连接杆(9-4)、底座(9-5)和夹紧气缸(9-6)组成；所述的加压头(9-1)的下端与上连接杆(9-3)的上端铰接，上连接杆(9-3)的下端与下连接杆(9-4)的上端及夹紧气缸(9-6)的活塞三者铰接在一起，下连接杆(9-4)的下端与底座(9-5)的上端铰接，底座(9-5)及夹紧气缸(9-6)分别与机架(2)固定连接，夹紧气缸(9-6)的两个输入端分别与换向阀三(3-3)的两个输出端固定连接。

8、根据权利要求7所述的纤维铺放设备中的铺放头装置，其特征在于所述的加压头(9-1)由夹紧滑块(9-1-8)、上盖(9-1-1)、立板一(9-1-2)、立板二(9-1-3)、立板三(9-1-5)和立板四(9-1-6)组成；所述的上盖(9-1-1)水平放置，立板一(9-1-2)和立板二(9-1-3)相对平行设置，立板三(9-1-5)和立板四(9-1-6)分别与立板一(9-1-2)和立板二(9-1-3)相垂直，上盖(9-1-1)的下端面分别与立板一(9-1-2)、立板二(9-1-3)、立板三(9-1-5)和立板四(9-1-6)的上端面固定连接，立板一(9-1-2)和立板二(9-1-3)上设有同轴的纤维穿过孔(9-1-4)，加压头(9-1)内装有夹紧滑块(9-1-8)，上盖(9-1-1)的下端面设有下凸台(9-1-7)，夹紧滑块(9-1-8)的上端面设有与所述的下凸台(9-1-7)相配合的上凸台(9-1-9)，夹紧滑块(9-1-8)的下端与所述的上连接杆(9-3)的上端铰接。

9、根据权利要求1所述的纤维铺放设备中的铺放头装置，其特征在于它还包括梳齿装置(12)；所述的梳齿装置(12)由梳齿辊(12-1)和梳齿(12-2)组成；所述的梳齿辊(12-1)设置在夹紧装置(9)和导向轮(6)之间，梳齿辊(12-1)的两端与机架(2)固定连接，梳齿辊(12-1)上沿轴向设有一排等距离的梳齿(12-2)。

10、根据权利要求1所述的纤维铺放设备中的铺放头装置，其特征在于它还包括气源净化装置(11)，所述的气源净化装置(11)设置在所述的换向阀(3)与气源(4)之间，换向阀(3)的输入端与气源净化装置(11)的输出端相连接，气源净化装置(11)的输入端与气源(4)的输出端相连接。

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