CN87100958A - 光纤拉丝—筛选—二次被覆连续生产装置 - Google Patents

Abstract

光纤拉丝——筛选——二次被覆连续生产装置是连续生产制造光纤的成套设备。它采用了能满足连续生产要求的强度筛选装置及压力涂覆装置，并以拉丝牵引为主牵引，其余强度筛选、收线等均通过位移传感器及电器控制跟踪主牵引以实现同步运转，根本改变了将各道工序分开进行的光纤传统生产方法。由于工序减少，减少了重复设备、占地面积、避免了光纤不必要的周转和复绕，既节省劳力，又能提高产品质量。

Description

本发明属光纤生产设备，作连续生产制造光导纤维用。

光纤的生产包括光纤拉丝、强度筛选、二次被覆三个主要工序。

通用的光纤强度筛选装置由传动机构带动的一组滚筒及施加张力机构和测量导轮组成。用加砝码的方式或机械顶紧装置来改变光纤所受的张力，为使光纤承受不同张力进行强度筛选，必须制备各种重量的砝码，或制造结构复杂的机械制动机构，生产过程中只能阶跃式间隙地调节筛选张力，加工、管理不方便，难以满足连续生产的需要。再加之其它种种原因，传统的光纤生产方法是将上述三道主要工序分开进行或将其中两道工序连在一起进行，这样工序多，重复设备多，占地面积大，操作人员多而且光纤在多次周转中易于损坏。二次被覆放线张力控制较复杂，影响被覆质量。

另外，现通用的一次涂覆装置用特定的电动传动机构产生压力（见日本公开特许公报昭S7-7844），结构复杂，加工不方便，难以杜绝因光纤高速运动带入气泡附于光纤涂层中，难以确保产品质量，使用不完全。

为克服上述缺点，寻求在生产过程中能连续调节张力，进行强度筛选的强度筛选装置，使光纤拉丝、强度筛选、二次被覆三道工序能连续进行的生产装置，以及加工方便、性能可靠、能确保产品质量，使用完全的光纤一次涂覆装置，提出了本发明。

为完成本发明任务，采用了以下的技术方案。

本发明由送棒机构、石墨拉丝炉、一次被覆装置、强度筛选装置、储线器、挤塑机、冷却槽、收线盘、放线轮、牵引轮、导轮、光纤、光纤直径及其偏心测控和电气控制装置组成，其中：

1.电气控制装置，采用了由位移传感器组成的张力反馈系统及电气控制。以拉丝牵引轮为主牵引。通过张力反馈系统及电气控制使强度筛选、储线器、光纤收丝、排丝、二次被覆后光纤的收线、排线各系统均能同步地跟踪拉丝主牵引，以实现同步运转，满足连续生产的需要。

由七套单独直接传动的直流力矩低速测速机组来控制生产线上的送棒、主牵引、光纤强度筛选、光纤收丝、排丝、二次被覆后光纤的收线、排线，其中直流力矩低速机组与测速机组相配，组成速度闭环，并与由位移传感器组成的张力反馈系统相连，以保证各系统能在较高的运转精度下同步运转。

采用非接触式光电温度计和热电偶与精密温度自动控制装置相配，以准确控制石墨拉丝炉、涂层烘干炉和挤出机的温度满足拉制工艺的需要。

2.采用磁粉离合器作为施加张力机构，用调节电流大小改变磁粉离合器制动力矩的方法来改变光纤所受张力大小，使光纤所受张力大小在筛选范围内能连续可调，并用改变光纤在滚筒上所绕圈数来确保光纤进线、出线张力恒定的一定数值。

由欧拉公式知：

Pn/Qn＝e^2πmf

式中：Qn-光纤进线或出线张力。f-光纤与滚筒间的摩擦系数。

Pn-光纤所受的筛选张力。

m-光纤在强度筛选装置滚筒上所绕的圈数。

由欧拉公式知，在一定的摩擦系数下，为保证一定的进线、出线张力（Qn），调节m的数值总能使上式成立。即当筛选张力增大时，只要增加光纤在滚筒上的圈数，即可保持光纤进线、出线张力不变，以保证光纤在连续生产过程中完成强度筛选工序。

由两组平行、相对排列的等直径滚筒及等速比的齿轮组成强度筛选装置。传动机构是由电动机带动的滚筒及齿轮组。施加张力机构是与被动齿轮组连接的磁粉离合器，测量导轮配置在靠离合器一侧的防护罩外。

3.光纤一次涂覆用的压力涂覆装置的涂覆容器分成上、下杯体，杯体间用螺纹或砝兰方式连接，垫圈密封。上、下杯体的下部均装有可拆卸的金属模口，下模口口径与光纤被覆直径相配，上模口口径比下模口口径稍大。上、下杯体的上部均有接管使其内腔分别与溢出料盛器及供料容器相通。下杯体外有冷却夹套。加压机构采用与供料容器直接相通的气体压力容器，压力由气体压力容器（钢瓶）或气体压缩机产生，由压力容器（或压缩机）引入的气体直接加于供料容器内的涂料表面，涂料经接管进入下杯体内腔，一部份涂料被迫向下流动，涂于光纤表面，以适应光纤高速拉制供料的需要，另一部份涂料经上模口被压入上杯体内腔，再经接管溢入溢出料盛器中。适当选配上、下模口直径能使光纤高速运动而引入的气体阻挡在上杯体内，消除了光纤涂层中的气泡。拉制过程中涂料的温度可由冷却夹套中的循环冷却液控制，以保持涂料粘度不变，满足连续生产中涂覆的需要。

以下结合实施例对本发明进行详细的说明。

图1、光纤连续生产流程图

图2、光纤连续生产电气控制流程图

图3、电机速度控制系统框图

图4、电机速度控制系统速度给定图

图5、光纤强度筛选装置示意图

图6、光纤强度筛选绕线图

图7、光纤涂覆杯示意图

图8、光纤一次涂覆用压力涂覆装置图。

在图1中，（1）送棒机构、（2）预制棒、（3）石墨拉丝炉、（4）光纤直径检测、（5）光纤一次涂覆用压力涂覆装置、（7）涂层偏芯测定、（8）拉丝牵引轮、（9）导轮、（10）强度筛选装置、（11）储线器、（12）挤塑机、（13）冷却槽、（14）牵引轮、（15）收线盘、（16）光纤。（6）烘炉。

拉制时，送棒机构（1）将预制棒（2）送入石墨拉丝炉（3），经炉加热，玻璃棒头部熔融，从端部引出光纤（16）由拉丝牵引轮（8）牵引经压力涂覆装置（5）涂敷，经烘炉（6）烘干后，引入强度筛选装置（10）对其强度进行筛选，证明满足强度要求的光纤存于储线器（11）中，光纤从储线器引入挤塑机（12）进行二次被覆，二次被覆后的光纤径冷却槽（13）冷却后，收于收线盘（15）中。光纤从拉丝、强度筛选到二次被覆三道工序均在一连续的生产装置上完成。

为满足连续生产的需要，保证拉丝、强度筛选、二次被覆三道工序同步，电气控制装置采用了以光拉丝牵引轮为主牵引，用由位移传感器组成的张力反馈系统及电气控制使强度筛选、储线器、光纤收丝、排丝、二次被覆后光纤的收线、排线系统，均同步地跟踪主牵引的装置。按图2所示光纤连续生产电气控制流程图进行控制。从图2可见，拉丝牵引（主牵引）、强度筛选、光纤收丝、排丝、光纤被覆后的收线、排线系统均与由位移传感器组成的张力反馈系统相连。用直流力矩低速测速机组1TG、1M控制制送棒机构，用直流力矩低速测速机组2TG、2M控制拉丝牵引（主牵引），用直流力矩低速测速机组3TG、2M控制强度筛选，用直流力矩低速测速机组4TG、4M控制光纤收丝，用直流力矩低速测速机组5TG、5M控制光纤排丝，用直流力矩低速测速机组6TG、6M控制二次被覆后光纤的收线，用直流力矩低速测速机组7TG、7M控制二次被覆后光纤的排线，用直流电动机8M、9M分别控制挤塑机及二次被覆付牵引。各测速机组按图3所示框图进行电机速度控制。在图3中，PI调节器由运算放大器和R-C反馈网络组成作为前置放大级，使系统的靜态误差，动态性能指标均能满足要求，除电压放大，功率放大外，还有校正调节，以增加系统的阻尼系数，使系统不会引起振荡，能提高系统的稳定性。电机速度控制系统按图4所示框图给定速度，由-6V直流稳压电流供给总给定值，由各电位器供给各单元给定值。

由于张力反馈系统是用差动变压器式的位移传感器将直线移动的机械量的变化转化为电量变化，具有靜电特性的线性度好，给定信号恒定，温度漂移小，灵敏度高，时间系数小的特点。用这样的电气控制装置能使强度筛选、储线器、光纤拉丝、排丝、二次被覆后光纤的收线、排线系统均同步地跟踪拉丝主牵引，能实现各部份同步运转，满足连续生产的需要。

电气控制装置包括以下几个柜、台、装置：

（1）直流力矩电机速控柜：装有七套单独直接传动的永磁式直流力矩低速测速机组的电气控制系统及稳压电流和继电器控制系统，其中直流力矩低速机组与测速机组相配，组成速度闭环，并与由位移传感器组成的张力反馈系统相连，用以控制送棒、主牵引、光纤强度筛选、光纤收丝、光纤排丝、及二次被覆后光纤的收线、排线。

（2）烘干炉温控柜：用动圈式温度指示调节仪，可控硅电压调整器来控温。

（4）付牵引速控柜：包括付牵引传动直流电机的可控硅调速装置。

（5）挤塑机温控、速控柜：用可控硅调速装置调节挤塑机的速度，机头、机身分四段加热、控温。

（6）三相、单相自动调压装置用以稳定七套直流力矩低速测速机组、付牵引直流电机及石墨拉丝炉的电压，以减少电网电压波动对温度、速度的影响。

（7）操作台、操作盘：装有各类表头、信号指示及打印机等，可直观地进行操作、控制。

根据需要，可按以下系统工作方式组成不同类型的连续生产线：

1.拉丝-烘干-主牵引-收排丝生产线。

2.放丝-套塑-付牵引-收排线生产线。

3.拉丝-烘干-主牵引-光纤强度筛选-挤塑-付牵引-收排线生产线。

3.拉丝-烘干-主牵引-挤塑-付牵引-收排线生产线。

图5是光纤强度筛选装置示意图，从图可见，电动机（6-1）的轴（6-15）经支架（6-2），穿过齿轮（6-3）及滚筒（6-4）的中心与齿轮（6-6）、滚筒（6-5）相连，齿轮（6-7）同时与齿轮（6-6）、齿轮（6-13）相啮合，组成主动齿轮组。另外，齿轮（6-9）同时与齿轮（6-3）、齿轮（6-13）相啮合，组成被动齿轮组。齿轮（6-10）滚筒（6-11）的轴（6-17）的一端与离合器（6-8）相联，另一端穿过齿轮（6-13）和滚筒（6-12）的中心，而齿轮（6-7）、齿轮（6-9）同在轴（6-16）上，各齿轮、滚筒的轴均由滚珠轴承支撑在支架（6-2）上。防护罩（6-19）通过轴承支撑在轴（6-15）、（6-16）、（6-17）上。测量导轮（6-14）配置在靠离合器侧的防护罩外，其距离可据测量要求调节。

使用时，光纤（6-20）按图6方式绕在滚筒上，即光纤从A点引入，在滚筒（6-4）、（6-11）上绕数圈后，经测量导轮（6-19）引入滚筒（6-12），在滚筒（6-12）、滚筒（6-5）上绕数圈后，从B点引出。

在图5中，电动机（6-1）带动滚筒（6-5）、齿轮（6-6）转动，由于齿轮（6-7）的啮合，滚筒（6-12）、齿轮（6-13）随之转动，由于光纤的牵引及齿轮（6-9）的啮合，滚筒（6-11）、（6-4）亦随之转动。欲改变测量段光纤（即滚筒（6-11）、（6-12）与测量导轮（6-14）之间的光纤）上所受的张力，只需用按钮调节磁粉离合器电流大小，改变磁粉离合器加到轴（6-17）上的制动力矩即可。同时由欧拉公式可知，调节光纤在滚筒上可绕的圈数，在一定范围筛选张力下保持光纤进线、出线张力不变。也就是说，光纤仅在测量段受到较大的筛选张力，其余处所受张力很小，光纤在生产过程中不会因强度筛选而受到损伤，使光纤拉丝、强度筛选、二次被覆三道工序有连续进行的可能。

图7为光纤涂覆杯示意图，涂覆杯是光纤一次涂覆层的涂覆容器。从图可见，涂覆杯的上杯体（8-15）和下杯体（8-13）间用螺纹（或砝兰）方式连接，垫圈（8-14）密封，上、下杯体的下部分别装有可拆卸的上模口（8-20）和下模口（8-9），下模口由螺母（8-17）及垫圈（8-10）紧固、密封。下模口直径与光纤被覆外径相配，上模口直径稍大于下模口直径。上杯体上部接管（8-16）与溢出料盛器（8-7）相通，下杯体上部接管（8-19）与供料容器（8-24）相通，并且有冷却夹套（8-18），由进水管（8-11）及出水管（8-12）引入、引出冷却水，从控制涂料温度上升，保持涂料粘度不变。

使用时，涂覆杯按图（8）方式组装于压力涂覆装置中，（接于图1中光纤一次涂覆压力涂覆装置（5）位置）压力气体由气体压力容器（钢瓶）（8-23）或气体压缩机供给，气体采用普通的氮气、干燥空气均可，压力气体（8-22）直接加于供料容器内的涂料（8-5）表面，涂料在压力作用下，经接管（8-19）流入下杯体内腔，一部份涂料被迫向下流动，经下模口（8-9）涂于光纤（8-8）表面，另一部份涂料经上模口（8-20）被压入上杯体内腔，并经接管（8-16）溢入溢出料盛器（8-7）中。

试验证明，采用本发明的强度筛选装置，只要适当地调节离合器的电流，光纤的筛选张力可在200～1000克的范围内无级变化，并能控制光纤进线、出线张力均在100克以下，在光纤生产过程中能连续进行强度筛选。

试验证明，采用本发明的压力涂覆装置，只要根据光纤规格适当的选配下模口的直径，而上模口直径约为下模口直径的2倍时，在高速生产时所涂覆光纤涂层无气泡，表面光滑，外径均匀一致，能满足高速生产连续涂覆的需要。

试验证明，采用本发明的连续生产装置在速度不大于80米/分的情况下，能连续生产出初次被覆无气泡，同心，二次被覆光滑的光纤，且强度及光纤外径公差均能符合要求。

按本发明的光纤连续生产装置具有以下优点：

1.由于工序减少、减少了重复设备和占地面积，避免了光纤不必要的周转和复绕，既能节省劳力、又能确保光纤被覆质量。

2.光纤所受张力在所需强度范围内能无级调节，操作管理方便，且二次被覆复放丝张力稳定，有利于被覆质量及被覆速度的提高。

3.强度筛选、压力涂覆装置结构简单、加工方便，易于生产制造。

Claims (8)

1、一种光纤拉丝-筛选-二次被覆连续生产装置由送棒机构、石墨拉丝炉、一次被覆装置、强度筛选装置、储线器、挤塑机、冷却槽、收线盘、放线轮、牵引轮、导轮、光纤、光纤直径及其偏心测控和电气控制装置组成，本发明的特征在于电气控制装置采用了能使各系统同步地跟踪拉丝主牵引的由位移传感器组成的张力反馈系统及电气控制，强度筛选装置采用磁粉离合器作施加张力机构，一次被覆装置采用压力涂覆装置。

2、如权利要求1所述光纤拉丝-筛选-二次被覆连续生产装置，其特征在于电气控制装置由直流力矩电机速控柜、石墨拉丝炉温控柜、烘干炉温控柜、付牵引速控柜、挤塑机温控、速控柜、三相、单相自动调压装置及操作台、操作盘组成。

3、如权利要求1或2所述光纤拉丝-筛选-二次被覆连续生产装置，其特征在于直流力矩电机速控柜内的直流力矩低速机组与测随机组相配，组成速度闭环，并与由位移传感器组成的张力反馈系统相连。

4、如权利要求1所述光纤拉丝-筛选-二次被覆连续生产装置，其特征在于强度筛选装置的滚筒是由两组平行、相对排列的等直径滚筒组成。

5、如权利要求1所述光纤拉丝-筛选-二次被覆连续生产装置，其特征在于强度筛选装置的传动机构是由电动牵引的两组平行、相对排列的等速比齿输组成，与电动机（6-1）相联的轴（6-5）经支架（6-2）穿过滚筒（6-4）和齿轮（6-3）的中心与滚筒（6-5）、齿轮（6-6）相联，齿轮（6-7）同时与齿轮（6-6）、齿轮（6-13）相啮合，构成主动齿轮组，齿轮（6-9）同时与齿轮（6-3）、齿轮（6-10）相啮合组成被动齿轮组，齿轮（6-10）与滚筒（6-11）的轴（6-17）的一端与离合器（6-8）相联，另一端穿过齿轮（6-13）和滚筒（6-12）的中心，各轴均由滚珠轴承支撑在支架（6-2）上。

6、如权利要求1所述光纤拉丝-筛选-二次被覆连续生产装置，其特征在于压力涂覆装置的加压机构采用与供料容器相逐的气体压力容器，其涂覆杯杯体分为密闭连接的上、下两部分，上、下杯体的下部均装有可拆卸的模口。

7、如权利要求1或6所述光纤拉丝-筛选-二次被覆连续生产装置，其特征在于压力涂覆装置中涂覆杯的上、下可拆卸模口均为金属模，下模口直径与光纤被覆直径相配，上模口直径约为下模口直径的2倍。

8、如权利要求1或6所述光纤拉丝-筛选-二次被覆连续生产装置，其特征在于涂覆杯的上杯体上部有连接溢出料盛器与杯体内腔的接管，下杯体的上部有连接供料容器与杯体内腔的接管，并且外部设有进水管、出水管与冷却套相逐。

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