專利名稱：具有收卷、放卷自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能的張力控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于一種用于各種纏繞機(jī)在纏繞復(fù)合材料殼體時(shí)纏繞工藝的張力控制裝置。
在各種纏繞機(jī)進(jìn)行復(fù)合材料殼體成形纏繞時(shí)，其工藝要求紗帶具有穩(wěn)定而可調(diào)的張力。在螺旋纏繞過(guò)程中，通常使用放卷的張力控制系統(tǒng)，大螺旋纏繞要求大小車作超程運(yùn)動(dòng)，當(dāng)纏到殼體兩端，小車帶動(dòng)導(dǎo)絲頭作相反的運(yùn)動(dòng)時(shí)，多余紗帶不能保持張力而松馳下來(lái)，稱為回紗，為解決這一問(wèn)題，目前，通常有如下幾種方案1．采用張力控制器由張力控制器、張力傳感器、磁粉制動(dòng)器及由彈簧等組成的機(jī)械式收紗裝置組成恒張放卷系統(tǒng)。這種方法只能放卷不能收卷，回紗時(shí)張力下降很多。
2．張力控制系統(tǒng)由PID調(diào)節(jié)器、張力傳感器、伺服電機(jī)系統(tǒng)、拖架、氣缸、空壓機(jī)和導(dǎo)紗輥等組成的閉環(huán)張力控制系統(tǒng)，因纏繞機(jī)帶動(dòng)芯模運(yùn)動(dòng)而使紗帶纏繞到芯模上，由調(diào)節(jié)張力控制系統(tǒng)的伺服電機(jī)相對(duì)于芯模轉(zhuǎn)動(dòng)速度的速度差來(lái)控制，調(diào)節(jié)紗帶的張力，靠改變氣缸中氣壓的大小來(lái)給定張力的大小。當(dāng)回紗時(shí)，由于紗帶張力下降，拖架與氣缸的平衡點(diǎn)的改變，經(jīng)張力傳感器將測(cè)得的信號(hào)輸入PID調(diào)節(jié)器，PID調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)使伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)，從而使紗帶保持一定張力。這種方法雖然能實(shí)現(xiàn)收卷與放卷之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，但用調(diào)節(jié)氣壓的方式來(lái)給定張力，使系統(tǒng)復(fù)雜，既不直觀，又不方便，該系統(tǒng)在環(huán)向纏繞時(shí)控制精度為±5％，在縱向纏繞時(shí)控制精度為±10％，控制精度較差。
本實(shí)用新型的目的是提供一種收卷狀態(tài)與放卷狀態(tài)相互之間能自動(dòng)轉(zhuǎn)換、控制精度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和操作方便的具有收卷、放卷自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能的張力控制裝置。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的它包括張力控制器、張力傳感器、紗盤、紗帶、導(dǎo)紗器、芯模和由伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)、編碼器組成的扭矩式伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，在扭矩式伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中增設(shè)卸載電路和再生電阻，當(dāng)系統(tǒng)處于非回紗或回紗狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)紗器將紗帶的張力通過(guò)張力傳感器將張力信號(hào)輸入張力控制器后，輸出控制信號(hào)給伺服驅(qū)動(dòng)器，使伺服電機(jī)分別處于被動(dòng)狀態(tài)或驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，使紗盤處于放卷或收卷狀態(tài)。
將張力控制器設(shè)置成收卷模式，當(dāng)纏繞機(jī)的主軸帶動(dòng)芯模轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)紗帶、減速器使伺服電機(jī)向與其輸出扭矩相反的方向旋轉(zhuǎn)，紗盤放卷，伺服電機(jī)處于被動(dòng)狀態(tài)，在維持伺服電機(jī)輸出扭矩的驅(qū)動(dòng)電流的同時(shí)，產(chǎn)生的電能通過(guò)卸載電路、再生電阻泄放掉；當(dāng)回紗時(shí)，能感受紗帶張力的張力傳感器輸送信號(hào)，使一直存在于伺服電機(jī)軸上的輸出扭矩驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，將回紗的紗帶收卷到紗盤上；當(dāng)紗帶重新向芯模上纏繞時(shí)，伺服電機(jī)又回復(fù)到制動(dòng)狀態(tài)，自動(dòng)轉(zhuǎn)換成放卷狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)收卷狀態(tài)、放卷狀態(tài)相互之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型采用在扭矩式伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中增設(shè)卸載電路和再生電阻的技術(shù)方案，以提高制動(dòng)泄放能力，實(shí)現(xiàn)了收卷狀態(tài)與放卷狀態(tài)之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，同時(shí)對(duì)原纏繞機(jī)改裝極方便，成本低；本實(shí)用新型的張力控制系統(tǒng)由電子線路組成，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，反應(yīng)速度快，張力控制精度高，經(jīng)試驗(yàn)，當(dāng)給定張力值為20KG時(shí)，控制精度為±0．7％，在與回紗狀態(tài)相互轉(zhuǎn)換的約0．3秒時(shí)間內(nèi)，控制精度為±5％；由于采用現(xiàn)有的張力控制器具有張力給定和張力實(shí)測(cè)數(shù)字顯示，調(diào)節(jié)準(zhǔn)確方便，監(jiān)視直觀。
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳述。


圖1是本實(shí)用新型方框原理圖；圖2是本實(shí)用新型電路圖。
參見(jiàn)
圖1，本實(shí)用新型包括張力控制器1、張力傳感器5、紗盤6、紗帶7、導(dǎo)紗器8、芯模9和由伺服驅(qū)動(dòng)器2、伺服電機(jī)3、編碼器12組成的扭矩式伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特點(diǎn)是在扭矩式伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)置卸載電路10和再生電阻11，當(dāng)紗帶7向芯模9上纏繞時(shí)，芯模9拉緊的紗帶7作用于施壓輥的張力通過(guò)張力傳感器5將張力信號(hào)反饋給張力控制器1后，輸出控制信號(hào)給伺服驅(qū)動(dòng)器2，使伺服電機(jī)3處于被動(dòng)狀態(tài)，紗盤6放卷；當(dāng)回紗時(shí)，紗帶7作用于施壓輥的張力又通過(guò)張力傳感器5將張力信號(hào)輸入張力控制器1后，輸出控制信號(hào)給伺服驅(qū)動(dòng)器2，使伺服電機(jī)3處于驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，紗盤6收卷。
根據(jù)上述技術(shù)方案，在伺服電機(jī)3和紗盤6之間串接減速器4，采用減速器4的減速比為8∶1，使伺服電機(jī)3的轉(zhuǎn)速和扭矩與實(shí)際所需紗盤6的速度、扭矩相匹配。導(dǎo)紗器8包括至少兩個(gè)導(dǎo)向輪和至少一個(gè)施壓輥，并安裝在紗盤6和芯模9之間。導(dǎo)向輪對(duì)稱分布在施壓輥兩側(cè)，圍繞導(dǎo)向輪和施壓輥纏繞的紗帶7呈120°形，導(dǎo)向器8紗帶7的張力變成壓力傳送給張力傳感器5。
采用現(xiàn)有的張力控制器1其輸出端與記錄儀14相連。也可通過(guò)可編程控制器與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)。張力控制器1具有張力給定及數(shù)字顯示，有張力傳感器5的電源供給及反饋輸入實(shí)測(cè)紗帶7的張力值的實(shí)時(shí)數(shù)字顯示，輸出端將張力實(shí)測(cè)值輸出可供記錄儀記錄，張力控制器1內(nèi)部設(shè)置的CPU將輸入信號(hào)與給定信號(hào)比較運(yùn)算、輸出一控制電壓信號(hào)控制扭矩模式的伺服電動(dòng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)按張力控制器1的輸入信號(hào)控制伺服電機(jī)3的輸出扭矩。該伺服電機(jī)3輸出扭矩為順時(shí)針?lè)较?，在非回紗狀態(tài)下，紗帶7往芯模9上纏繞，纏繞機(jī)主軸電機(jī)帶動(dòng)芯模9，按順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)紗帶7、紗盤6、減速器4至伺服電機(jī)3，克服伺服電機(jī)3輸出扭矩使伺服電機(jī)3沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，故在紗帶7上形成一定張力，此張力通過(guò)導(dǎo)紗器8作用于張力傳感器5，張力傳感器5將張力信號(hào)反饋給張力控制器1，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，此時(shí)伺服電機(jī)3處于被動(dòng)狀態(tài)，在維持電機(jī)正常扭矩的驅(qū)動(dòng)電流的同時(shí)，其發(fā)電的電能通過(guò)卸載電路10泄放到再生電阻11上。若不卸載發(fā)電狀態(tài)產(chǎn)生的電能，電壓將繼續(xù)升高，致使伺服驅(qū)動(dòng)器2產(chǎn)生過(guò)壓保護(hù)，停止工作。回紗時(shí)，紗帶7張力下降，在伺服電機(jī)3輸出扭矩的作用下，伺服電機(jī)作逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)紗盤6作逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，把因回紗多余的紗帶7收卷到紗盤6上。張力控制器1有一零張力信號(hào)輸出，當(dāng)斷紗時(shí)，此信號(hào)送入斷紗控制器13，使速度限制信號(hào)輸入為0，同時(shí)，啟動(dòng)信號(hào)變?yōu)橥Ｖ剐盘?hào)，使伺服電機(jī)3馬上停轉(zhuǎn)。伺服電機(jī)3接有編碼器12，將速度信號(hào)反饋給伺服驅(qū)動(dòng)器2，可供限速保護(hù)使用。
參見(jiàn)圖2，其中SA為總電源開關(guān)，F(xiàn)WQ為蜂鳴器，起斷紗報(bào)警的作用。ZKQ為張力控制器1，ZT的兩點(diǎn)之間為零位張力檢測(cè)輸出，當(dāng)張力控制器1檢測(cè)到為零位張力時(shí)，兩個(gè)ZT之間短路，從而使微型繼電器KL1吸合，使蜂鳴器發(fā)出報(bào)警，使KL1-2吸合，因QDQ CN1／F之46腳接地，從而使CN1／F之14腳信號(hào)變?yōu)榱悖诵盘?hào)為QDQ伺服驅(qū)動(dòng)器2的速度限制信號(hào)，使SM伺服電機(jī)3減速停止，同時(shí)KL1-3常閉觸點(diǎn)斷開，使輸入CN1／F的29腳信號(hào)變?yōu)橥Ｖ剐盘?hào)，使SM伺服電機(jī)3快速停止。SB5為張力控制器1的工作啟動(dòng)／停止信號(hào)，其TMO、AOC輸出0～5V實(shí)測(cè)張力信號(hào)供PS記錄儀14記錄，其RED、BLK供給SP張力傳感器5的電源，而SP張力傳感器5的檢測(cè)信號(hào)則通過(guò)GRL、WHL送入ZKQ張力控制器1，SA、SW送出0～5V的伺服驅(qū)動(dòng)信號(hào)給QDQ伺服驅(qū)動(dòng)器2，使SM伺服電機(jī)3輸出一定扭矩。SB6為伺服驅(qū)動(dòng)器2的啟動(dòng)／停止信號(hào)，ZKQ張力控制器1的SA、SW輸出的0～5V信號(hào)送入QDQ伺服驅(qū)動(dòng)器2之16、17，使其在扭矩模式下控制SM伺服電機(jī)3輸出一定扭矩，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)通過(guò)U編碼器12，CN SIG插座將轉(zhuǎn)速信號(hào)送入QDQ伺服驅(qū)動(dòng)器2，圖中F為卸載電路板10，PW為功率卸放模塊，R3為再生電阻11，F(xiàn)卸載電路10檢測(cè)從QDQ伺服驅(qū)動(dòng)器2之P、GND傳入的電壓，當(dāng)這個(gè)電壓大于340V時(shí)，F(xiàn)輸出信號(hào)使泄放功率模塊PW導(dǎo)通，從而使P端電流通過(guò)R3再生電阻11泄放，當(dāng)P端電壓小于340V時(shí)，P輸出信號(hào)使PW關(guān)閉，從而可以維持伺服驅(qū)動(dòng)電壓。這種張力控制系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于各種纏繞機(jī)及與此類似的張力控制系統(tǒng)中，能通過(guò)計(jì)算機(jī)程序自動(dòng)實(shí)現(xiàn)張力遞增或遞減。
權(quán)利要求1．一種具有收卷、放卷自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能的張力控制裝置，它包括張力控制器(1)、張力傳感器(5)、紗盤(6)、紗帶(7)、導(dǎo)紗器(8)、芯模(9)和由伺服驅(qū)動(dòng)器(2)、伺服電機(jī)(3)、編碼器(12)組成的扭矩式伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于所述扭矩式伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)置卸載電路(10)和再生電阻(11)，當(dāng)系統(tǒng)處于非回紗或回紗狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)紗器(8)將紗帶(7)的張力通過(guò)張力傳感器(5)將張力信號(hào)輸入張力控制器(1)后，輸出控制信號(hào)給伺服驅(qū)動(dòng)器(2)，使伺服電機(jī)(3)分別處于被動(dòng)狀態(tài)或驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，使紗盤(6)處于放卷或收卷狀態(tài)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有收卷、放卷自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能的張力控制裝置，其特征在于伺服電機(jī)(3)和紗盤(6)之間串接減速器(4)。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有收卷、放卷自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能的張力控制裝置，其特征在于所述導(dǎo)紗器(8)包括至少兩個(gè)導(dǎo)向輪和至少一個(gè)施壓輥，并安裝在紗盤(6)和芯模(9)之間，導(dǎo)向輪對(duì)稱分布于施壓輥兩側(cè)。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有收卷、放卷自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能的張力控制裝置，其特征在于所述張力控制器(1)內(nèi)設(shè)置CPU，一輸出端與記錄儀(14)相連，另一輸出端連接有斷紗控制器(13)。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有收卷、放卷自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能的張力控制裝置，其特征在于所述再生電阻(11)為線繞功率電阻。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有收卷、放卷自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能的張力控制裝置，其特征在于所述卸載電路(10)的電壓為大于驅(qū)動(dòng)電壓而小于保護(hù)電壓。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于各種纏繞機(jī)在纏繞復(fù)合材料殼體時(shí)纏繞工藝的具有收卷、放卷自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能的張力控制裝置,它包括張力控制器、張力傳感器、紗盤、紗帶、導(dǎo)紗器、芯模和內(nèi)部設(shè)置有卸載電路和再生電阻的扭矩式伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),本實(shí)用新型提高了制動(dòng)泄放能力,實(shí)現(xiàn)了收卷狀態(tài)與放卷狀態(tài)之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換,同時(shí)對(duì)原纏繞機(jī)改裝極方便,成本低,本實(shí)用新型還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,反應(yīng)速度快,調(diào)節(jié)準(zhǔn)確方便,監(jiān)視直觀等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B65H59/38GK2414047SQ0023125
公開日2001年1月10日 申請(qǐng)日期2000年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月28日
發(fā)明者孫國(guó)寶, 李學(xué)敏, 周東偉 申請(qǐng)人:中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第四研究院第四十三研究所