數(shù)控纖維纏繞張力施加系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及纖維纏繞復合材料成型，具體地，涉及一種數(shù)控纖維纏繞張力施加系統(tǒng)及方法，主要適用于纖維纏繞復合材料管狀或球狀物的成型工藝和應用于數(shù)控纖維纏繞機。
【背景技術(shù)】
[0002]纖維纏繞復合材料在纏繞過程中需要對纖維施加張緊力，特別是數(shù)控纖維纏繞機對張力的檢測和控制都有嚴格要求(JC/T2181-2013)。
[0003]通常數(shù)控纖維纏繞機的張力施加系統(tǒng)都包含控制器、張力傳感器和制動器，其中制動器一般采用伺服電機或磁粉制動器。大多數(shù)纏繞機都采用纖維卷放卷軸和制動器同軸的方式，即纖維卷放置在于制動器相連的軸上，使纖維卷與制動器軸同步旋轉(zhuǎn)，制動器輸出的扭矩的大小決定纖維張力的大小。纏繞機在工作狀態(tài)時，纖維紗從放卷軸出紗繞過張力傳感器，傳感器將張力檢測信號傳到控制器，控制器將設定目標值與檢測實際值作比較后，發(fā)出執(zhí)行信號傳遞給制動器以調(diào)節(jié)張緊力，這就是數(shù)控纏繞機通常采用的纖維纏繞張力方法。而且，通常纖維纏繞產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中需要多股纖維紗同時纏繞，因此一個紗架通常有放置多個纖維卷，紗架的重量和體積也隨之增大。包含放置多股纖維卷的紗架通常不放在纏繞機的行走小車上，即放在相對遠離纏繞機的固定位置或者放置在與行走小車同步的導軌平臺上。
[0004]數(shù)控纖維纏繞機施加張緊力的通常方法存在兩個普遍問題。首先，纖維無法施加較大的張緊力。在張緊力施加到一定的程度時，纖維紗容易陷入纖維卷中對下層的纖維造成破壞。當纖維紗從纖維卷的端部出紗時，容易在大張緊力的作用下導致下層部分的塌陷，導致整卷無法使用。其次，多股纖維紗纏繞紗架部分占用空間太大或同步紗架運動成本高。如果制動器采用磁粉制動器，為了在行走小車往復運動時使張力控制均勻，放置多股纖維卷的紗架往往要盡量遠離纏繞機主體部分，這樣難免造成占地面積過大的后果。如果制動器采用伺服電機，會增加設備成本并增加系統(tǒng)復雜程度。如果采用紗架放置在同步于小車的導軌上，可以解決張力控制精度的問題，但是會不可避免地提高成本。
[0005]本發(fā)明可以解決傳統(tǒng)纏繞張力施加方法及纏繞機普遍存在的兩個問題，既能在不損害纖維卷的情況下施加足夠大的纖維張力，又能在保持高的張力控制精度的情況下有效地節(jié)省占地面積和成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種數(shù)控纖維纏繞張力施加系統(tǒng)及方法。本發(fā)明主要適用于纖維纏繞復合材料的纏繞工藝過程，是對傳統(tǒng)數(shù)控纏繞機張力系統(tǒng)的一種改進。本發(fā)明可在纖維纏繞復合材料成型過程中，方便地施加足夠大小的高精度纖維張力并節(jié)省空間和成本。
[0007]根據(jù)本發(fā)明提供的數(shù)控纖維纏繞張力施加系統(tǒng)，包括安裝本體、斜置輥軸、平置輥軸、張力檢測系統(tǒng)；
[0008]其中，所述斜置輥軸和所述平置輥軸相鄰設置在所述安裝本體;所述斜置輥軸的軸線和所述平置輥軸的軸線呈設定角度，從而所述斜置輥軸的一端與所述平置輥軸的一端之間形成第一張口端，所述斜置輥軸的另一端與所述平置輥軸的另一端之間形成第二張口端;所述第一張口端的寬度大于第二張口端的寬度；
[0009]所述斜置輥軸設置在所述平置輥軸的一側(cè)面，所述張力檢測系統(tǒng)設置在所述平置輥軸的另一側(cè)面。
[0010]優(yōu)選地，還包括第一制動器以及第二制動器；
[0011]其中，所述第一制動器連接所述斜置輥軸;所述第二制動器連接所述平置輥軸。
[0012]優(yōu)選地，所述張力檢測系統(tǒng)包括第一過線輪、第二過線輪、第三過線輪、第四過線輪、第五過線輪以及第六過線輪；
[0013]其中，第一過線輪、第二過線輪、第三過線輪、第四過線輪、第五過線輪以及第六過線輪依次排列;第一過線輪與平置輥軸相鄰設置；
[0014]第一過線輪的下側(cè)面低于所述平置輥軸的上側(cè)面;第二過線輪的上側(cè)面、第三過線輪的上側(cè)面高于所述第一過線輪的下側(cè)面；
[0015]第四過線輪、第五過線輪設置在第三過線輪的下側(cè)；所述第六過線輪的上側(cè)面高于第四過線輪的下側(cè)面和第五過線輪的下側(cè)面。
[0016]優(yōu)選地，所述張力檢測系統(tǒng)還包括傳感器連接件和扭矩傳感器；
[0017]所述傳感器連接件連接所述扭矩傳感器的檢測端;所述傳感器連接件一端連接第三過線輪，另一端連接第四過線輪。
[0018]優(yōu)選地，還包括數(shù)字控制器；
[0019]所述數(shù)字控制器電連接所述張力檢測系統(tǒng)的扭矩傳感器、第一制動器以及第二制動器。
[0020]本發(fā)明提供的數(shù)控纖維纏繞張力施加方法，采用所述的數(shù)控纖維纏繞張力施加系統(tǒng)，包括如下步驟:
[0021 ]步驟I:將纖維紗從第一張口端開始置紗，具體為，纖維紗與斜置輥軸接觸后，使纖維紗繞平置輥軸半圈，再繞回斜置輥軸，再繞至平置輥軸，直至第二張口端后通過所述張力檢測系統(tǒng)穿出；
[0022]步驟2:所述數(shù)控纖維纏繞張力施加系統(tǒng)中的第一制動器、第二制動器使斜置輥軸和平置輥軸同步，從而將制動扭矩傳遞至斜置輥軸和平置輥軸上；當制動扭矩傳遞到斜置輥軸和平置輥軸上時，纖維紗與斜置輥軸、平置輥軸之間會因為有相對運動趨勢而產(chǎn)生靜摩擦力，進而纖維紗產(chǎn)生張力；
[0023]步驟3:所述張力檢測系統(tǒng)檢測出張力信號，所述張力檢測系統(tǒng)的扭矩傳感器會將張力信號傳遞給所述的數(shù)控纖維纏繞張力施加系統(tǒng)的數(shù)字控制器，數(shù)字控制器將扭矩傳感器的張力值與輸入的設定張力值作比較，按PID算法進行運算，運算生成輸出信號，進而根據(jù)所述輸出信號控制第一制動器、第二制動器調(diào)節(jié)扭矩改變摩擦力，最終改變纖維紗的張力。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0025]1、施加張力更大，本發(fā)明可以按需求增大張力，避免纖維紗嚴重磨損并且不使原纖維卷損壞；
[0026]2、張力控制精確，本發(fā)明因纖維紗的入口處纖維紗的張力總是零，并且速度恒定，此發(fā)明的纏繞纖維張力不會因纖維紗擺動導致張緊力的較大穩(wěn)態(tài)誤差；
[0027]3、本發(fā)明簡化纏繞機復雜程度、節(jié)省占地面積和成本，因為此發(fā)明可以采用磁粉制動器精確控制張力，所以可以不需采用伺服電機、節(jié)省遠置紗架的占地面積或同步導軌系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0028]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0029]圖1為本發(fā)明中數(shù)控纖維纏繞張力施加系統(tǒng)的一個方面的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2為本發(fā)明中數(shù)控纖維纏繞張力施加系統(tǒng)的另一個方面的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖中:
[0032]I為纖維紗；
[0033]2為斜置輥軸；
[0034]3為第二制動器；
[0035]4為張力檢測系統(tǒng)；
[0036]5為平置輥軸；
[0037]6為第一制動器。
【具體實施方式】
[0038]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應當指出的是，對本領域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0039]在本實施例中，本發(fā)明提供的數(shù)控纖維纏繞張力施加系統(tǒng)，包括安裝本體、斜置輥軸、平置輥軸、張力檢測系統(tǒng)；
[0040]其中，所述斜置輥軸和所述平置輥軸相鄰設置在所述安裝本體;所述斜置輥軸的軸線和所述平置輥軸的軸線呈設定角度，從而所述斜置輥軸的一端與所述平置輥軸的一端之間形成第一張口端，所述斜置輥軸的另一端與所述平置輥軸的另一端之間形成第二張口端;所述第一張口端的寬度大于第二張口端的寬度；
[0041]所述斜置輥軸設置在所述平置輥軸的一側(cè)面，所述張力檢測系統(tǒng)設置在所述平置輥軸的另一側(cè)面。
[0042]本發(fā)明提供的數(shù)控纖維纏繞張力施加系統(tǒng)，還包括第一制動器以及第二制動器；其中，所述第一制動器連接所述斜置輥軸;所述第二制動器連接所述平置輥軸。
[0043]所述第一制動器和所述第二制動器采用粉制動器。
[0044]所述張力檢測系統(tǒng)包括第一過線輪、第二過線輪、第三過線輪、第四過線輪、第五過線輪以及第六過線輪；
[0045]其中，第一過線輪、第二過線輪、第三過線輪、第四過線輪、第五過線輪以及第六過線輪依次排列;第一過線輪與平置輥軸相鄰設置；
[0046]第一過線輪的下側(cè)面低于所述平置輥軸的上側(cè)面;第二過線輪的上側(cè)面、第三過線輪的上側(cè)面高于所述第一過線輪的下側(cè)面；
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