[发明专利]复合材料弯头缠绕机控制机构及缠绕方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种复合材料弯头缠绕机控制机构，是一个惯量变化很大的非线性时变位置同步随动控制系统，以及利用该机构进行缠绕的方法。

背景技术：

玻璃钢缠绕管道在转弯处需要相应的弯管，弯管缠绕的复杂性在于其为非对称形体，且弯管内侧存在复合材料架空的可能性；弯管又是连接区域，受力复杂，截面特殊，弯管缠绕需要出纱嘴能进行多自由度运动，然而多轴缠绕机不仅机械结构和轨迹规划非常复杂、而且造价高，限制了其工业化的应用。

传统的弯管一直采用手工缠绕的方式，生产的弯管外管粗糙、强度低、成本高，性能难以保证，成为玻璃钢管道施工的短板，严重的制约了玻璃钢管道工业的发展。而近年来发展的多轴缠绕机已经从七轴达到13轴，通过计算机进行控制，成本非常高，不适合中国的国情。

与传统材料相比，复合材料管道具有耐腐蚀，强度高，质量轻，内表面光滑和不结垢等显著优点，在石油、化工和水处理等各领域被广泛应用。为充分发挥玻璃纤维的优点，玻璃钢管道常以定长往复式缠绕法为主要加工方式，即，把浸有树脂的纤维缠绕在定长芯模上的加工方法。其加工过程为：纤维缠绕机用吐丝嘴控制浸有树脂的纤维束使之沿预先设计的路径缠绕在旋转的芯模上，并通过多层覆盖形成复合材料制品。目前纤维缠绕已经成为一种重要的复合材料加工技术。管道在使用时通常采用螺纹连接，在管道转弯处就需要相应的弯管进行连接。

随着计算机在缠绕机中的应用，人们开始探索用于纤维缠绕的CAD/CAM技术，即纤维路径以及对应的机器路径(吐丝嘴和芯模的运动轨迹)的辅助设计。美国在90年代就研制出了计算机控制的六轴联动缠绕机，同时缠绕CAD/CAM技术更加成熟，解决了基本异型件的缠绕成型问题，结束了用手糊、半手糊方式生产常用管道配件-弯管和三通T型管的历史。同时更多运动轴缠绕机的引入使得缠绕形状更为复杂的产品成为了可能，目前国际上已有七轴甚至多达十一轴的计算机控制纤维缠绕机。

目前，国际上已有多个纤维缠绕CAD软件，但绝大部分软件只能设计和生产简单的轴对称缠绕部件；对于非轴对称缠绕部件，如弯管，只有比利时leuven大学CADWIND[3]和英国Nottingham大学CADFIL[4]两个软件能够设计纤维路径，它们都采用三角片逼近的方法，这种近似方法设计出的纤维路径是否稳定和能否均匀覆盖弯管需要开机试缠才能检验，这其实是一种尝试-修正方法。这些CAD/CAM系统的价格昂贵，只在科研、军工和一些特殊行业得到了应用。而无法在玻璃钢管道制造企业推广应用。因此研制造价低、生产率高的自动弯管缠绕机控制系统就成为玻璃钢管道制造工业迫切需要解决的课题。

发明内容：

本发明的目的是提供一种复合材料弯头缠绕机控制机构及缠绕方法，解决了现有弯管缠绕系统机械结构和轨迹规划复杂、造价高的问题，通过两轴实现弯管的缠绕，大大简化了缠绕设备的机械结构。本发明采用示教再现方式完成管道缠绕。缠绕部分以开放式数控结构形式为主导思想，设计新型缠绕机数控系统，结合纤维缠绕的加工特点，在最低投入的基础上，使纤维缠绕获得高加工精度和柔性。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

复合材料弯头缠绕机控制机构，其组成包括：主轴三相异步电机，所述的主轴三相异步电机通过主轴减速器连接主轴，所述的主轴对应连接弯管芯模，所述的弯管芯模对应缠绕浸渍树脂的复合材料，所述的复合材料缠绕于导丝头上，所述的导丝头由具有操作手柄的缠绕小车带动，所述的缠绕小车连接浸胶槽。

所述的复合材料弯头缠绕机控制机构，所述的主轴三相异步电机与主轴减速器、所述的主轴减速器与主轴之间分别通过一组相互啮合的齿轮连接。

复合材料弯头缠绕机控制机构的缠绕方法，通过电位器控制主轴的转速及其旋转方向，推动小车上的位置控制操作手柄来控制小车的往复摆动，从而利用主轴带动弯管芯模的转动和缠绕小车带动复合材料的导丝头沿着弯管芯模轴线作半圆形轨道往复摆动二者的复合，将浸渍树脂的复合材料有规律的缠绕到弯管芯模表面，多层缠绕后形成复合材料缠绕层，缠绕完成后将弯管芯模脱掉形成复合材料弯头。

本发明的有益效果：

本发明只需要两轴就能实现弯管的缠绕，大大简化了缠绕设备的机械结构。而且生产线系统整机响应速度快，产品性能稳定，人机交互性好，实现了复合材料弯头的工业化、低成本缠绕。在玻璃钢管道的整体技术上实现了较大的突破。