[发明专利]数控纤维缠绕张力施加系统及方法

说明书

本发明提供了一种数控纤维缠绕张力施加系统及方法，包括安装本体、斜置辊轴、平置辊轴、张力检测系统；其中，所述斜置辊轴和所述平置辊轴相邻设置在所述安装本体；所述斜置辊轴的轴线和所述平置辊轴的轴线呈设定角度，从而所述斜置辊轴的一端与所述平置辊轴的一端之间形成第一张口端，所述斜置辊轴的另一端与所述平置辊轴的另一端之间形成第二张口端；所述第一张口端的宽度大于第二张口端的宽度；所述斜置辊轴设置在所述平置辊轴的一侧面，所述张力检测系统设置在所述平置辊轴的另一侧面。本发明可以按需求增大张力，避免纤维纱严重磨损并且不使原纤维卷损坏。

技术领域

本发明涉及纤维缠绕复合材料成型，具体地，涉及一种数控纤维缠绕张力施加系统及方法，主要适用于纤维缠绕复合材料管状或球状物的成型工艺和应用于数控纤维缠绕机。

背景技术

纤维缠绕复合材料在缠绕过程中需要对纤维施加张紧力，特别是数控纤维缠绕机对张力的检测和控制都有严格要求(JC/T2181-2013)。

通常数控纤维缠绕机的张力施加系统都包含控制器、张力传感器和制动器，其中制动器一般采用伺服电机或磁粉制动器。大多数缠绕机都采用纤维卷放卷轴和制动器同轴的方式，即纤维卷放置在于制动器相连的轴上，使纤维卷与制动器轴同步旋转，制动器输出的扭矩的大小决定纤维张力的大小。缠绕机在工作状态时，纤维纱从放卷轴出纱绕过张力传感器，传感器将张力检测信号传到控制器，控制器将设定目标值与检测实际值作比较后，发出执行信号传递给制动器以调节张紧力，这就是数控缠绕机通常采用的纤维缠绕张力方法。而且，通常纤维缠绕产品的生产过程中需要多股纤维纱同时缠绕，因此一个纱架通常有放置多个纤维卷，纱架的重量和体积也随之增大。包含放置多股纤维卷的纱架通常不放在缠绕机的行走小车上，即放在相对远离缠绕机的固定位置或者放置在与行走小车同步的导轨平台上。

数控纤维缠绕机施加张紧力的通常方法存在两个普遍问题。首先，纤维无法施加较大的张紧力。在张紧力施加到一定的程度时，纤维纱容易陷入纤维卷中对下层的纤维造成破坏。当纤维纱从纤维卷的端部出纱时，容易在大张紧力的作用下导致下层部分的塌陷，导致整卷无法使用。其次，多股纤维纱缠绕纱架部分占用空间太大或同步纱架运动成本高。如果制动器采用磁粉制动器，为了在行走小车往复运动时使张力控制均匀，放置多股纤维卷的纱架往往要尽量远离缠绕机主体部分，这样难免造成占地面积过大的后果。如果制动器采用伺服电机，会增加设备成本并增加系统复杂程度。如果采用纱架放置在同步于小车的导轨上，可以解决张力控制精度的问题，但是会不可避免地提高成本。

本发明可以解决传统缠绕张力施加方法及缠绕机普遍存在的两个问题，既能在不损害纤维卷的情况下施加足够大的纤维张力，又能在保持高的张力控制精度的情况下有效地节省占地面积和成本。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种数控纤维缠绕张力施加系统及方法。本发明主要适用于纤维缠绕复合材料的缠绕工艺过程，是对传统数控缠绕机张力系统的一种改进。本发明可在纤维缠绕复合材料成型过程中，方便地施加足够大小的高精度纤维张力并节省空间和成本。

根据本发明提供的数控纤维缠绕张力施加系统，包括安装本体、斜置辊轴、平置辊轴、张力检测系统；

其中，所述斜置辊轴和所述平置辊轴相邻设置在所述安装本体；所述斜置辊轴的轴线和所述平置辊轴的轴线呈设定角度，从而所述斜置辊轴的一端与所述平置辊轴的一端之间形成第一张口端，所述斜置辊轴的另一端与所述平置辊轴的另一端之间形成第二张口端；所述第一张口端的宽度大于第二张口端的宽度；

所述斜置辊轴设置在所述平置辊轴的一侧面，所述张力检测系统设置在所述平置辊轴的另一侧面。

优选地，还包括第一制动器以及第二制动器；

其中，所述第一制动器连接所述斜置辊轴；所述第二制动器连接所述平置辊轴。