[发明专利]预浸料窄带铺放张力自适应调节方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料自动铺放成型技术领域，涉及一种预浸料窄带铺放张力自适应调节方法。

背景技术

复合材料自动铺丝技术作为高性能复合材料大型复杂构件的主流制造技术，已经成为大型航空航天器的标配制造技术，广泛应用于飞机机身、翼身融合体、S进气道的自动化铺放成型。自动铺丝技术是采用多束(可达32根)3～25mm宽度预浸窄带分别独立输送、切断，由铺丝头将数根预浸窄带在压辊下集束成为一条宽度可变的预浸带(宽度通过控制预浸窄带根数调整)后铺放在芯模表面，加热软化预浸窄带并压实定型。

铺丝机中的每一束预浸窄带的铺放张力均需自动控制，预浸窄带铺放张力的控制是复合材料自动铺丝机的关键技术之一。在复合材料预浸窄带自动铺放成型过程中，铺放张力的控制要保证预浸窄带铺放平整、不褶皱，铺放张力不宜过高，否则会影响铺丝头的送纱。自动铺丝技术中的预浸窄带铺放张力控制的主要特点包括：（1）每束预浸窄带的张力能独立自动控制；（2）每束预浸窄带的铺放张力较低；（3）每束预浸窄带张力的控制精度要求较低。

张力控制系统在复合材料自动化成型技术中应用较多，典型的方法是通过张力检测器或其它方法得到张力检测值，依据张力检测值与设定值的偏差和预设的自动控制算法（例如PID控制器），调节力矩电机或磁粉制动器等执行元件，使张力检测达到设定的允许范围，这套系统要求控制器的响应快、不震荡、稳态误差小。根据上述自动铺丝技术中铺放张力的特点，自动铺放丝束越多，其控制系统的开销越大，不利于自动铺丝机的主控制系统。

发明内容

本发明提供了一种可用于自动铺丝技术的预浸窄带铺放张力自适应调节方法。

一种预浸料窄带铺放张力自适应调节方法，其特征在于：利用预浸料窄带铺放张力自适应调节系统，该系统包括张力检测机构、第一辅助导向机构、第二辅助导向机构、位置检测器、往复运动机构、电源信号单元、制动器；预浸料窄带从预浸料卷放出，经过所述第一辅助导向机构、张力检测机构、第二辅助导向机构到达铺丝头压辊，由铺丝头压辊将预浸料窄带压紧粘贴到模具表面，完成预浸窄带在模具表面上的铺放动作；铺丝头压辊随铺丝头运动，牵引预浸料窄带从预浸料卷筒上退绕；制动器为预浸料卷提供放卷制动力矩T，从而在预浸窄带上产生铺放张力F；张力检测机构安装于往复运动机构上，在往复运动机构提供的外部作用力P下可进行往复运动，其所处位置由位置检测器获得，并经电源信号单元转换为制动器所需的电源信号；第一辅助导向机构、第二辅助导向机构分别位于张力检测机构的两侧，使作用于张力检测机构上的预浸料窄带铺放张力F与外部作用力P满足P=2F的关系，通过调节外部作用力P的大小来设定预浸窄带的铺放张力F；在不考虑张力检测机构的重力和运动摩擦力时，当2F＜P时，张力检测机构沿P正方向运动，其位置信息由位置检测器获得，并经电源信号单元后直接反馈到制动器，制动器增大制动力矩T，从而增大预浸窄带中的张力F；当2F＞P时，张力检测机构沿P负方向运动，其位置信息由位置检测器获得，并经电源信号单元后直接反馈到制动器，制动器减小制动力矩T，从而减小预浸窄带中的张力F；当2F=P时，张力检测机构保持平衡位置，制动器的制动力矩T保持不变。

该方法不需要复杂的控制系统，独立于铺丝机的主控制系统，不需要检测料卷半径，便于进行模块化设计，自动铺放丝束的多少对铺丝机的主控制系统没有影响。

所述的预浸料窄带铺放张力自适应调节方法，其特征在于：所述张力检测机构的往复运动为线性运动方式。

所述的预浸料窄带铺放张力自适应调节方法，其特征在于：所述线性运动方式通过以下运动机构实现：该运动机构包括滑块、直线导轨、气缸、连接块；其中滑块安装于线性导轨上，气缸与直线导轨平行，张力检测机构通过连接块安装于滑块上，气缸的活塞杆与连接块相连；位置检测器的检测杆与连接块相连。

所述的预浸料窄带铺放张力自适应调节方法，其特征在于：所述张力检测机构的往复运动为摆动旋转方式。

所述的浸料窄带铺放张力自适应调节方法，其特征在于：所述摆动旋转方式是通过以下运动机构实现：该运动机构包括转轴、安装于转轴上的摆臂，张力检测机构安装于摆臂的自由端，还包括气缸，气缸的活塞杆与摆臂中间相连；位置检测器的出轴通过联轴器与转轴相连。

所述的预浸料窄带铺放张力自适应调节方法，其特征在于：所述制动器为气动制动器，在电源信号单元与气动制动器之间还设置有电气比例转换控制器。

所述的预浸料窄带铺放张力自适应调节方法，其特征在于：所述往复运动机构为气缸式结构或弹簧式结构。