[发明专利]一种压力容器的纤维缠绕装置及其生产方法

说明书

本发明提供了一种压力容器的纤维缠绕装置及方法，所述装置包括压力容器夹紧装置、环向缠绕装置、螺旋缠绕装置和控制装置，压力容器夹紧装置带动压力容器内胆边移动边旋转穿过螺旋缠绕装置完成螺旋缠绕；然后压力容器内胆保持静止，环向缠绕装置移动穿过压力容器内胆完成环向缠绕，控制装置控制上述缠绕过程自动进行。本装置可实现整个纤维缠绕过程的自动化，同时提供了一种新型多束缠绕工艺，克服了单束缠绕的不良现象，在保证压力容器性能的前提下，降低了碳纤维材料的使用量，进而降低了压力容器的生产成本，提高了压力容器的储存压力与生产效率。

技术领域

本发明涉及一种压力容器的纤维缠绕装置及生产方法。

背景技术

压力容器被广泛的应用于多个领域，比如工业、医疗、汽车等领域。以汽车领域为例，国家规划将氢能燃料电池汽车作为重点发展方向之一，而压力容器是氢能得到广泛普及的关键环节之一。目前，高压储氢容器主要分为III型容器（金属内胆）与IV型容器（树脂内胆），碳纤维作为主要承压层缠绕在容器外表面，同时保证容器的安全性能。在压力容器生产加工方面，主要以单束缠绕为主，该方法会造成纤维堆叠、交叉，缠绕不均匀，从而造成压力容器局部应力集中，严重制约了容器的安全性能，且整个生产流程不能实现完全自动化，生产效率低。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种压力容器的纤维缠绕装置及该装置的生产方法。该装置及方法可实现压力容器纤维缠绕的全自动化，并且提供了一种新型的缠绕工艺，克服了单束缠绕的不良现象，在保证压力容器性能的前提下，降低了碳纤维材料的使用量，进而降低了压力容器的生产成本，提高了压力容器的储存压力与生产效率，真正实现了压力容器的连续性自动化生产，推动了压力容器的普及，进而大程度上推动氢能的普及。

为解决以上技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种压力容器的纤维缠绕装置，包括压力容器夹紧装置、环向缠绕装置、螺旋缠绕装置和控制装置，所述环向缠绕装置和螺旋缠绕装置共线设置在轨道上，其中螺旋缠绕装置固定在轨道上，环向缠绕装置可沿轨道往复移动；

所述压力容器夹紧装置用于将待缠绕的压力容器内胆夹紧；

所述压力容器夹紧装置带动压力容器内胆边沿轨道移动边旋转穿过螺旋缠绕装置完成螺旋缠绕；然后压力容器内胆保持静止，所述环向缠绕装置移动穿过压力容器内胆完成环向缠绕，控制装置控制上述缠绕过程自动进行。

所述螺旋缠绕装置包括固定在轨道上的圆环，该圆环具有圆形的螺旋缠绕穿孔，所述螺旋缠绕穿孔的内壁上环绕圆周均匀分布有多个螺旋导丝头，所述压力容器内胆在压力容器夹紧装置带动下边移动边旋转穿过螺旋缠绕穿孔时，螺旋导丝头中的纤维在压力容器内胆表面缠绕成螺旋状。

所述螺旋导丝头能够沿螺旋缠绕穿孔的轴向伸缩及螺旋缠绕穿孔的周向旋转；所述螺旋导丝头为扁口型，扁口的开口大小刚好满足单束纤维通过。

所述环向缠绕装置包括设置在轨道上并可沿轨道长度方向移动的圆环，该圆环具有圆形的环向缠绕穿孔，所述环向缠绕穿孔的圆周侧设置有环向导丝头，环向导丝头能够绕着环向缠绕穿孔的中心轴线旋转，环向缠绕装置移动时，环向缠绕穿孔穿过压力容器内胆，旋转的环向导丝头中的纤维在压力容器内胆表面缠绕成环状。

所述环向缠绕装置还包括多个纤维筒，纤维筒沿着环向缠绕穿孔的圆周均匀分布并与环向导丝头位于不同的侧面，纤维筒为环向导丝头提供纤维。

所述夹紧装置包括两个夹紧端，两个夹紧端分别位于环向缠绕装置和螺旋缠绕装置的外侧并可沿着轨道移动；所述夹紧端包括可移动设置在轨道上的夹紧底座及设置在夹紧底座上的旋转轴，两个夹紧端的旋转轴相对设置并且与螺旋缠绕装置的螺旋缠绕穿孔及环向缠绕装置的环向缠绕穿孔同轴设置。