用于复合材料放出控制的被动张紧系统技术方案

本发明专利技术公开一种用于由复合物铺放机器分配的复合材料的被动张紧系统。卷筒安装在卷筒轴上，并且所述卷筒上的材料从所述卷筒拉出并且施用到表面。所述张紧系统具有在所述卷筒轴上的阻力制动器和用于所述阻力制动器的阻力制动器控制件。松紧调节辊安装在具有弹簧力的线性滑块上，并且为线性滑块提供滑块控制件。控制系统基于所述复合物铺放机器的瞬时操作特性连续改变所述阻力制动器控制件和所述滑块控制件，以控制所述复合材料的张力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于复合材料放出控制的被动张紧系统相关申请的交叉引用本申请要求于2015年10月13日提出申请的美国非临时申请第14/881480号的权益，该美国非临时申请的全部内容借此以引用方式并入。
该装置涉及一种用于在落纤从纱架放出到复合物铺放头（compositeplacementhead）时被动地控制落纤的张力的系统。
技术介绍
在落纤材料从纱架（creel）放出到复合物铺放头时，必需控制落纤材料的张力。如果张紧系统可以提供反张力并且具有使落纤放出（payout）方向反向的能力，则该张紧系统是主动的。现有技术的主动张紧系统使用双向电子伺服张紧器，其具有用于落纤的每一道的伺服马达以供应反张力和在机器移动期间视需要使落纤反向以消除松弛的能力，这减小铺放头与纱架之间的距离。伺服张紧器增加落纤处理机构的成本和复杂性。如果张紧系统仅可以提供反张力并且不具有使落纤放出方向反向的能力，则该张紧系统是被动的。对于压力容器和火箭马达壳体构造，简单的被动张紧系统被广泛用于长丝卷绕机器应用。长丝卷绕是从纱架中的多个卷筒拉出经张紧纤维带的连续过程。长丝卷绕机器将湿的树脂纤维带或预浸纤维带包卷到仅具有凸起表面的光滑旋转体上，以使纤维桥接不发生。此类张紧系统可以在松紧调节（dancer）臂上使用简单的弹簧，并且在卷筒上使用制动机构。长丝卷绕张紧器提供几磅力或更高的张力水平，因为待被卷绕的形状通常是对称的并且以连续方式被紧密包卷、而不停止。在高张力水平的情况下，卷筒惯性负载的影响是用于被动弹簧设计的可管理分量。在小于几磅力的张力水平下不需要操作用于长丝卷绕大小材料卷筒的基于弹簧的张紧器。在纤维铺放过程中，必需以不连续方式将预浸纤维带铺放在具有凹入区域和接近网状周边的铺叠工具上。该纤维铺放过程需要频繁启动和停止纤维带施用。由于这些要求，纤维铺放张紧器必需能够提供在小于1磅的量值内并且具有四分之一磅容差的低张力。这是必需的，如此当纤维带在其由压实辊层压到工具表面的凹入区域上时将不桥接（跨越凹部伸展）。在纤维铺放过程中使用的低张力下不可能充分控制被动单元以缓冲快速的落纤加速度和减速度变化，并且所产生卷筒惯性负载针对纤维铺放过程具有足够精细分辨率。从被动张紧器上的弹簧加载式松紧调节辊缓冲的张力峰值的量不适于纤维铺放过程。现有技术的被动张紧系统无法适于变化的卷筒直径以及在纤维铺放操作期间输送落纤和停止落纤所需的变化的加速度和减速度。当材料卷筒和张紧器被集成到铺放头中时，张紧器及其松紧调节辊运动必需变得不受变化的重力矢量的影响，因为铺放头使其在操作区域中的位置变化。现有技术的基于机械弹簧的张紧器受到操作取向的影响。这可因重力负载导致张力改变，从而影响松紧调节辊弹簧的力响应。
技术实现思路
一种用于从用于复合材料铺叠的纱架递送的复合材料的张紧系统是被动的，因为其仅可提供反张力，并且不具有使落纤输送方向反向的能力。该被动系统使用材料卷筒轴上的动态控制的阻力制动器和安装在动态控制的线性滑块上的松紧调节辊。施加在制动器和松紧调节辊滑块两者上的力可以由控制系统连续改变。材料卷筒轴具有安装到其的编码器以向卷筒提供角位置反馈控制，并且松紧调节辊滑块具有用于测量其位置的线性位置反馈装置。该装置使用基于气动的力输出装置。反馈信号由控制器解释以向电动气动调节器输出控制信号，该控制信号改变阻力制动器和内衬滑动筒上的压力。附图说明图1是纱架的侧视图，其显示安装在纱架的外壁上的复合材料卷筒、松紧调节辊和交织器辊以及安装在纱架的底部上的复合物铺放头。图2是图1中所示的纱架壁中的一者的细节图，其显示来自卷筒的复合材料放出的路径。图3显示图2的纱架壁的相对侧。图4是图3中所示的张紧机构的区段4的细节图。图5是用于张紧系统的控制系统的框图。具体实施方式现在转向图1，其上安装有铺放头的纱架通常由参考编号10表示。纱架11具有大致矩形形状并且具有为复合材料或落纤（tow）18的多个卷筒15提供支撑的大致矩形侧壁12-14（仅显示3个壁）。复合物铺放头16附接到纱架的下侧或底壁17，并且压实辊或靴20设置在铺放头16的底部处以将复合材料18按压到施用表面22上。复合物铺放头16具有铺放头中心线19，其穿过纱架11和压实辊或靴20的中心。纱架11可以附接到定位机构23的端部，该定位机构23将铺放头16和压实辊20操纵到各种定位和位置，以使复合材料可以按所期望位置和图案施用在施用表面22上。如本文中所使用的，术语复合材料用于表示树脂浸渍纤维、落纤、切膜带、预浸材料和其他类似材料，所有这些材料为所属领域的技术人员所众所周知，并且所有这些术语在本申请中可互换使用。如图2中所示，纱架11的外壁12支撑四个主轴26，这四个主轴26中的每一者支撑复合材料的卷筒15。交织器卷取辊27和松紧调节辊30相邻于每一主轴26。交织器卷取辊27从复合材料18的卷筒15卷起纸张分离器条带以用于最终处理。松紧调节辊30安装在松紧调节辊支撑托架33上（在图4中最佳可见）以用于在线性滑块或滑轨32上的滑动运动。每一松紧调节辊30具有大致等于复合材料18的相邻卷筒15的轴向长度的轴向长度，以允许材料18从卷筒15的螺旋形解绕而在材料上不由松紧调节辊30产生侧面负载。图2显示显示复合材料18从卷筒15到交织器卷取辊27，然后在交织器卷取辊27周围到达松紧调节辊30，并且然后在松紧调节辊30周围到达将复合材料18指引到铺放头16的边缘辊35的路径。纱架11的剩余三个相邻侧面中的每一侧面可以具有带有主轴26和松紧调节辊30的类似图案的类似外壁，或者纱架11的外壁可以具有不同数量的主轴和松紧调节辊，或者可以根据包装和性能要求具有主轴和松紧调节辊的不同图案。图3显示图2的外部纱架壁12的后表面36，并且图4是图3中所示的张紧机构中的一者的详细视图。来自外壁12的前部上的主轴26中的每一者的轴37延伸穿过壁12并且具有附接到其的制动转子38。各自具有制动垫（未显示）的一个或多个阻力制动器筒（cylinder）42可以在制动转子38的表面附近联接到壁36。如果使用两个阻力制动器筒42，则其可以相对于彼此在镜像位置中在制动转子38的相对侧面上联接到壁36。阻力制动器筒42由阻力制动器控制件线45联接到控制系统46。阻力制动器筒42可以是电动、液压或气动操作的。在优选实施例中，使用气动制动器。具有接合制动转子38的一侧或两侧的制动机构的锁定制动器48可以附接到壁36。锁定制动器48可以具有联接到控制系统46的锁定制动器控制线49。锁定制动器48可以是电动、液压或气动操作的。在优选实施例中，使用气动制动器。旋转编码器50可以从主轴26附接到轴37的端部，并且来自旋转编码器50的输出信号可以由编码器缆线51联接到控制系统46。可以为外壁12的前部上的松紧调节辊30中的每一者设置松紧调节辊筒54。松紧调节辊筒54可以通过松紧调节辊筒线56联接到控制系统46。每一松紧调节辊筒54可以具有连接到筒54内部的活塞58的筒杆57。筒杆57可以联接到松紧调节辊支撑托架33，松紧调节辊支撑托架33延伸穿过纱架的壁上的线性滑块或滑轨32，并且可以联接到外壁12的前部上的松紧调节辊30。每一松紧调节辊支撑托架33可以联接到连接杆59，该连接杆59联接到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于由复合物铺放机器分配的复合材料的被动张紧系统，其中安装在卷筒轴上的卷筒上的材料通过松紧调节辊被拉离并且施用到表面，所述被动张紧系统包括：在所述卷筒轴上的阻力制动器；用于所述阻力制动器的阻力制动器控制件；安装在具有弹簧力的线性滑块上的松紧调节辊；用于改变用于所述线性滑块的力的控制件；以及，控制系统，输送控制系统用于基于所述复合物铺放机器的瞬时操作特性来连续地改变所述阻力制动器控制件和所述滑块控制件，以控制所述复合材料的张力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.13 US 14/8814801.一种用于由复合物铺放机器分配的复合材料的被动张紧系统，其中安装在卷筒轴上的卷筒上的材料通过松紧调节辊被拉离并且施用到表面，所述被动张紧系统包括：在所述卷筒轴上的阻力制动器；用于所述阻力制动器的阻力制动器控制件；安装在具有弹簧力的线性滑块上的松紧调节辊；用于改变用于所述线性滑块的力的控制件；以及，控制系统，输送控制系统用于基于所述复合物铺放机器的瞬时操作特性来连续地改变所述阻力制动器控制件和所述滑块控制件，以控制所述复合材料的张力。2.根据权利要求1所述的被动张紧系统，其还包括：用于所述线性滑块的线性位置反馈装置，由此用于所述线性滑块的滑动力根据所述线性滑块的位置被改变。3.根据权利要求1所述的被动张紧系统，其还包括：编码器，所述编码器安装在所述卷筒轴上以向所述卷筒提供角位置反馈，由此所述阻力制动器控制件根据所述卷筒的角位置的变化被改变。4.根据权利要求1所述的被动张紧系统，其还包括：联接到所述线性滑块的气动筒，由此所述松紧调节辊弹簧力能通过改变所述气动筒中的压力来调节。5.根据权利要求4所述的被动张紧系统，其还包括：用于调节所述松紧调节辊弹簧力的气动筒，由此所述松紧调节辊充当可调节弹簧。6.根据权利要求5所述的被动张紧系统，其还包括：包括所述气动筒的双作用筒。7.根据权利要求4所述的被动张紧系统，其还包括：用于所述松紧调节辊的线性位置反馈装置，由此所述松紧调节辊弹簧力能根据所述松紧调节辊的线性位置被改变。8.根据权利要求1所述的被动张紧系统，其还包括：用于所述控制系统的张力设定点控制件，由此所述复合材料上的张力能被设定为特定值，并且由此由所述阻力制动器施加的制动力和所述松紧调节辊上的所述弹簧力根据所述张力设定点控制件被改变。9.根据权利要求1所述的被动张紧系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：J布罗克曼，M瓦尼利亚，
申请(专利权)人：法孚机械加工系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US