一种可自动上纱的多丝束纤维环向缠绕设备及上纱方法技术

本发明专利技术属于碳纤维缠绕技术领域，解决了多束环向缠绕时会存在间隙、堆叠且上纱需要人工辅助的问题。提供了一种可自动上纱的多丝束纤维环向缠绕设备及上纱方法，夹持机构用于转动夹持待缠绕的芯模，环向缠绕装置、辅助上纱装置与芯模同轴设置；旋转盘均固定连接在第一回转支撑的内圈上，相邻的两个旋转盘相隔一个纤维纱束带宽沿待缠绕的芯模的轴向方向上排布；所有夹纱组件沿第一传动齿轮的周向排布且与第一传动齿轮转动连接，能够实现对纤维纱束的夹紧和缠绕；辅助上纱装置的夹纱组件与环向缠绕装置的旋转盘的送纱单元一一对应，两者配合实现对多束纤维纱束的辅助上纱。本发明专利技术可自动上纱，缠绕过程中无间隙、无堆叠问题，能够提高缠绕制品的强度。缠绕制品的强度。缠绕制品的强度。

【技术实现步骤摘要】
一种可自动上纱的多丝束纤维环向缠绕设备及上纱方法


[0001]本专利技术属于碳纤维缠绕
，具体涉及一种可自动上纱的多丝束纤维环向缠绕设备及上纱方法。

技术介绍

[0002]高压储氢容器具有轻质、高强、充放速度快等优点,随着氢能源产业的不断发展，相同规格的储氢容器需要承受更大的载荷，高压储氢容器碳纤维复合材料层大多采用纤维缠绕工艺。
[0003]目前的多束环向缠绕采用分纱后再集纱的工艺，缠绕时会存在间隙、堆叠等问题，在很大程度上影响缠绕制品的强度和疲劳寿命；而且上纱工作需要人工辅助，会增加多束环向缠绕中的不便利性和成本。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了解决现有技术中存在的上述至少一个技术问题，提供了一种可自动上纱的多丝束纤维环向缠绕设备及上纱方法。
[0005]本专利技术采用如下的技术方案实现：一种可自动上纱的多丝束纤维环向缠绕设备，包括环向缠绕装置、辅助上纱装置、导轨和两个夹持机构，环向缠绕装置和辅助上纱装置位于两个夹持机构之间且均与导轨滑动连接，夹持机构用于转动夹持待缠绕的芯模，环向缠绕装置、辅助上纱装置与芯模同轴设置；环向缠绕装置包括第一机架、第一回转支撑、至少两个旋转盘、送纱单元和第一断纱单元；第一回转支撑的外圈固定在第一机架上，内圈能够在第一动力源的驱动下转动，所有旋转盘均固定连接在第一回转支撑的内圈上，相邻的两个旋转盘相隔一个纤维纱束带宽沿待缠绕的芯模的轴向方向上排布，用于实现多纱束带宽的无堆叠、无间隙环向缠绕；任一旋转盘上均设置有送纱单元和第一断纱单元，其中送纱单元用于实现纤维纱束的出纱，第一断纱单元用于在辅助上纱完成后实现辅助上纱装置与芯模间的纤维纱束的切断；辅助上纱装置包括第二机架、第二回转支撑、第一传动齿轮、至少两个夹纱组件和第二断纱单元；第二回转支撑的外圈固定连接在第二机架上，内圈固定连接在第一传动齿轮上，第一传动齿轮能够在第二动力源的驱动下转动；所有夹纱组件沿第一传动齿轮的周向排布且与第一传动齿轮转动连接，每个夹纱组件均独立控制，能够在与之对应的一个第三动力源的作用下实现对纤维纱束的夹紧和缠绕；辅助上纱装置的夹纱组件与环向缠绕装置的旋转盘的送纱单元一一对应，两者配合实现对多束纤维纱束的辅助上纱；第二断纱单元用于在辅助上纱完成后实现对缠绕在夹纱组件外侧的纤维纱束的切断。
[0006]优选地，送纱单元包括放纱辊、导向辊、张力检测辊、导引机架、径向进给电机、丝杠、滑块和送纱管，放纱辊置于旋转盘上且能够通过伺服电机控制放出纱束的张力，导向辊固连在旋转盘上用于纤维纱束的导向，张力检测辊置于旋转盘上用于实时检测张力的变化；导引机架固定连接在旋转盘的一侧边缘处，径向进给电机、丝杠、滑块和轨道组成直线往复机构，送纱管固定连接在滑块上且置于导引机架的导引槽中，送纱管在径向进给电机
的带动下实现径向伸缩；第一断纱单元包括第一直线模组和第一切割刀，第一直线模组固定在导引机架上，第一直线模组和第一切割刀均与送纱管平行，第一切割刀与第一直线模组的滑块固定连接且能够在第一直线模组的电机的驱动下径向伸缩进而实现辅助上纱装置与芯模间的纤维纱束的切断。
[0007]优选地，张力检测辊通过T形槽滑动连接于旋转盘上，送纱单元还包括固定辊，固定辊固定在旋转盘上且与张力检测辊间通过弹簧连接，能够对张力实时变化起到缓冲作用；旋转盘通过第一连接轴与第一回转支撑的内圈固定连接，第一回转支撑的内圈具有与第一动力源的第一动力源齿轮啮合传动的内齿。
[0008]优选地，送纱管为滑梯式结构，送纱管内部开有扁平的送纱通道，送纱管的两端均圆角化；滑块包括与丝杠螺纹连接的螺母和套接在螺母外侧的螺母支撑座，螺母支撑座滑动卡接在轨道上；送纱管通过垫块与螺母支撑座固定连接；丝杠和径向进给电机通过连轴器连接，丝杠的两端均设置有一组挡块和丝杠支撑座。
[0009]优选地，所有的送纱管的出纱端的延长线均交于待缠绕的芯模的中轴线上，且相邻的两个交点的间距为一个纤维带宽；第一切割刀位于导引机架远离旋转盘的一侧。
[0010]优选地，夹纱组件包括第二传动齿轮、蜗杆轴、第一带连杆蜗轮、第二带连杆蜗轮、第一夹纱爪、第二夹纱爪和夹板；第二传动齿轮与第三动力源的第三动力源齿轮啮合传动，蜗杆轴与第二传动齿轮通过键连接，蜗杆轴远离第二传动齿轮的一端转动穿过第一传动齿轮且与第一带连杆蜗轮和第二带连杆蜗轮啮合传动；第一带连杆蜗轮和第二带连杆蜗轮通过销轴转动连接在夹板内，夹板通过销轴转动连接有第一连杆和第二连杆，第一带连杆蜗轮的连杆、第一连杆分别通过销轴与第一夹纱爪的爪臂转动连接，第二带连杆蜗轮的连杆、第二连杆分别通过销轴与第二夹纱爪的爪臂转动连接；第一夹纱爪和第二夹纱爪、第一连杆和第二连杆、第一带连杆蜗轮和第二带连杆蜗轮均相对于蜗杆轴的中轴线对称设置。
[0011]优选地，第二断纱单元包括第二直线模组和第二切割刀，第二直线模组固定在第一夹纱爪爪头的后端，第二切割刀所在的平面与第一夹纱爪的爪头上端面垂直，第二切割刀与第二直线模组的滑块固定连接且能够在第二直线模组的电机的驱动下径向伸缩进而实现对缠绕在第一夹纱爪外侧的纤维纱束的切断。
[0012]优选地，第二机架为圆盘状结构且下端连接有卡接件，卡接件通过滑动件与导轨滑动连接；第二机架通过第二连接轴与第二回转支撑的外圈固定连接，第一传动齿轮与第二回转支撑的内圈螺栓固定，第一传动齿轮与第二动力源的第二动力源齿轮啮合传动；第一机架、两个夹持机构均通过滑动件与导轨滑动连接。
[0013]优先地，旋转盘、夹纱组件的数量均为四个。
[0014]本专利技术还提供了一种可自动上纱的多丝束纤维环向缠绕设备的上纱方法，包括以下步骤：S1：第一动力源驱动旋转盘转动，使得其中第一个旋转盘上的送纱管的出纱端竖直向下；S2：第二动力源驱动第一传动齿轮转动，直至夹纱组件头部的位置同与之对应的送纱管的出纱端对齐；第三动力源驱动第二传动齿轮转动，使夹纱组件相对第一传动齿轮自转，分别调整各个夹纱组件头部与对应的送纱管出纱端的角度，使得两者相互垂直；S3：安装芯模，驱动辅助上纱装置向环向缠绕装置靠近，同时通过第三动力源、蜗
轮蜗杆机构控制第一个夹纱组件的第一夹纱爪和第二夹纱爪张开预设角度，剩下的几组第一夹纱爪和第二夹纱爪均保持闭合；S4：在重力的作用下，第一个旋转盘上的送纱管的纤维纱束向下垂落，当纱束落入第一个夹纱组件的第一夹纱爪和第二夹纱爪中时，辅助上纱装置停止移动；通过第三动力源、蜗轮蜗杆机构控制该组第一夹纱爪和第二夹纱爪闭合并自转，使得纤维纱束缠绕在两个夹纱爪的外侧；S5：驱动辅助上纱装置向远离环向缠绕装置的方向移动一段距离，第一动力源驱动旋转盘转动，使第二个旋转盘旋转至之前第一个旋转盘的位置，第二动力源驱动第一传动齿轮转动，使第二个夹纱组件旋转至之前第一个夹纱组件的位置；S6：驱动辅助上纱装置向环向缠绕装置靠近，同时通过第三动力源、蜗轮蜗杆机构控制第二个夹纱组件的第一夹纱爪和第二夹纱爪张开预设角度，当第二个旋转盘上的纱束落入第二个夹纱组件的第一夹纱爪和第二夹纱爪中时，辅助上纱装置停止移动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可自动上纱的多丝束纤维环向缠绕设备，其特征在于：包括环向缠绕装置、辅助上纱装置、导轨（3）和两个夹持机构（4），环向缠绕装置和辅助上纱装置位于两个夹持机构（4）之间且均与导轨（3）滑动连接，夹持机构（4）用于转动夹持待缠绕的芯模，环向缠绕装置、辅助上纱装置与芯模同轴设置；环向缠绕装置包括第一机架（1.1）、第一回转支撑（1.2）、至少两个旋转盘（1.3）、送纱单元和第一断纱单元；第一回转支撑（1.2）的外圈固定在第一机架（1.1）上，内圈能够在第一动力源的驱动下转动，所有旋转盘（1.3）均固定连接在第一回转支撑（1.2）的内圈上，相邻的两个旋转盘（1.3）相隔一个纤维纱束带宽沿待缠绕的芯模的轴向方向上排布，用于实现多纱束带宽的无堆叠、无间隙环向缠绕；任一旋转盘（1.3）上均设置有送纱单元和第一断纱单元，其中送纱单元用于实现纤维纱束的出纱，第一断纱单元用于在辅助上纱完成后实现辅助上纱装置与芯模间的纤维纱束的切断；辅助上纱装置包括第二机架（2.1）、第二回转支撑（2.2）、第一传动齿轮（2.3）、至少两个夹纱组件和第二断纱单元；第二回转支撑（2.2）的外圈固定连接在第二机架（2.1）上，内圈固定连接在第一传动齿轮（2.3）上，第一传动齿轮（2.3）能够在第二动力源的驱动下转动；所有夹纱组件沿第一传动齿轮（2.3）的周向排布且与第一传动齿轮（2.3）转动连接，每个夹纱组件均独立控制，能够在与之对应的一个第三动力源的作用下实现对纤维纱束的夹紧和缠绕；辅助上纱装置的夹纱组件与环向缠绕装置的旋转盘（1.3）的送纱单元一一对应，两者配合实现对多束纤维纱束的辅助上纱；第二断纱单元用于在辅助上纱完成后实现对缠绕在夹纱组件外侧的纤维纱束的切断。2.根据权利要求1所述的一种可自动上纱的多丝束纤维环向缠绕设备，其特征在于：送纱单元包括放纱辊（1.4）、导向辊（1.5）、张力检测辊（1.6）、导引机架（1.7）、径向进给电机（1.8）、丝杠（1.9）、滑块（1.10）和送纱管（1.11），放纱辊（1.4）置于旋转盘（1.3）上且能够通过伺服电机（1.12）控制放出纱束的张力，导向辊（1.5）固连在旋转盘（1.3）上用于纤维纱束的导向，张力检测辊（1.6）置于旋转盘（1.3）上用于实时检测张力的变化；导引机架（1.7）固定连接在旋转盘（1.3）的一侧边缘处，径向进给电机（1.8）、丝杠（1.9）、滑块（1.10）和轨道（1.23）组成直线往复机构，送纱管（1.11）固定连接在滑块（1.10）上且置于导引机架（1.7）的导引槽（1.71）中，送纱管（1.11）在径向进给电机（1.8）的带动下实现径向伸缩；第一断纱单元包括第一直线模组（1.13）和第一切割刀（1.14），第一直线模组（1.13）固定在导引机架（1.7）上，第一直线模组（1.13）和第一切割刀（1.14）均与送纱管（1.11）平行，第一切割刀（1.14）与第一直线模组（1.13）的滑块固定连接且能够在第一直线模组（1.13）的电机的驱动下径向伸缩进而实现辅助上纱装置与芯模间的纤维纱束的切断。3.根据权利要求2所述的一种可自动上纱的多丝束纤维环向缠绕设备，其特征在于：张力检测辊（1.6）通过T形槽（1.31）滑动连接于旋转盘（1.3）上，送纱单元还包括固定辊（1.15），固定辊（1.15）固定在旋转盘（1.3）上且与张力检测辊（1.6）间通过弹簧（1.16）连接，能够对张力实时变化起到缓冲作用；旋转盘（1.3）通过第一连接轴（1.21）与第一回转支撑（1.2）的内圈固定连接，第一回转支撑（1.2）的内圈具有与第一动力源的第一动力源齿轮（1.22）啮合传动的内齿。4.根据权利要求3所述的一种可自动上纱的多丝束纤维环向缠绕设备，其特征在于：送纱管（1.11）为滑梯式结构，送纱管（1.11）内部开有扁平的送纱通道，送纱管（1.11）的两端
均圆角化；滑块（1.10）包括与丝杠（1.9）螺纹连接的螺母和套接在螺母外侧的螺母支撑座，螺母支撑座滑动卡接在轨道（1.23）上；送纱管（1.11）通过垫块（1.17）与螺母支撑座固定连接；丝杠（1.9）和径向进给电机（1.8）通过连轴器（1.18）连接，丝杠（1.9）的两端均设置有一组挡块（1.19）和丝杠支撑座（1.20）。5.根据权利要求4所述的一种可自动上纱的多丝束纤维环向缠绕设备，其特征在于：所有的送纱管（1.11）的出纱端的延长线均交于待缠绕的芯模的中轴线上，且相邻的两个交点的间距为一个纤维带宽；第一切割刀（1.14）位于导引机架（1.7）远离旋转盘（1.3）的一侧。6.根据权利要求5所述的一种可自动上纱的多丝束纤维环向缠绕设备，其特征在于：夹纱组件包括第二传动齿轮（2.4）、蜗杆轴（2.5）、第一带连杆蜗轮（2.6）、第二带连杆蜗轮（2.7）、第一夹纱爪（2.8）、第二夹纱爪（2.9）和夹板（2.10）；第二传动齿轮（2.4）与第三动力源的第三动力源齿轮（2.18）啮合传动，蜗杆轴（2.5）与第二传动齿轮（2.4）通过键连接，蜗杆轴（2.5）远离第二传动齿轮（2.4）的一端转动穿过第一传动齿轮（2.3）且与第一带连杆蜗...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜昊霏，梁建国，段昱杰，武愉棋，刘江林，李辉，贾朝暾，赵润田，赵春江，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：