[發明專利]適用于自動鋪纏一體機的張力精密控制裝置及控制方法

有效

• 申請號: 202111177310.7
• 申請日: 2021-10-09
• 公開（公告）號: CN113816220B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 文立偉;王躍全;崔浩南
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B65H59/06
• 分類號: B65H59/06;B65H57/14;B65H49/20;B65H43/00;B65H23/26;B65H16/02
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 薛雨妍

本發明提供適用于自動鋪纏一體機的張力精密控制裝置，包括大張力升降輥、大張力升降氣缸、過輥、小張力偏擺輥、小張力側板、小張力偏擺氣缸、導紗輥和鋪纏機主體；其中大張力升降輥、過輥和導紗輥依次從高到低設置，大張力升降輥的兩端的下方均設有大張力升降氣缸，所述大張力升降氣缸固定在鋪纏機主體上且活塞桿伸出端與大張力升降輥的端部連接；小張力偏擺氣缸固定在大張力升降氣缸上；小張力偏擺氣缸的旋轉端連接小張力側板；小張力偏擺輥的兩端連接一組小張力側板，所述過輥和導紗輥的兩端均連接至鋪纏機主體。本發明自動鋪帶和自動纏繞相結合，大張力控制對應自動纏繞，小張力控制對應自動鋪放，實現大范圍張力精密可控，且工作穩定。

技術領域

本發明涉及復合材料自動鋪纏成型技術領域，尤其涉及適用于自動鋪纏一體機的張力精密控制裝置及控制方法。

背景技術

近些年來隨著人類社會科技的進步，復合材料逐漸地登上了工業制造的舞臺中央，尤其是航空、軍工等領域。而自動化制造技術，又在逐年地取代人工制造，既降低了成本，又提高了效率和產品質量。將這兩者結合到一起，就產生了復合材料自動化成型技術。

自動鋪帶和自動化纏繞技術都是目前復合材料自動化成型的重點，涉及到飛機機身的成型、導彈等殼體的自動化成型等技術領域，具有預浸帶導紗及剪切技術、CAD/CAM技術、壓力控制、張力控制技術等研究方向，尤其適合復雜構件的成型制造。

目前對于曲率變化較大、含有負曲率凹面的構件成型，適合采用自動化鋪放技術，而對于圓筒等曲率變化不大的構件，更適用于自動化纏繞技術。且為了滿足20-150mm不同寬度的預浸布帶，由于帶料寬度變化很大，需要預浸布帶鋪帶頭在更大范圍內更好的控制鋪放張力的穩定性。

發明內容

為解決上述問題，本發明公開了適用于自動鋪纏一體機的張力精密控制裝置及控制方法；用大/小張力兩種張力控制方式相結合的方案，能夠滿足20-150mm不同寬度的預浸布帶時自動鋪纏的張力控制，達到10~100N可調且穩定工作。其中，大張力控制方式用于自動纏繞，小張力控制方式用于自動鋪帶，將這兩者結合到一起，實現自動纏繞和自動鋪帶能自由切換，且張力能穩定調控。

本發明采用以下技術方案來達到上述目的：

適用于自動鋪纏一體機的張力精密控制裝置，包括大張力升降輥、大張力升降氣缸、過輥、小張力偏擺輥、小張力側板、小張力偏擺氣缸、導紗輥和鋪纏機主體；其中大張力升降輥、過輥和導紗輥依次從高到低設置，大張力升降輥的兩端的下方均設有大張力升降氣缸，所述大張力升降氣缸固定在鋪纏機主體上且活塞桿伸出端與大張力升降輥的端部連接；小張力偏擺氣缸固定在大張力升降氣缸上；小張力偏擺氣缸的旋轉端連接小張力側板；小張力偏擺輥的兩端連接一組小張力側板，所述過輥和導紗輥的兩端均連接至鋪纏機主體。

適用于自動鋪纏一體機的張力精密控制方法，利用自動鋪纏一體機張力精密裝置進行大/小張力控制，其中大張力用于自動纏繞且控制方法為：

步驟1.1：鋪帶機主體的放料軸，通過伺服電機采用力矩模式運動，放出的帶料經過料膜分離軸分離后，與離型膜分離，進入到大張力升降輥的上方，繞過大張力升降輥后向下穿過過輥下方，再經導紗輥下方導出到鋪帶頭主體前端壓輥，完成穿紗；

步驟1.2、放料軸上方裝有超聲波測徑探頭；通過超聲波測徑傳感器測得放料軸帶料的外直徑，再通過觸摸屏向帶有顯示屏的PLC控制器寫入所需張力，帶有顯示屏的PLC控制器根據張力大小和外直徑來實時調整鋪帶機主體放料軸的力矩大小，實現放料軸端張力穩定；

步驟1.3、通過電氣比例閥調整大張力升降氣缸的壓強，來調整大張力升降輥的活塞推力，即大張力纏繞過程中帶料張力；通過大張力升降輥的上、下浮動來補償由速度變化、模具凹凸等原因造成的張力波動；

其中小張力控制用于自動鋪帶且控制方法為：