CN205573055U - 纤维缠绕成型大张力控制*** - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种纤维缠绕成型大张力控制***，包括工控机，所述工控机与PID控制器连接，PID控制器与纱团伺服电机连接，纱团伺服电机连接纱团；PID控制器与磁粉制动器连接，磁粉制动器与张力辊连接；PID控制器与张力传感装置连接；所述纱团上绕卷有纤维丝束，纤维丝束通过平衡摆杆、张力辊、张力传感装置、纱嘴绕卷在芯模上，所述平衡摆杆铰接在支座上，平衡摆杆与气缸连接。本实用新型能控制纤维丝束的张力，且能将铺丝过程进行即时记录显示与存储，即时调节纤维丝束张力的大小。

Description

纤维缠绕成型大张力控制***

技术领域

本实用新型涉及控制***，更具体地说，涉及一种纤维缠绕成型大张力控制***。

背景技术

在复合材料中，纤维缠绕成型工艺是指采用连续纤维在浸渍树脂粘合剂后，在张力的作用下按照一定的线型有规律的排布在芯模上，然后通过加热是粘合剂固化而制成一定形状的工艺方法。同时在纤维缠绕成型工艺中，对带状、线状等弹性复合材料的缠绕张力控制是保证缠绕产品质量的核心技术，并且缠绕张力对复合材料制品的强度有重要影响。所以需要对纤维丝束施加张力，这样做的主要原因是为了控制纤维上的树脂粘结剂的含量，从而保证纤维丝束可以在芯模上按照规定的线性排列，并且稳定和适当的张力可以提高纤维缠绕制品的综合性能。目前，常用张力控制***都能够满足缠绕制品70N左右的张力需求,但是一些特殊用途的缠绕制品则要求较大的缠绕张力(200N左右)而常见的张力控制控制***则无法满足。而在大张力控制的场合中，缠绕制品主要被用于核工业的离心轴、航空航天工业的压力容器以及兵器工业的炮筒等对张力有着严格要求的场所，张力选择不当会导致制品不合格无法满足性能要求甚至会引起重大事故。可见，性能优良的纤维铺放机必须配上准确控制张力的张力控制器，才能对***的高效可靠提供保障。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，提供一种能控制与条件纤维丝束张力的纤维缠绕成型大张力控制***。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种纤维缠绕成型大张力控制***，其特征在于，包括工控机，所述工控机与PID控制器连接，PID控制器与纱团伺服电机连接，纱团伺服电机连接纱团；PID控制器与磁粉制动器连接，磁粉制动器与张力辊连接；PID控制器与张力传感装置连接；所述纱团上绕卷有纤维丝束，纤维丝束通过平衡摆杆、张力辊、张力传感装置、纱嘴绕卷在芯模上，所述平衡摆杆铰接在支座上，平衡摆杆与气缸连接。

按上述方案，所述PID控制器通过第一D/A转换器与纱团伺服电机连接，PID控制器通过第二D/A转换器与磁粉制动器连接，PID控制器通过处理电路与张力传感装置连接。

按上述方案，所述平衡摆杆包括的两端设有第一摩擦辊与第二摩擦辊，纤维丝束绕过第一摩擦辊与第二摩擦辊。

按上述方案，所述张力传感装置包括张力传感器、第三摩擦辊与压力辊；所述处理电路与张力传感器连接，张力传感器与压力辊连接，所述第三摩擦辊与压力辊分别位于纤维丝束的两侧，所述处理电路包括A/D转换电路和滤波电路。

按上述方案，所述芯模与电机连接。

实施本实用新型的纤维缠绕成型大张力控制***，具有以下有益效果：

1、纤维缠绕时，纤维丝束总是处于运动控制且张紧状态中，由于气缸的使用，能保持张力的稳定并且同时起到缓冲的作用。

2、通过磁粉制动器控制张力辊，来实现纤维丝束的大张力控制，采用直接控制中的反馈式张力控制，以达到充分发挥纤维材料的高强度特性的目的。

3、***根据上位机输入的张力控制阀值，对纤维丝束进行张力控制的同时，将铺丝过程中的张力控制结果实时记录、显示与储存，当实际张力值与目标张力值之间的误差不大并且在设定范围内时，此时加入积分的作用，从而提高***的控制精度。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型纤维缠绕成型大张力控制***的结构示意图；

图2是本实用新型平衡摆杆的结构示意图；

图3是本实用新型磁粉制动器在***中控制流程图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

如图1、图2与图3所示，本实施例大张力***包括工控机与PID控制器。

工控机与PID控制器连接，PID控制器分别连接第一D/A转换器、第二D/A转换器及处理电路。第一D/A转换器连接纱团伺服电机，纱团伺服电机连接纱团8。第二D/A转换器连接磁粉制动器，磁粉制动器连接张力辊5。处理电路与张力传感装置连接。

纱团8上绕卷有纤维丝束，纤维丝束分别通过平衡摆杆6、张力辊5、张力传感装置、纱嘴2绕卷在芯模1上。平衡摆杆6铰接在支座11上，平衡摆杆6再与气缸7连接。张力传感装置包括第三摩擦辊3、压力辊4与张力传感器，第三摩擦辊3与压力辊4分别位于纤维丝束的两侧。处理电路与张力传感器连接，张力传感器与压力辊4连接。芯模1与电机连接。处理电路包括A/D转换电路和滤波电路。通过滤波电路对张力传感器检测到的张力数值进行滤波后转换成模拟信号，A/D转换电路将模拟信号转换成数字信号输出给PID控制器识别。

平衡摆杆6的两端设置有第一摩擦辊9与第二摩擦辊12，形成摆杆，纤维丝束绕过第一摩擦辊9与第二摩擦辊12。

在缠绕过程中，纤维丝束以一定的速度从纱团8出来后经过平衡摆杆6、张力辊、张力传感装置，经过纱嘴后，最后缠绕到芯模1上。在纤维丝束缠绕过程中，由张力传感器检测到纤维丝束张力的变化，输出张力值经处理电路传输给PID控制器，PID控制器通过软件算法，处理产生的控制信号给磁粉制动器与纱团伺服电机，以控制他们的转矩，达到控制张力的目的。

工作原理：

整套纤维缠绕成型大张力控制***实行的是闭环反馈控制。工作时，由纱团伺服电机控制的纱团8开始运转，由电机控制的芯模1同步开始运转。芯模1对纤维丝束产生牵引作用，纤维丝束由纱团8释放，通过平衡摆杆6的牵引，纤维丝束被牵引出去。

由于芯模1的牵引作用，会对纤维丝束产生拉力，同时纱团8处的纱团伺服电机开始提供阻力，这样纤维丝束就会发生拉紧而产生张力。同时，气缸7对平衡摆杆6产生拉力，在气缸7的拉力、纤维丝束的拉力及纱团伺服电机的阻力的共同作用下，使平衡摆杆6处于稳定的状态，从而达到保证张力稳定的目的。

当进行大张力缠绕时，磁粉制动器开始工作，由PID控制器控制磁粉制动器按照一定张力分配比进行控制，进而使整个***达到目标张力值。当实际张力值与目标值出现误差时，张力传感器经处理电路将信号反馈给PID控制器，PID控制器发出命令经过第二D/A转换后输出电流信号后，控制磁粉制动器的输入电流，调节磁粉制动器的阻力矩，从而使***到达目标张力值，达到控制纤维丝束张力的目的。

为了提高***对外界干扰信号的抵抗能力，保证控制***连续的运行，采用数字PID控制算法。但是在纤维铺放过程中，纱团8和芯模1中的纱线都是环形的，因此纱线中产生的张力会在缠绕压力容器封头处的变化范围较大，会导致纤维丝束的出张力在短时间内与设定值产生较大的偏差。为了解决这一问题，我们引入采用积分分离式的PID控制算法。具体的就是：当张力传感器反馈到的实际张力值与目标张力值的偏差超过一定范围后，此时取消PID控制的积分作用；当实际张力值与目标张力值之间的误差不大并且在设定范围内时，此时加入积分的作用，从而提高***的控制精度。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (5)

1.一种纤维缠绕成型大张力控制***，其特征在于，包括工控机，所述工控机与PID控制器连接，PID控制器与纱团伺服电机连接，纱团伺服电机连接纱团；PID控制器与磁粉制动器连接，磁粉制动器与张力辊连接；PID控制器与张力传感装置连接；所述纱团上绕卷有纤维丝束，纤维丝束通过平衡摆杆、张力辊、张力传感装置、纱嘴绕卷在芯模上，所述平衡摆杆铰接在支座上，平衡摆杆与气缸连接。

2.根据权利要求1所述的纤维缠绕成型大张力控制***，其特征在于，所述PID控制器通过第一D/A转换器与纱团伺服电机连接，PID控制器通过第二D/A转换器与磁粉制动器连接，PID控制器通过处理电路与张力传感装置连接。

3.根据权利要求1所述的纤维缠绕成型大张力控制***，其特征在于，所述平衡摆杆包括的两端设有第一摩擦辊与第二摩擦辊，纤维丝束绕过第一摩擦辊与第二摩擦辊。

4.根据权利要求2所述的纤维缠绕成型大张力控制***，其特征在于，所述张力传感装置包括张力传感器、第三摩擦辊与压力辊；所述处理电路与张力传感器连接，张力传感器与压力辊连接，所述第三摩擦辊与压力辊分别位于纤维丝束的两侧，所述处理电路包括A/D转换电路和滤波电路。

5.根据权利要求1所述的纤维缠绕成型大张力控制***，其特征在于，所述芯模与电机连接。