卷绕机的张力速度控制装置和方法与流程

1.本公开涉及一种卷绕机的张力速度控制方法和装置，尤其涉及一种连续陶瓷纤维生产用卷绕机的张力速度控制方法和装置。


背景技术：

2.连续陶瓷纤维是一种新型的高性能无机纤维，具有高模量、高强度、优异的耐热和耐高温氧化等性能，广泛用于耐高温绝热材料和增强材料，还可应用于军工、航空航天等高端材料领域，是21世纪重要的国家战略材料。
3.在连续陶瓷纤维生产过程中，最后的烧结、卷绕是其最重要的步骤，直接影响最终的纤维性能，要达到纤维原丝放卷速度、纤维成品卷绕速度、纤维收缩、纤维张力控制的同一自动协调，才能使最终的纤维产品质量稳定。目前市面还没有专门配套陶瓷纤维的卷绕机，都是借用碳纤维或其他有机纤维、纺织机械作为代替，不能完美满足陶瓷纤维脆性卷绕的要求。
4.目前，市场上卷绕机的张力速度控制方法和装置，主要构成部件为张力传感器、缓冲弹簧(弹片)、信号采集和输出器等，其工作原理是通过张力传感器，将采集的张力信号反馈计算机，来调节卷绕速度。纤维在烧结、卷绕时，具有一定的收缩率，因此，在前后的卷绕过程中，会存在一定的速度差异，而且在正常过程中，纤维处于紧绷状态，必然产生张力，张力过大，会造成纤维拉伤受损，最终会影响纤维的最终性能；张力过小，纤维烧结时不致密，卷绕松塌，不能有效提高纤维的力学性能只有合适的卷绕速度才能保证张力稳定。
5.现有的卷绕机张力速度控制装置存在如下缺点：1)张力传感器需要精度极高，价格非常昂贵，多为国外进口产品，存在受限制风险；2)采用弹簧(或弹片)形式，对张力的调节范围过于狭小，而且其形变量和张力的函数关系相当复杂，很难实现张力大小和卷绕速度的精密控制。


技术实现要素：

6.本公开提供了一种卷绕机的张力速度控制装置和方法。
7.根据本公开的第一方面，一种卷绕机的张力速度控制装置包括卷绕滚筒，用于卷绕纤维丝束；移动式陶瓷轮，设置在卷绕滚筒之前，用于将纤维丝束导向卷绕滚筒；测距仪，用于检测移动式陶瓷轮的位移；以及自动调速控制器，用于根据测距仪的测量结果调整卷绕滚筒的卷绕速度。
8.根据本公开的至少一个实施方式，该装置还包括气缸，与移动式陶瓷轮相连，对移动式陶瓷轮施加作用力，作用力方向与纤维丝束施加在移动式陶瓷轮上的压力相反；以及气体压力调节阀，用于调节气缸内的初始气体压力。
9.根据本公开的至少一个实施方式，该装置还包括压缩空气管，用于将压缩空气经过气体压力调节阀通入气缸，压缩空气的压力范围为0～0.6mpa。
10.根据本公开的至少一个实施方式，该装置还包括限位报警装置，用于在测距仪测
量的位移超过限值时主动报警停机。
11.根据本公开的至少一个实施方式，测距仪的测量范围为0～300mm，精度0.1mm，限值为300mm。
12.根据本公开的至少一个实施方式，该装置还包括两个固定陶瓷轮，分别设置在移动式陶瓷轮前后，用于引导纤维丝束；位移测量板，与测距仪相连，辅助测量移动式陶瓷轮的位移；伺服电机，用于驱动绕线滚筒；信号输入线，用于测距仪、自动调速控制器、伺服电机之间的电信号传输。
13.根据本公开的第二方面，一种卷绕机的张力速度控制方法，包括将纤维丝束绕过移动式陶瓷轮，再卷绕到卷绕滚筒上；通过测距仪测量移动式陶瓷轮的位移；根据位移的变化进行计算，调整卷绕滚筒的转速。
14.根据本公开的至少一个实施方式，该方法还包括将移动式陶瓷轮与气缸连接，对移动式陶瓷轮施加作用力，作用力方向与纤维丝束施加在移动式陶瓷轮上的压力相反；以及通过气体压力调节阀调节气缸内的初始气体压力。
15.根据本公开的至少一个实施方式，该方法还包括判断位移是否超过限值，如果是则主动报警停机。
16.根据本公开的至少一个实施方式，该方法还包括通过移动测量板辅助测量移动式陶瓷轮的位移。
附图说明
17.附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
18.图1是根据本公开至少一个实施方式的卷绕机的张力速度控制方法装置的结构示意图。
具体实施方式
19.下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
20.需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。
21.在本公开的至少一个实施方式中，本公开提供了一种卷绕机的张力速度控制装置和方法。
22.如图1所示，该装置包括卷绕滚筒11，用于卷绕纤维丝束12；移动式陶瓷轮2，设置在卷绕滚筒11之前，用于将纤维丝束12导向卷绕滚筒11；测距仪7，用于检测移动式陶瓷轮2的位移；以及自动调速控制器9，用于根据测距仪7的测量结果调整卷绕滚筒11的卷绕速度。
23.本装置通过卷绕纤维丝束12的张力大小，改变移动式陶瓷轮2的位置，再通过测距仪7的测量数值变化进行反馈、程序计算，进而调整卷绕滚筒11的卷绕速度，而卷绕速度的变化，又马上反馈出纤维丝束12的张力大小。通过这一系列的不同自动调节，可以达到张力
大小和卷绕速度的平衡状态。
24.根据本公开另外一个实施方式，该装置还包括气缸3，与移动式陶瓷轮2相连，对移动式陶瓷轮2施加作用力，作用力方向与纤维丝束12施加在移动式陶瓷轮2上的压力相反；以及气体压力调节阀4，用于调节气缸3内的初始气体压力。
25.该装置具体工作原理如下：纤维丝束12绕过移动式陶瓷轮2，然后卷绕到卷绕滚筒11上。移动式陶瓷轮2位置可滑动，其和气缸3相连，移动式陶瓷轮2受到纤维丝束12的压力，同时气缸3施加给移动式陶瓷轮2一个反向弹力。
26.当卷绕滚筒11卷绕速度过快时，纤维丝束12受力紧绷，气缸3的反向弹力小于纤维丝束12的压力，会使移动式陶瓷轮2位移变小，同时由于移动式陶瓷轮2的移动压缩了气缸3内的气体，使得气体压力增大，随之作用在移动式陶瓷轮2上的作用力增大，阻止移动式陶瓷轮2的进一步压缩，而高精度测距仪7检测到位移减小，将信号反馈给自动控制调速器9，进而降低卷绕滚筒11的卷绕速度，减小纤维丝束12的张力，从而减小施加于移动式陶瓷轮2的压力，使得气缸3施加的反向弹力和纤维丝束12施加的压力再次达到平衡。
27.反之当卷绕滚筒11卷绕速度过慢时，纤维丝束12不受力松散，气缸3的反向弹力大于纤维丝束12的压力，移动式陶瓷轮2的位移将加大，气缸3内的气体体积增大，反向弹力减小，防止移动式陶瓷轮2进一步移动，同时自动控制调速器9将会增大卷绕滚筒11的卷绕速度，增大纤维丝束12的张力，从而增大施加于移动式陶瓷轮2的压力，使得气缸3施加的反向弹力和纤维丝束12施加的压力再次达到平衡。
28.当纤维丝束12对移动式陶瓷轮2的压力和气缸3的反向弹力达到平衡时，位移不再发生变化后，速度处于稳定状态，这就可以达到张力大小和卷绕速度的平衡状态。
29.根据本公开又一个实施方式该装置还包括压缩空气管5，用于将压缩空气经过气体压力调节阀4通入气缸3，压缩空气的压力范围为0～0.6mpa。根据纤维丝束12的强度，可以调节气体压力调节阀4来调节所需压力，从而达到所需要的气缸3张力范围。
30.根据本公开的又一个实施方式，该装置还包括限位报警装置，用于在测距仪7测量的位移超过限值时主动报警停机。测距仪7的测量范围为0～300mm，精度0.1mm。测距仪7的精度可以根据生产需要调整。
31.当移动式陶瓷轮2的位移超过300mm时，限位报警装置将主动报警并停机。此时张力过小，需要增大压缩空气压力；若位移小而纤维被拉断，说明张力过大，需要减小压缩空气压力。
32.高精度测距仪7将实时测量结果通过信号反馈给自动调速控制器9，自动调速控制器9根据测距结果来调整卷绕滚筒11的转速，卷绕滚筒的卷绕速度为0～10m/min。
33.根据本公开的又一个实施方式，该装置还包括两个固定陶瓷轮，分别设置在移动式陶瓷轮前后，用于引导纤维丝束；位移测量板，与测距仪相连，辅助测量移动式陶瓷轮的位移；伺服电机，用于驱动绕线滚筒；信号输入线，用于测距仪、自动调速控制器、伺服电机之间的电信号传输。
34.本公开还提供了一种卷绕机的张力速度控制方法，包括将纤维丝束绕过移动式陶瓷轮，再卷绕到卷绕滚筒上；通过测距仪测量移动式陶瓷轮的位移；根据位移的变化进行计算，调整卷绕滚筒的转速。
35.根据本公开的又一个实施方式，该方法还包括将移动式陶瓷轮与气缸连接，对移
动式陶瓷轮施加作用力，作用力方向与纤维丝束施加在移动式陶瓷轮上的压力相反；以及通过气体压力调节阀调节气缸内的初始气体压力。
36.根据本公开的又一个实施方式，该方法还包括判断位移是否超过限值，如果是则主动报警停机。
37.根据本公开的又一个实施方式，该方法还包括通过移动测量板辅助测量移动式陶瓷轮的位移。
38.本公开提供的方法原理与装置一致，此处不再赘述。
39.实施例1：将连续碳化硅纤维通过图1路径进行卷绕，调节气体压力调节阀4为0.1mpa(可以先设置较小压力，防止压力过大，气缸3弹力大而导致纤维丝束12拉断)，开始卷绕，当移动式陶瓷轮2所受纤维丝束12的压力和气缸3的反向弹力相等时，卷绕速度保持稳定状态，系统趋于平衡状态。
40.实施例2：将连续石英纤维通过图1路径进行卷绕，调节气体压力调节阀4为0.2mpa，开始卷绕，当移动式陶瓷轮2所受纤维丝束12的压力和气缸3的反向弹力相等时，卷绕速度保持稳定状态，系统趋于平衡状态。
41.实施例3：将连续氧化铝纤维通过图1路径进行卷绕，调节气体压力调节阀4为0.05mpa，开始卷绕，当移动陶瓷轮2所受纤维丝束12的压力和气缸3的反向弹力相等时，卷绕速度保持稳定状态，系统趋于平衡状态。
42.可见，本公开提供的卷绕机的张力速度控制装置和方法，采用气体压力可调节的方式，可以应用于不同强度范围的纤维丝束，满足不同的卷绕速度；控制精度高，测距仪能精确到0.1mm，甚至更高，能够对微小变化进行精确控制；具有自适应调控优势，调控范围大，能够适应多种连续纤维丝束的应用；成本较低，设备制作简单；关键元件有较多可替代性，不存在受限制风险。
43.本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。