五、纏繞機
纏繞機是實現纏繞成型工藝的主要設備,對纏繞機的要求:①能夠實現制品設計的纏繞規(guī)律和排紗準確;②操作簡便;③生產效率高;④設備成本低等。
纏繞機主要由芯模驅動和繞絲嘴驅動兩大部分組成。為了消除繞絲嘴反向運動時纖維松線,保持張力穩(wěn)定及在封頭或錐形纏繞制品紗帶布置精確,實現小纏繞角(5°~15°)纏繞,在纏繞機上設計有垂直芯軸方向的橫向進給(伸臂)機構。為防止繞絲嘴反向運動時紗帶轉擰,伸臂上設有能使繞絲嘴翻轉的機構。微機控制纏繞機有4~5個驅動軸,如圖3-21所示。
我國20世紀60年代研制成功鏈條式纏繞機,70年代引進德國WE-250數控纏繞機,改進后實現國產化生產,80年代后我國引進了各種型式纏繞機40多臺,經過改進后,自己設計制造成功微機控制纏繞機,并進入國際市場。
(1)機械式纏繞機類型
①繞臂式平面纏繞機(見圖3-22) 其特點是繞臂(裝有繞絲嘴)圍繞芯模做均勻旋轉運動,芯模繞自身軸線做均勻慢速轉動,繞臂(即繞絲嘴)每轉一周,芯模轉過一個小角度。此小角度對應纏繞容器上一個紗片寬度,保證紗片在芯模上一個緊挨一個地布滿容器表面。芯模快速旋轉時,繞絲嘴沿垂直地面方向緩慢地上下移動,此時可實現環(huán)向纏繞,使用這種纏繞機的優(yōu)點是,芯模受力均勻,機構運行平穩(wěn),排線均勻。適用于干法纏繞中小型短粗筒形容器。
![]() ②滾轉式纏繞機(見圖3-23) 這種纏繞機的芯模由兩個搖臂支承,纏繞時芯模繞自身軸旋轉,兩臂同步旋轉使芯模翻滾,翻滾一周,芯模自轉一個與紗片寬相適應的角度,而纖維紗由固定的伸臂供給,實現平面纏繞,環(huán)向纏繞由附加裝置來實現。由于滾翻動作機構不宜過大,故此類纏繞機只適用纏繞小型制品,且使用不廣泛。
![]() ③臥式纏繞機(見圖3-24) 這種纏繞機是由鏈條帶動小車(繞絲嘴)做往復運動,并在封頭端有瞬時停歇,芯模繞自身軸做等速旋轉,調整兩者速度可以實現平面纏繞、環(huán)向纏繞和螺旋纏繞,這種纏繞機構造簡單,用途廣泛,適宜于纏繞細長的管和容器。
④軌道式纏繞機 軌道式纏繞機分立式和臥式兩種,圖3-25為臥式軌道纏繞機示意圖,芯模和繞絲嘴小車運行軌道均呈臥式。紗團、膠槽和繞絲嘴均裝在小車上,當小車沿環(huán)形軌道繞芯模一周時,芯模自身轉動一個紗片寬度,芯模軸線和水平面的夾角為平面纏繞角。α從而形成平面纏繞型,調整芯模和小車的速度可以實現環(huán)向纏繞和螺旋纏繞。軌道式纏繞機適合于生產大型制品。
![]() ![]() ⑤行星式纏繞機(見圖3-26) 芯軸與水平面傾斜成。角(即纏繞角)。纏繞成型時,芯模做自轉和公轉兩個運動,繞絲嘴固定不動。調整芯模自轉和公轉速度可以完成平面纏繞、環(huán)向纏繞和螺旋纏繞。芯模公轉是主運動,自轉為進給運動。這種纏繞機適合于生產小型制品。
⑥球形纏繞機(見圖3-27) 球形纏繞機有4個運動軸,球形纏繞機的繞絲嘴轉動,芯模旋轉和芯模偏擺,基本上和搖臂式纏繞機相同,第四個軸運動是利用繞絲嘴步進實現紗片纏繞,減少極孔外纖維堆積,提高容器壁厚的均勻性。芯模和繞絲嘴轉動,使纖維布滿球體表面。芯模軸偏轉運動,可以改變纏繞極孔尺寸和調節(jié)纏繞角,滿足制品受力要求。
![]() ⑦電纜式縱環(huán)向纏繞機(見圖3-28) 縱環(huán)向電纜式纏繞機適用于生產無封頭的筒形容器和各種管道。裝有縱向紗團的轉環(huán)2與芯模同步旋轉,并可沿芯模軸向往復運動,完成縱向紗鋪放,環(huán)向紗8裝在轉環(huán)2兩邊的小車4上,當芯模轉動,小車沿芯模軸向做往復運動時,完成環(huán)向紗纏繞。根據管道受力狀況,可任意調整縱環(huán)向紗數量比例。
![]() ⑧新型纏管機(見圖3-29) 新型纏管機與現行纏繞機的區(qū)別在于,它是靠管芯自轉,并同時能沿管長方向做往復運動,完成纏繞過程。其特點是:
a.繞絲嘴和膠槽固定不動,芯模做往復、旋轉運動,設備結構簡單;
b.一臺纏繞機上擁有多個繞絲嘴同時工作,纏繞效率高;
c.一臺纏繞機上擁有幾個浸膠槽,可同時使用一種或幾種樹脂(不同配方樹脂),使內層、結構層的外表層一次完成;
d.一臺纏繞機可同時生產1根或2~3根管子,生產率高;
e.生產線上有兩臺纏繞機,輪流交替準備纏繞和固化,生產過程不中斷。
纏繞機在垂直平面內相互平行地平面裝置3根管芯,由裝在小車上的電動機經機頭齒輪箱帶動芯模旋轉,使纏繞機沿管芯軸方向做往復運動,構成纖維紗在管芯上螺旋纏繞。這種纏繞機常用來生產φ25~φ500mm的各種玻璃鋼管,生產φ25~φ100mm管時,每次可生產三根,生產φ125~φ250mm管時,每次可生產兩根管,生產φ300~φ500mm管時,每次生產一根。使用1200tex玻璃纖維紗時,分梳排紗密度為3mm/裉,纏繞角為35.24°~54°(螺旋纏繞)。
這種新型纏繞機的優(yōu)點是,繞絲嘴固定,為工人處理斷頭、毛絲以及看管帶來很大方便;多路進紗可實現大容量進絲纏繞,纏繞速度快,布絲均勻,有利于提高產品質量和產量。
![]() (2)纏繞機控制系統(tǒng) 纏繞機按控制方法可分為機械式纏繞機、數字程序控制纏繞機和微機控制纏繞機三種。
①機械控制纏繞機 型式很多,而以臥式纏繞機應用最廣。機械控制纏繞機的芯模被夾持在主軸上作自轉運動,繞絲嘴安裝在小車上,沿芯模軸線往復運動,通過調整芯模轉速和繞絲嘴的運動速度(即速比)便可以實現各種線型纏繞,而速比的改變則是通過機頭齒輪箱的掛輪,調節(jié)芯模主軸和小車間的機械運動來實現。
機械控制纏繞機的優(yōu)點:a.結構簡單,制造成本低;b.運行可靠,操作容易,維修方便;c.最適用于大批量管、筒形民用產品生產,經濟實用,有著廣闊的發(fā)展前途,即使是發(fā)達國家,目前仍然廣泛地應用這種纏繞機。
缺點:a.速比變化時,調整齒輪和鏈條較麻煩,變化產品生產時,需要準備的時間過長;b.非線性纏繞精度不高,不能用于精度要求高的航天、航空制品生產。
②數字控制纏繞機 數字控制纏繞機是以電脈沖式的數字量作為控制信號,實現對芯模進角的位移量和繞絲嘴的線位移量相互關系的控制,改變分頻比便可以改變小車相對于主軸的速比,從而改變纏繞角。除芯模的小車運動外,還增加了繞絲嘴的伸臂和酣轉運動,可以實現非線性纏繞,克服了機械纏繞機慣性大和精度低的缺點,但數控系統(tǒng)沒有編程運算功能,改變線型時,需要停機調整,準備工作量較大,因而不能滿足更加復雜制品的纏繞要求。
③微機控制纏繞機 在微機控制纏繞機中,纏繞機的系統(tǒng)程序屬于容易改換的計算機軟件,因此,大大增加了纏繞機的靈活性和適應性,生產這種纏繞機的有美國安德遜公司(Ander-son),德國的拜爾公司(Bear)和我國武漢工業(yè)大學、哈爾濱工大等。
微機控制纏繞機除價格較貴外,優(yōu)點很多:
a.增加了纏繞機的運動坐標數。機械式纏繞機只有兩個基本運動,即芯模轉動和小車移動。而微機控制纏繞機則增加了繞絲嘴橫向運動(垂直芯模軸線),繞絲嘴自身旋轉,繞絲嘴垂直于小車移動平面運動,有三個運動坐標。
b.增加計算機硬件和軟件,擴大了纏繞機控制功能。一般微機控制纏繞機可以存儲100個不同的纏繞程序。
c.纏繞精度高。傳動機構選用精密機械,保證系統(tǒng)有較高的定位精度和重復定位精度,因而提高了纏繞精度和制品的重現性。微機控制纏繞機的芯模轉動精度可以達到±0.0002轉,小車和繞絲嘴伸臂位移精度,可達到±0.25mm。
d.自動化程度高,使用方便。微機控制纏繞機適合于精度要求高(質量、尺寸)的航空、航天制品的生產,機械控制纏繞機則適用于民用管、罐產品的生產,從目前的發(fā)展情況分析,機械控制纏繞機和微機控制纏繞機都將會長期發(fā)展和應用,而數控纏繞機已被淘汰。
(3)纏繞機輔助裝置 纏繞機的輔助裝置有芯模、紗架、張力器、浸膠槽和繞絲嘴等。
①紗架 纏繞機的紗架分隨動式和固定式兩種:隨動式紗架是安裝在纏繞機繞絲嘴小車上,隨小車同步運動,紗架到浸膠槽的距離小,不易出現松線、打結現象,但紗架上紗團容量少;固定式紗架是安裝在纏繞機的一側或上方,紗架上紗團容量大。但因紗團距繞絲嘴小車較遠,容易出現松線問題。圖3-30和圖3-31分別為端頭引出型紗架和側向引出型紗架示意圖。
②張力器 張力器亦稱收線裝置,為了控制張力,需要設收線裝置(見圖3-32),防止螺旋纏繞返程時發(fā)生松線現象。
③浸膠槽 根據對纖維表面涂膠方式不同,浸膠槽分為沉浸式(圖3-18)和膠輥接觸式(圖3-19),滴膠式加壓或真空浸膠等。
![]() ![]() ④繞絲嘴 亦稱導絲頭,是纏繞機小車上的主要部件,其示意圖如圖3-33,繞絲嘴應能前進后退,要求能適合不同纏繞方式及不同制品形狀和直徑的纏繞要求。
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