[发明专利]一种玄武岩纤维缠绕复合管成型装置

说明书

本发明设计一种玄武岩纤维缠绕复合管成型装置，该装置包括维纤退绕、张力控制、浸胶、纤维缠绕四个部分；纤维退绕部分包括退绕辊、退绕轴、力矩电机；张力控制部分包括主速度辊、磁粉制动器、张力检测机构；浸胶部分包括浸胶池、浸胶辊、挤胶辊；纤维缠绕部分包括齿条、不完全齿轮、斜齿轮换向机构、支撑台与导轨、导向轮、复合管、芯模、三爪卡盘、吐丝嘴，齿条两侧各有一个不完全齿轮，吐丝嘴固定在齿条上，斜齿轮换向机构带动不完全齿轮同步转动。本发明采用卧式结构，各部分不相互干扰、稳定性强，可在纤维缠绕过程中始终保持张力的恒定，能够保证玄武岩纤维均匀的缠绕在复合管表面，提高复合管的力学性能。

技术领域

本发明涉及一种玄武岩纤维缠绕领域用的复合管表面纤维缠绕装置。

背景技术

纤维增强复合管是利用纤维在管道外表面进行一定规律的缠绕而形成的一体化复合管材，纤维缠绕制品对增强材料的力学性能和物理特性有显著效果，提高材料在工程中的使用性能。

目前，纤维缠绕通常使用碳纤维。碳纤维强度高重量轻，但是碳纤维是脆性材料，受力过大则会直接断裂，损坏后无法修复只能更换，同时有害化学成分含量高，不利于环保。玄武岩纤维是一种新型具有良好性能的无机纤维材料，经天然玄武岩石料高温熔融处理后，将液态玄武岩材料通过拉丝形成玄武岩纤维，综合性能优异、绿色环保、生产加工流程简单，可以代替其他纤维材料进行纤维缠绕。

同时由于缠绕过程中纤维的不断减少以及各机械系统之间的振动，会导致缠绕过程中张力不是恒定不变的，各纤维束之间张力的均匀性以及各层缠绕纤维束的张力均匀性对整个纤维缠绕制品的质量影响很大，若各纤维束之间缠绕时张力不等，在承受外载荷时可能会导致局部纤维强度不够，影响总体强度，导致缠绕制品损坏。国内玄武岩纤维缠绕机的研究几乎为一片空白。因而，如何控制缠绕过程中的张力，保证缠绕制品的质量，进而研制出适合玄武岩纤维缠绕的装置成为工程人员的重要课题。为此，设计了一种用于玄武岩纤维缠绕领域的复合管表面纤维缠绕装置，对利用玄武岩纤维进行材料表面缠绕、提高纤维缠绕质量具有重要意义。

发明内容

一种玄武岩纤维缠绕复合管成型装置，其特征在于，包括纤维退绕机构、张力控制机构、浸胶池机构和纤维缠绕机构，所述纤维退绕机构包括与退绕轴转动连接的退绕辊和固定在工作台上的力矩电机，工作台放置在工字形支架上，所述力矩电机通过联轴器与退绕轴连接从而传递轴上力矩，退绕轴中部由两轴承支撑轴进行旋转运动；所述张力控制机构包括张力机架、传感器支架、主速度辊、磁粉制动器、主速度轴、张力检测辊、传感轴、平衡梁张力传感器、PID控制器、D/A转换器，所述磁粉制动器固定在张力机架上通过连接轴为主速度辊传递转矩；所述传感轴一端套有张力检测辊，另一端固定在平衡梁张力传感器上，将检测到的纤维张力与PID控制器中预设张力产生偏差通过负反馈作用进行调节，改变磁粉制动器输出转矩，从而对纤维上张力进行调节，达到恒定张力控制。所述浸胶池机构包括空转辊、挤胶辊以及放置在浸胶池内侧凸台上的浸胶辊，纤维通过空转辊与浸胶辊导入浸胶池，在挤胶辊处除去多余树脂；所述纤维缠绕机构包括齿轮齿条往复运动机构、斜齿轮换向机构、支撑台、吐丝嘴、芯模、复合管、三爪卡盘、顶针、龙门架、带轮，所述齿轮齿条往复机构由放置在支撑台导轨上的齿条以及分布在齿条两侧的不完全齿轮组成，吐丝嘴焊接在齿条中部位置，所述芯模由顶针以及三爪卡盘固定，带轮通过三爪卡盘带动芯模转动，复合管套在芯模上，整个部分安装在龙门架上。

本装置通过将纤维终端穿过各机构固定在复合管封头处，复合管套在芯模上随之同步转动，芯模由三爪卡盘与顶针固定。三爪卡盘通过减速电机带动同步带轮进行收卷运动，退绕辊处由力矩电机施加反转扭矩进而在整个纤维上产生预张力；从退绕辊出来的纤维经过空转辊绕在由磁粉制动器控制的主速度辊上，主速度辊与浸胶池机构之间有张力检测机构，从主速度辊出来的纤维在张力检测机构检测的纤维张力，经PID负反馈控制调节磁粉制动器转矩大小，改变绕在主速度辊纤维绕出侧纤维张力大小，然后再次进行检测、反馈，形成一个循环，直到调整纤维张力在设定值恒定不变；调整后的纤维绕上位于浸胶池内的浸胶辊并裹上树脂，经挤胶辊除去纤维上多余树脂；裹上树脂的纤维经过装在直线往复机构上的吐丝嘴按一定转速比缠绕在复合管上。