浅谈纤维缠绕设备结构设计

摘要：纤维缠绕设备广泛应用于石油、化工、航空航天、军工、船舶、海上钻井平台、制药、电力、汽车等领域，并且它还用于出口贸易。该设备主要由缠绕主机、带回纱机构胶槽、机械张力纱架等组成，其中缠绕主机可对模具进行连续及间断缠绕。设备主要用于圆筒结构件缠绕加工，满足螺旋、环向的多层缠绕，适用于玻璃纤维和碳纤维材料。

关键词：缠绕主机；带回纱机构胶槽；机械张力纱架

一、纤维缠绕设备的工作原理

设备运行之前需要将模具装夹到缠绕主机的夹具上，在胶槽内注入适量胶液，把机械张力纱架上的纱线穿过带回纱机构胶槽后，再穿过缠绕主机行车机构，最后绑扎到模具外部，准备工作完成后开启设备。运作机理是纱经过机械张力纱架，在一定的张力下进入缠绕主机行车机构前的带回纱机构胶槽，经过胶槽内的过纱辊组和重力回纱机构后，由缠绕主机行车机构缠绕到模具外部，根据不同模具和工艺编排通过缠绕软件控制进行螺旋、环向的多层缠绕。

二、纤维缠绕设备在结构设计方面的分析

纤维缠绕设备在结构设计方面可分为三个部分，下面分别对缠绕主机、带回纱机构胶槽、机械张力纱架进行分析。

（一）缠绕主机结构设计

缠绕主机结构主要是由龙门底座、龙门立柱、龙门横梁、主轴箱、移动尾座、行车机构等组成。在主机结构设计过程中为了更好的进行结构件缠绕，采用由底座、立柱、横梁组成的龙门式结构，这种龙门式结构区别于单支撑和悬臂结构，该结构承受负载大、整体稳定性好、便于生产加工。主轴箱使用伺服电机作为动力源，搭配减速机提高输出扭矩，输出末端为三爪卡盘，方便模具定心装卡。移动尾座沿固定在底座和横梁上的两条导轨做线性移动，由底座导轨抱死装置固定其位置，因为尾座可移动，所以可以使用不同型号尺寸的模具，进而有效的促进了生产量与生产效率，尾座同样装有三爪卡盘，配合主轴箱三爪卡盘装夹可确保模具绕轴心做回转体运动，来达到良好的纱缠绕效果。行车机构沿固定在横梁下方的两条导轨做线型往复运动，该机构有三个伺服电机作为动力源，分别为沿模具轴线方向移动、沿模具径向方向移动、绕模具径向方向旋转伺服电机，轴线方向移动是由齿轮齿条传动实现，径向方向移动是由滚珠螺杆传动实现，径向方向旋转是由齿轮副传动实现。缠绕主机上四个伺服电机同时带动执行机构动作可缠绕出所需线型。

（二）带回纱机构胶槽设计

带回纱机构胶槽主要是由胶槽架体、不锈钢胶槽、过纱辊组、重力回纱机构等组成。胶槽架体采用钢型材焊接制成，在整体结构中起到支撑和连接作用。不锈钢胶槽设计成与胶槽架体可分离形式，方便不锈钢胶槽清理和使用。过纱辊组由按续排列的不锈钢圆辊和不锈钢支架组成，起到引导纱线经过胶液的作用。重力回纱机构是利用重力向下原理将松弛的纱线拉紧，使得纱线有规律且均匀的缠绕在模具表面。

（三）机械张力纱架设计

机械张力纱架主要是由纱架架体、纱团主轴、摆动辊机构等组成。纱架架体采用钢型材焊接制成，在整体结构中起到支撑和连接作用。纱团主轴用于装夹纱团，纱团主轴一端设计有皮带摩擦盘，皮带与摆动辊机构连接，通过皮带和摩擦盘间的摩擦力控制纱团主轴是否旋转，进而控制纱团是否放纱。摆动辊机构是利用弹簧弹力来限制摆臂摆动的机构，当纱线通过辊筒时会对摆臂产生力偶，与弹簧弹力对摆臂形成的力偶进行抵消，当纱线力量大时纱团放线，弹簧力量大时纱团不动，由此机理对纱线张力进行控制。

三、总结

纤维缠绕设备是针对圆筒结构件的缠绕而研发的，可以使用不同型号尺寸的模具生产多种规格产品。设备成本低，售价低，操作维护方便，有利于在市场中占据有利地位，还可以打入其他发达国家和发展中国家的市场。

参考文献：

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[2]于仲海,邓杰,戴朝利,李国龙.一种方形玻璃钢风管的数控缠绕设备的设计[J].机械制造,2015,53(12):8-9.

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作者:姜文亮 单位:哈尔滨康帕斯复合材料装备有限公司