CN2141859Y

CN2141859Y - 纤维缠绕机

Info

Publication number: CN2141859Y
Application number: CN 92234515
Authority: CN
Inventors: 吴耀楚; 刘士华; 丁金平; 盛亚仙; 刘弟楷
Original assignee: Wuhan Polytechnic University
Current assignee: Wuhan Polytechnic University
Priority date: 1992-09-29
Filing date: 1992-09-29
Publication date: 1993-09-08
Anticipated expiration: 2002-09-29

Abstract

一种新型纤维缠绕机——微机控制缠绕机，突破了传统机械式缠绕机的控制方式，可用于缠制各类高强、耐渗漏的玻璃钢管道和容器，及其他回转体制品。该机具有二立柱支承于立柱顶端的横梁，位于横梁四壁的轨道，小车，伸臂及机械传动装置，三台直流伺服电机及STD工业计算机，能对主轴回转，小车往复及丝嘴伸臂三坐标进行位置伺服控制，实现排线精度高的缠绕，及方便地进行产品规格的变更。

Description

本实用新型是一种新型纤维缠绕机－微机控制缠绕机，特别适宜工业应用缠制高强度高精度玻璃钢管、罐及其它回转体制品。

玻璃纤维增强塑料（俗称玻璃钢）管道及容器，因具有轻质高强而腐蚀、隔热、流力特性好、安装维修方便等优点，在石油、化工、建筑、环保、采矿、电力等工业部分得到了越来越广泛的应用。

生产玻璃钢管的方法，目前有手糊法、卷制法、离心法、缠绕法。因缠绕法成型机械化程度高及生产效率较高，制品的耐压力性能及渗漏压力较高。国内外绝大都采用此法。采用此法的成型设备纤维缠绕机，国内大多仍采用传统的机械式缠绕机，即全部由机械的方式控制缠绕规律，因此，该类型机存在缺点：当需更换产品的规格时，如直径或管长更改时，均需对机器进行调整，既费时又麻烦，且难以满足生产高强度、排线精度高的要求。而美国维纳期（VENUS）公司相似微机控制缠绕机，虽控制操作容易且功能多，但其价高达上百万美元。

本实用新型的目的为了解决上述存在的问题提供一种新型缠绕机－微机控制缠绕机。该机对主轴回转、小车往复、丝咀的伸臂进行位置伺服控制。且结构简单、调整方便、价格远低于国外同类产品。

本实用新型的缠绕机主要由左右立栓（1，58），四壁面固接轨道（7.35），并与立栓（1，58）顶端相固接的横梁6，由滚轮39支承在横梁6上的小车10，及位于小车下部伸臂装置，安于地面的支座2，传动系统及控制系统组成。

下面结合附图详细说明本实用新型的组成结构及功能。

图1是本实用新型结构布置主视图

图2是本实用新型结构布置附视图

图3是小车结构图

图4是本缠绕机的传动系统示意图

图5是本缠绕机的控制系统组成框图

图6是主轴控制原理框图

图7是小车及伸臂系统控制原理图

图8是本缠绕机流程图

参照图1、图2、图3、图4，以型钢为骨架，外封钢板的立栓1，其中部焊接床头箱4，其底板与地面相固接，顶端联接板2与横梁6左端相固接，并固定直流伺服电机16，减速箱17。

横梁6由底板8上焊接二个有间距并凹口相对的槽钢36，槽钢36的顶端及两侧分别焊有矩形截面的条形轨道7与35。

以型钢为骨架，外封钢板的小车10，顶部的矩形框架的顶板9上的开孔穿过拨销20。两端的四内壁分别由螺栓固接8个滑轮支座38，短轴40的两端与支承38的内孔相配，中段与滚轮39的内孔相配，一端以开口销37限位；滚轮39的外圆与轨道7与35相对；小车的中部焊有固定电机34的支承板45及固定支承座46的支承47，小车下端固定垂直安装板48，安装板48的一侧安装收线装置49，支承辊50及由浸胶槽52、浸胶辊53，电加热管54、夹套55组成的浸胶装置。

伸臂装置：直流伺服电机34的出轴端部固接齿轮33，与齿轮33相啮合的齿轮32及与伸臂杆29开设的齿条相啮合的齿轮30，固定在伸臂杆29顶端的绕丝头57，固定在小车正面的支承56及固定在支承板47上支承座46组成。

小车传动系统：由直流伺服电机16，减速箱17，与减速箱输出轴相固接的齿形链链轮18及两端安置在横梁6两侧的孔槽内、由并由螺钉16固联在横梁上的固定板上的链轮轴11，与链轮相啮合的齿形链链条19，固在链条19上的拨销20组成。

主轴传动系统：由直流伺服电机21，减速箱22，两端固接齿轮24与25的轴23；两端分别空套齿轮26、28，中部有拨块27，外端安有联轴套7的花键轴57组成。

参照图5控制系统的装置，安装在控制台14内，其由STD总线工业控制计算机及相应的模块组成计算机系统，PWM伺服单元直流伺服电机是系统的放大、执行元件；测速发电机、光电编码器是系统的速度和位置检测元件。

Z80ACPU板负责完成缠绕机运动规律计算，位置调节，信号的输入和输出等项工作；存储器板安装64KRAM或ROM且安置控制软件及动态数据区，D／A板输出信号为0～±10VDC，主轴电机给定信号V_Q，小车电机给定信号为V_Z，伸臂电机给定信号为V_Y，其输出规律为V_Q＝V_Q（t）

V_Z＝C₁Z_（Q）±△V_Z（Q）

V_Y＝C₂Y_（Q）±△V_Y（Q）

其中Z_（Q），Y_（Q）分别为与主轴转角有关的小车移动距离及伸臂距离的函数，C₁C₂是一个与电机额定转速、传动比等有关的常量。△V_Z（Q），△V_Y（Q）是由位置算法确定的动态调整量。由光电编码器，脉冲计数板和有关位置算法软件组成系统的位置负反馈环节。开关输入板用来检测缠绕机的各种信号，如启动、运行、点动等信号，开关量输出板向操作者报告系统有关信息。

参照图6，主轴控制方式是速度闭环系统，光电编码器的脉冲信号代表了芯模（主轴）的转角。设主轴系统的传动比为1_Q，编码器每转脉冲数为N_Q，两个脉冲间隔之间的主轴转角Q_pd则有：Q_pd＝360°／N_Q.1_Q

参照图7，小车及伸臂运动是一个半闭环的位置负反馈系统。小车及伸臂电机的光电编码器的脉冲数代表小车及伸臂运动的距离。设电机到小车的传动比为1_Z，小车编码器每转脉冲数为N_Z，链轮节圆半径D，两个脉冲间隔之间小车距离为Z_pd，则有：

Z_pd＝D／Q_Z·1_Z同理可算出伸臂的Y_pd。

由计算机控制使主轴编码器每N个脉冲产生一次中断，即一个采样周期（约8ms），在每一个采样周期内，计算机按规律计算C₁Z_（Q）和C₂Z_（Q）同时计算机又检测小车与伸臂编码器的脉冲，并与理论脉冲数进行比较，根据位置调节算法确定±△V，保证缠绕机精确地按缠绕规律运行。

参照图8本缠绕机的主控程序流程图，各硬件依据此程序所给信号以控制执行机构作高精度的运行。

该总控程序包括的各功能模块及功能有：

1，初始引导程序模块：

（1）建立常数区及其标志单元的初始状态

（2）清工作单元和各寄存器

（3）CTC和PIO的初始化

（4）取缠绕层数和单程数值到相应的工作单元

（5）判断绕丝头是否在对应的原点，若不在则走到相应原点

（6）检查各种信号是否复位

（7）等待起动信号，一旦接收到起动信号，立即进入主缠绕循环运行。

2、中断服务程序模块

总控程序以中断方式工作，每个步长中断一次，一旦有中断，就进入该中断服务程序运行。

该服务程序是求每个步长内绕丝头在Z轴和Y轴上的实际位置并存入相应的存贮单元，供其它程序模块调用。

3、调整模块：

将饶丝头当前的实际位置与理论位置进行比较，求出调整量加到下一个步长上，从而实现误差补偿和调整的目的。

4、故障查询程序模块：

实现对缠绕过程中的所有断纱故障和控制操作故障的查询，将查询结果存入相应单元，供其主程序调用

缠绕机整个运动过程是：当操作者通过计算机键盘输入所需缠绕，产品的缠绕参数时：如芯模直径D₂、制品直径D₂长度L。

宽度B，缠绕角2，绕丝头到芯模表面距离，层数N后，计算机即通过图8的程序计算并发出信号到有关的执行机构和驱动直流伺服电机16（参照图3）通过减速箱17，带动链轮18转动，再通过齿形链条19带动拨销20，由拨销的往复运动，带动直流伺服电机21，通过减速箱22带动轴23使齿轮24转动，若拨块27与齿轮26相啮合则通过齿轮26的转动，使轴57转动通过联轴套7，使制品的芯模转动。直流伺服电机34通过齿轮33、32、30，带动伸臂杆29作伸臂运动。这样主轴的回转、小车的往复，丝咀的伸臂，完全由直流伺服电机控制，而直流伺服电机，严格按照计算机给出的信号而运行。以保证纤维以高精度缠绕在芯模表面，当产品规格如直径及长度变化时，无需对机器进行麻烦的调整工作，机器立即能安照所需的缠绕线型进行缠制。

应用本实用新型控制硬件，还可以对现有机械式缠绕机进行技术改造，使缠绕机的生产效益及生产质量有很大的提高。

Claims

1、一种新型的纤维缠绕机，由床头箱、小车、尾座、机械传动部分组成，其特征是：

a.以型钢为骨架，外封钢板的立栓1及58，其中部焊接床头箱4，底板与地面相固接，顶端联接板2与横梁6左端相固接，并固定直流伺服电机16和减速箱17；

b.横梁6由底板8上接二个有间距并凹口相对的槽钢36，槽钢36的顶端及两侧分别焊有矩形截面的条形轨道7与35；

c.以型钢为骨架、外封钢板的小车10，顶部的矩形框架顶板9上开孔穿过拨销20，两端的四内壁分别由螺栓固接8个滑轮支座38；短轴40的两端与支承38的内孔相配，中段与滚轮39的内孔相配，一端以开口销37限位；滚轮39的外圆与轨道7与35相对；小车的中部焊有固定电机34的支承板45及固定支承座46的支承板47，小车下端固定垂直安装板48，安装板48的一侧安装收线装置49，支承辊50及由浸胶槽52、浸胶辊53、电加热管54、夹套55组成的浸胶装置；

d.与直流伺服电机34的出轴端部相固接的齿轮33，与齿轮的33相啮合齿轮32，与伸臂杆29开设的齿条相啮合的齿轮30，固定在伸臂杆29顶端的绕丝头57，固定在小车正面的支承56及固定在支承板47上的支承座46组成伸臂装置；

e.由直流伺服电机16，减速箱17与减速箱输出轴相固接的齿形轮链链轮18及两端安置在横梁6两侧的孔槽内，并由螺钉16固联在横梁固定板上的链轮轴11，与链轮18相啮合的齿形链链条19。固接在链条19上的拨销20组成小车传动装置；

f.由直流伺服电机21，减速箱22，两端固接齿轮24与25的轴23，两端分别空套齿轮26、28，中部有拨块27，外端安有联轴套7的花键轴57组成主轴传动装置；

g.由STD总线工业控制计算机及其相应的模块组成计算机系统；由PWM伺服单元，直流伺服电机组成系统的放大，执行元件；由测速发电机、光电编码器组成系统速度和位置检测元件。