锥形电杆生产加工系统以及电杆生产方法

摘要

本发明公开了一种锥形电杆生产加工系统以及电杆生产方法，该系统包括导轨、电杆模具、驱动装置和两个电杆模具固定座，两个电杆模具固定座设在导轨的两端，电杆模具的两端固定在两个电杆模具固定座上并且可相对电杆模具固定座转动，驱动装置用以带动电杆模具转动，其特征在于：电杆模具的两端分别设有多爪挂纱张拉盘。还包括轴向零度纤维铺放捆绑装置、钩纱锚挂装置、PLC控制器和伺服电机。采用上述锥形电杆生产加工系统以及电杆生产方法能实现纤维纱轴向零度的连续铺放及连续梯级铺放，解决了纤维拉挤工艺无法应用于生产锥形电杆的问题，也解决了缠绕工艺无法铺放轴向零度纤维纱的问题和电杆壁厚呈梢端厚根端薄这个本末倒置的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及一种锥形复合材料电杆生产加工系统以及电杆生产方法。

背景技术

纤维增强复合材料电杆有锥形电杆和等径电杆两种外形结构。对于等径的纤维增强复合材料电杆的生产，可以采用连续纤维纱拉挤工艺实现纤维纱轴向零度连续铺放；而连续纤维纱拉挤工艺无法生产锥形电杆。传统的缠绕、拉挤、手糊工艺都无法将多股呈环状均匀分布的连续纤维纱沿着电杆的锥度实现轴向零度铺放。沿电杆轴向零度铺放连续纤维纱，是提高电杆承载力和刚度最直接有效的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种锥形复合材料电杆生产加工系统，利用该系统装置能实现复合材料电杆中纤维纱轴向零度的连续铺放及连续梯级铺放。

本发明的另一目的是提供一种利用锥形电杆生产加工系统进行电杆生产的方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

锥形电杆生产加工系统，包括导轨、电杆模具、驱动装置和两个电杆模具固定座，两个电杆模具固定座设在导轨的两端，电杆模具的两端固定在两个电杆模具固定座上并且可相对电杆模具固定座转动，驱动装置用以带动电杆模具转动，所述电杆模具的两端分别设有多爪挂纱张拉盘。

进一步地，所述多爪挂纱张拉盘包括多个挂纱爪，还包括定位套或定位环，所述定位套或定位环套装在电杆模具的端部，多个挂纱爪沿着定位套或定位环的周边呈放射状分布。

进一步地，还包括轴向零度纤维铺放捆绑装置、钩纱锚挂装置、PLC控制器和伺服电机，轴向零度纤维铺放捆绑装置和钩纱锚挂装置设在所述的导轨上，所述轴向零度纤维铺放捆绑装置，包括纤维纱轴向零度铺放装置和两个纤维纱捆绑装置，两个纤维纱捆绑装置设在纤维纱轴向零度铺放装置的两侧，两个纤维纱捆绑装置将纤维纱轴向零度铺放装置沿轴向零度铺放的纤维纱捆绑住，所述纤维纱轴向零度铺放装置包括圆形多爪同心缩放盘、机架、电机、减速箱和导纱嘴，圆形多爪同心缩放盘固定在机架上，机架固定在导轨上并可沿着导轨移动，所述圆形多爪同心缩放盘包括圆环形盘体、多个滑爪和传动机构，所述圆环形盘体的一端面上设有呈放射状分布的滑槽，所述圆环形盘体的另一端面上设有与滑槽相通的环形槽，所述滑爪设在滑槽内，传动机构设在环形槽内，导纱嘴设在所述滑爪的一端，电机经减速箱将动力传给传动机构，传动机构带动所有的滑爪沿滑槽同步滑动，PLC控制器对伺服电机和电机进行控制，伺服电机带动机架沿着导轨和电杆模具的轴向移动，沿着电杆模具的锥度，电机通过传动机构带动滑爪伸缩，对滑爪相对电杆模具的距离进行调节。

进一步地，还包括纤维纱缠绕铺放机构，所述纤维纱缠绕铺放机构设在所述的机架上。

进一步地，所述传动机构包括双面环形齿盘、伞齿和传动轴，双面环形齿盘和伞齿设在所述环形槽内，所述滑爪的表面设有齿，双面环形齿盘的一面的齿呈放射状均匀分布，与伞齿啮合，双面环形齿盘的另一面的齿呈抛物线状分布，与所述的滑爪表面的齿啮合，圆环形盘体的圆周面上设有与环形槽相通的通孔，传动轴的一端由通孔伸入到环形槽中，伞齿设在传动轴上。

进一步地，所述圆环形盘体的环形槽处设有环形封盖；所述滑槽的截面为工字形，所述滑爪与滑槽相适配。采用工字形的结构形式，用于限定滑爪只能沿着滑槽移动，防止滑爪脱离滑槽。

进一步地，所述钩纱锚挂装置包括马达、支撑架、至少三个定位轮组、活动盘、所述的圆形多爪同心缩放盘和多个纤维纱钩，活动盘通过至少三个定位轮组竖立安装在支撑架上，圆形多爪同心缩放盘固定在活动盘的盘面上，纤维纱钩设在圆形多爪同心缩放盘的滑爪端部，所述圆形多爪同心缩放盘中圆环形盘体的圆周面上设有手柄，所述手柄用以带动圆形多爪同心缩放盘转动一定的角度，马达为圆形多爪同心缩放盘的滑爪伸缩提供动力。

进一步地，所述纤维纱捆绑装置包括转动环、线盘、导线器、至少三个定位轮组和驱动电机，所述线盘上的纤维纱从导线器中穿过，至少三个定位轮组用以将转动环定位，线盘设在转动环上，驱动电机通过传动机构带动转动环转动，所述转动环的圆周面上设有三条环形槽，中间的环形槽为皮带槽，两边的环形槽为定位轮槽。

进一步地，所述纤维纱轴向零度铺放装置，还包括多根导纱管和环形固定圈，一根导纱管对应一个所述的导纱嘴，所述导纱管分布在圆环形盘体上，所述环形固定圈设在圆环形盘体上，用以固定导纱管。

利用锥形电杆生产加工系统进行电杆生产的方法，包括以下步骤:

A、将电杆模具两端转轴安放于电杆模具固定座上，在电杆模具的梢端和根端各安装一套多爪挂纱张拉盘，其中根端的多爪挂纱张拉盘固定不动，模具根端多爪挂纱张拉盘上挂纱爪的数量是梢端多爪挂纱张拉盘上挂纱爪数量的一倍；B、内层螺旋缠绕纱铺设：驱动装置带动电杆模具转动，通过纤维纱螺旋缠绕铺放机构将浸润树脂的纤维纱均匀螺旋缠绕在电杆模具表面，缠绕角度在15°～90°之间，缠绕厚度占成型电杆壁厚的1/10～4/10；C、纤维纱轴向零度铺放装置移动到电杆模具的根端，将浸润树脂的纤维纱通过导纱管从纤维纱轴向零度铺放装置中圆形多爪同心缩放盘上的导纱嘴外侧穿入，从导纱嘴内侧导出，将纤维纱的纱头锚挂在电杆模具根端的多爪挂纱张拉盘上，圆形多爪同心缩放盘不作环向转动，将钩纱锚挂装置移动至轴向零度纤维纱梯级铺放的折返位置；D、纤维纱轴向零度铺放：螺旋缠绕纱铺设完成后，电杆模具不转动，纤维纱轴向零度铺放装置向着电杆模具的梢端方向移动，从导纱嘴牵引出的纤维纱均匀分布并且沿着电杆模具的锥度呈轴向零度铺放在电杆模具上；E、绑扎轴向零度铺设的纤维纱：沿着轴向零度纤维纱的铺设方向，跟随纤维纱轴向零度铺放装置一起移动的纤维纱捆绑装置开始启动，纤维纱捆绑装置中的电机带动转动环转动，从线盘上牵引出的单束纤维纱在电杆模具上环向缠绕绑扎，将轴向零度纤维纱均匀的绑扎在电杆模具表面不松动不移动，实现对轴向零度纤维纱的连续绑扎，单束螺旋缠绕纱的绑扎间距在10mm～500mm之间；F、当纤维纱轴向零度铺放装置到达钩纱锚挂装置时，钩纱锚挂装置上的纤维纱钩伸向纤维纱轴向零度铺放装置上的圆形多爪同心缩放盘中，纤维纱轴向零度铺放装置停止移动，转动钩纱锚挂装置上的手柄，使纤维纱钩将纤维纱轴向零度铺放装置上的纤维纱钩住，纤维纱轴向零度铺放装置返回，向电杆模具根端的方向移动，继续轴向零度铺放纤维纱，移动到电杆模具根端时，将轴向零度纤维纱锚挂在根端的多爪挂纱张拉盘上，在轴向零度纤维纱铺设的同时，纤维纱捆绑装置对刚铺的轴向零度纤维纱同步进行缠绕绑扎；G、沿着电杆模具轴向零度铺放的轴向零度纤维纱是呈梯级状逐层逐级进行铺放的，一级完成后，将钩纱锚挂装置移动到下一级设定的位置，重复以上动作，完成下一级的铺设，当接近电杆模具的梢端时，将纤维纱直接锚挂到电杆模具梢端的多爪挂纱张拉盘上，直到完成轴向零度纤维纱从根端往梢端方向往返连续的梯级铺放；H、浸润了树脂的轴向零度纤维纱铺放完毕后，对锚挂在电杆模具两端多爪挂纱张拉盘上的纤维纱施加张拉，张拉力是全部受张拉纤维纱抗拉强度的10%-70%，张拉完毕后锁止并锚固多爪挂纱张拉盘，对纤维纱的张拉实现了复合材料电杆刚度的提升和刚度最大化；I、外层螺旋缠绕纱的铺设：驱动装置带动电杆模具转动，通过纤维纱缠绕铺放机构将浸润树脂的纤维纱均匀螺旋缠绕在电杆模具表面，缠绕角度在15°～90°之间，缠绕厚度占成型电杆壁厚的1/10～4/10；J、将浸润树脂的纤维纱铺放完成后，电杆随模具一起放入烤箱加温固化，固化完毕，冷却后进行脱模，便制成了锥形薄壁中空的电杆。

本发明的有益效果：

采用该锥形电杆生产加工系统能实现纤维纱轴向零度的连续铺放和梯级连续铺放，解决了缠绕工艺、拉挤工艺和手糊工艺不能生产轴向零度纤维纱锥形电杆的问题,最终实现复合材料电杆承载力和刚度最大化。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1所示的俯视图；

图3为图1所示电杆模具梢端多爪挂纱张拉盘的结构示意图；

图4为图1所示电杆模具根端多爪挂纱张拉盘的结构示意图；

图5为图1所示钩纱锚挂装置的结构示意图；

图6为图5所示钩纱锚挂装置的侧视图；

图7为图1所示轴向零度纤维铺放捆绑装置的结构示意图；

图8为图7所示纤维纱捆绑装置的结构示意图；

图9为图7所示纤维纱轴向零度铺放装置的结构示意图；

图10为图9所示的圆形多爪同心缩放盘的立体图；

图11为图10所示圆环形盘体的内部结构示意图。

图中：1、圆环形盘体；2、滑爪；3、导纱嘴；4、环形封盖；5、滑槽；6、环形槽；7、双面环形齿盘；8、伞齿；9、传动轴；10、通孔；11、导纱管；12、环形固定圈；13、机架；14、导轨；15、电机；16、减速箱；17、圆形多爪同心缩放盘；18、纤维纱捆绑装置；19、转动环；20、线盘；21、定位轮槽；22、皮带槽；23、定位轮组；24、驱动电机；25、导线器；26、电杆模具；27、纤维纱轴向零度铺放装置；28、驱动装置；29、电杆模具固定座；30、纤维纱缠绕铺放机构；31、轴向零度纤维铺放捆绑装置；32、勾纱装置；33、PLC控制器；34、伺服电机；35、多爪挂纱张拉盘；36、多爪挂纱张拉盘；37、定位套；38、挂纱爪；39、凸缘；40、凸缘；42、挂纱爪；43、定位环；45、马达；46、支撑架；47、定位轮组；48、活动盘；49、圆形多爪同心缩放盘；50、纤维纱钩；51、手柄；52、滑爪；53、纤维纱存放车；54、导轨；55、树脂池。

具体实施方式

如图1、2所示，锥形电杆生产加工系统，包括导轨14、电杆模具26、驱动装置28、两个电杆模具固定座29、纤维纱缠绕铺放机构30、轴向零度纤维铺放捆绑装置31、勾纱装置32、PLC控制器33和伺服电机34，轴向零度纤维铺放捆绑装置31包括纤维纱轴向零度铺放装置27和两个纤维纱捆绑装置18，轴向零度纤维铺放捆绑装置31和勾纱装置32设在所述的导轨14上，两个电杆模具固定座29设在导轨14的两端，电杆模具26的两端固定在两个电杆模具固定座29上并且可相对电杆模具固定座29转动，驱动装置28用以带动电杆模具26转动，所述电杆模具26的两端分别设有多爪挂纱张拉盘35和多爪挂纱张拉盘36。PLC控制器33对伺服电机34和纤维纱轴向零度铺放装置27中的电机15进行控制，伺服电机34带动轴向零度纤维铺放捆绑装置31沿着导轨和电杆模具的轴向移动，随着电杆模具的直径变化，电机15通过传动机构带动圆形多爪同心缩放盘17中的滑爪2伸缩，对滑爪相对电杆模具26的距离进行调节。还包括纤维纱存放车53，纤维纱存放车53沿着导轨54，跟随轴向零度纤维铺放捆绑装置31同步移动，纤维纱存放车53上的纤维纱经树脂池55浸润树脂后再导向轴向零度纤维铺放捆绑装置31或纤维纱缠绕铺放机构30。

如图3、4所示，多爪挂纱张拉盘35为梢端的多爪挂纱张拉盘，包括定位套37和多个挂纱爪38，所述定位套37套装在电杆模具26的端部，定位套37的一端沿径向向外延伸有凸缘39，多个挂纱爪38呈放射状分布在凸缘39上，定位套37的另一端沿径向向外延伸有凸缘40，该凸缘40的作用在于为张拉提供了方便。

同理，多爪挂纱张拉盘36为根端的多爪挂纱张拉盘，包括定位环43和多个挂纱爪42，所述定位环43套装在电杆模具26的端部，多个挂纱爪42呈放射状分布在定位环43的周边。

如图5、6所示，所述勾纱装置32包括马达45、支撑架46、四个定位轮组47、活动盘48、圆形多爪同心缩放盘49和多个纤维纱钩50，活动盘48通过四个定位轮组47竖立安装在支撑架46上，圆形多爪同心缩放盘49固定在活动盘48的盘面上，纤维纱钩50设在圆形多爪同心缩放盘49的滑爪52的端部，所述圆形多爪同心缩放盘49中的圆环形盘体的圆周面上设有手柄51，所述手柄51用以带动圆形多爪同心缩放盘49转动一定的角度，马达45为圆形多爪同心缩放盘49的滑爪伸缩提供动力。圆形多爪同心缩放盘49与下面描述的圆形多爪同心缩放盘17结构相同。

如图7、8所示，轴向零度纤维铺放捆绑装置31，包括纤维纱轴向零度铺放装置27和两个纤维纱捆绑装置18，两个纤维纱捆绑装置18设在纤维纱轴向零度铺放装置27的两侧，所述纤维纱捆绑装置18包括转动环19、线盘20、至少三个定位轮组23和驱动电机24，至少三个定位轮组23用以将转动环19定位，线盘20设在转动环19上，驱动电机24通过传动机构带动转动环19转动。所述转动环19的圆周面上设有三条环形槽，中间的环形槽为输送带槽22，两边的环形槽为定位轮槽21。

如图9所示，纤维纱轴向零度铺放装置27，包括机架13、圆形多爪同心缩放盘17、电机15、减速箱16、导纱嘴3和导纱管11，圆形多爪同心缩放盘17固定在机架13上，机架13固定在导轨14上并可沿着导轨14移动，导纱嘴3设在所述滑爪2的一端，还包括多个导纱管11，一个导纱管11对应一个所述的导纱嘴3，所述导纱管11分布在圆形多爪同心缩放盘17上，所述圆形多爪同心缩放盘17上还设有环形固定圈12，所述环形固定圈12用以固定导纱管11。

如图10、11所示，所述圆形多爪同心缩放盘17，包括圆环形盘体1、多个滑爪2、环形封盖4和传动机构，所述圆环形盘体1的一端面上设有呈放射状分布的滑槽5，所述圆环形盘体1的另一端面上设有与滑槽相通的环形槽6，所述滑爪2设在滑槽5内，所述滑槽5的截面为工字形，所述滑爪2与滑槽5相适配。采用工字形的结构形式，用于限定滑爪只能沿着滑槽移动，防止滑爪脱离滑槽。传动机构设在环形槽内，所述传动机构包括双面环形齿盘7、伞齿8和传动轴9，双面环形齿盘7和伞齿8设在所述环形槽6内，所述滑爪2的表面设有齿，双面环形齿盘7的一面的齿呈放射状均匀分布，与伞齿8啮合，双面环形齿盘的另一面的齿呈抛物线状分布，与所述的滑爪2表面的齿啮合，圆环形盘体1的圆周面上设有与环形槽6相通的通孔10，传动轴9的一端由通孔10伸入到环形槽6中，伞齿8设在传动轴9上。电机15带动减速箱16，减速箱16带动传动轴9，传动轴9带动伞齿8，伞齿8带动双面环形齿盘7，双面环形齿盘7带动滑爪2沿径向缩放，纤维纱的一端穿过导纱管11以及滑爪2上的导纱嘴3固定到电杆的芯模上，导纱嘴3可以连续牵引纤维纱沿着电杆的锥度实现轴向零度铺放。

两个纤维纱捆绑装置18设在纤维纱轴向零度铺放装置27的机架13上，当机架13沿着导轨向左移动，也是沿着电杆模具26轴向匀速移动，右侧的纤维纱捆绑装置18开始工作，两个纤维纱捆绑装置18用以将纤维纱轴向零度铺放装置27沿轴向零度铺放的纤维纱捆绑住，当机架13沿着导轨向右移动，左侧的纤维纱捆绑装置18开始工作，当纤维纱捆绑装置18开始工作时，所述转动环19上还设有导线器25，所述线盘20上的纤维纱从导线器25中穿过，并固定在电杆模具26上，驱动电机24通过传动机构带动转动环19转动，带动线盘20围绕着电杆模具26旋转，纤维纱沿电杆模具26上的轴向零度纤维纱表面均匀螺旋缠绕绑扎，使轴向零度纤维纱不松动不移动，重复上述动作，实现纤维纱轴向零度连续铺放。

利用锥形电杆生产加工系统进行电杆生产的方法，包括以下步骤:

A、将电杆模具两端转轴安放于电杆模具固定座上，在电杆模具的梢端和根端各安装一套多爪挂纱张拉盘，其中根端的多爪挂纱张拉盘固定不动，模具根端多爪挂纱张拉盘上挂纱爪的数量是梢端多爪挂纱张拉盘上挂纱爪数量的一倍；B、内层螺旋缠绕纱的铺设：驱动装置带动电杆模具转动，通过纤维纱缠绕铺放机构将浸润树脂的纤维纱均匀螺旋缠绕在电杆模具表面，缠绕角度在15°～90°之间，缠绕厚度占成型电杆壁厚的1/10～4/10；C、纤维纱轴向零度铺放装置移动到电杆模具的根端，将浸润树脂的纤维纱通过导纱管从纤维纱轴向零度铺放装置中圆形多爪同心缩放盘上的导纱嘴外侧穿入，从导纱嘴内侧导出，将纤维纱的纱头锚挂在电杆模具根端的多爪挂纱张拉盘上，圆形多爪同心缩放盘不作环向转动，移动钩纱锚挂装置，将钩纱锚挂装置移动至轴向零度纤维纱梯级铺放的折返位置；D、纤维纱轴向零度铺放：绕纱层铺设完成后，电杆模具不转动，纤维纱轴向零度铺放装置向着电杆模具的梢端方向移动，从导纱嘴牵引出的纤维纱均匀分布并且沿着电杆模具的锥度呈轴向零度铺放在电杆模具上；E、绑扎轴向零度铺设的纤维纱：沿着轴向零度纤维纱的铺设方向，跟随纤维纱轴向零度铺放装置一起移动的纤维纱捆绑装置开始启动，纤维纱捆绑装置中的电机带动转动环转动，所引出的单束纤维纱在电杆模具上环向缠绕绑扎，将轴向零度纤维纱均匀的绑扎在电杆模具表面不松动不移动，实现对轴向零度纤维纱的连续绑扎，单束螺旋缠绕纱的绑扎间距在10mm～500mm之间；F、当纤维纱轴向零度铺放装置到达钩纱锚挂装置时，钩纱锚挂装置上的纤维纱钩伸向纤维纱轴向零度铺放装置上的圆形多爪同心缩放盘中，纤维纱轴向零度铺放装置停止移动，转动勾纱装置上的手柄，使纤维纱钩将纤维纱轴向零度铺放装置上的纤维纱钩住，纤维纱轴向零度铺放装置返回，向电杆模具根端的方向移动，继续轴向零度铺放纤维纱，移动到电杆模具根端时，将轴向零度纤维纱锚挂在根端的多爪挂纱张拉盘上，在轴向零度纤维纱铺设的同时，纤维纱捆绑装置对刚铺的轴向零度纤维纱进行缠绕绑扎；G、沿着电杆模具轴向零度铺放的轴向零度纤维纱是呈梯级状一级一级进行铺放的，一级完成后，将钩纱锚挂装置移动到下一级设定的位置，重复以上动作，完成下一级的铺设，当接近电杆模具的梢端时，将纤维纱直接锚挂到电杆模具梢端的多爪挂纱张拉盘上，直到完成轴向零度纤维纱从根端往梢端方向往返连续的梯级铺放；H、浸润了树脂的轴向零度纤维纱铺放完毕后，对锚挂在电杆模具两端多爪挂纱张拉盘上的纤维纱施加张拉，张拉力是全部受张拉纤维纱抗拉强度的10%-70%，张拉完毕后锁止并锚固多爪挂纱张拉盘，对纤维纱的张拉实现了复合材料电杆刚度的提升和刚度最大化；I、外层螺旋缠绕纱的铺设：驱动装置带动电杆模具转动，通过纤维纱缠绕铺放机构将浸润树脂的纤维纱均匀螺旋缠绕在电杆模具表面，缠绕角度在15°～90°之间，缠绕厚度占成型电杆壁厚的1/10～4/10；J、将浸润树脂的纤维纱铺放完成后，电杆随模具一起放入烤箱加温固化，固化完毕，冷却后进行脱模，便制成了锥形薄壁中空的电杆。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的保护范围。