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1、第3期纤维复合材料No3472005年9月FIBERCOMPOSITESSep,2005设备研制纤维缠绕成型工艺中张力控制系统的研究尹秀云,杨德旭(北京玻璃钢研究设计院,102101)摘要纤维缠绕中张力的控制是关系到产品质量的关键技术。本文主要通过对张力产生的分析,论述了分别采用磁粉离合器和力矩电机作为控制元件,对张力进行有效的两种控制方案。关键词复合材料;纤维缠绕;张力控制;磁粉离合器;力矩电机;成型工艺ResearchofTensionControlSystemofFilamentWindingProce
2、ssYINXiu-yun,YANGDe-xu(BeijingFRPResearch&DesignInstitute,Beijing,102101)ABSTRACTThetensioncontrolisthekeytechniqueinthefilamentwindingprocesstoguaranteetheproductquality.Twoef-fectivecontrolprojectsarediscussedforcontrollingthetensioninfilamentwindingprocessbyt
3、ensioncauseanalysis,whichadoptsmagneticparticleclutchandtorquemotorrespectivelyasthecontrolelements.KEYWORDSComposites;Filamentwinding;Tensioncontrol;Magneticparticleclutch;Torquemotor;Process过程中,在缠绕材料表面设置摩擦辊或皮带,如图11前言(a)所示。由于芯模的旋转收线,摩擦辊或皮带与缠绕材料之间必然产生摩擦力,摩擦辊与芯
4、模之间的纤维缠绕是玻璃钢生产中的一种重要成型工艺,缠绕制品具有比强度高、耐腐蚀、成本低、质量好等优点,目前已在航天航空、石油化工、建筑环保、交通等领域得到了广泛的应用。纤维缠绕工艺是采用连续纤维浸渍树脂粘结剂后,在张力的作用下按照一定的线型有规律地排布在芯模或内衬上,层叠到所需厚度,然后经过加热(或常温)固化脱模(或不脱模)制成增强塑料制品的工艺方法。在缠绕过程中对纤维张力的稳定控制是保证缠绕制品质量的关键技术之一,在缠绕中施加张力的主要目的是控制树脂含量和使纤维在芯模上按规定线型排列。适当和平稳的张力可增强构件承图1
5、张力的产生受内压的能力,提高其抗疲劳特性,所以,纤维缠绕张力成为工艺中重要的控制参数。本文主要通过对缠绕材料形成张力。在这种类型中,缠绕材料张力张力产生的分析论述对张力有效控制的两种方案。不随卷辊或纱团半径变化而变化,整个系统结构比2张力的产生较简单。但由于摩擦辊对缠绕材料表面有正压力和摩擦力,因而对有些材料不适用。另一种张力产生在复合材料成型工艺中,为了得到满足工艺要办法是对开卷辊施加阻力矩,即开卷辊放线时,在卷求的张力,必须有摩擦力或阻力施加于缠绕材料上。辊中心轴上设置可产生阻力矩的装置,如图1(b)所摩擦或阻力的
6、产生可分为两种情况。一种是在缠绕示。在这种类型中,如阻力矩保持不变,缠绕材料张48纤维复合材料2005年力就会随卷辊半径变化而变化,这种现象使张力控该控制系统以工业控制机作为整个张力控制系制变得更加复杂,但这种使用比较广泛,微机控制纤统的核心,以磁粉离合器作为执行元件,主要是利用维缠绕机的张力控制系统大多采用这种方式。下边了磁粉离合器的恒转矩和转矩可调的特性。该控制讨论微控缠绕系统中对张力进行有效控制的两种方系统原理如图3所示。案。3张力控制3.1磁粉离合器作为控制元件3.1.1磁粉离合器的工作原理
7、磁粉离合器是电磁离合器的一种。它有主动转子、从动转子、固定支撑三部分组成。磁粉离合器的工作原理如图2所示,当主动转子旋转,而线圈不通电时,工作缝隙和储粉腔中的磁粉在离心力的作用图3磁粉离合器原理图下被压附在主动转子内壁上,因此,主、从动转子处于脱离状态,从动转子不转动。在当线圈两端加上该系统采用开环补偿形式,在系统的设计过程激磁电流,在磁场作用下,工作缝隙中的磁粉粒子被中,将系统的软、硬件模块化,以便进行结构的组合磁化,形成了磁粉链。当主动转子旋转时,靠磁粉和扩展,以适应不同纱团数的需要。电机通过磁粉间的电磁力
8、造成的摩擦力把转矩从主动转子传到从离合器与纱团相连,实际生产中电机通过传动装置动转子。磁粉离合器所能传递的转矩由磁粉链的剪可同时带动几个纱团回纱。由于磁粉离合器的扭矩切强度决定,而剪切强度又随磁场强度的增加而增等于纱线张力与纱团半径的乘积,因此在缠绕过程大,直到磁饱和为止。中磁粉离合器的输出扭矩随着纱团半径的变化而变
