一种具有自动装卸芯轴的碳纤维圆管卷制设备的制作方法

1.本发明涉及碳纤维管加工技术领域，具体为一种具有自动装卸芯轴的碳纤维圆管卷制设备。


背景技术：

2.碳纤维管由于具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损等多种优点，其强度高，寿命长、耐腐蚀，质量轻、密度低，因而被广泛地应用于航空、交通等各种工业或生活领域。
3.碳纤维管的生产成型方法包括卷制法、模压法、拉挤法与缠绕法等，其中卷制法是指在芯轴上涂抹脱模剂或者卷上脱模纸，然后将碳纤维布卷绕在芯轴上，从而形成碳纤维管，再进行表层处理和烘烤处理后完全成型。
4.目前碳纤维管的卷制设备中，芯轴是通过螺栓可拆卸的安装在设备上的，通过电机驱动芯轴旋转，从而实现碳纤维布的卷制，当卷制完毕后，需要人工将卷有碳纤维布的芯轴拆卸下来，将另一根芯轴安装上去；取下来的芯轴进行后续的烘烤处理，处理完毕后再将成型的碳纤维管从芯轴上取下来。
5.因此每制备一根碳纤维管就需要对芯轴进行一次安装和拆卸，如此导致碳纤维管的卷制工序效率较为低下。


技术实现要素：

6.针对以上问题，本发明提供一种具有自动装卸芯轴的碳纤维圆管卷制设备，该设备可实现芯轴的连续自动定位安装和卸下，使得卷制完碳纤维布的芯轴自动卸下，然后自动将未卷制的芯轴与电机对接安装好进行新的卷制加工，如此可以大大提高碳纤维管的卷制加工效率。
7.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
8.一种具有自动装卸芯轴的碳纤维圆管卷制设备，包括安装在机架上的电机和旋转轴；还包括用于输入芯轴的输入装置和用于输出芯轴的输出装置；所述芯轴一端的安装轴通过联轴套与电机的电机轴连接，另一端的安装轴通过联轴套与旋转轴连接；所述联轴套可沿轴向移动实现安装轴与电机轴或旋转轴的脱离；所述输入装置上设置有限制芯轴前移的阻挡件；所述输入装置末端位置设有可上下摆动的输送钩；所述芯轴通过输入装置输送至输送钩上，芯轴两端的安装轴搭载在输送钩上，随输送钩的摆动移动到芯轴安装位置；所述阻挡件通过输送钩的上下摆动驱动打开和关闭。
9.与现有技术相比，本发明的优点在于：
10.通过阻挡件与输送钩的配合，可以自动将输入装置上的芯轴移动到安装位置，通过联轴套的移动来实现芯轴与电机的自动连接；通过输送钩与联轴套配合可以将已经卷制好的芯轴搬运到输出装置上被输送出来，从而连续的实现芯轴的自动安装和卸料，实现源源不断的将卷制好的芯轴取下来，提高碳纤维管的卷制加工效率。
11.作为上述技术方案的进一步改进，所述输入装置为倾斜板，在输入装置两侧设置
有限位板。
12.上述改进点的有益效果为：芯轴放置在倾斜板上，在重力作用下可以自动往前移动，两端的限位板可以限制芯轴沿轴向移动，从而确保芯轴移动的稳定性和准确性。
13.作为上述技术方案的进一步改进，所述阻挡件为竖杆或弧形杆状；所述输入装置上开设有通孔，所述阻挡件上端穿过通孔设置，并在通孔内上下升降运动；所述阻挡件下端连接摆杆前端；所述摆杆通过铰接轴安装在机架上或安装在输入装置底部，铰接处设置有扭簧；所述输送钩上设置有用于顶起摆杆尾端的凸起。
14.上述改进的有益效果为：阻挡件下降时，输入装置上的芯轴则往前移动；阻挡件上升时，芯轴被阻挡件阻挡无法前移；输送钩向上翘起时，带动阻挡件下降，使得其中一个芯轴可以落入工位；输送钩下翘时，摆杆在扭簧的作用下复位，使得阻挡件上升，从而阻挡芯轴进入。
15.作为上述技术方案的进一步改进，所述输送钩尾端通过铰接轴安装在输入装置底部或安装在机架上；所述输送钩上铰接有第一伸缩驱动机构；所述第一伸缩驱动机构另一端铰接在机架上。
16.上述改进的技术效果为：通过第一伸缩驱动机构的伸缩来驱动输送钩的摆动。
17.作为上述技术方案的进一步改进，所述输送钩包括直杆和设置在直杆前端的钩体；钩体转角处为与安装轴直径相配合的圆弧形。
18.上述改进的技术效果为：当芯轴落入输送钩上时，沿着输送钩的直杆往下滚动，然后落入钩体内，通过钩体对芯轴两端进行定位。
19.作为上述技术方案的进一步改进，所述输送钩设置有两个，两个输送钩之间的间距大于芯轴的长度。
20.上述改进的技术效果为：输送钩是用于勾住芯轴两端的安装轴，从而实现安装轴的定位；输送钩之间的间距大于芯轴长度可以使得芯轴可以在两个输送钩之间滚动而不受阻。
21.作为上述技术方案的进一步改进，所述第一伸缩驱动机构为电动推杆或气缸或油缸。
22.上述改进的技术效果为：采用电动推杆可以更好的控制电动推杆的伸缩定位；气缸或油缸则在运行速度上会稍微更快一些。
23.作为上述技术方案的进一步改进，所述输出装置为斜板或输送带；所述输出装置位于输送钩下方。
24.上述改进的技术效果为：芯轴落入输出装置后，在重力作用下沿着斜板向下滚动进入下一道工序；若采用输送带，则芯轴落入输送带后，随输送带的输送而被输送走。
25.作为上述技术方案的进一步改进，所述联轴套可旋转的设置在安装杆上；所述安装杆另一端套在滑轴上；所述安装杆通过第二伸缩驱动机构驱动在滑轴上移动。
26.上述改进的技术效果为：通过第二伸缩驱动机构的伸缩来控制安装杆的移动，安装杆再带动联轴套沿轴向移动，从而实现将芯轴端头的安装轴与电机轴连接起来或者分离开。
27.作为上述技术方案的进一步改进，所述安装轴端截面为多边形；所述联轴套内孔为与安装轴外壁相配合的形状。
28.上述改进的技术效果为：使得联轴套能够带动安装轴一起同步旋转。
附图说明
29.图1为本设备的整体结构示意图。
30.图2为本设备的三维结构示意图。
31.图3为张紧装置的结构示意图。
32.图4为成型装置中部分结构的三维示意图。
33.图5为第一夹紧辊组或第二夹紧辊组或第三夹紧辊组上的辊子安装结构示意图。
34.图6为芯轴与连轴套的安装结构示意图。
35.图7为连轴套的内孔为六边形结构示意图。
36.图8为输入装置与输出装置的安装位置示意图。
37.图9为输入装置的俯视结构示意图。
38.图10为输送钩的安装结构示意图。
39.图11为输送钩将芯轴输送到安装位置时示意图。
40.图12为芯轴通过联轴套固定后输送钩与芯轴脱离状态示意图。
41.图13为芯轴脱离后通过输送钩输送到输出装置示意图。
42.图14为输送钩上翘使得阻挡件下降促使芯轴移动到输送钩上示意图。
43.图中：1、缠绕辊；2、预针刺布；3、第一夹紧辊组；4、张紧辊；6、第二夹紧辊组；7、浸泡辊；8、第三夹紧辊组；9、树脂箱；10、收集槽；11、芯轴；110、安装轴；12、压紧辊；13、竖轴；14、支架；15、摇杆；16、输送钩；17、第一伸缩驱动机构；18、凸起；19、摆杆；191、连接梁；20、阻挡件；21、输入装置；211、限位板；212、输送带/斜板；22、输出装置；23、联轴套；24、安装杆；25、滑轴；26、第二伸缩驱动机构；27、电机；28、旋转轴；31、上辊；32、下辊；33、连杆；34、支座；35、支撑柱；36、穿孔；37、调节螺栓。
具体实施方式
44.为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
45.请参阅图1至图14，在一种具体的实施方式中，一种具有自动装卸芯轴的碳纤维圆管卷制设备，包括安装在机架上的电机27和旋转轴28；还包括用于输入芯轴11的输入装置21和用于输出芯轴11的输出装置22；所述芯轴11一端的安装轴110通过联轴套23与电机27的电机轴连接，另一端的安装轴110通过联轴套23与旋转轴28连接；所述联轴套23可沿轴向移动实现安装轴110与电机轴或旋转轴28的脱离；所述输入装置21上设置有限制芯轴11前移的阻挡件20；所述输入装置21末端位置设有可上下摆动的输送钩16；所述芯轴11通过输入装置21输送至输送钩16上，芯轴11两端的安装轴110搭载在输送钩16上，随输送钩16的摆动移动到芯轴11安装位置；所述阻挡件20通过输送钩16的上下摆动驱动打开和关闭。
46.具体的，电机27的电机轴与旋转轴28同轴呈间距安装，联轴套23一部分套在电机轴或旋转轴28上，当芯轴移动到工位后，联轴套23移动，将芯轴端头的安装轴110套住，联轴套23另一端依然套在电机轴或旋转轴28上，从而使得芯轴两端的安装轴110分别与电机轴
和旋转轴28相连；从而使得电机27可以驱动芯轴同步旋转。联轴套23会与芯轴同步旋转。
47.具体的，芯轴从输入装置21上向前移动后进入输送钩16，输送钩16勾住芯轴两端的安装轴110，然后摆动，将芯轴移动到与电机轴同轴的位置。
48.具体的，阻挡件20在输入装置21上实现上下升降运动，每升降一次，则使得一个芯轴进入输送钩16。
49.在上述实施例的基础上进一步优化：所述输入装置21为倾斜板，在输入装置21两侧设置有限位板211。
50.具体的，如图9、11所示，输入装置21为倾斜于水平面的板体状，芯轴外壁落在输入装置21底面上移动，两端的安装轴则搭在限位板211上方移动。
51.在上述实施例的基础上进一步优化：所述阻挡件20为竖杆或弧形杆状；所述输入装置21上开设有通孔，所述阻挡件20上端穿过通孔设置，并在通孔内上下升降运动；所述阻挡件20下端连接摆杆19前端；所述摆杆19通过铰接轴安装在机架上或安装在输入装置21底部，铰接处设置有扭簧；所述输送钩16上设置有用于顶起摆杆19尾端的凸起18。
52.具体的，如图11-14所示，阻挡件20为弧形杆状，阻挡件20被摆杆带动旋转摆动实现上下升降，阻挡件采用弧形杆状可以使得阻挡件摆动时在水平面内的位置保持不变；阻挡件20一般设置两个；在输入装置21底面上开设两个通孔；阻挡件20则穿过通孔安装；摆杆19通过铰接轴安装在输入装置21底部；铰接处安装有扭簧，扭簧使得阻挡件20始终保持上升状态；只有当摆杆尾端被输送钩16顶起时，阻挡件20才会下降。
53.在上述实施例的基础上进一步优化：所述输送钩16尾端通过铰接轴安装在输入装置21底部或安装在机架上；所述输送钩16上铰接有第一伸缩驱动机构17；所述第一伸缩驱动机构17另一端铰接在机架上。
54.具体的，如图10-14所示，输送钩16之间通过杆体连接，杆体上设有凸起18；第一伸缩驱动机构17前端通过铰接轴与输送钩16外侧连接；每个输送钩16对应一个第一伸缩驱动机构17。
55.在上述实施例的基础上进一步优化：所述输送钩16包括直杆和设置在直杆前端的钩体；钩体转角处为与安装轴110直径相配合的圆弧形。
56.具体的，如图11所示，输送钩16的直杆部分作为安装轴110滚动的输送面，钩体部分作为安装轴110的定位件。
57.如图10所示，在上述实施例的基础上进一步优化：所述输送钩16设置有两个，两个输送钩16之间的间距大于芯轴的长度。
58.在上述实施例的基础上进一步优化：所述第一伸缩驱动机构17为电动推杆或气缸或油缸。
59.在上述实施例的基础上进一步优化：所述输出装置22为斜板或输送带；所述输出装置22位于输送钩16下方。
60.如图6-7所示，在上述实施例的基础上进一步优化：所述联轴套23可旋转的设置在安装杆24上；所述安装杆24另一端套在滑轴25上；所述安装杆24通过第二伸缩驱动机构26驱动在滑轴25上移动。
61.具体的，联轴套23外壁上安装有滚珠轴承，滚珠轴承安装在安装杆24的孔内；使得联轴23可以在安装杆24的内孔旋转；滑轴25用于提高安装杆24的移动稳定性；第二伸缩驱
动机构26可以为气缸或油缸或电动推杆；第二伸缩驱动机构26用于驱动安装杆24移动，从而使得联轴套23沿轴向移动。
62.在上述实施例的基础上进一步优化：所述安装轴110端截面为多边形；所述联轴套23内孔为与安装轴110外壁相配合的形状。
63.本设备的整体结构为：
64.一种具有自动装卸芯轴的碳纤维圆管卷制设备，依工序包括出料装置，张紧装置，浸泡装置，成型装置；
65.所述出料装置包括用于缠绕预针刺布2的缠绕辊1；
66.所述张紧装置包括上方并排呈间隙设置的两组用于夹住预针刺布2的第一夹紧辊组3，和位于第一夹紧辊组3之间下方的用于张紧预针刺布2的张紧辊4；
67.所述浸泡装置包括用于将从张紧装置上牵引过来的预针刺布2下压浸润在树脂箱9内的浸泡辊7；位于浸泡棍7上方的用于夹紧预针刺布2两端进行输送的第二夹紧辊组6和第三夹紧辊组8；
68.所述成型装置包括用于缠绕浸泡了树脂的预针刺布2的芯轴11和位于芯轴11上方用于压住预针刺布2的压紧辊12。
69.具体的，芯轴上面的压紧辊，利用自重进行压紧，保障产品卷制过程不会回弹，同时加大了芯轴卷制力。芯轴一端连接电机或者连接可拆卸的摇杆15。
70.预针刺布缠完后用玻璃纤维缠绕外表面，保障产品不会回弹，后放入固化炉固化。固化温度150℃-200℃，时长24-48h。
71.固化完后直接浸渍碳化，高温(与现有工艺一样)，不经过cvi(传统需要)。
72.如图1-2所示，所述芯轴11下方设置有用于将树脂导流到树脂箱9的收集槽10。收集槽10为倾斜面，下端搭载在树脂箱9上，芯轴11位于收集槽10上方；采用收集槽，进行树脂的回收，降低成本，减少工人清洁的数量。
73.所述第一夹紧辊组3或第二夹紧辊组6或第三夹紧辊组8均由上辊31和下辊32组成；所述上辊31两端安装在连杆33端头；所述连杆33另一端铰接在机架的支座34上；所述连杆33上开设穿孔36；调节螺栓37穿过穿孔36后与机架或机架上的支撑柱35通过螺纹连接。
74.所述树脂箱9内相互平行安装有两根浸泡棍7。两个浸泡辊7增加了预针刺布在树脂箱中的行程，便于预针刺布与树脂的充分接触。
75.所述压紧辊12两端安装在支架14上；所述支架14两端通过直线轴承套在机架上的竖轴13上。
76.在上述实施例的基础上进一步优化改进：所述预针刺布2包括中间层的碳纤维布，碳纤维布上下表面设有碳纤维网胎层。
77.在上述实施例的基础上进一步优化改进：所述预针刺布2为碳纤维布与碳纤维网胎层相互交错叠加构成。
78.在上述实施例的基础上进一步优化改进：所述第一夹紧辊组3、第二夹紧辊组6、第三夹紧辊组8的辊子表面摩擦系数为3.2-12.5。
79.在上述实施例的基础上进一步优化改进：所述压紧辊12、芯轴11表面粗糙度系数为0.8-3.2。
80.本设备自动装卸芯轴的功能工作原理：
81.如图6-14所示，芯轴11经输入装置21输入，输入装置21可以为倾斜的平板或输送带结构，当输入装置21上的阻挡件20下降时，其中一个芯轴11往前移动落入输送钩16上；然后阻挡件20上升，阻止其他芯轴11往前移动。
82.进入输送钩16上的芯轴11的两端的安装轴110搭在输送钩16的直杆上向前滚动，最后落入到钩体部分定位；第一伸缩驱动机构17推动输送钩16向上摆动，使得钩体上的芯轴与联轴套23保持同轴；第二伸缩驱动机构26推动安装杆24移动，从而带动联轴套23向前移动，将安装轴110套住，使得安装轴110分别与电机轴和旋转轴28连接起来；然后第一伸缩驱动机构17缩回，带动输送钩16下降，防止影响安装轴110的旋转。
83.电机27启动，带动电机轴旋转，电机轴通过联轴套带动芯轴旋转；芯轴则实现预针刺布的卷制或碳纤维布的卷制。
84.当芯轴11完成碳纤维布的卷制后，第一伸缩驱动机构17伸出，使得输送钩16上升，托住芯轴两端的安装轴110，然后第二伸缩驱动机构26驱动联轴套23移动，促使安装轴110分别与电机轴和旋转轴28脱离；此时芯轴两端的安装轴110落在输送钩16的钩体上。
85.第一伸缩驱动机构17往回缩，带动输送钩16向下摆动，最终是的芯轴从输送钩16的钩体上掉落到输出装置22上，被输出装置22输送走。
86.第一伸缩驱动机构17伸长，带动输送钩16向上摆动到最高位置，从而使得凸起18顶起摆杆19的尾端，初始摆杆19前端向下摆动，从而使得阻挡件20下降，一个新的芯轴从输入装置21上落入输送钩16上；第一伸缩驱动机构17马上缩短，使得输送钩16向下摆动，从而使得凸起18不再顶起摆杆19尾端，从而使得摆杆19在扭簧的作用下迅速复位，从而使得阻挡件20上升，阻止输入装置上的其他芯轴进入输送钩16。
87.如此往复运行，实现芯轴的自动装卸。
88.本设备的整体工作原理：
89.1.将预针刺布2缠绕在出料装置的缠绕辊1上，缠绕辊1端部有可拆卸的摇杆，通过摇杆进行卷动。
90.2.通过张紧装置，预针刺布通过第一夹紧辊组3和张紧辊4配合，呈z字形张紧移动，同时通过调节螺栓37旋转可以调节连杆33端头的下压力，从而调节上辊31与下辊32之间的夹紧力，从而调节夹紧辊组对预针刺布的摩擦力调节，控制对预针刺布缠绕拉力的控制调节。此端辊子均为提供拉力。
91.3.浸泡装置，下面为树脂箱9，里面为酚醛树脂；下部两个浸泡辊7增加了预针刺布在树脂箱中的行程，便于预针刺布与树脂的充分接触。第二夹紧辊组6和第三夹紧辊组8为预针刺布提供张紧力。
92.4.成型装置，预针刺布最终缠绕在芯轴11上，芯轴上有1-3mm多层脱模纸，在固化过程中，脱模纸会变脆后可实现脱模。上部为压紧辊12，为了在缠绕过程，利用重力进行均衡的压力调整。芯轴下部有收集槽10，为了将在过程中的树脂自动收集到树脂箱。预制体拉力在500kg-5吨左右。
93.5.碳布缠完后用玻璃纤维缠绕外表面，保障产品不会回弹，芯轴卸下后放入固化炉固化。固化温度150℃-200℃，时长24-48h。
94.6.固化完后直接浸渍碳化，高温(与现有工艺一样)，不经过cvi处理。
95.本设备的优点如下：
96.1.采用本设备进行碳纤维管的卷制加工，可以提高拉力，促使预制体密度达到0.5g/cm3，保障了预制体足够的密度，保障了预制体力学性能，同时通过树脂的固化，使其有足够的强度，可使产品不经过cvi(化学气相沉积)就有足够强度，避免了传统长管cvi难以沉积，沉积密度不均匀的缺点。
97.2.该设备可实现芯轴的连续自动定位安装和卸下，使得卷制完碳纤维布的芯轴自动卸下，然后自动将未卷制的芯轴与电机对接安装好进行新的卷制加工，如此可以大大提高碳纤维管的卷制加工效率。
98.3.通过四组夹紧辊对碳布进行夹紧输送，使得碳布形成z形输送，提高了碳布与滚筒的摩擦力，加大了碳布的拉力，保障预制体密度达到0.5g/cm3，同时通过连杆与螺栓结构，可控制摩擦力大小。
99.4.提供拉力的滚轮，摩擦系数为3.2-12.5，保障足够摩擦力，且不坏损坏碳布。刮树脂滚轮，和芯轴滚轮表面粗糙度控制在0.8-3.2。
100.5.采用一层碳布，两层网胎或两层碳布三层网胎的预针刺布，利用碳布自身的强度和网胎与网胎良好的结合性，使产品保持良好的性能和不分层。
101.6.采用树脂收集槽，进行树脂的回收，降低成本，减少工人清洁的数量。
102.7.芯轴上面有滚轮结构，利用滚轮自重进行压紧，保障产品缠绕过程不会回弹，同时加大了圆管缠绕力。
103.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
104.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。