一种碳纤维绳制作装置及设备
技术领域
本发明涉及碳纤维绳制备领域，特别涉及一种碳纤维绳制作装置及设备。
背景技术
碳纤维绳是用碳纤维及其复合材料制成的绳，简称碳绳。碳纤维及其复合材料具有一系列的优异性能，如高比强度、高比模量、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热、热膨胀系数小等。碳纤维的重量不到钢的四分之一,碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7-9倍，抗拉弹性模量为亦高于钢。采用碳纤维材料制造的碳纤维绳具有碳纤维材料固有的本征特性又具有了纺织纤维的柔软可加工性。同时，与传统所采用的玻璃纤维线绳相比，杨氏模量是其的3倍多。它与芳纶线绳相比不仅杨氏模量是其的2倍左右，而且在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性出类拔萃。
碳纤维绳不仅重量轻、强度大、模量高、耐腐蚀，而且在高温和低温环境中线膨胀系数小，性能稳定而柔软；具有传统的天然纤维、有机纤维、无机纤维和钢丝绳等无可比拟的优越性。由于其优越的性能，碳纤维绳索可广泛运用于高温缝合绳、支持性缆绳(如大跨度斜拉桥缆绳)、增强混凝土(如海洋工程混凝土)、舰船(作业缆绳)、游艇支索和登山用绳索等。
碳纤维需要加工成复合材料的形式才能使用，因此碳纤维复合材料绳索的制造方法远比传统绳索复杂，不能采用传统的制绳设备和工艺制造碳纤维复合材料绳索，必须根据碳纤维自身的特点，采用专用设备和工艺。另外，由于碳纤维本身是一种碳材料，存在碳材料本身固有的缺点，即脆性大、不耐屈挠等；碳纤维虽有一定的可编性，但没有常规纤维的柔韧性，这就使得碳纤维在制绳和使用过程中，易造成局部损伤，产生大量的毛丝现象。
发明内容
为解决碳纤维绳制作时出现毛丝和局部损伤的问题，本发明提供一种碳纤维绳制作装置，包括：单股加捻机构、多股加捻机构和定位机构，其中：
所述单股加捻机构通过自转将碳纤维丝束加捻形成单股加捻线；
至少两个所述单股加捻机构设于所述多股加捻机构上；
所述单股加捻机构上方设有所述定位机构；所述多股加捻机构带动所述单股加捻机构绕公共轴转动，将所述单股加捻线通过所述定位机构汇集定点形成多股加捻绳。
进一步地，所述单股加捻机构的转动方向与所述多股加捻机构转动方向相反。
进一步地，所述单股加捻机构包括单捻电机、第一同步带、第一带轮、第二同步带、第二带轮、第三带轮和纱桶定位机构；
所述单捻电机上设有第三带轮；所述第三带轮与所述第二带轮通过所述第一同步带连接；所述第二带轮与所述第一带轮通过第二同步带连接；所述第一带轮连接有纱桶定位机构。
进一步地，所述纱桶定位机构包括纱轴和弹簧钢片；
所述第一轴承连接于第一带轮；所述第一轴承与所述纱轴连接；所述纱轴侧壁设有弹簧钢片；所述纱轴顶部设有螺纹孔。
进一步地，所述纱桶定位机构设有四个。
进一步地，所述多股加捻机构包括转盘、第三同步带、多股加捻电机、第四带轮、盘轴和第五带轮；
所述盘轴一端穿过所述第二带轮和第四带轮与所述转盘连接；所述转盘上设有所述纱桶定位机构；
所述第二带轮与所述盘轴通过轴套连接；所述轴套设于支撑盘上；
所述多股加捻电机上设有所述第五带轮；所述第五带轮与所述第四带轮通过第三同步带连接。
进一步地，还包括收线机构；所述多股加捻机构带动所述收线机构将所述多股加捻绳收纳。
进一步地，所述收线机构包括第四同步带、往复机构、第一安装轴、收绳筒、第七带轮、第二安装轴、第一锥齿轮、第二锥齿轮、第三锥齿轮、第四锥齿轮、第三安装轴和第八带轮；
所述盘轴穿过所述第七带轮；所述第七带轮与第八带轮通过第四同步带连接；所述第八带轮穿过所述第三安装轴；所述第三安装轴设有第一锥齿轮和第三锥齿轮；
所述第一安装轴一端设有第二锥齿轮，另一端连接有往复机构；所述第二安装轴一端设有第四锥齿轮，另一端与收绳筒连接；所述第二锥齿轮与所述第一锥齿轮连接；所述第三锥齿轮和所述第四锥齿轮连接；
所述多股加捻绳通过所述往复机构收纳于所述收绳筒上。
本发明实施例提供的碳纤维绳制作装置，通过单股加捻机构和多股加捻机构，对碳纤维丝束进行加捻和绕制，使碳纤维丝束强度模量不变；避免了碳纤维丝束在单个碳纤维丝束在加捻过程中丝束在纱桶两端出现的乱丝，降低碳纤维绳强度的现象。
本发明另外提供一种碳纤维绳制作设备，采用如上任意项所述的碳纤维绳制作装置，还包括控制器；所述控制器通过控制单捻电机和多股加捻电机的转速来调节单股加捻线和多股加捻绳的捻度。
本发明另外提供的碳纤维绳制作设备，通过控制器控制单捻电机和多股加捻电机的转速，从而调节单股加捻线和多股加捻绳的捻度，使多股加捻绳具有更好的强度，增加多股加捻绳的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的碳纤维绳制作设备立体示意图；
图2为碳纤维绳制作装置立体示意图；
图3为丝加捻机构和多股加捻机构结构示意图；
图4为碳纤维绳制作装置制绳状态示意图；
图5为收线机构立体示意图；
图6为纱桶定位机构与纱桶的爆炸示意图；
图7为转盘、盘轴、第二带轮和轴套爆炸示意图；
图8为第二带轮立体示意图；
图9为第四带轮示意图。
附图标记：
110纱桶111纱轴112弹簧钢片
113纱桶轴114第一轴承115第一螺栓
120单捻电机130第一同步带140第一带轮
150第二同步带160支撑盘161轴套
170第二带轮171角接触轴承180第三带轮
210转盘211转盘紧固螺钉212垫片
213挡片220第三同步带230多股加捻电机
240第四带轮250盘轴260第五带轮
310第一定点轴320第一导眼330第一固定架
340第一弹簧压片410第二定点轴420第二导眼
430第二弹簧压片440第二固定架510惰轮固定板
520惰轮610第二轴承620往复机构
621导引板622第三导眼623行程槽
624第一安装轴630收绳筒631第二安装轴
640第四同步带660第七带轮671第一锥齿轮
672第二锥齿轮673第三锥齿轮674第四锥齿轮
680第三安装轴690第八带轮700单股加捻线
710多股加捻绳900控制器
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”以及类似的词语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。“连接”或者“相连”等类似词语并非限定与物理或者机械的连接，而是可以包括电性的连接、光连接等，不管是直接的还是间接的。
本发明实施例提供一种碳纤维绳制作装置，包括：单股加捻机构、多股加捻机构和定位机构，其中：
所述单股加捻机构通过自转将碳纤维丝束加捻形成单股加捻线；
至少两个所述单股加捻机构设于所述多股加捻机构上；
所述单股加捻机构上方设有所述定位机构；所述多股加捻机构带动所述单股加捻机构绕公共轴转动，将所述单股加捻线通过所述定位机构汇集定点形成多股加捻绳。
具体实施时，如图2、图3、图4、图5所示，纱桶110通过螺钉固定于单股加捻机构上；单股加捻机构带动纱桶110转动；通过单股加捻机构的自转带动纱桶110上的碳纤维丝束加捻形成单股加捻线；单股加捻机构设于多股加捻机构上；多股加捻机构带动至少两个单股加捻机构同轴运动；单股加捻机构上方设有定位机构；通过定位机构将至少两股单股加捻线汇集定点，通过多股加捻机的转动使至少两股单股加捻线抱合形成多股加捻绳。
本发明实施例提供的碳纤维绳制作装置，通过单股加捻机构和多股加捻机构，对碳纤维丝束进行加捻和绕制，使碳纤维丝束强度模量不变；避免了纱桶卧式设置导致的碳纤维丝束在单个碳纤维丝束在加捻过程中丝束在纱桶两端出现的乱丝，降低碳纤维绳强度的现象。
较佳地，定位机构，包括第一定点轴310、第二定点轴410和惰轮固定板510。
较佳地，所述第一定点轴310设于所述转盘210上；所述第一定点轴310顶端设有第一固定架330；第一固定架330侧壁设有第一弹簧压片340；第一固定架330上下两端设有第一导眼320；碳纤维丝束穿过第一定点轴310底部的第一导眼320；导引至两个第一弹簧压片340之间，从第一固定架330顶部的第一导眼320拉出。
较佳地，所述第二定点轴410设于所述转盘210上方；所述第二定点轴410两端部设有第二导眼420；所述第二导眼420之间设有两个第二弹簧压片430；从第一导眼320拉出的单股加捻线穿过两个所述第二导眼420，夹持于两个第二弹簧压片430之间，从第二定点轴410最上端的第二导眼420拉出绳线即为多股加捻绳。
较佳地，所述惰轮固定板510设于所述第二定点轴410的上方；所述惰轮固定板510上设有三个惰轮520；三个惰轮520呈三角分布；从第二导眼420拉出多股加捻绳依次蛇形穿过所述三个惰轮520，连接至往复机构620进行收绳。
优选地，所述单股加捻机构的转动方向与所述多股加捻机构转动方向相反。
优选地，所述单股加捻机构包括单捻电机120、第一同步带130、第一带轮140、第二同步带150、第二带轮170、第三带轮180和纱桶定位机构；
所述单捻电机120上设有第三带轮180；所述第三带轮180与所述第二带轮170通过所述第一同步带130连接；所述第二带轮170与所述第一带轮140通过第二同步带150连接；所述第一带轮140连接有纱桶定位机构。
具体实施时，如图7、图8所示，第二带轮170内通过角接触轴承171与轴套161连接；单捻电机120上设有第三带轮180；第三带轮180与第二带轮170通过第一同步带130连接；第二带轮170与第一带轮140通过第二同步带150连接；第一带轮140连接有纱桶定位机构；
单捻电机120的转动带动第二带轮170转动；第二带轮170转动带动第一带轮140转动；第一带轮140带动纱桶定位机构转动从而对碳纤维丝束的加捻。除第二带轮170上设有角接触轴承171外，其他带轮的结构均与第四带轮240一致。
优选地，所述纱桶定位机构包括纱轴111和弹簧钢片112；
所述第一轴承114连接于第一带轮140；所述第一轴承114与所述纱轴111连接；所述纱轴111侧壁设有弹簧钢片112；所述纱轴111顶部设有螺纹孔。
具体实施时，如图6所示，第一轴承114连接于第一带轮140；第一轴承114与纱轴111通过纱桶轴113连接；纱轴111侧壁设有6个弹簧钢片112；纱轴111顶部设有螺纹孔；弹簧钢片112限制了纱桶110的轴向运动；纱桶110顶部设有通孔；纱桶110顶部的通孔与纱轴111顶部设有螺纹孔通过第一螺栓115连接；通过上述结构实现了纱桶110的快速安装及拆卸。
优选地，所述纱桶定位机构设有四个。
优选地，所述多股加捻机构包括转盘210、第三同步带220、多股加捻电机230、第四带轮240、盘轴250和第五带轮260；
所述盘轴250一端穿过所述第二带轮170和第四带轮240与所述转盘210连接；所述转盘210上设有所述纱桶定位机构；
所述第二带轮170与所述盘轴250通过轴套161连接；所述轴套161设于支撑盘160上；
所述多股加捻电机230上设有所述第五带轮260；所述第五带轮260与所述第四带轮240通过第三同步带220连接。
具体实施时，如图7所示，盘轴250一端穿过第二带轮170和第四带轮240(如图9所示)通过垫片212、挡片213和转盘紧固螺钉211连接于转盘210上；转盘210上设有纱桶定位机构；第二带轮170与盘轴250通过轴套161连接；轴套161设于支撑盘160上；多股加捻电机230上设有第五带轮260；第五带轮260与第四带轮240通过第三同步带220连接；
多股加捻电机230带动盘轴250转动，盘轴250转动带动转盘210的转动；转盘210的转动带动其上的单股加捻机构转动；从而实现多股加捻；如图3所示，所述单股加捻机构的转动方向与所述多股加捻机构转动方向相反，以第五带轮260转动方向为顺时针方向；则第三带轮180的转动方向为逆时针方向；
第五带轮260顺时针转动带动第三同步带220顺时针转动，从而带动盘轴250顺时针转动，盘轴250顺时针转动带动转盘210顺时针转动；
而第三带轮180逆时针转动带动第一同步带130逆时针转动；第一同步带130逆时针转动带动第二带轮170逆时针转动；第二带轮170逆时针转动带动通过多条第二同步带150带动多个第一带轮140逆时针转动，实现多股加捻机构带动多个单股加捻机构进行公转，同时单个单股加捻机构又进行自转，达到对单根单股加捻线及多股加捻绳的加捻。
优选地，还包括收线机构；所述多股加捻机构带动所述收线机构将所述多股加捻绳收纳。
优选地，所述收线机构包括第四同步带640、往复机构620、第一安装轴624、收绳筒630、第七带轮660、第二安装轴631、第一锥齿轮671、第二锥齿轮672、第三锥齿轮673、第四锥齿轮674、第三安装轴680和第八带轮690；
所述盘轴250穿过所述第七带轮660；所述第七带轮660与第八带轮690通过第四同步带640连接；所述第八带轮690穿过所述第三安装轴680；所述第三安装轴680设有第一锥齿轮671和第三锥齿轮673；
所述第一安装轴624一端设有第二锥齿轮672，另一端连接有往复机构620；所述第二安装轴631一端设有第四锥齿轮674，另一端与收绳筒630连接；所述第二锥齿轮672与所述第一锥齿轮671连接；所述第三锥齿轮673和所述第四锥齿轮674连接；
所述多股加捻绳通过所述往复机构620收纳于所述收绳筒630上。
具体实施时，第三安装轴680通过第二轴承610固定位置；往复机构620上设有导引板621、第三导眼622和行程槽623；从惰轮520出来的多股加捻绳穿过第三导眼622连接在收绳筒上；第三安装轴680在第七带轮660的带动下转动；第三安装轴680的转动带动第一安装轴624和第二安装轴631的转动；第三安装轴680的转动带动第一安装轴624转动，第一安装轴624的转动带动导引板621沿行程槽623往复运动；第三安装轴680的转动带动同时也带动第二安装轴631转动，第二安装轴631的转动带动收绳筒630的转动；通过往复机构620和收绳筒630通过第三安装轴680相互配合工作，使多股加捻绳收纳与收绳筒630上。
本发明另外提供一种碳纤维绳制作设备，采用如上任意所述的碳纤维绳制作装置，还包括控制器900；所述控制器900通过控制单捻电机120和多股加捻电机230的转速来调节单股加捻线和多股加捻绳的捻度。
具体实施时，如图1所示，根据不同种类的碳纤维(1K、3K、6K、12K)，控制器900通过调节单捻电机120和多股加捻电机230的转速，调节单股加捻线和多股加捻绳的捻度，保证了碳纤维绳有足够的圆度，保证了产品质量。
本发明实施例另外提供的碳纤维绳制作设备，通过控制器控制单捻电机和多股加捻电机的转速，增加了单股加捻线和多股加捻绳的捻度，增加了多股加捻绳的强度和使用寿命。
尽管本文中较多的使用了诸如纱桶、纱轴、弹簧钢片、纱桶轴、轴承、螺钉、电机、同步带、带轮、支撑盘、轴套、角接触轴承、转盘、转盘紧固螺钉、垫片、挡片、盘轴、定点轴、导眼、固定架、弹簧压片、惰轮、往复机构、导引板、行程槽、收绳筒、锥齿轮、控制器等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
