一种大型机械自动化三维整体圆型编织设备
技术领域
本发明涉及三维编织技术领域，特别涉及一种大型机械自动化三维整体圆型编织设备。
背景技术
三维编织机是三维复合材料成型的重要加工装备之一，其主要由编织底盘、锭子、打紧机构、输出卷曲机构及控制系统五大部分组成。其中，编织底盘是实现三维编织工艺、完成复合材料预制件成型的重要装置，底盘驱动装置更是三维编织机的核心部件之一。根据机器的结构和产品的形状，三维编织方法又可分为矩形编织和圆形编织，矩形编织主要用来生产直角结构的织物，如方块、工型梁等，圆形编织主要用来生产圆形截面的织物，如圆管以及其他圆形截面的旋转体。
现有的复合材料预制件普遍采用“四步法”编织工艺，编织纤维束排列成矩形阵列。矩形阵列的行和列构成了编织主体，编织过程是依次移动行和列，以四步为一个机器循环，锭子恢复到初始状态。随着这样循环的不断进行，纤维束相互交织成一个不分层的三维四向整体织物，再辅助以打紧动作，则编织成预制件。但是，该矩形阵列形式的编织结构在编织过程中仅可沿矩形的四个方向延伸，若要形成圆形截面旋转体或其他异形结构编织预制件，该编织结构的纤维取向角往往难以满足要求。这种情况下，行业内普遍采取的措施为采用矩形模块式组合的编织平台，然而在各模块间过渡编织时，需要人为手动传递编织过渡区域的纤维束，严重影响编织效率，并且出错率高，无法实现机械的全自动化；同时，该编织平台也无法向大型化发展，原因在于，大型设备需要多人协调配合编织，多人人工操作与机器操作之间的动作衔接紧密性将成为协调度无法得到有效提升的主要决定性因素。
因此，提供一种无需人工递线，机械自动化程度高，圆形全底盘的三维编织设备是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种大型机械自动化三维整体圆型编织设备，采用圆形环形导轨底盘，锭子内嵌式滑动结构，可实现编织纱线的高效率、多角度连续编织，设备自动化程度高，操作方便。为实现上述目的，其具体方案如下：
包括支撑架，圆形底盘、锭子、周向驱动机构和径向驱动机构；
所述圆形底盘固定于所述支撑架顶部，并且所述圆形底盘上设置有若干圈同圆心的环形导轨，以及连接若干圈所述环形导轨的若干个径向滑槽；所述径向滑槽呈放射状均匀分布在所述圆形底盘上；
所述锭子安装在所述径向滑槽内，且对应每一圈所述环形导轨的位置均设置一个所述锭子；
所述周向驱动机构包括两组传动装置，两组所述传动装置分别控制单数圈环形导轨和双数圈环形导轨；每组传动装置均设置一个伺服电机，所述伺服电机通过皮带轮与对应的单数圈环形导轨或双数圈环形导轨连接；
所述径向驱动机构包括位于支撑架中部的气缸，与所述气缸连接的调节板，以及位于所述圆形底盘周围，与所述调节板连接的环状推进装置；其中所述环状推进装置包括底部一体连接的环轨一和环轨二，所述环轨一设置在最内圈所述环形导轨内侧，所述环轨二设置在最外圈所述环形导轨外侧，所述环轨一和所述环轨二靠近所述环形导轨的一侧均分布有若干个楔形块。
优选的，还包括，与所述伺服电机和气缸无线/有线连接的控制终端，所述控制终端上设置有控制面板，所述控制面板上设置有电源开关和参数输入单元；所述参数输入单元用于设置所述伺服电机和所述气缸的控制参数；所述伺服电机控制参数包括伺服电机转动角度；所述气缸控制参数包括气缸频率、气缸冲程。
优选的，每一圈环形导轨底部均设置有连接件，所述连接件与所述皮带轮连接，所述伺服电机通过皮带传动连接件，实现环形导轨的周向运动。
优选的，所述环形导轨通过连接螺栓与所述连接件可拆卸式连接；与所述连接件固定连接的所述环形导轨在连接件的带动下做周向运动；未与所述连接件连接的所述环形导轨不随所述连接件运动。可以根据预制件的尺寸按需选择环形导轨的圈数，根据不同预制件的尺寸按需选择环形导轨的圈数。
优选的，两个所述伺服电机同时启动，并且在所述伺服电机锁死后，所述气缸启动。
优选的，所述环形导轨的径向截面呈倒T型结构。
优选的，所述环形导轨被等分为60整数倍的份数，即，设置60的整数倍个所述径向滑槽。包括，所述环形导轨分为240等分、设置240个所述径向滑槽、所述锭子可移动最小角度为1.5°；每个环形导轨厚20毫米，所述环形导轨近圆心一侧直径1.38米，远圆心一侧直径1.82米。
优选的，所述环形导轨分为180等分、设置180个所述径向滑槽、所述锭子可移动最小角度为2°；每个环形导轨厚20毫米，所述环形导轨近圆心一侧直径1.00米，远圆心一侧直径1.44米。
优选的，所述径向驱动机构还包括限位开关；所述气缸驱动所述调节板沿纵向运动，带动所述楔形块的斜面向里或向外推所述锭子至触发所述限位开关启动，所述气缸回位停止。
优选的，所述径向滑槽底部设有高度调节装置，用于控制全部或部分所述径向滑槽向下移动，根据不同预制件的密度按需选择径向滑槽的列数，如总径向滑槽数为240个列，可均匀间隔锁定60列径向滑槽，采用剩余180列径向滑槽进行编织。
优选的，用于纤维类结构的三维整体圆型编织，所述纤维类结构中的纤维包括：碳纤维、芳纶纤维，玄武岩纤维、高强聚乙烯纤维、微/纳米纤维中的一种或多种。
本发明公开的一种大型机械自动化三维整体圆型编织设备，采用圆形全底盘，结合多环形导轨和纵向滑槽结构，省去了矩形阵列式编织平台需要人为手动传递编织过渡区域纤维束的操作，大幅提高了编织效率；锭子通过在滑槽内交替进行周向运动和径向运动，完成三维编织操作，有效降低出错率；径向驱动装置结构简单，利用一个气缸可以同时控制锭子沿径向滑槽向内或向外移动，实现了机械的完全自动化；同时，该编织平台可实现三维四向、三维五向、三维六向、三维七向、三维多向的三维整体圆型编织，并有助于编织设备的大型化发展，增加预制件结构编织的多样性，具有推广价值。
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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明一种大型机械自动化三维整体圆型编织设备的结构示意图；
图2为本发明一种大型机械自动化三维整体圆型编织设备的结构简图；
图3为本发明一种大型机械自动化三维整体圆型编织设备径向滑槽的剖面图；
图4为本发明一种大型机械自动化三维整体圆型编织设备的环轨一局部放大图；
图5为本发明一种大型机械自动化三维整体圆型编织设备的环轨二局部放大图；
图6本发明一种大型机械自动化三维整体圆型编织设备的结构框图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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做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。
该实施例提供的一种大型机械自动化三维整体圆型编织设备，具有圆形底盘，外围用钣金笼罩，圆形底盘固定于支撑架顶部，支撑架采用65cm*65cm*8cm方管焊接，支撑架的四个腿用膨胀螺栓与地面固定。
本实施例中，圆形底盘上设置有12圈同圆心的环形导轨，每个环形导轨厚20毫米，环形导轨的径向截面呈倒T型结构，以及连接若干圈环形导轨的若干个径向滑槽；径向滑槽呈放射状均匀分布在圆形底盘上。锭子采用内嵌式安装在径向滑槽内，且对应每一圈环形导轨的位置均设置一个锭子。
环形导轨可被设计为不同等分形式，当环形导轨分为240等分、设置240个径向滑槽、锭子可移动最小角度为1.5°；环形导轨近圆心一侧直径1.38米，远圆心一侧直径1.82米。当环形导轨分为180等分、设置180个径向滑槽、锭子可移动最小角度为2°；环形导轨近圆心一侧直径1.00米，远圆心一侧直径1.44米。
环形导轨在周向驱动机构的控制下作周向转动，每一列径向滑槽中的锭子在径向驱动机构的控制下沿径向滑槽作径向运动。
其中周向驱动机构包括两组传动装置，两组传动装置分别控制单数圈环形导轨和双数圈环形导轨，具体的，单数圈环形导轨底部可拆卸式一体连接，双数圈环形导轨底部可拆卸式一体连接，每组传动装置均设置一个伺服电机，伺服电机通过皮带轮与对应的单数圈环形导轨或双数圈环形导轨连接，伺服电机用于控制环形导轨沿圆形底盘周向顺时针或逆时针方向转动。两组传动装置位于圆形底盘下不同的层，防止在控制单数圈环形导轨和双数圈环形导轨分别转动的过程中互相影响。
进一步的，每一圈环形导轨底部均设置有连接件，连接件与皮带轮连接，环形导轨通过连接螺栓与连接件可拆卸式连接；与连接件固定连接的环形导轨在连接件的带动下做周向运动；未与连接件连接的环形导轨不随连接件运动，从而实现周向编织圈数的可调。
径向驱动机构包括位于支撑架中部的气缸，位于圆形底盘中间位置，与气缸连接的调节板，以及位于圆形底盘周围，与调节板连接的环状推进装置；其中环状推进装置包括设置在最内圈环形导轨内侧的环轨一和设置在最外圈环形导轨外侧的环轨二，环轨一和环轨二底部一体连接，且二者靠近环形导轨的一侧均分布有若干个楔形块，楔形块与径向滑槽的位置相对应，且环轨一和环轨二的楔形块的位置相互交错设置，斜面相对。在环轨一和环轨二的与每一列径向滑槽对应的位置还设置有限位开关。
举例说明，设第0圈为最内圈，第11圈为最外圈，环轨一的第0个楔形块对应第0圈环形导轨的第0列纵向滑槽中的锭子，则环轨二的第0个楔形块对应第11圈环形导轨的第1列纵向滑槽中的锭子。工作过程如下：在伺服电机锁死后，气缸启动，气缸驱动调节板纵向上升，此时环状推进装置整体向上平移，环轨一上的楔形块一斜面倾斜向下，则在上升过程中楔形块一斜面将对应第0列纵向滑槽中的锭子向外圈推出至触发限位开关启动；同时环轨二上的楔形块二斜面同样倾斜向下，在上升过程中楔形块二斜面将对应第1列纵向滑槽中的锭子向内圈推进至触发限位开关启动，气缸停止。如此实现了锭子的径向运动过程。
根据环形导轨的层数设定，总锭子数可达到万根以上，即，万根以上纱线同时进行编织。圆形底盘上设置有52圈同圆心的环形导轨，当环形导轨分为240等分、设置240个径向滑槽、锭子可移动最小角度为1.5°；四向编织结构纱线数可达12240根，五向编织结构纱线可达22480根；每个环形导轨厚20毫米，环形导轨近圆心一侧直径1.00米，远圆心一侧直径3.04米。
本发明公开的大型机械自动化三维整体圆型编织设备还设置有控制终端，控制终端用于无线/有线控制伺服电机和气缸，控制终端上设置有立柱式触摸屏控制面板，控制面板上设置有电源开关和参数输入单元；参数输入单元用于设置伺服电机的转动角度和方向，终端控制下的运动原理为：
环形导轨周向顺时针或逆时针运动，径向滑槽向圆形底盘中心或向相反方向运动，实现自动化编织。
通过控制面板触发电源开关，按下控制面板上的开始按钮，控制气缸连接调节板向上运动，使得调节板连接的环状推进装置上的楔形块斜边向里或向外推动锭子；到位后触发限位开关，气缸回位停止。
此时，两个伺服电机同时启动。需要说明的是，伺服电机控制环形导轨每旋转一步计1.5°。通过控制面板的参数输入单元，可设置每步行进2°或4.5°。
两个伺服电机控制环形导轨旋转预设度数后，伺服电机被锁死，此时，气缸再次启动，使其向里或向外推动锭子，该过程实现原理同上，往复循环该过程。
需要注意的是，当只需要一部分环形导轨进行编织时，仅需要将连接件上固定环形导轨的连接螺栓摘掉，该环形导轨将不再受伺服电机的控制，不随连接件转动，如此降低了设备运行功耗，且可延长设备使用寿命，根据不同编织情况，有选择的改造设备，操作简单，易于控制，避免设备做无用功，降低了运行成本。
以上对本发明所提供的一种大型机械自动化三维整体圆型编织设备进行了详细介绍，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，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
