玻璃纤维数控智能化制毡生产线之收卷控制工艺的制作方法

1.本发明涉及玻璃纤维生产技术领域，具体为玻璃纤维数控智能化制毡生产线之收卷控制工艺。


背景技术：

2.汽车的轻量化，就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整体重量，从而提高汽车的动力性减少燃料消耗，降低排气污染。实验证明，若汽车整体重量降低10%，燃油效率可提高6%-8%；汽车整体重量每减少100公斤，百公里油耗可降低0.3-0.6升。当前，由于环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。玻璃纤维增强聚氨酯泡沫塑料在汽车制造上的应用也在逐步扩大，玻璃纤维增强聚氨酯泡沫塑料使用的玻璃纤维薄毡应用量也相应增多，传统的生产工艺为以聚氨酯泡沫板为基材，两面各铺以玻璃纤维层、粘结层、无纺布层等，可以有多层，再经加热模压而成。
3.玻璃纤维短切毡的生产系统，包括按序设置的玻璃纤维纱团的切断装置、沉降室、喷水装置、撒粉装置、烘干装置、压实装置、收卷装置。现阶段多功能玻璃纤维毡大多数还是采用变张力的控制方法，主要采用变频电机和磁粉离合器配合的模糊张力的控制方法，这种控制方法适合速度比较低、拉力比较大的玻璃纤维毡，其控制方法对于速度比较高、拉力比较小的玻璃纤维毡无法收卷，收卷容易断毡，这样生产速度提不上来，生产效率比较低，导致其使用场合受到限制。


技术实现要素：

4.本发明旨在解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
5.为此，本发明所采用的技术方案为：玻璃纤维数控智能化制毡生产线之收卷控制设备，包括：收卷控制架、编码器、收卷机构以及固定于收卷控制架内部的张力补偿机构和阻力给定机构，所述收卷控制架的顶面分别设有用于支撑编码器和收卷机构的采集架和收卷架，所述收卷控制架的内侧转动安装有若干传动辊组，所述编码器包括转动安装于采集架内侧的采集导辊以及固定于采集导辊一端用于采集已经卷取玻璃纤维长度的编码器；所述张力补偿机构包括固定架和固定于收卷控制架一侧的伺服电机，所述固定架的顶面固定安装有定导架，所述伺服电机的输出端传动来凝结有转动安装于定导架端部的补偿辊，所述定导架的表面活动铰接有抵压导架，所述抵压导架的顶端转动安装有与补偿辊表面相互抵接的抵接辊，所述抵压导架与固定架的铰接处设有扭转弹簧；所述阻力给定机构包括偏转舵机、舵导向座和导卷条杆，所述偏转舵机固定安装于收卷控制架的表面且输出端贯穿收卷控制架的表面并与舵导向座的表面固定连接，所述舵导向座的表面开设有若干调配座孔，所述导卷条杆的端部通过与调配座孔的卡接固定于舵导向座的表面。
6.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述编码器的输出端电性连接有控制器，所述控制器为的单片机或plc控制器结构，所述控制器的内部设有用于控制伺服电机的伺服控制模块，所述控制器的输出端与收卷机构和伺服电机的输入端电性连接。
7.通过采用上述技术方案，结合可编程控制器技术以及伺服控制技术，采用实时计算卷径，实时控制伺服电机转速和电机转矩来解决收卷中的恒张力控制，实现多功能玻璃纤维毡生产线的高速卷取和恒张力的自动精准控制。
8.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述传动辊组包括入料导辊、传动辊和出料导辊，所述传动辊的数量为若干，其中一个所述传动辊与入料导辊的切线通过舵导向座的圆心，利用多个传动辊进行玻璃纤维的运动传导，在舵导向座内部传导贯穿。
9.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述编码器为转速传感器和圈数计量传感器结构，所述编码器用于监测采集导辊表面玻璃纤维的传动速度与旋转传动量，所述控制器内部设有用于根据编码器计量的转速和圈数处理以及采集导辊的直径得到已卷取长度的数据处理模块。
10.通过采用上述技术方案，利用编码器监测采集导辊表面玻璃纤维的传动速度与旋转传动量并自动计算已卷取长度的数据，实现自动化反馈控制。
11.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述抵接辊和补偿辊的表面固定套接有橡胶辊套，所述抵接辊和补偿辊表面的橡胶辊套过盈配合。
12.通过采用上述技术方案，利用抵接辊和补偿辊表面贴合夹持传动中的玻璃纤维，即可通过控制补偿辊转速进行主动驱动，对玻璃纤维的运动进行减速或加速实现张力调节。
13.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述导卷条杆的截面呈椭圆形，所述导卷条杆的表面呈圆滑光面结构，利用导卷条杆限定玻璃纤维的传导方向，并通过偏转舵机调整导卷条杆倾角与传导线的偏差增大玻璃纤维传导阻力，保持稳定传导。
14.玻璃纤维数控智能化制毡生产线之收卷控制工艺，包括以下步骤：s1：计算卷径：根据编码器采集的已卷取长度记为l和正在生产玻璃纤维毡的厚度记为d，通过公式，s=l*d，求得已卷取的截面积s，而已卷取的圆的截面积s也根据公式，圆的面积收卷辊的截面积=π*r
²
，两个截面积相等，所以l*d=π*r
²
，求得r=√l*d/π。
15.要保证收卷的线速度与前面输送辊的速度同步，而随着收卷长度的增加收卷卷径在逐渐增大，收卷线速度也在增加，要保证收卷速度与输送辊速度同步，所以就要相应的降低电机的转速，根据以下公式计算得到电机的实时转速随着卷径的增大而减小。
16.s2：通过卷径计算收卷轴以及伺服电机的给定转速n，根据公式v=n*πd/i，其中n为伺服电机和伺服电机的电机转速，i为实际减速比，d为收卷辊直径，d=2（d+r），v表示生产线的实际速度；通过在多功能玻璃纤维毡生产线中使用此控制算法，能实现最高速50米/分钟的恒张力卷取，大大提高生产线的生产效率和产量。
17.i：减速比求得n=v*i/π*d，得到电机的实时给定转速；随着卷径的逐渐增大伺服电机和伺服电机转速逐渐减小，要保证恒张力卷取，而随着收卷长度的增加收卷卷径在增加，要保证恒张力卷取，所以就要相应的增加电机的转矩。
18.s3：通过卷径计算补偿辊的给定转矩t，根据以下公式计算得到电机的实时转矩随着卷径的增大而减小，根据公式t=f*r/i，其中f为操作人员预设的卷取张力，求得t=f*r/i，得到电机的实时给定转矩，通过控制器自动根据该计算公式随着收
卷的卷径在逐渐增大伺服电机转矩，对伺服电机进行自动化调节即可保证收卷的张力恒定。
19.通过在多功能玻璃纤维毡生产线中使用以上的三步计算方法，能实现最高速50米/分钟的恒张力卷取，大大提高生产线的生产效率和生产产量。
20.本发明所取得的有益效果为：1.本发明中，通过设置主动补偿控制结构，利用阻力给定机构预先为传到运动中的多功能玻璃纤维毡进行一定的阻力给定，保持玻璃纤维毡在设备内的稳定传导，并利用张力补偿机构的主动旋转运动为限定阻力运动的玻璃纤维毡进行主动输送动力补偿，从而主动调控收卷端的张力恒定，保持稳定收卷。
21.2.本发明中，通过设置主动式编码器结构，利用编码器的传感监测结构，实时监测生产线端的生产速度以及已收卷物料长度信息的采集，自动识别收卷端物料量，得到收卷端的状态变量情况从而根据监测结果实时反馈调节张力补偿机构转矩，实现自动化控制。
22.3.本发明中，通过设置编码器用于记录已经收卷长度，伺服控制器和伺服电机用于补偿辊轴的补偿转矩控制，结合可编程控制器技术以及伺服控制技术，采用实时计算卷径，实时控制伺服电机转速和电机转矩来解决收卷中的恒张力控制，实现多功能玻璃纤维毡生产线的高速卷取和恒张力的精准控制。
附图说明
23.图1为本发明一个实施例的整体结构示意图；图2为本发明一个实施例的收卷控制架内部结构示意图；图3为本发明一个实施例的张力补偿机构结构示意图；图4为本发明一个实施例的阻力给定机构结构示意图；图5为本发明一个实施例的舵导向座表面结构示意图；图6为本发明一个实施例的收卷工作展示示意图。
24.附图标记：100、收卷控制架；110、传动辊组；120、采集架；130、收卷架；200、编码器；210、编码器；220、采集导辊；300、收卷机构；400、张力补偿机构；410、固定架；420、定导架；430、抵压导架；440、补偿辊；450、伺服电机；431、抵接辊；500、阻力给定机构；510、偏转舵机；520、舵导向座；530、导卷条杆；521、调配座孔。
具体实施方式
25.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
26.该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。
27.下面结合附图描述本发明的一些实施例提供的玻璃纤维数控智能化制毡生产线之收卷控制工艺。
28.结合图1-6所示，本发明提供的玻璃纤维数控智能化制毡生产线之收卷控制设备，包括：收卷控制架100、编码器200、收卷机构300以及固定于收卷控制架100内部的张力补偿机构400和阻力给定机构500，收卷控制架100的顶面分别设有用于支撑编码器200和收卷机构300的采集架120和收卷架130，收卷控制架100的内侧转动安装有若干传动辊组110，编码器200包括转动安装于采集架120内侧的采集导辊220以及固定于采集导辊220一端用于采集已经卷取玻璃纤维长度的编码器210；张力补偿机构400包括固定架410和固定于收卷控制架100一侧的伺服电机450，固定架410的顶面固定安装有定导架420，伺服电机450的输出端传动来凝结有转动安装于定导架420端部的补偿辊440，定导架420的表面活动铰接有抵压导架430，抵压导架430的顶端转动安装有与补偿辊440表面相互抵接的抵接辊431，抵压导架430与固定架410的铰接处设有扭转弹簧；阻力给定机构500包括偏转舵机510、舵导向座520和导卷条杆530，偏转舵机510固定安装于收卷控制架100的表面且输出端贯穿收卷控制架100的表面并与舵导向座520的表面固定连接，舵导向座520的表面开设有若干调配座孔521，导卷条杆530的端部通过与调配座孔521的卡接固定于舵导向座520的表面。
29.在该实施例中，编码器210的输出端电性连接有控制器，控制器为的单片机或plc控制器结构，控制器的内部设有用于控制伺服电机450的伺服控制模块，控制器的输出端与收卷机构300和伺服电机450的输入端电性连接。
30.具体的，利用阻力给定机构500预先为传到运动中的多功能玻璃纤维毡进行一定的阻力给定，保持玻璃纤维毡在设备内的稳定传导，并利用张力补偿机构400的主动旋转运动为限定阻力运动的玻璃纤维毡进行主动输送动力补偿，结合可编程控制器技术以及伺服控制技术，采用实时计算卷径，实时控制伺服电机转速和电机转矩来解决收卷中的恒张力控制，实现多功能玻璃纤维毡生产线的高速卷取和恒张力的自动精准控制。
31.在该实施例中，传动辊组110包括入料导辊、传动辊和出料导辊，传动辊的数量为若干，其中一个传动辊与入料导辊的切线通过舵导向座520的圆心，利用多个传动辊进行玻璃纤维的运动传导，在舵导向座520内部传导贯穿。
32.在该实施例中，编码器210为转速传感器和圈数计量传感器结构，编码器210用于监测采集导辊220表面玻璃纤维的传动速度与旋转传动量，控制器内部设有用于根据编码器210计量的转速和圈数处理以及采集导辊220的直径得到已卷取长度的数据处理模块，利用编码器210监测采集导辊220表面玻璃纤维的传动速度与旋转传动量并自动计算已卷取长度的数据，实现自动化反馈控制。
33.在该实施例中，抵接辊431和补偿辊440的表面固定套接有橡胶辊套，抵接辊431和补偿辊440表面的橡胶辊套过盈配合。
34.具体的，利用抵接辊431和补偿辊440表面贴合夹持传动中的玻璃纤维，即可通过控制补偿辊440转速进行主动驱动，对玻璃纤维的运动进行减速或加速实现张力调节。
35.在该实施例中，导卷条杆530的截面呈椭圆形，导卷条杆530的表面呈圆滑光面结构，利用导卷条杆530限定玻璃纤维的传导方向，并通过偏转舵机510调整导卷条杆530倾角与传导线的偏差增大玻璃纤维传导阻力，保持稳定传导。
36.玻璃纤维数控智能化制毡生产线之收卷控制工艺，包括以下步骤：s1：计算卷径：根据编码器210采集的已卷取长度记为l和正在生产玻璃纤维毡的厚度记为d，通过公式，s=l*d，求得已卷取的截面积s，而已卷取的圆的截面积s也根据公式，
圆的面积收卷辊的截面积=π*r
²
，两个截面积相等，所以l*d=π*r
²
，求得r=√l*d/π。
37.l：已经卷取的长度d：玻璃纤维毡的厚度π：圆周率r：卷取轴的半径要保证收卷的线速度与前面输送辊的速度同步，而随着收卷长度的增加收卷卷径在逐渐增大，收卷线速度也在增加，要保证速度同步收卷速度与输送辊速度同步，所以就要相应的降低电机的转速，根据以下公式计算得到电机的实时转速随着卷径的增大而减小。
38.s2：通过卷径计算收卷轴以及伺服电机450的给定转速n，根据公式v=n*πd/i，其中n为伺服电机和伺服电机450的电机转速，i为实际减速比，d为收卷辊直径，d=2d+r，v表示生产线的实际速度；v：线速度生产线的实际速度n：伺服电机转速d：收卷辊直径通过第一步计算得到通过在多功能玻璃纤维毡生产线中使用此控制算法，能实现最高速50米/分钟的恒张力卷取，大大提高生产线的生产效率和产量。
39.i：减速比求得n=v*i/π*d，得到电机的实时给定转速；随着卷径的逐渐增大伺服电机和伺服电机450转速逐渐减小，要保证恒张力卷取，而随着收卷长度的增加收卷卷径在增加，要保证恒张力卷取，所以就要相应的增加电机的转矩。
40.s3：通过卷径计算补偿辊440的给定转矩t，根据以下公式计算得到电机的实时转矩随着卷径的增大而减小，根据公式t=f*r/i，其中f为操作人员预设的卷取张力，t：电机转矩f：卷取张力通过触摸屏设置r：收卷辊半径通过第一步计算得到i：减速比求得t=f*r/i，得到电机的实时给定转矩，通过控制器自动根据该计算公式随着收卷的卷径在逐渐增大伺服电机450转矩，对伺服电机450进行自动化调节即可保证收卷的张力恒定，通过在多功能玻璃纤维毡生产线中使用以上的三步计算方法，能实现最高速50米/分钟的恒张力卷取，大大提高生产线的生产效率和生产产量。
41.在本发明中,术语“多个”则指两个或两个以上,除非另有明确的限定。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解,例如，“连接”可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;“相连”可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
42.需要说明的是，当元件被称为“装配于”、“安装于”、“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并
不表示是唯一的实施方式。
43.在本说明书的描述中,术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且,描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
44.尽管已经示出和描述了本发明的实施例,本领域的普通技术人员可以理解，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.玻璃纤维数控智能化制毡生产线之收卷控制设备，其特征在于，包括：收卷控制架（100）、编码器（200）、收卷机构（300）以及固定于收卷控制架（100）内部的张力补偿机构（400）和阻力给定机构（500），所述收卷控制架（100）的顶面分别设有用于支撑编码器（200）和收卷机构（300）的采集架（120）和收卷架（130），所述收卷控制架（100）的内侧转动安装有若干传动辊组（110），所述编码器（200）包括转动安装于采集架（120）内侧的采集导辊（220）以及固定于采集导辊（220）一端用于采集已经卷取玻璃纤维长度的编码器（210）；所述张力补偿机构（400）包括固定架（410）和固定于收卷控制架（100）一侧的伺服电机（450），所述固定架（410）的顶面固定安装有定导架（420），所述伺服电机（450）的输出端传动来凝结有转动安装于定导架（420）端部的补偿辊（440），所述定导架（420）的表面活动铰接有抵压导架（430），所述抵压导架（430）的顶端转动安装有与补偿辊（440）表面相互抵接的抵接辊（431），所述抵压导架（430）与固定架（410）的铰接处设有扭转弹簧；所述阻力给定机构（500）包括偏转舵机（510）、舵导向座（520）和导卷条杆（530），所述偏转舵机（510）固定安装于收卷控制架（100）的表面且输出端贯穿收卷控制架（100）的表面并与舵导向座（520）的表面固定连接，所述舵导向座（520）的表面开设有若干调配座孔（521），所述导卷条杆（530）的端部通过与调配座孔（521）的卡接固定于舵导向座（520）的表面。2.根据权利要求1所述的玻璃纤维数控智能化制毡生产线之收卷控制设备，其特征在于，所述编码器（210）的输出端电性连接有控制器，所述控制器为的单片机或plc控制器结构，所述控制器的内部设有用于控制伺服电机（450）的伺服控制模块，所述控制器的输出端与收卷机构（300）和伺服电机（450）的输入端电性连接。3.根据权利要求1所述的玻璃纤维数控智能化制毡生产线之收卷控制设备，其特征在于，所述传动辊组（110）包括入料导辊、传动辊和出料导辊，所述传动辊的数量为若干，其中一个所述传动辊与入料导辊的切线通过舵导向座（520）的圆心。4.根据权利要求1所述的玻璃纤维数控智能化制毡生产线之收卷控制设备，其特征在于，所述编码器（210）为转速传感器和圈数计量传感器结构，所述编码器（210）用于监测采集导辊（220）表面玻璃纤维的传动速度与旋转传动量，所述控制器内部设有用于根据编码器（210）计量的转速和圈数处理以及采集导辊（220）的直径得到已卷取长度的数据处理模块。5.根据权利要求1所述的玻璃纤维数控智能化制毡生产线之收卷控制设备，其特征在于，所述抵接辊（431）和补偿辊（440）的表面固定套接有橡胶辊套，所述抵接辊（431）和补偿辊（440）表面的橡胶辊套过盈配合。6.根据权利要求1所述的玻璃纤维数控智能化制毡生产线之收卷控制设备，其特征在于，所述导卷条杆（530）的截面呈椭圆形，所述导卷条杆（530）的表面呈圆滑光面结构。7.玻璃纤维数控智能化制毡生产线之收卷控制工艺，使用上述权利要求1-6中所述的收卷控制设备，其特征在于，包括以下步骤：s1：计算卷径：根据编码器（210）采集的已卷取长度记为l和正在生产玻璃纤维毡的厚度记为d，通过公式，s=l*d，求得已卷取的截面积s，而已卷取的圆的截面积s也根据公式，圆的面积收卷辊的截面积=π*r
²
，两个截面积相等，所以l*d=π*r
²
，求得r=√l*d/π；s2：通过卷径计算收卷轴以及伺服电机（450）的给定转速n，根据公式v=n*πd/i，其中n
为伺服电机和伺服电机（450）的电机转速，i为实际减速比，d为收卷辊直径，d=2（d+r），v表示生产线的实际速度，求得n=v*i/π*d，得到电机的实时给定转速；s3：通过卷径计算补偿辊（440）的给定转矩t，根据公式t=f*r/i，其中f为操作人员预设的卷取张力，求得t=f*r/i，得到电机的实时给定转矩，通过控制器自动根据该计算公式随着收卷的卷径在逐渐增大伺服电机（450）转矩，对伺服电机（450）进行自动化调节即可保证收卷的张力恒定。

技术总结
本发明公开了玻璃纤维数控智能化制毡生产线之收卷控制工艺，包括：收卷控制架、编码器、收卷机构以及固定于收卷控制架内部的张力补偿机构和阻力给定机构，收卷控制架的顶面分别设有用于支撑编码器和收卷机构的采集架和收卷架，收卷控制架的内侧转动安装有若干传动辊组。本发明中，通过设置主动补偿控制结构，利用阻力给定机构预先为传到运动中的多功能玻璃纤维毡进行一定的阻力给定，保持玻璃纤维毡在设备内的稳定传导，并利用张力补偿机构的主动旋转运动为限定阻力运动的玻璃纤维毡进行主动输送动力补偿，从而主动调控收卷端的张力恒定，保持稳定收卷。保持稳定收卷。保持稳定收卷。


技术研发人员：张建明 姜信炜 言庆
受保护的技术使用者：南京天明复合材料有限公司
技术研发日：2021.12.13
技术公布日：2022/3/8