一种碳纤维展纤放卷系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及碳纤维材料预成型技术领域，尤其涉及一种碳纤维展纤放卷系统及其控制方法。

背景技术

碳纤维整经展纤生产过程中要求将若干碳纤维纱线从卷筒放卷导出，并经过展纤后将树脂撒在碳纤维展纤片上，然后进行加热，将树脂与碳纤维展纤片结合，使碳纤维展纤片定型。

在连续生产过程中，碳纤维纱线卷筒在放卷电机的驱动下连续放卷，随着时间的推移，放纱电机会产生较大的温升，从而影响其扭矩输出，不利于碳纤维纱线放卷过程中的张力控制。

发明内容

本发明提供了一种碳纤维展纤放卷系统及其控制方法，可有效解决背景技术中的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种碳纤维展纤放卷系统的控制方法，包括以下步骤：

启动放纱电机对套设于所述涨紧轴上的卷筒进行放卷，启动牵拉电机对放卷出的纱线进行牵拉输送；

通过传感器监测涨紧轴处放卷卷径，并根据设定张力值调节放纱电机扭矩；

采集放纱电机的温度变化量，并对放纱电机进行扭矩补偿。

进一步的，通过计算放纱电机温度变化前后的扭矩变化确认补偿扭矩，具体采用如下公式：

ΔM＝M

其中，ΔM表示补偿扭矩，M

进一步的，放纱电机在温度变化后的绕组阻值采用如下公式计算：

R

可得：

ΔM＝9550·U

其中，α表示温度系数，ΔT表示温度变化量。

进一步的，通过在放纱电机的集成电路板上增设热敏电阻，监测放纱电机的温度变化量；

对应热敏电阻设置采样电路，并根据热敏电阻所对应的温度T与电阻值R

进一步的，对应热敏电阻所设置的采样电路包括串联的第三电阻和第四电阻，并将热敏电阻配合第五电阻与第四电阻并联接入；

将电压表接入采样电路并监测第四电阻处的电压值，根据分压原理计算热敏电阻的电阻值，具体采用如下公式：

其中，R

进一步的，通过设置在放纱电机输出轴上的磁铁，并配合磁旋转编码器监测放纱电机的输出轴转速N，具体包括以下步骤：

将放纱电机输出轴每次起点作为原点，并记将输出轴旋转一圈细分为多个小格，输出轴转动一个小格后计数加1；

设一秒内电机转过原点m1圈，定时器计时为t1，剩下的半圈为m2小格，定时器计时每小格耗时t2；

N＝m1*t1+m2*t2；

其中，m1，m2通过磁旋转编码器读得数据，t1，t2通过嵌入式中央处理器运算得到。

一种碳纤维展纤放卷系统，采用上述控制方法，包括沿纱线输送方向依次设置的放卷纱架、集纱架和展纤收卷机构；

所述放卷纱架包括设置其上的多个涨紧轴，所述涨紧轴通过放纱电机驱动转动，对应所述涨紧轴的旋转轴心设置有传感器；

所述收卷机构包括牵拉辊，所述牵拉辊通过牵拉电机驱动转动。

进一步的，在所述气涨轴外圈设置有多个弹簧片，所述弹簧片沿所述气涨轴周向均匀布设，并沿其轴向设置有多组，且沿所述气涨轴轴向设置的相邻两组所述弹簧片错位布设。

本发明的有益效果为：

本发明提供了一种展纤机放纱电机高精度控制方法，在原有基础上增加了温度补偿功能，保证了纱线张力的高精度控制。

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中记载的一些实施例，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为本发明中碳纤维展纤放卷系统的布设示意图；

图2为本发明中碳纤维展纤放卷系统的俯视图；

图3为本发明中采样电路的结构示意图；

图4为本发明中涨紧轴上弹簧片布设示意图；

图5为本发明中热敏电阻温度T与电阻值R

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。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”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”、“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。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。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。

本发明公开了一种碳纤维展纤放卷系统的控制方法，包括以下步骤：

启动放纱电机对套设于涨紧轴上的卷筒进行放卷，启动牵拉电机对放卷出的纱线进行牵拉输送；通过传感器监测涨紧轴处放卷卷径，并根据设定张力值调节放纱电机扭矩；采集放纱电机的温度变化量，并对放纱电机进行扭矩补偿。

本发明提供了一种展纤机放纱电机高精度控制方法，在原有基础上增加了温度补偿功能，保证了纱线张力的高精度控制。

根据放纱电机功率与输出扭矩关系：

P＝M·N/9550＝U

可知如下扭矩计算公式：

M＝9550·P/N＝9550·U

通过计算放纱电机温度变化前后的扭矩变化确认补偿扭矩，具体采用如下公式：

ΔM＝M

其中，ΔM表示补偿扭矩，M

放纱电机在温度变化后的绕组阻值采用如下公式计算：

R

可得：

ΔM＝9550·U

其中，α表示温度系数，ΔT表示温度变化量。

通过在放纱电机的集成电路板上增设热敏电阻，监测放纱电机的温度变化量；

对应热敏电阻设置采样电路，并根据热敏电阻所对应的温度T与电阻值R

具体的，如图3所示为本实施例中采样电路示意图，其中并联电路的电阻通过如下公式计算：

R

进一步根据串联电路分压原理可知：

V

结合上述公式可知：

V

对应热敏电阻所设置的采样电路包括串联的第三电阻和第四电阻，并将热敏电阻配合第五电阻与第四电阻并联接入；

将电压表接入采样电路并监测第四电阻处的电压值，根据分压原理计算热敏电阻的电阻值，具体采用如下公式：

其中，R3、R4和R5分别表示第三电阻、第四电阻和第五电阻的固定阻值，V表示采样电路的输入电压，V0表示电压表所采集的电压值。

根据上述公式计算出温度变化前后的热敏电阻阻值，并参照图5所示的该热敏电阻温度T与电阻值RT的曲线图，得到温度变化前后的具体温度值，作差求出温度变化量ΔT。

通过磁旋转编码器检测放纱电机的输出轴转速N，具体的：

通过设置在放纱电机输出轴上的磁铁，并配合磁旋转编码器监测放纱电机的输出轴转速N，具体包括以下步骤：

将放纱电机输出轴每次起点作为原点，并记将输出轴旋转一圈细分为多个小格，输出轴转动一个小格后计数加1；

设一秒内电机转过原点m1圈，定时器计时为t1，剩下的半圈为m2小格，定时器计时每小格耗时t2；

N＝m1*t1+m2*t2；

其中，m1，m2通过磁旋转编码器读得数据，t1，t2通过嵌入式中央处理器运算得到。

最终将温度变化量ΔT带入公式：

ΔM＝9550·U

得到ΔM值，则得补偿后的力矩为M’＝M+ΔM。

放纱电机的放纱线速度与牵拉辊的线速度相同，在展纤放卷系统中纱线要求张力为F，并保持恒张力放纱，可以通过调节放纱电机的输出扭矩M与纱线放卷处的放卷卷径R保持恒张力放纱，放纱电机的输出扭矩：M＝FR。

在展纤机实际长时间生产中，展纤机牵拉辊上会逐渐积聚碳丝，会引起牵拉辊打滑现象，最终造成放纱电机的测速传感器数值偏差，输出张力异常。因此在控制程序里对卷径测算算法进行优化，具体的：

首先对采集到的实时卷径值进行判断，判断范围为±5％；建立一个数组长度为20的卷径数据数组，通过滑动平均算法得到一段时间内较为精准的卷径值；增加一个异常值计数变量，每当有数据被判定为异常数据，对该变量进行累加计数；当数据被正常采集入数组时，对异常值计数变量进行清零操作；当异常值计数变量累计到固定数值时，清除卷径数据数组的内存，重新填充卷径数据数组进行卷径计算

如图1和图2所示，本发明进一步公开了一种碳纤维展纤放卷系统，采用上述控制方法，包括沿纱线输送方向依次设置的放卷纱架1、集纱架2和展纤收卷机构3；放卷纱架1包括设置其上的多个涨紧轴4，涨紧轴4通过放纱电机驱动转动，对应涨紧轴4的旋转轴心设置有传感器；收卷机构包括牵拉辊，牵拉辊通过牵拉电机驱动转动。

考虑到碳纤维卷筒本身有比较大的重量，当安装在纱架的涨紧轴4上，纱筒会产生偏心，使得张力输出产生偏差。为了减小偏心带来的误差，保证控制精度，将固定纱筒的弹簧片41进行加粗，增大支撑力，减小偏心。弹簧片41进行排布优化，进行错位排布。

可参见图4所示，在气涨轴外圈设置有多个弹簧片41，弹簧片41沿气涨轴周向均匀布设，并沿其轴向设置有多组，且沿气涨轴轴向设置的相邻两组弹簧片41错位布设。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。