Устройство для размотки паковки стеклоровинга с постоянным натяжением

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗМОТКИ ПАКОВКИ СТЕКЛОРОВИНГА С ПОСТОЯННЫМ НАТЯЖЕНИЕМ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(72) Авторы Ставров Василий Петрович Наркевич Анна Леонидовна(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(57) Устройство для размотки паковки стеклоровинга с постоянным натяжением при изготовлении изделий из волокнистых композитов, содержащее вертикальную стойку с горизонтальной консолью, на которой с помощью гильзы закреплена цилиндрическая паковка с ровингом с возможностью вращения вокруг оси средства регулирования натяжения ровинга, включающие взаимодействующий с гильзой фрикционный тормоз с накладками и прижимной пружиной и шарнирно установленный двуплечий рычаг, ось которого параллельна оси паковки, а также направляющий элемент на выходе ровинга из устройства, отличающееся тем, что снабжено кронштейном и плоским диском причем один конец кронштейна закреплен на стойке с возможностью регулирования положения в вертикальной плоскости, а второй шарнирно связан с двуплечим рычагом плоский диск установлен на гильзе с паковкой перпендикулярно ее оси фрикционные накладки выполнены преимущественно в виде круглых шайб, взаимодействуют с диском через пружины с регулируемым усилием прижатия и установлены на конце двуплечего рычага направляющий элемент для пропускания ровинга выполнен в виде втулки, установленной на втором конце этого рычага рычаг в сборе с фрикционными накладками и направляющей втулкой уравновешен относительно оси шарнира и установлен таким образом, что в положении,соответствующем началу размотки паковки, центр направляющей втулки находится в касательной плоскости к поверхности паковки, проходящей через точку, определяющую конечное положение ровинга при изготовлении изделия, а соотношение плеч рычага задано 53792009.06.30 из условия, что центр фрикционной накладки лежит на продолжении образующей цилиндрической поверхности паковки, являющейся геометрическим местом точек этой поверхности и касательной к ней плоскости, проходящей через центр направляющей втулки и ось шарнира, связывающего двуплечий рычаг с кронштейном.(56) 1.8231431 1, МПК В 65 Н 77/00, 1984. 2.0458465 1, МПК В 77 Н 77/00, 1996. 3.202006009 1, МПК 02 11/02, 2007. 4.4014759 С 2, МПК В 65 Н 59/36, 1993. 5.4229256 С 2, МПК В 65 Н 59/36, 1993. 6.93053772 , МПК 65 77/00, 1995. 7.2162434 С 1, МПК 65 77/00, 2001. 8.2162435 1, МПК 65 77/00, 2001. 9.2171771 1, МПК 65 77/00, 2001. 10.2171772 1, МПК 65 77/00, 2001. 11. 9107510 1, МПК 29 53/36, 1991 (прототип). Полезная модель относится к средствам манипулирования гибкими элементами и может быть использована при производстве методами пултрузии или намотки изделий из композиционных материалов, армированных ровингом. Средства размотки бобин, шпулей или намотки на оправку нитей, ровинга, лент с постоянным натяжением используются в различных технологических процессах и отраслях техники. При производстве изделий из волокнистых композиционных материалов методами пултрузии или намотки получение однородной структуры и высокой прочности материала в изделии качественная пропитка наполнителя жидким связующим и условия формообразования изделия зависят от натяжения, поэтому задают фиксированное натяжение непрерывного волокнистого наполнителя. Из анализа уровня техники известны многочисленные технические решения, обеспечивающие постоянное и регулируемое натяжение нитей и иных гибких элементов, сматываемых с бобин, шпулей, из рулонов и т.п. или наматываемых на катушки, оправки и др. Известные устройства содержат механические, гидравлические, электромагнитные и иные средства регулирования натяжения. Так, устройство для поддержания постоянного усилия при сматывании гибкого протяженного материала с бобин, барабанов, шпулей и т.п. 1 содержит тормозную колодку,взаимодействующую с бобинодержателем, установленную на рычаге, на конце которого с возможностью перемещения в зависимости от сигнала датчика натяжения установлен гидроцилиндр, задающий регулируемое прижатие колодки. Для функционирования такого устройства необходимы датчик натяжения сматываемого материала, датчик давления в гидроцилиндре и средства его регулирования, а также средства регулируемого перемещения гидроцилиндра относительно рычага. Поэтому устройство имеет сложную конструкцию и высокую стоимость. Магнитное тормозное устройство для управления натяжением нитей, согласно патенту 2, содержит ярмо цилиндрической формы и обмотку возбуждения, связанные с пьезоэлектрическими датчиками натяжения нити. Привод устройства для намотки или размотки провода с катушек, согласно патенту на полезную модель 3, также содержит электромагнитные преобразователи натяжения и систему управления натяжением провода. Такие устройства, включающие специальные электрические и электронные средства измерения и задания натяжения нитей, имеют высокую стоимость. 2 53792009.06.30 Более простые по конструктивному исполнению и потому более дешевые устройства для размотки нитей и других гибких элементов содержат механические средства регулирования натяжения, включающие ролики, по которым обкатывается натянутый материал. Устройства для задания постоянного натяжения протягиваемой нити, согласно патентам 4 и 5 и патентной заявке 6, а также регуляторы натяжения гибкого элемента, сматываемого с барабана, защищенные патентами 7-10, содержат двуплечий рычаг с тормозной колодкой на одном конце и систему роликов, через которую проводят нити или иные гибкие элементы, на другом. Отклонение одного из роликов зависит от натяжения нити или гибкого элемента. Этот ролик связан с рычагом и тем самым создается усилие торможения, зависящее от натяжения гибкого элемента. Наиболее близкое по назначению и техническому исполнению устройство для размотки паковки ровинга с заданным постоянным (и регулируемым) натяжением при изготовлении изделий из волокнистых композитов методом намотки, согласно патенту 11,содержит вертикальную стойку с горизонтальной консолью, на которой с помощью гильзы закреплена паковка с ровингом с возможностью вращения вокруг оси, средства регулирования натяжения ровинга, включающие шарнирно установленный двуплечий рычаг,ось которого параллельна оси паковки, и фрикционный тормоз, взаимодействующий с гильзой, а также направляющие элементы на выходе ровинга из устройства. Двуплечий натяжной рычаг установлен с возможностью перемещения в направлении подачи ровинга и взаимодействует с пружиной, снабженной регулятором положения, а на другом его конце установлен по крайней мере один направляющий ролик, ось которого параллельна оси шарнира. На некотором удалении от натяжного рычага в направлении перемещения ровинга установлен уравновешивающий механизм, содержащий по крайней мере еще один отклоняющий ролик, закрепленный на опоре с возможностью смещения в направлении перемещения ровинга. Предусмотрено также применение двух пар отклоняющих и натяжных роликов, через которые последовательно проводится ровинг. Тормозной рычаг связан с натяжным рычагом с помощью троса. Направляющее устройство для вывода ровинга тоже может быть снабжено двумя парами роликов. Все ролики имеют возможность свободного вращения вокруг осей. Устройство имеет сложную конструкцию, поскольку для регулирования натяжения и вывода ровинга необходима целая система роликов, пружин и средств регулирования их положения. При прохождении ровинга через отклоняющие ролики неизбежны повреждения части волокон вследствие изгиба и неоднородного по сечению натяжения волокон, местного давления в точках контакта волокон между собой и с поверхностью отклоняющих роликов. Наиболее интенсивные повреждения наблюдаются при использовании стеклоровинга,содержащего жесткие и хрупкие стеклянные волокна диаметром 10 мкм и более. Из-за повреждения волокон снижается качество получаемого материала. Поврежденные волокна наматываются на вращающиеся ролики, тем самым нарушают регулировку натяжения и заданный режим прохождения ровинга. Очистка роликов требует остановки процесса, что негативно сказывается на его производительности, особенно при одновременном использовании в производстве изделий большого числа стеклоровингов, например, при пултрузии профильных изделий. Предлагаемое техническое решение направлено на упрощение конструкции устройства и снижение повреждений жестких и хрупких волокон при проведении ровинга через устройство. Для решения данной задачи устройство для размотки паковки ровинга с регулируемым натяжением при изготовлении изделий из волокнистых композитов, содержащее вертикальную стойку с горизонтальной консолью, на которой с помощью гильзы закреплена цилиндрическая паковка с ровингом с возможностью вращения вокруг оси средства регулирования натяжения ровинга, включающие взаимодействующий с гильзой фрикционный 3 53792009.06.30 тормоз с накладками и прижимной пружиной и шарнирно установленный двуплечий рычаг, ось которого параллельна оси паковки, а также направляющий элемент на выходе ровинга из устройства устройство снабжено кронштейном и плоским диском, один конец кронштейна закреплен на стойке с возможностью поворота относительно оси паковки и регулирования за счет этого положения в вертикальной плоскости шарнирно связанного с ним на втором конце оси двуплечего рычага, плоский диск установлен на гильзе с паковкой перпендикулярно ее оси фрикционные накладки выполнены преимущественно в виде круглых шайб, взаимодействуют с диском через пружины с регулируемым усилием прижатия и установлены на конце двуплечего рычага направляющий элемент для пропускания ровинга выполнен в виде втулки, установленной на втором конце этого рычага рычаг в сборе с фрикционными накладками и направляющей втулкой уравновешен относительно оси шарнира и установлен таким образом, что в положении, соответствующем началу размотки паковки, центр направляющей втулки находится в касательной плоскости к поверхности паковки, проходящей через точку, определяющую конечное положение ровинга при изготовлении изделия, а соотношение плеч рычага задано из условия, что центр фрикционной накладки лежит на продолжении образующей цилиндрической поверхности паковки, являющейся геометрическим местом точек этой поверхности и касательной к ней плоскости, проходящей через центр направляющей втулки и ось шарнира, связывающего двуплечий рычаг с кронштейном. Устройство предлагаемой конструкции не содержит роликов, отклоняющих ровинг,тем самым снижается возможность повреждений волокон при пропускании ровинга через это устройство. Ровинг, проходящий через устройство, касается только направляющего элемента, который выполнен в виде втулки. Следовательно, ровинг находится с ним в скользящем контакте, причем длина участка контакта может быть уменьшена за счет увеличения длины двуплечего рычага, на одном из концов которого установлена направляющая втулка. Тем самым исключаются указанные выше негативные последствия контакта разорванных волокон с вращающейся поверхностью. В то же время предлагаемая конструкция отвечает основной функции устройства поддержанию заданного постоянного натяжения ровинга. Это достигается за счет новых средств регулирования натяжения, а именно за счет применения кронштейна и диска, а также двуплечего рычага, на конце которого установлены фрикционные накладки, взаимодействующего с натянутым ровингом в точке контакта с направляющей втулкой таким образом, что точка контакта фрикционных накладок с диском отстоит от оси паковки на расстоянии радиуса паковки. Необходимое натяжение задается усилием поджатия фрикционной накладки к диску. Пружина, прижимающая накладку, компенсирует возможные отклонения усилия вследствие неровности поверхности диска. Поскольку сила трения задана прижимом накладки и потому поддерживается постоянной, неизменным остается и натяжение ровинга, сматываемого с паковки. Исходное положение кронштейна и двуплечего рычага устанавливают в зависимости от положения ровинга в технологическом процессе, а именно в зависимости от положения точки, определяющей конечное положение ровинга при изготовлении изделия. Применение двуплечего рычага, уравновешенного относительно оси шарнира, и подвижный (скользящий) фрикционный контакт с диском обеспечивают перемещение точки контакта даже при малых вертикальных усилиях, действующих на направляющую втулку со стороны ровинга при изменении положения. Поэтому заданное усилие поддерживается постоянным в течение всего процесса размотки ровинга и не зависит от текущего диаметра паковки. Конструкция проще известной и дешевле в изготовлении, таким образом обеспечивается достижение заявленного технического результата. 4 53792009.06.30 На фиг. 1 и 2 показана конструкция заявляемого устройства. Фиг. 1 - вид устройства слева, фиг. 2 - вид устройства сверху. На фиг. 1 индекспри обозначениях указывает на положение элементов в случае максимального (исходного) диаметра паковки,- в случае минимального (конечного) диаметра паковки. На вертикальной стойке 1 консольно с помощью опоры закреплены ось 3 и связанная с ней гильза 4, выполненная, в частности, в виде разжимного патрона. На гильзу 3 установлена паковка 5 с ровингом. На вертикальной стойке 1 закреплен также кронштейн 6. Он имеет возможность установки под различным углом к горизонтали. На другом конце этого кронштейна имеется шарнир 7, соединяющий кронштейн с двуплечим рычагом 8. Длину кронштейна 6, рычага 8 и его участков 8 и 8 задают с учетом длины и диаметра паковки и положения точки С - конечной точки перемещения ровинга, исходя из минимально допустимого отклонения ровинга (это отклонение на несколько порядков меньше, чем отклонение на роликах в известном устройстве). Если точка С отстоит от оси 3 на расстоянии более 10, где- исходный диаметр паковки, то проекции участков 8 и 8 на вертикальную плоскость, перпендикулярную оси 3, могут быть заданы равными. В противном случае на основе известных геометрических соотношений вводят поправку на соотношение длин проекций этих участков. В концевую часть изогнутого участка 8 двуплечего рычага 8 вставлена направляющая втулка 9 из твердого сплава, керамики или иного износостойкого материала. Внутренняя поверхность втулки, предназначенная для пропускания ровинга, выполнена криволинейной и гладкой. На другом конце двуплечего рычага 8 установлены фрикционные накладки 10, заключенные в обоймы, внутри которых располагаются прижимающие пружины (не показаны). Усилие прижима регулируется известным образом, например резьбовой втулкой или гайкой. Накладки взаимодействуют с тормозным диском 11, связанным с гильзой 4 и, соответственно, с паковкой 5. Накладки и обоймы с пружинами могут быть с двух сторон диска. Конец 8 рычага 8 выполнен в этом случае в виде вилки, как это и показано на чертеже. При размотке паковки 5 ровинг 12 пропускают через отверстие в направляющей втулке 8, т.е. через точку В. Устройство работает следующим образом. Паковку 5 с ровингом устанавливают на гильзу 4 и закрепляют известным способом,например с помощью разжимного патрона. Ровинг 12 протягивают через отверстие в направляющей втулке 9 до конечной точки С. Кронштейн 6 закрепляют на стойке 1 таким образом, чтобы центр отверстия (точка ) во втулке 9 лежал в плоскости, проходящей через точку С и касающейся наружной поверхности паковки (след ее показан штриховой линией ). При этом центр тормозной накладки 10 (точка ) должен находиться также на линии(при этом плоскость, проходящая через точку В и ось шарнира 7, касается поверхности паковки 5 и проходит через точку . Устанавливают усилие прижатия накладок 10 к диску 11, обеспечивающее требуемое натяжение ровинга, например, перемещая ровинг с прохождением точки С с заданной скоростью и измеряя его натяжение динамометром. В процессе размотки паковки ее диаметр уменьшается, при этом со стороны ровинга на направляющую втулку действует сила, стремящаяся сместить ее вниз по дуге . Поскольку двуплечий рычаг 8 уравновешен относительно оси шарнира 7, даже при малых значениях этой силы второй конец рычага перемещается по дугетак, что центр тормозной накладки постоянно находится на продолжении образующей цилиндрической поверхности паковки, являющейся геометрическим местом точек этой поверхности и касательной к ней плоскости, проходящей через центр направляющей втулки 9 и ось шарнира 7, связывающего двуплечий рычаг 8 с кронштейном 6, вплоть до конечного положения, показанного штриховой линией . Ввиду отсутствия системы роликов, пружин, направляющих и регулирующих элементов предлагаемая конструкция намного проще известной. Отсутствие многократного из 5 53792009.06.30 гиба ровинга на отклоняющих роликах способствует снижению повреждаемости волокон при прохождении через устройство. Даже в случае, когда в исходном ровинге имеются разрушенные волокна, они беспрепятственно проходят через направляющую втулку, не вызывая дальнейших повреждений и необходимости остановки процесса. Эффективность изложенного технического решения подтверждена результатами эксплуатации шпулярника для 8 паковок со стеклоровингом с диаметром волокон от 10 до 24 мкм и с линейной плотностью 2400 и 5000 текс, оснащенного устройствами для размотки предлагаемой конструкции. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6