柔性陽極電纜同軸包裹碳粉的布料傳送及成型

張有良， 李麗閣， 王劍鋒， 白冰玉

（輕工業(yè)西安機(jī)械設(shè)計(jì)研究院，陜西西安710086）

柔性陽極電纜同軸包裹碳粉的布料傳送及成型

張有良， 李麗閣， 王劍鋒， 白冰玉

（輕工業(yè)西安機(jī)械設(shè)計(jì)研究院，陜西西安710086）

介紹了柔性陽極電纜設(shè)備和布料牽引與包裹機(jī)構(gòu)的組成，闡明了布料牽引與成型機(jī)構(gòu)在該設(shè)備的主要作用。布料預(yù)牽引與儲存機(jī)構(gòu)的組成和作用以及與恒張力儲存關(guān)系的論述，解釋了如何釋放布料復(fù)卷過程產(chǎn)生的應(yīng)力以及布料在進(jìn)入成型器過程中的張力穩(wěn)定。采用圓形翻領(lǐng)成型器，有效解決了布料連續(xù)包裹成型工藝。

電纜；包裹機(jī)；碳粉；同步輸送；恒張力

0 引 言

柔性陽極電纜又名聚合物型電纜陽極，主要用于埋地管道和儲罐底部的陰極保護(hù)。為了防止埋地舊管道防腐層嚴(yán)重老化，陰極保護(hù)電流顯著增大，柔性陽極的應(yīng)用克服了老舊管道陰極保護(hù)的難題，而且還解決了一些傳統(tǒng)陰極保護(hù)技術(shù)的難點(diǎn)，如對外部結(jié)構(gòu)物的干擾、高電阻率環(huán)境介質(zhì)中實(shí)施陰極保護(hù)、儲罐底部的陰極保護(hù)電流分布等問題。全自動柔性陽極電纜生產(chǎn)線是典型的光機(jī)電一體化智能設(shè)備，是多項(xiàng)現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)的集成與創(chuàng)新，其中，布料傳送與成型系統(tǒng)是柔性陽極電纜包裹碳粉設(shè)備的重要部分和創(chuàng)新點(diǎn)之一［1］。

1 柔性陽極電纜生產(chǎn)設(shè)備

1.1 概述

柔性陽極電纜生產(chǎn)設(shè)備，主要由布料輸送與成型、電纜牽引、碳粉供給等三大系統(tǒng)組成。這三大系統(tǒng)采用先進(jìn)的多軸伺服同步控制技術(shù)，以布料牽引與成型伺服驅(qū)動為主驅(qū)動，電纜牽引驅(qū)動伺服電機(jī)、碳粉供給驅(qū)動伺服電機(jī)為從動電機(jī)，創(chuàng)建了相應(yīng)的運(yùn)動同步數(shù)學(xué)模型，采用曲線同步，替代傳統(tǒng)的線性同步，以多個(gè)現(xiàn)場總線來提高控制精度。機(jī)械結(jié)構(gòu)方面，集成了高精度螺旋輸料技術(shù)、圓形翻領(lǐng)成型、電纜的同心同步輸送、電纜與布料的應(yīng)力釋放等技術(shù)，縮短了我國柔性陽極電纜制造設(shè)備與國外先進(jìn)水平的差距［2］。

1.2 控制方案

全自動柔性陽極電纜生產(chǎn)設(shè)備的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，如圖1所示。從圖1可知，可編程控制器G1與人機(jī)界面G2通過Modbus總線連接進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和操作，伺服電機(jī) M1（成型牽引）、M2（碳粉供給）、M3（電纜牽引）對應(yīng)伺服驅(qū)動控制器A1、A2、A3通過CANopen總線與G1連接，伺服電機(jī)M1為主軸驅(qū)動，M2、M3為從動電機(jī)，按照規(guī)定的數(shù)學(xué)模型曲線進(jìn)行同步。電機(jī)M4（布料的預(yù)牽引）、M5（電纜的預(yù)牽引）對應(yīng)變頻器A4、A5通過CANopen總線與G1連接，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置與控制，DI、DO連接檢測與執(zhí)行元件等組成控制系統(tǒng)。

圖1 控制方案方框圖

2 布料輸送與包裹成型簡介

2.1 布料輸送及包裹成型的組成與作用

布料輸送與包裹成型系統(tǒng)如圖2所示。布卷安裝部件、布料成型導(dǎo)出部件、布料成型牽引部件、布料預(yù)牽引儲存機(jī)構(gòu)、布料自動糾偏部件等完成布料的輸送功能。通過布料翻領(lǐng)成型部件將布料卷成筒狀，把電纜盒碳粉同軸包裹，形成陽極柔性電纜。

圖2 布料成型牽引系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡圖

2.2 布料輸送與包裹成型的工藝

在布料輸送與包裹成型的過程中，布料成卷安裝在布料安裝架上。通過導(dǎo)出與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)將布料導(dǎo)入布料預(yù)儲存機(jī)構(gòu)，對布料應(yīng)力進(jìn)行釋放，形成相對穩(wěn)定的恒張力。通過布料自動糾偏與輸送機(jī)構(gòu)，輸送到翻領(lǐng)成型器，通過翻領(lǐng)成型器形成筒狀。

3 布料預(yù)牽引與儲存機(jī)構(gòu)

布料預(yù)牽引供給機(jī)構(gòu)是該設(shè)備的主要機(jī)構(gòu)之一。布料在紡織廠裁料復(fù)卷的過程中，布料產(chǎn)生了應(yīng)力。在翻領(lǐng)成型之前要進(jìn)行應(yīng)力的釋放，形成一個(gè)相對穩(wěn)定的恒張力，確保布料在成型過程中不跑偏，成型狀態(tài)良好。

3.1 布料預(yù)牽引與儲存機(jī)構(gòu)的組成

圖3是布料預(yù)牽引與儲存機(jī)構(gòu)的主要組成示意圖。驅(qū)動電機(jī)、手動撬桿、被動輪、驅(qū)動輪組成布料預(yù)牽引與布料儲存的牽引傳動機(jī)構(gòu)，通過檢測開關(guān)控制儲存電機(jī)啟停；導(dǎo)向輥支架、固定導(dǎo)向輥、機(jī)架總成、移動架、擺桿轉(zhuǎn)軸組成布料的預(yù)儲存機(jī)構(gòu)，使布料消除應(yīng)力，產(chǎn)生恒張力。

圖3 布料預(yù)牽引機(jī)構(gòu)與布料預(yù)儲存走向示意圖

布料儲存狀態(tài)檢測機(jī)構(gòu)檢測布料的儲存狀態(tài)，控制驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行預(yù)牽引布料，布料通過導(dǎo)向輥輪與其它導(dǎo)向輪將布料沿著規(guī)定的軌跡輸送，移動架的擺動量在規(guī)定的范圍內(nèi)（α），保證了布料在儲存、展開的過程中應(yīng)力消除，產(chǎn)生相對的恒張力，使布料成型過程中成型均勻、速度恒定。

如圖3所示，布從布卷導(dǎo)出后，經(jīng)過了數(shù)個(gè)導(dǎo)向輥進(jìn)入預(yù)牽引機(jī)構(gòu)。在預(yù)牽引機(jī)構(gòu)內(nèi)，布料多次往復(fù)導(dǎo)向，將應(yīng)力釋放，使預(yù)牽引機(jī)構(gòu)的出口處布料的張力恒定。

3.2 檢測與實(shí)驗(yàn)方法

利用張力測定儀，測得的張力應(yīng)在允許的范圍內(nèi)，或者觀察布料傳送的穩(wěn)定性，來調(diào)整移動架的擺動范圍。安裝好檢測凸輪和檢測開關(guān)，使預(yù)牽引儲膜區(qū)域內(nèi)膜的張力基本達(dá)到相對的恒張力，保證布料的成型效果和成型速度的精確。

3.3 布料預(yù)牽引與儲存的控制方案

圖4 布料預(yù)牽引機(jī)構(gòu)電氣凸輪與檢測開關(guān)安裝示意圖

如圖4所示，擺桿轉(zhuǎn)軸上安裝2個(gè)電氣凸輪，相差角度α（擺桿擺動角度），下方安裝2個(gè)檢測開關(guān)SB1和SB2。當(dāng)擺桿在初始位時(shí)，接近開關(guān)SB1檢測到電氣凸輪1的信號，控制驅(qū)動電機(jī)M4停止運(yùn)行。隨著布料成型不斷牽引布料，擺桿慢慢上移，擺動角度超過α?xí)r，接近開關(guān)SB2檢測到電氣凸輪2的信號，控制驅(qū)動電機(jī)M4運(yùn)行，在重力作用下，擺桿下移，接近開關(guān)SB1檢測到電氣凸輪1的信號，控制驅(qū)動電機(jī)M4停止運(yùn)行，設(shè)備正常運(yùn)行下，預(yù)牽引機(jī)構(gòu)不斷地往復(fù)上述動作，達(dá)到預(yù)存儲和消除布料應(yīng)力的效果，保證設(shè)備正常運(yùn)行。

4 圓形翻領(lǐng)布料成型包裹機(jī)構(gòu)

成型包裹機(jī)構(gòu)主要由圓形翻領(lǐng)成型器、布料成型牽引機(jī)構(gòu)和噴膠粘合機(jī)構(gòu)組成。

4.1 圓形翻領(lǐng)成型器組成

圓形翻領(lǐng)布料成型包裹廣泛應(yīng)用于小顆粒、粉末枕形立式包裝機(jī)，技術(shù)成熟。如圖5所示，上下安裝板通過連接桿連接組成翻領(lǐng)成型器的安裝支架，翻領(lǐng)成型器通過翻盤固定在下安裝板上，下料管垂直固定在上安裝板上，布料穿過下料管，通過翻領(lǐng)成型器將布料包裹在下料管上，完成包裹的成型。

圖5 圓領(lǐng)成型器機(jī)構(gòu)示意圖

碳粉和電纜通過下料管進(jìn)入，布料通過圓形翻領(lǐng)成型器成型，涂膠封合，形成電纜與碳粉同心的特種電纜，經(jīng)過電纜編織機(jī)編織保護(hù)套，生產(chǎn)出成品。

4.2 涂膠與壓合對成型速度的影響

大多數(shù)熱熔膠的開放時(shí)間在10 s之內(nèi)有效，為達(dá)到良好的粘合效果，經(jīng)多次試驗(yàn)，認(rèn)為控制在6～10 s比較理想。時(shí)間過長，溶膠凝固，開放時(shí)間過短，熱熔膠的粘合效果較差。涂膠點(diǎn)與壓合點(diǎn)的距離為192 mm，如圖5所示，最佳成型速度為1.15～1.92 m/min，可以保證封合比較理想。

4.3 布料的成型牽引機(jī)構(gòu)

布料的成型牽引機(jī)構(gòu)組成如圖6所示。伺服電機(jī)與減速機(jī)、導(dǎo)向輪和雙面齒形同步帶組成驅(qū)動傳送，完成牽引皮帶的相向運(yùn)動。皮帶間距調(diào)整1、皮帶間距調(diào)整3和皮帶間距調(diào)整2調(diào)整皮帶的加緊度，皮帶張緊機(jī)構(gòu)調(diào)整驅(qū)動皮帶的松緊度。從圖6可以看出，成型下料管設(shè)計(jì)的比較短，布料的成型牽引皮帶在牽引成型的布料的同時(shí)，皮帶大部分牽引已經(jīng)灌滿碳粉并噴膠封合的部分，保障成型陽極電纜穩(wěn)定輸出，減少陽極電纜成型過程中打皺、破損，減少殘次品。

圖6 成型牽引機(jī)構(gòu)示意圖

驅(qū)動傳送采用伺服電機(jī)驅(qū)動，控制系統(tǒng)把布料成型牽引伺服電機(jī)定義主驅(qū)動，電纜牽引伺服電機(jī)、碳粉下料伺服電機(jī)作為從動同步控制。

5 結(jié)束語

柔性陽極電纜是一種新型材料，它的生產(chǎn)工藝涉及的技術(shù)比較多，集成了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。針對布料與包裝膜特性的差異，我們設(shè)計(jì)了布料的應(yīng)力釋放和恒張力機(jī)構(gòu)，將恒張力機(jī)構(gòu)和智能放布料供給有機(jī)結(jié)合，提高了布料供給系統(tǒng)的可靠性和布料成型的效果。研究柔性陽極電纜生產(chǎn)設(shè)備的布料輸送系統(tǒng)，對于研制特種電纜的其它設(shè)備有借鑒作用，對提高我國電纜制造水平有一定的意義。

［1］ 張有良，李存良，秦 濤，等.陽極柔性電纜生產(chǎn)工藝的研究［J］.電線電纜，2012（3）：23-26.

［2］ 張有良，張國安，秦 濤，等.陽極柔性電纜生產(chǎn)設(shè)備的電纜輸送系統(tǒng)［J］.電線電纜，2013（4）：41-46.

［3］ 張有良，王 茹，張國安，等.提高熱縮膜包裝機(jī)送膜速度的研究［J］.包裝與食品機(jī)械，2011，29（5）：21-24.

Form ing and Fabric Transfer Flexible Anode Cable Coaxial Package Toner Technology

ZHANG You-liang，LILi-ge，WANG Jian-fen，BAIBing-yu
（Light Industry Xian Machinery&Design Research Institute，Xi'an 710086，China）

According to introducing the composition of the flexible anode cable equipment and material traction and themechanism of the package process，itwas expounded themain function of the equipment about thematerial traction and forming in the device.According to discussing the composition and function about the constant tension and the stored mechanism，and the stored relation with the fabric pro traction，itwould be solved effectively the release of stress produced in the process of the cloth rewinder.By the circular lapel shaper it was solved effectively the cloth wrapped forming process of the continuous.

cable；wrappingmachine；toner；synchronous transmission；constant tension

TM249.9

A

1672-6901（2014）05-0042-03

2014-01-07

陜西省重大科技創(chuàng)新項(xiàng)目（2011zkc02-2），西安市2012年科技計(jì)劃項(xiàng)目（CX1232）.

張有良（1962-），男，教授級高級工程師.

作者地址：陜西西安市阿房四路6號［710086］.