專利名稱：復合材料錐形電線桿纏繞機及纏繞方法
技術領域：
發明涉及一種用于纏繞錐形電線桿的復合材料錐形電線桿纏繞機及纏繞方法。
背景技術：
傳統的輸電桿塔普遍存在笨重、易腐爛、銹蝕或開裂、壽命不長的缺點，施工運輸和運行維護困難，容易出現各種安全隱患，隨著新材料技術及其制備工藝的發展，復合材料得到了快速發展，復合材料電線桿具有質量輕、耐腐蝕、強度高、壽命更長等優點，維護成本低且能夠承受極端的氣候條件，在輸配電線路、通訊線路、通訊塔等工程中可以很好地取代傳統的木桿、鋼筋混凝土桿和鐵塔。目前復合材料電線桿在輸電桿塔中已經得到應用，然而復合材料錐形電線桿加工工藝還存在許多關鍵的問題仍未解決，導致生產的錐形電線桿厚度不均勻、生產效率低。
發明內容
發明的目的是提供一種能夠提高復合材料錐形電線桿加工效率、制造的電線桿壁厚均勻，強度高的復合材料錐形電線桿纏繞機及纏繞方法。上述的目的通過以下的技術方案實現
一種復合材料錐形電線桿纏繞機，其組成包括主軸伺服電機，所述的主軸伺服電機通過減速器連接主軸，所述的主軸連接錐形管狀芯模，所述的錐形管狀芯模通過玻璃纖維浸漬樹脂連接導絲頭，所述的導絲頭連接具有伸臂機構的纏繞小車，所述的纏繞小車具有沿著小車軌道左右平移的車體，運動控制器Trio控制所述的主軸伺服電機。所述的復合材料錐形電線桿纏繞機，所述的小車軸Axisl連接伺服驅動器，所述的伺服驅動器連接伺服電機，所述的伺服電機連接減速器，所述的減速器連接所述的纏繞小車，所述的伸臂軸Axis2連接伺服驅動器，所述的伺服驅動器連接伺服電機，所述的伺服電機連接減速器，所述的減速器連接所述的伸臂機構，所述的導絲頭軸Axis3連接伺服驅動器，所述的伺服驅動器連接伺服電機，所述的伺服電機連接減速器，所述的減速器連接導絲頭。所述的復合材料錐形電線桿纏繞機，所述的控制器具有串行通訊口、電源模塊、I/ 0模塊、模擬量輸出模塊、編碼器輸入口。所述的復合材料錐形電線桿纏繞機，所述的控制器控制具有四個自由度的控制機構，所述的主軸與所述的纏繞小車與所述的伸臂機構與所述的導絲頭分別與所述的伺服電機連接，可以實現所述的主軸旋轉、所述的纏繞小車沿與所述的小車軌道左右平移、所述的伸臂機構沿與所述的主軸垂直方向前后平移、所述的導絲頭繞豎直方向旋轉。一種復合材料錐形電線桿的纏繞方法，由玻璃纖維浸漬樹脂復合材料制造的錐形管狀結構，以四軸纏繞機控制機構為加工設備，采用變纏繞角纏繞工藝將玻璃纖維浸漬樹脂纏繞在錐形管狀芯模表面實現等壁厚纏繞，內固化完畢后脫模形成錐形管狀結構電線桿。所述的復合材料錐形電線桿纏繞機，所述的運動控制器Trio包括主軸AxisO、小車軸Axisl、伸臂軸Axis2、導絲頭軸Axis3，所述的控制器Trio具有串行通訊口、電源模塊、I/O模塊、模擬量輸出模塊、編碼器輸入口，所述的主軸AxisO通過主軸伺服驅動器連接主軸伺服電機，所述的小車軸Axisl通過伺服驅動器、伺服電機、減速器連接所述的纏繞小車，所述的伸臂軸Axis2通過伺服驅動器、伺服電機、減速器連接所述的纏繞小車，所述的導絲頭軸Axis3通過伺服驅動器、伺服電機、減速器連接導絲頭。所述的復合材料錐形電線桿的纏繞方法，所述的變纏繞角纏繞工藝，錐形管狀等厚纏繞的條件為:r>._a0 = d遍ad (1)，其中D為錐形管狀芯模大端直徑與管壁厚度之和、d
為錐形管狀芯模小端直徑與管壁厚度之和、《B， 為對應直徑處的纏繞角；
由錐形管狀幾何關系可知式=:^(1-(2)，其中&為錐形管狀芯模某i位置的直徑、L為芯模長度、Ii為i處長度；
Jji ρ λ ρ jy
由公式(1)和公式(2)得到i處纏繞角為(3),設芯模的轉速為η r/
min，當纏繞錐形管狀芯模時，i處纏繞小車的運動速度=(4)則為隨<變化而
變化的變量；纏繞小車根據公式(3)和公式(4)計算得到的速度K運動，四軸纏繞機控制機構就會纏繞出等壁厚的電線桿。所述的四軸纏繞機控制機構的控制方法，運動控制器Trio以發模擬量電壓的方式對主軸轉速進行閉環控制，6V電壓對應電機轉速為1500r/min，則模擬量電壓dac與主
軸轉速η r/min的關系為Ac== (5)，利用運動控制器Trio中電子齒輪指令Connect
1500
(k，o)將纏繞小車運動連接到主軸上，實現纏繞小車以速比λ跟隨主軸運動，由纏繞小車的運云力速度…=(4)和主軸轉速η r/min (5)得到參數k = 6 = =二二 ,參數
k是一個隨纏繞小車位置而變化的值，從而實現變齒輪控制，其中為主軸減速比， 含義為主軸轉1周對應編碼器的脈沖數，麵-哪為纏繞小車減速比，含義為纏繞小車走1 毫米對應的對應編碼器的脈沖數。同理利用Trio運動控制器中電子齒輪指令CONNECT (kl，1)將伸臂機構運動連接
到纏繞小車上，實現伸臂機構跟隨纏繞小車運動，參數~ =,其中為
伸臂機構減速比，含義為伸臂機構走1毫米對應的對應編碼器的脈沖數，馳ο—鄉為纏繞小車減速比，含義為纏繞小車走1毫米對應的對應編碼器的脈沖數。然后利用1Trio運動控制器中絕對位置指令M0VEABS 90 - a,) *ROio_Mad )實現導
Γ) ρqg^y
絲頭跟蹤纏繞小車旋轉保持紗寬不變，確保紗片搭接良好，其中 i處纏繞
角是隨纏繞小車的位置、變化而變化，臉-‘―為導絲頭減速比，含義為導絲頭旋轉Γ 對應編碼器的脈沖數。在纏繞過程中，在芯模兩端存在換向問題，可以通過速度匹配M0VELINK指令實現纏繞小車加速或減速^距離后速度匹配于主軸速度，已知兩端匹配長度分別為L 從A加速運動到B采用的指令為
速度匹配 M0VELINK (
權利要求
1.一種復合材料錐形電線桿纏繞機，其組成包括主軸伺服電機，其特征是所述的主軸伺服電機通過減速器連接主軸，所述的主軸連接錐形管狀芯模，所述的錐形管狀芯模通過玻璃纖維浸漬樹脂連接導絲頭，所述的導絲頭連接具有伸臂機構的纏繞小車，所述的纏繞小車具有沿著小車軌道左右平移的車體，運動控制器Tri0控制所述的主軸伺服電機，運動控制器Trio控制纏繞小車跟蹤主軸的單軸伺服運動、伸臂機構跟蹤纏繞小車的單軸伺服運動和導絲頭跟蹤纏繞小車的單軸伺服運動。
2.根據權利要求1所述的復合材料錐形電線桿纏繞機，其特征是所述的運動控制器 Trio包括主軸AxisO、小車軸Axisl、伸臂軸Axis2、導絲頭軸Axis3，所述的控制器Trio具有串行通訊口、電源模塊、I/O模塊、模擬量輸出模塊、編碼器輸入口，所述的主軸AxisO通過主軸伺服驅動器連接主軸伺服電機，所述的小車軸Axisl通過伺服驅動器、伺服電機、減速器連接所述的纏繞小車，所述的伸臂軸Axis2通過伺服驅動器、伺服電機、減速器連接所述的纏繞小車，所述的導絲頭軸Axis3通過伺服驅動器、伺服電機、減速器連接導絲頭。
3.根據權利要求2所述的復合材料錐形電線桿纏繞機，其特征是所述的小車軸Axisl 連接伺服驅動器，所述的伺服驅動器連接伺服電機，所述的伺服電機連接減速器，所述的減速器連接所述的纏繞小車，所述的伸臂軸Axis2連接伺服驅動器，所述的伺服驅動器連接伺服電機，所述的伺服電機連接減速器，所述的減速器連接所述的伸臂機構，所述的導絲頭軸Axis3連接伺服驅動器，所述的伺服驅動器連接伺服電機，所述的伺服電機連接減速器， 所述的減速器連接導絲頭。
4.根據權利要求1或2或3所述的復合材料錐形電線桿纏繞機，其特征是所述的控制器控制具有四個自由度的控制機構，所述的主軸與所述的纏繞小車與所述的伺服電機連接、所述的伸臂機構與所述的伺服電機連接，所述的導絲頭與所述的伺服電機連接，以實現所述的主軸旋轉、所述的纏繞小車沿與所述的小車軌道左右平移、所述的伸臂機構沿與所述的主軸垂直方向前后平移、所述的導絲頭繞豎直方向旋轉。
5.一種復合材料錐形電線桿的纏繞方法，其特征為由玻璃纖維浸漬樹脂復合材料制造的錐形管狀結構，以四軸纏繞機控制機構為加工設備，采用變纏繞角纏繞工藝將玻璃纖維浸漬樹脂纏繞在錐形管狀芯模表面實現等壁厚纏繞，內固化完畢后脫模形成錐形管狀結構電線桿。
6.根據權利要求5所述的復合材料錐形電線桿的纏繞方法，其特征是所述的變纏繞角纏繞工藝，錐形管狀等厚纏繞的條件為 Dxosaa = d.cosa, (1)，其中D為錐形管狀芯模大端直徑與管壁厚度之和、d為錐形管狀芯模小端直徑與管壁厚度之和 為對應直徑處的纏繞角；由錐形管狀幾何關系可知:
7.根據權利要求5或6所述的四軸纏繞機控制機構的控制方法，其特征是運動控制器Trio以發模擬量電壓的方式對主軸轉速進行閉環控制，6V電壓對應電機轉速為1500r/min，則模擬量電壓dac與主軸轉速η r/min的關系為
8.根據權利要求7所述的四軸纏繞機控制機構的控制方法，其特征是運動控制器 Trio以發模擬量電壓的方式對主軸轉速進行閉環控制，6V電壓對應電機轉速為1500r/min，則模擬量電壓dac與主軸轉速η r/min的關系為
9.根據權利要求5或6所述的四軸纏繞機控制機構的控制方法，其特征是運動控制器Trio以發模擬量電壓的方式對主軸轉速進行閉環控制，6V電壓對應電機轉速為1500r/min，則模擬量電壓dac與主軸轉速η r/min的關系為= (5)，利用運動控制器Trio中指令Connect (k，0)將纏繞小車運動連接到主軸上，實現纏繞小車以速比ft 跟隨主軸運動，由纏繞小車的運動速度6 = 3 (4)和主軸速度 Ρ^ (5)得到參數Ianai1500ft=60丄,—,賴猶別、輔籠靴隨，顏·變織翻，胃中IMo—mis為主軸減速比，含義為主軸轉1周對應編碼器的脈沖數， 輪—腳為纏繞小車減速比，含義為纏繞小車走1毫米對應的對應編碼器的脈沖數；同理利用Trio運動控制器中指令CONNECT (kl，1)將伸臂機構運動連接到纏繞小車上，實現伸臂機構跟隨纏繞小車運動，參數％ = tat^jto如—麵,其中為伸臂機構減速比，含義為伸臂機構走1毫米對應的對應編碼器的脈沖數，^o_€OT為纏繞小車減速比， 含義為纏繞小車走1毫米對應的對應編碼器的脈沖數；然后利用Trio運動控制器中指令M0VEABS (( - ,) ^firfo^)實現導絲頭跟蹤纏繞Ji m^t jv小車旋轉保持紗寬不變，確保紗片搭接良好，其中 =·。^^ i處纏繞角是隨纏繞小車的位置A變化而變化，腦O—為導絲頭減速比，含義為導絲頭旋轉1°對應編碼器的脈沖數；在纏繞過程中，在芯模兩端存在換向問題，通過M0VELINK指令實現纏繞小車加速或減速距離后速度匹配于主軸速度，已知兩端匹配長度分別為~ 從A加速運動到B采用的指令為M0VELINK Ci ,^^,^^，0，0)1I wDπ 從C減速運動到D采用的指令為 M0VELINK (ο,^^,Ο)￡ι παη .從D加速運動到C采用的指令為2L tan CCj 21 η tam 、 MOVELINK (r，±ii^fl，f^^l，0，0) 1I παπ 從B減速運動到A采用的指令為, 2L· tan α η 21 tan cc r. 、 MOVELINK (f， fl ^ D ,0, B ^ 0，0)jB πΩfiD運動控制器Trio以發模擬量電壓的方式對主軸轉速進行閉環控制，驅動主軸電機帶動芯模轉動，同時采用發脈沖的方式對纏繞小車、伸臂機構和導絲頭進行控制，并結合運動控制器Trio中CONNECT指令將纏繞小車與主軸通過電子齒輪聯接，使纏繞小車以變化的齒輪比跟蹤主軸的運動來實現變纏繞角的纏繞；CONNECT指令將伸臂機構與纏繞小車通過電子齒輪聯接和M0VEABS指令控制導絲頭跟蹤纏繞小車運動實現紗寬不變，最終通過主軸、 纏繞小車、伸臂機構和導絲頭四軸協調運動纏繞出變纏繞角等壁厚的錐形管狀電線桿。
全文摘要
復合材料錐形電線桿纏繞機及纏繞方法。傳統的輸電桿塔普遍存在笨重、易腐爛、銹蝕或開裂、壽命不長的缺點.本發明其組成包括主軸伺服電機(7)，所述的主軸伺服電機通過減速器(8)連接主軸(9)，所述的主軸連接錐形管狀芯模(10)，所述的錐形管狀芯模通過玻璃纖維浸漬樹脂(11)連接導絲頭(12)，所述的導絲頭連接具有伸臂機構(13)的纏繞小車(14)，所述的纏繞小車(15)具有沿著小車軌道(15)左右平移的車體，運動控制器Trio控制所述的主軸伺服電機。本發明用于纏繞電線桿。
文檔編號B29C53/80GK102529083SQ20111045876
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月31日 優先權日2011年12月31日
發明者喬明, 尤波, 張增超, 沈愛華, 許家忠 申請人:哈爾濱理工大學