ВЕРЕТЕНО
SPINDLE

Изобретение относится к узлам технологических комплексов для изготовления армированных изделий из полимерных композиционных материалов методами контурного плетения и может быть использовано для получения деталей оболочкового типа для изделий машиностроительной, авиационной, судостроительной, нефтегазовой и строительной промышленности.
Из уровня техники известны два вида конструкции веретен, отличающихся способом подтормаживания сматываемого материала: первый вид - с применением храпового механизма, второй - с применением фрикционных узлов. Оба этих вида разработаны более 100 лет назад, но продолжают совершенствоваться.
Одним из представителей веретен первого вида (с храповым механизмом) является веретено для плетельной машины, описанное в патенте РФ №2068897 D04C 3/18 1996 г. Веретено для плетельной машины содержит:
- основание с закрепленными на нем стойками и осью для катушки;
- фиксатор положения катушки, включающий два храповика, жестко связанных с катушкой, собачку и компенсатор натяжения нити, выполненный в виде подпружиненного ползуна с нитеводителем, установленным на стойках;
- двуплечий рычаг, одно плечо которого соединено с подпружиненным штоком, установленным на основании и несущим толкатель для взаимодействия со вторым храповиком;
- две тяги, одна из которых одним концом соединена с вторым плечом двуплечего рычага, а другим установлена на стойке ползуна и подпружинена (другая тяга одним концом связана с собачкой, другим также свободно установлена на стойке ползуна с возможностью взаимодействия с первой тягой).
Усилие натяжения жгута при храповом механизме торможения изменяется рывками в заданном диапазоне. Это приводит к нежелательным циклическим нагрузкам на жгут. Для открытия храпового механизма жгут делает нежелательный относительно резкий перегиб. В совокупности вышеуказанные недостатки веретен с храповым механизмом приводят к повреждению структуры углеродного жгута, что нежелательно при производстве композиционных материалов из высокомодульных волокон.
Характерным примером веретен второго вида (с фрикционными элементами) является натяжное устройство US 3682413 1972 г. Устройство для натяжения проволоки, ленты или подобного материала, который подается с катушки, содержит корпус со средствами для поддержки катушки относительно корпуса и фрикционный тормоз для воздействия на опорные средства. Фрикционный тормоз включает первый фрикционный элемент, поддерживаемый корпусом, с возможностью поворота относительно корпуса с опорными средствами. Второй фрикционный элемент установлен с возможностью вращения на корпусе и содержит средство ограничения вращения элемента до заданного угла по отношению к корпусу. Упругим элементом первый фрикционный элемент удерживается в контакте со вторым фрикционным элементом, а опорное средство катушки включает вал с возможностью вращения в корпусе, на который смонтированы первый и второй фрикционные элементы. Причем первый фрикционный элемент вращается с валом, а второй фрикционный элемент свободно вращается на валу.
Основными недостатками всех видов веретен с применением фрикционных элементов являются снижение натяжения нити при уменьшении диаметра схода жгута с бобины вследствие изменения плеча приложения крутящего момента, сложность точной настройки и стабильного поддержания одинакового натяжения жгутов в группе. Кроме того, большинство фрикционных систем торможения чувствительны к вибрациям, которые имеют место на веретенах в процессе плетения.
Наиболее близким решением по технической сути является веретено, содержащее вал, катушку, нитевод, торсионную пружину, электромагнитный тормоз, имеющий регулируемый тормозной момент для торможения вращения вала (патент US №7975591 В2, D04C 3/14, 2011 г.). К недостаткам этого устройства следует отнести большие габариты, наличие источника питания для электромагнитного тормоза, отсутствие контроля обрывов жгута.
Техническая задача настоящего изобретения состоит в создании устройства с небольшими габаритами, конструкция которого обеспечит заданное и минимально изменяемое в процессе работы натяжение жгутов без подключения электричества с одновременным обеспечением контроля обрыва жгута в процессе работы.
Технический результат заключается в обеспечении натяжения жгута в заданном диапазоне, уменьшении повреждений жгута при разматывании и обеспечении возможности контроля обрывов жгута.
Для достижения технического результата разработано веретено плетельного комплекса для изготовления сложноармированных изделий из композиционных материалов. Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами, где:
- на фиг. 1 изображено веретено, вид спереди;
- на фиг. 2 изображено веретено, в разрезе А-А;
- на фиг. 3 изображено веретено, диметрия;
- на фиг. 4 изображено веретено, в разрезе Б-Б.
Веретено для плетельного комплекса изготовления сложноармированных изделий из композиционных материалов включает корпус в сборе 1, катушку в сборе 2, стакан в сборе 3, ось в сборе 4, пружину уборки 5, корпус уборки 6, кольцо фрикционное 7, размещенное внутри катушки и выполняющее функцию фрикционного тормоза, гребенку 8, зафиксированную на катушке 2, пружину натяжителя 9, фиксатор 10, подшипники 11, упор 12 для остановки корпуса уборки в крайних положениях и служащий индикатором для датчика обрыва жгутов. Указанные узлы и детали расположены и взаимосвязаны между собой таким образом, что обеспечивают натяжение жгута в заданном диапазоне, уменьшение повреждений жгута при разматывании и сигнализацию обрывов жгута.
Принцип действия разработанного веретена следующий.
На катушку 2 предварительно наматывают жгут для плетения, после чего ее устанавливают на стакан 3, расположенный на корпусе 1 с осью 4. В начальный момент пружина натяжителя 9 прижимает фиксатор 10 к катушке 2. Катушка прижимает стакан 3 с установленным корпусом уборки 6 к корпусу 1. При натяжении жгута катушка 2 проворачивается за счет деформации пружины уборки 5 до касания упора 12 в корпус 1 в верхнем положении. Упор 12 закреплен на корпусе уборки 6 и вращается совместно с ним. Натяжение пружины уборки 5 должно быть 60…90% минимального рабочего натяжения жгута. Рабочее усилие натяжения нити регулируют усилием пружины натяжителя 9 за счет перемещения фиксатора 10 по гребенке 8. Изменение усилия натяжения пружины 9 изменяет усилие прижима катушки в сборе 2 к тормозу 7, изменяя усилие натяжения жгута. Упор 12 дополнительно служит индикатором для датчика обрыва жгута. При плетении упор 12 находится в верхнем положении. В случае обрыва жгута пружина уборки 5 возвращает корпус уборки 6 в исходное положение, что фиксируется датчиком обрыва, и процесс плетения останавливают.
Для снятия катушки 2 растягивают пружину натяжителя 9 и извлекают фиксатор 10. Катушка 2 с зафиксированной гребенкой 8 снимается со стакана 3. Стакан 3 остается на оси 4. Сборка осуществляется в обратном порядке.
Таким образом, данное веретено обеспечивает натяжение жгута в заданном диапазоне, позволяет уменьшить повреждения жгута при разматывании и дает возможность контролировать обрывы жгута, обеспечивает возможность быстрой смены катушек. Снижение натяжения нити при уменьшении диаметра схода жгута с бобины вследствие изменения плеча приложения крутящего момента минимизировано за счет увеличения диаметра катушки и незначительного изменения начального и конечного диаметров намотки нити на катушке.