АВТОМАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВКИ ПРОЦЕНТНОГО СОДЕРЖАНИЯ СВЯЗУЮЩЕГО ВЕЩЕСТВА В ДВИЖУЩЕЙСЯ ЛЕНТЕ ИЗ ЖГУТОВ ОРГАНИЧЕСКИХ, УГЛЕРОДНЫХ И СТЕКЛЯННЫХ ВОЛОКОН

Полезная модель относится к устройствам для автоматического управления процессом пропитки связующим веществом движущейся ленты из жгутов органических, углеродных и стеклянных волокон при производстве изделий из композитных материалов методом намотки.
Для получения высокопрочных оболочек из композиционных материалов важным условием является обеспечение заданного соотношения армирующих волокон и полимерного связующего вещества. Регулировать это количественное соотношение возможно только на стадии пропитки армирующего наполнителя с учетом обеспечения заданного натяжения ленты из жгутов при прохождении формирующего тракта и нанесении на вращаемую оправку в зависимости от режимов намотки, вязкости и температурного состояния полимерного связующего вещества, а также в зависимости от режимов термоотверждения.
Известно устройство для пропитки связующим волокнистого материала (волокна синтетические, углеродные, стеклянные, базальтовые и др.). При этом в ванне со связующим веществом помещен валок, частично погруженный в связующее. При вращении валка часть связующего переносится в зону контакта с волокнистым материалом, связующее пропитывает волокнистый материал, а затем проходит через отжимное устройство, состоящее из двух элементов. Нижний элемент выполнен в виде вертикальных съемных пластин, смонтированных на неподвижной опоре с зазором одна относительно другой, а верхний подвижный элемент выполнен в виде плиты со съемным эластичным покрытием и размещенным на стороне, обращенной к материалу, и соединен с приводом посредством демпфера. Отжимное устройство удаляет избыток связующего с волокнистого материала (Патент SU №753953 МПК7, 1978 г.).
Известно также устройство для пропитки связующим веществом волокнистого материала. При этом в ванне со связующим веществом помещен валок, частично погруженный в связующее. При вращении валка часть связующего переносится в зону контакта с волокнистым материалом, связующее пропитывает волокнистый материал, а затем переходит через отжимное устройство, состоящее из двух элементов. Верхний отжимной элемент выполнен в виде поворотного кулачка, а нижний элемент имеет нагреватель для повышения качества пропитки, расположенный на неподвижной опоре, перед вертикальными пластинами по ходу перемещения материала (Патент SU №896116, 1982 г.).
Наиболее близким техническим решением является узел в технологической линии для изготовления композиционной арматуры, состоящий из пропиточного и отжимного устройства, позволяющего наносить равномерный слой связующего на ровинг (жгут, состоящий из волокон, нескрученных между собой).
Пропиточное устройство содержит пропиточную ванну, барабан, обтекатель (нож), отжимное устройство. Пропитка осуществляется следующим образом. Ровинг (жгут, состоящий из волокон, нескрученных между собой) контактирует с наружной поверхностью барабана пропиточного устройства. Барабан частично помещен в пропиточную ванну со связующим. Ровинг огибает барабан по касательной, за счет сил трения заставляет барабан вращаться вокруг своей оси, нанося слой связующего на поверхность барабана. Ровинг пропитывается связующим так, что на нем остаются излишки связующего и пены. На ровинг сверху устанавливается обтекатель (нож), который за счет некоторого прижатия к барабану создает на ровинге равномерную по толщине пленку из связующего, снимая при этом воздушные пузырьки и излишки связующего. Под пропиточной ванной расположен саморегулирующий нагреватель, который поддерживает постоянную температуру связующего согласно технологической карте. Далее ровинг проходит через гребенку и отжимные валики отжимного устройства (Патент RU 2468161 С1, 06.06.2011 г.).
Вышеперечисленные системы регулировки процентного содержания «наполнитель-связующее» имеют существенные недостатки. Так, отжимные устройства и обтекатель (нож) травмируют ленту из жгутов (волокнистого материала, ровинга), то есть при движении ленты из жгутов происходит разрыв отдельных волокон, которые в процессе отжима излишков связующего выдавливаются из жгута. Отжимные устройства увеличивают расход связующего вещества и сложны в эксплуатации. Регулировка соотношения «наполнитель-связующее» осуществляется за счет взаимного прижима (ножей, пластин, валков) перед процессом намотки, что не позволяет с большой точностью осуществлять регулировку процентного содержания связующего в движущейся ленте из жгутов в процессе намотки.
Технической задачей является создание автоматического устройства регулировки процентного содержания связующего вещества в движущейся ленте из жгутов органических, углеродных и стеклянных волокон не травмирующие ленту из жгутов. Экономия связующего вещества и уменьшение размеров лентопроводного тракта за счет исключения из него отжимного устройства.
Техническим результатом от использования полезной модели является повышение точности регулировки процентного соотношения «наполнитель-связующее» в движущейся ленте из жгутов органических, углеродных и стеклянных волокон. Экономия связующего вещества и уменьшение размеров лентопроводного тракта за счет исключения из него отжимного устройства.
Технический результат достигаются следующим образом. На пропиточную ванну со связующим веществом, снабженную подогревом и закрепленным в ней пропиточным барабаном, частично погруженного в связующее вещество, крепится электромеханический привод с ножом регулировки наноса связующего на барабан перед зоной пропитки. Величина зазора «нож-барабан» контролируется индуктивными первичными преобразователями. Управление электромеханическим приводом ножа регулировки наноса связующего на пропиточный барабан осуществляется от устройства для непрерывного ультразвукового контроля процентного содержания связующего вещества в движущейся ленте из жгутов органических, углеродных и стеклянных волокон, состоящее из трех узлов измерения скорости ультразвуковых колебаний, расположенными в лентопроводном тракте: перед пропиточным узлом для определения скорости ультразвуковых колебаний в ленте из жгутов без содержания связующего вещества, после пропиточного узла для определения скорости ультразвуковых колебаний в ленте из жгутов пропитанной связующим веществом, и в пропиточном узле для определения скорости ультразвуковых колебаний в связующем веществе. Все измерения скорости проводятся при рабочей температуре процесса пропитки передаются в персональный компьютер, где процентное содержание связующего вещества рассчитывается по формуле специальной программой
где: Y - процентное содержание связующего вещества в ленте из жгута;
С - скорость ультразвуковых колебаний в пропитанной связующим веществом ленте из жгутов;
1
С - скорость ультразвуковых колебаний в ленте из жгутов;
2
С - скорость ультразвуковых колебаний в связующем веществе.
(Патент на П.М. №144571 от 08.04.2014 г.).
В ходе пропитки лента из жгутов огибает верхнюю часть пропиточного барабана, находящуюся над пропиточной ванной, при этом она не контактирует с ножом для регулировки наноса связующего на барабан.
Регулировка процентного содержания связующего вещества в движущейся ленте из жгутов органических, углеродных и стеклянных волокон осуществляется за счет автоматического изменения зазора «нож-барабан» электромеханическим приводом ножа регулировки наноса связующего вещества на барабан управляемым сигналом от устройства непрерывного ультразвукового контроля процентного содержания связующего вещества в движущейся ленте из жгутов органических, углеродных и стеклянных волокон. Зазор «нож-барабан» контролируется индуктивными первичными преобразователями, расположенными на краях ножа.
Это техническое решение позволяет повысить точность регулировки соотношения «наполнитель-связующее» в движущейся ленте из жгутов органических, углеродных и стеклянных волокон и, как следствие, повышает качество и прочность изделий, производимых методом намотки, а также позволяет сократить длину лентопроводного тракта за счет исключения из него отжимного устройства.
Отличительными особенностями устройства являются признаки:
- электромеханический привод ножа регулировки наноса связующего вещества на барабан с индуктивными первичными преобразователями для измерения зазора «нож-барабан»;
- управление электромеханическим приводом ножа регулировки наноса связующего вещества на барабан осуществляется устройством для непрерывного ультразвукового контроля процентного содержания связующего вещества в движущейся ленте из жгутов органических, углеродных и стеклянных волокон;
- сокращение размеров лентопроводного тракта за счет исключения из него отжимного устройства;
- экономия связующего вещества за счет устранения избыточного наноса связующего с последующим удалением излишков отжимным устройством.
Указанные отличительные особенности устройства являются существенными признаками, так как каждый из них в отдельности и совместно направлен соответственно на решение поставленной задачи и достижения нового технического решения.
Отличительные существенные признаки устройства являются новыми, так как их использование в известном уровне техники не обнаружено, что позволяет характеризовать предложенное техническое решение соответствующими критерию «новизна».
Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными существенными признаками позволяет решить поставленную задачу и достичь нового технического результата в повышении точности регулировки процентного содержания связующего вещества в движущейся ленте из жгутов, что характеризует предложенные технические решения существенными отличиями от известного уровня техники, аналогов и прототипа. Новые технические решения являются результатом научно-исследовательской работы и экспериментальных исследований без использования стандартов или рекомендаций в данной области техники, получены творческим путем, соответствуют критерию «изобретательский уровень».
Устройство работает следующим образом.
В ходе пропитки связующим веществом лента из жгутов органических, углеродных и стеклянных волокон огибает верхнюю часть пропиточного барабана, находящуюся над пропиточной ванной со связующим веществом, снабженную подогревом до температуры 50÷70°С в зависимости от технологического процесса. Пропиточный барабан частично погружен в связующее вещество, при вращении которого часть связующего вещества налипает на пропиточный барабан.
Регулировка процентного содержания связующего вещества в движущейся ленте из жгутов органических, углеродных и стеклянных волокон в пределах 20÷60% осуществляется за счет контролируемого изменения зазора «нож-барабана» управляемым электромеханическим приводом регулировки наноса связующего вещества на пропиточный барабан. Зазор «нож-барабан» контролируется индуктивными первичными преобразователями. Управление электромеханическим приводом ножа регулировки наноса связующего вещества на пропиточный барабан осуществляется устройством непрерывного ультразвукового контроля процентного содержания связующего вещества в движущейся ленте из жгутов органических, углеродных и стеклянных волокон, состоящее из трех узлов измерения скорости ультразвуковых колебаний, расположенными в лентопроводном тракте: перед пропиточным узлом для определения скорости ультразвуковых колебаний в ленте из жгутов без содержания связующего вещества, после пропиточного узла для определения скорости ультразвуковых колебаний в ленте из жгутов пропитанной связующим веществом, и в пропиточном узле для определения скорости ультразвуковых колебаний в связующем веществе. Все измерения скорости проводятся при рабочей температуре процесса пропитки передаются в персональный компьютер, где процентное содержание связующего вещества рассчитывается по формуле специальной программой
где: Y - процентное содержание связующего вещества в ленте из жгута;
С - скорость ультразвуковых колебаний в пропитанной связующим веществом ленте из жгутов;
1
C - скорость ультразвуковых колебаний в ленте из жгутов;
2
С - скорость ультразвуковых колебаний в связующем веществе.
(Патент на П.М. №144571 от 08.04.2014 г.).
Устройство органично встраивается в лентопроводной тракт намоточного станка, не вызывая дополнительных перегибов ленты. Диапазон регулирования процентного содержания связующего вещества в ленте - 20÷60%. Период регулировки составляет 10 мс и отвечает требованиям системы управления технологическими параметрами при максимальной скорости движения ленты в нитепроводном тракте станка 0,4 м/с. Погрешность измерения содержания связующего не превышает 2,5%.
Устройство предназначено для работы в составе системы управления технологическими параметрами процесса непрерывной намотки «мокрым» способом.
Разработанное устройство позволяет реализовать автоматические системы управления соотношением «наполнитель-связующее».