1 前言
玻璃鋼是一種性能優(yōu)良的復(fù)合材料，具有重量輕、強(qiáng)度高、耐電、耐熱、耐腐蝕、可設(shè)計(jì)性和易于成型等特點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊，目前已在能源、煤炭、交通、石化、輕工、建筑、市政、環(huán)保及航空航天等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
纖維纏繞是玻璃鋼制品的重要成型工藝之一。它是將玻璃鋼增強(qiáng)材料——玻璃纖維，通過特定裝置浸上一定量的樹脂糊，然后依據(jù)特定的纏繞運(yùn)動(dòng)規(guī)律，將浸膠后的增強(qiáng)材料纏繞在旋轉(zhuǎn)著的芯模上，形成柔性玻璃鋼半成品，最后經(jīng)固化、修整等工序獲得玻璃鋼成品。纖維纏繞玻璃鋼制品主要有管道（包括方管、變徑管及錐管等）、貯罐（包括橢球頭、球頭、錐頭、平頭、球形貯罐）等。其制品規(guī)格覆蓋面大，制品直徑或當(dāng)量直徑可從幾毫米到十多米。
纖維纏繞玻璃鋼成型工藝所需設(shè)備主要有內(nèi)襯制作設(shè)備、纏繞機(jī)、固化設(shè)備、脫模設(shè)備及修整設(shè)備等。其中纏繞機(jī)是最重要的設(shè)備，它有多種類型，以制品規(guī)格分，可分為大、中、小、微型纏繞機(jī)；以結(jié)構(gòu)形式分，可分為臥式、立式、環(huán)繞式等；以控制水平來分，可分為機(jī)械式、液壓伺服式、微機(jī)控制式：以制品長(zhǎng)度分，可分為連續(xù)式和定長(zhǎng)式；以運(yùn)動(dòng)自由度分，可分為二、三、四、五、六軸纏繞機(jī)。
無論何種纏繞機(jī)都由動(dòng)力源、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)及輔助機(jī)構(gòu)組成，都具有相近的原理、相似的功能，即將增強(qiáng)材料以一定的纏繞規(guī)律纏繞到芯模上，形成玻璃鋼纏繞制品。纏繞規(guī)律的實(shí)現(xiàn)依靠設(shè)備的各種機(jī)構(gòu)，因此，每種機(jī)構(gòu)零件的精密性必然影響纏繞規(guī)律實(shí)現(xiàn)的準(zhǔn)確性，即影響纏繞精度。本文主要分析介紹提高纏繞精度的意義和影響纏繞精度的一些相關(guān)因素，以及纏繞設(shè)備設(shè)計(jì)與調(diào)試中
的一些具體經(jīng)驗(yàn)。
2纏繞精度的衡量指標(biāo)及意義
纏繞精度是指增強(qiáng)材料經(jīng)過纏繞設(shè)備纏繞在芯模上形成紗帶軌跡與計(jì)算預(yù)定的紗帶軌跡的吻合程度，其主要衡量指標(biāo)有兩個(gè)（如圖1所示）：
(2)計(jì)算纏繞角與實(shí)際纏繞角之差的絕對(duì)值。
一般的玻璃鋼纏繞制品（除需要一定子L隙的產(chǎn)品如過濾用產(chǎn)品外）要求紗帶能夠均勻地?zé)o間隙地以計(jì)算角度鋪在芯模表面，使產(chǎn)品上各點(diǎn)物理化學(xué)性能具有一致性，以最少的原材料滿足產(chǎn)品性能的要求，即以最低的成本生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品：但是由于設(shè)備的設(shè)計(jì)方案、制造精度、控制水平等因素的影響，預(yù)期產(chǎn)品與生產(chǎn)出的產(chǎn)品存在一定的偏差，從而使得產(chǎn)品性能在設(shè)計(jì)時(shí)不得不考慮較高的安全系數(shù)
來滿足產(chǎn)品使用要求。由此可見，提高纏繞精度有以下幾點(diǎn)意義：(1)節(jié)約原材料，降低能耗，縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率；(2)提高產(chǎn)品的綜合使用性能和外觀平整度；(3)增強(qiáng)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，擴(kuò)大市場(chǎng)的占有率，增大企業(yè)的利潤(rùn)率。
3 影響纏繞精度的設(shè)備因素及提高方法
纏繞設(shè)備不同結(jié)構(gòu)形式、不同控制方法對(duì)纏繞精度的影響因素各不相同，下面分機(jī)械式、液壓伺服式、微機(jī)控制式纏繞機(jī)三類加以說明。
3.1機(jī)械式纏繞機(jī)纏繞精度的影響因素及提高方法
機(jī)械式纏繞機(jī)基本原理如圖2所示，主要包括床頭、床身、小車、芯模、傳動(dòng)變向機(jī)構(gòu)、芯模尾座、芯模前座等部分，通過計(jì)算，選擇合理參數(shù)，調(diào)整速比，使小車往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度V和芯模轉(zhuǎn)速n合理匹配，使玻璃纖維按照一定的規(guī)律纏繞在芯模上形成玻璃鋼制品。在此類設(shè)備中小車往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度V和芯模轉(zhuǎn)速n的合理匹配是通過一系列的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的，這些傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括固定傳動(dòng)比機(jī)構(gòu)和可變傳動(dòng)比機(jī)構(gòu)（掛輪）兩部分，一般采用鏈條和齒輪傳動(dòng)。
(1)增大速比調(diào)整范圍，減小速比數(shù)值之差
由于齒輪、鏈條傳動(dòng)速比都具有間隔性，即有限整數(shù)齒數(shù)的積商不可能得出連續(xù)速比值，而進(jìn)行纏繞參數(shù)計(jì)算時(shí)需要的速比又不可能都是整數(shù)的積商，只能選用接近值，因此，希望速比的范圍越大越好，速比數(shù)值之差越小越好。要滿足以上要求，只能在機(jī)構(gòu)允許的范圍內(nèi)，增多可變傳動(dòng)比機(jī)構(gòu)的齒輪或鏈輪傳動(dòng)級(jí)數(shù)和掛輪數(shù)量，從而降低計(jì)算值和選用值之差，以提高精度。
(2)減小傳動(dòng)間隙，提高傳動(dòng)精度 纏繞機(jī)的一般傳動(dòng)機(jī)構(gòu)都是由齒輪及鏈條組成的。每個(gè)齒輪副或鏈輪副都有一定的運(yùn)動(dòng)間隙，一
整套的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)必然也存在一定的傳動(dòng)間隙（如圖3所示）。
由以上計(jì)算可知，傳動(dòng)比不變的情況下由于齒輪齒數(shù)不一樣，造成轉(zhuǎn)角丟失e值增加了1. 15倍。可見要減小傳動(dòng)間隙，提高傳動(dòng)精度，必須要作合理的傳動(dòng)方案選擇和減小傳動(dòng)間隙的優(yōu)化設(shè)計(jì)，當(dāng)然提高運(yùn)動(dòng)副精度也能提高傳動(dòng)精度，但成本必然提高。
(3)提高小車運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性
小車運(yùn)動(dòng)的不平穩(wěn)必然造成繞絲頭的顫動(dòng)，使玻璃纖維在芯模上的落紗軌跡偏移，從而降低纏繞精度，因此提高纏繞精度必須提高小車運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。小車運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性與床身導(dǎo)軌的平直度等因素有密切的關(guān)系，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須作必要的考慮。
(4)提高玻璃纖維張力的平穩(wěn)性
玻璃纖維張力的不平穩(wěn)性可以造成落紗軌跡偏移，降低纏繞精度，為此應(yīng)考慮玻璃纖維張力的平穩(wěn)性。玻璃纖維張力的平穩(wěn)性主要與張力機(jī)構(gòu)、小車運(yùn)動(dòng)的速度突然變化點(diǎn)等因素有關(guān)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡力克服避免。
(5)保證芯模轉(zhuǎn)速的平穩(wěn)性
芯模轉(zhuǎn)速的不平穩(wěn)性必然造成落紗軌跡偏移，降低纏繞精度。與此有關(guān)的因素主要有芯模的偏重、前后支座的同心度、芯模與動(dòng)力輸出的聯(lián)接等，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)作必要的考慮。
(6)提高床身與芯模的平行度
床身與芯模的平行度直接影響到產(chǎn)品軸向的纏繞精度，因此設(shè)計(jì)安裝時(shí)都應(yīng)作考慮。
(7)擴(kuò)大紗帶橫向厚度均勻性的調(diào)節(jié)范圍
3.2液壓伺服式纏繞機(jī)纏繞精度的影響因素及提高方法
液壓伺服式纏繞機(jī)由于設(shè)備比較復(fù)雜、造價(jià)比較昂貴，現(xiàn)已被微機(jī)控制纏繞機(jī)所取代，因此此處不作詳細(xì)討論，僅作簡(jiǎn)要概述。
液壓伺服式纏繞機(jī)中影響纏繞精度的因素主要有計(jì)算控制精度、液壓系統(tǒng)精度、機(jī)械傳動(dòng)精度、小車運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)精度、芯模旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)精度、床身與芯模的平行精度、玻璃纖維張力平穩(wěn)性等，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意。
3.3微機(jī)控制式纏繞機(jī)纏繞精度的影響因素及提高方法
微機(jī)控制式纏繞機(jī)原理同機(jī)械式纏繞機(jī)相類似，其不同之處在于機(jī)械式纏繞機(jī)只有一個(gè)動(dòng)為源，靠機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將幾個(gè)自由度有機(jī)的聯(lián)系起來，而微機(jī)控制式纏繞機(jī)每個(gè)自由度都有單獨(dú)的動(dòng)力源，靠微機(jī)控制將其有機(jī)的聯(lián)合起來，融計(jì)算、控制、執(zhí)行于一體。
根據(jù)以上原理在纏繞機(jī)的設(shè)計(jì)過程中，為提高纏繞精度應(yīng)考慮如下幾點(diǎn)因素：
(1)提高計(jì)算控制精度
基于纏繞計(jì)算的基本原理，計(jì)算出合理速比，選擇速比接近值，協(xié)調(diào)各自由度的運(yùn)動(dòng)。在微機(jī)控制式纏繞機(jī)計(jì)算時(shí)，選擇正確的參量與確定合理的參量?jī)?yōu)先關(guān)系是很重要的，應(yīng)盡可能擴(kuò)大速比范圍，使計(jì)算值與選擇值之差最小，以提高計(jì)算精度。在選擇計(jì)算控制元件時(shí)，在成本允許的情況下，要盡可能選用高分辨的元件和元件的合理搭配，如分辨較高的脈沖發(fā)生器等。
(2)提高控制執(zhí)行精度
選用性能好的控制執(zhí)行元件，應(yīng)著重考慮元件靜態(tài)特性的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)特性的圓滑性以及元件之間的動(dòng)靜態(tài)特性的匹配性，如電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和電機(jī)。
(3)減小傳動(dòng)間隙，提高傳動(dòng)精度
由于微機(jī)控制式纏繞機(jī)動(dòng)力源（電機(jī)）在纏繞過程中必須能正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，因此減小該傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)間隙十分重要，其減小傳動(dòng)間隙、提高傳動(dòng)精度的方法同機(jī)械式纏繞機(jī)。
除上述三項(xiàng)外，設(shè)計(jì)微機(jī)控制式纏繞機(jī)時(shí)也同樣必須考慮機(jī)械式纏繞機(jī)中的(3)、(4)、(5)、(6)和(7)等五種方式。這些都是提高纏繞精度比不可少的考慮因素。
4結(jié)束語(yǔ)
綜合三類纏繞機(jī)，機(jī)械式纏繞機(jī)精度能滿足一般產(chǎn)品，具有價(jià)格低廉、性能穩(wěn)定、操作易學(xué)、維修方便等特點(diǎn)，產(chǎn)品以管道為主，兼有貯罐類，其不足之處是不同產(chǎn)品生產(chǎn)的設(shè)備調(diào)配時(shí)間略長(zhǎng)：液壓伺服式纏繞機(jī)精度能滿足較高要求的產(chǎn)品，但其造價(jià)昂貴、設(shè)備復(fù)雜、維修不便；微機(jī)控制式纏繞機(jī)精度較高，能覆蓋所有纏繞制品，操作方便，其不足之處在于價(jià)格較高、操作維修人員素質(zhì)要求較高。因此，目前市場(chǎng)主要是機(jī)械式纏繞機(jī)和微機(jī)控制式纏繞機(jī)兩大類。此兩類纏繞機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在降低成本的同時(shí)盡力提高纏繞精度，以最大限度地降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。
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