自动铺丝机张力控制系统设计研究
发布时间：2020-04-08 22:16
【摘要】：现代飞机性能的提升对复合材料及其成型工艺提出了更高的要求。自动纤维铺放技术作为一种先进的复合材料成型工艺,能够高效地实现复杂曲面的铺放,其成型质量在各种成型工艺中有着明显的优势。预浸丝束的张力是自动铺放中非常重要的工艺参数,对最终产品的成型质量有着直接的影响,不合适的张力会造成多种铺放缺陷。因此,设计稳定、响应迅速的张力控制系统有着重要的意义。自动铺丝机的铺丝头在工作过程中需要经历频繁的加减速过程,其最大铺放速度达到1m/s,最大加速度达到1.5m/s2。本文针对课题组开发的16丝束自动铺丝系,提出一种基于力矩闭环模式的张力控制系统,采用弹簧辊缓冲装置解决急加速情况下张力过大的问题。首先建立未加入弹簧辊时系统机械结构的动态模型,分析系统的稳定性并研究加入控制器后系统对典型信号和扰动信号的响应特性。仿真结果显示,在目标张力输入信号为阶跃信号时系统存在30.5%的超调量,在速度扰动信号为斜率为2的斜坡信号时会出现10.4%的张力波动,而在速度扰动信号为阶跃信号时则会出现高达132.4%的张力波动。接着建立弹簧辊的动态模型,以此为基础研究其对张力控制系统响应速度和张力峰值的影响。仿真结果表明,弹簧辊对张力控制系统的影响与其自身阻尼和弹性系数有关,合适的参数不仅能防止丝束断丝,还能提升系统的动态性能。本文所研究设备中弹簧辊参数选择如下:1.阻尼,50N·s,50N·/m到150N·s/m之间的弹簧辊能够有效减小各种情况下的张力峰值;2.弹性系数,需要综合考虑阻尼的取值:阻尼取值小于10N·s/m时,弹性系数取950N/m较为合适;当阻尼大于10N·s/m时,弹簧弹性系数取320N/m能够获得更好的控制效果。最后,构建张力控制实验平台,验证系统性能以及不同弹性系数弹簧辊的张力控制效果。实验结果表明,本文所研究的自动铺丝机采用950N/m的弹簧能够获得最好的控制效果:匀速运行下张力波动率小于4%,以4.04m/s2加速时的张力波动率为26.3%,且回纱迅速,能够满足自动铺丝机的使用要求。
【图文】：
５０％？２００％，而自动铺放技术则为５％？２０％，相差巨大。显然，手工铺放无论从生产效逡逑率铺放质量和材料利用率上均已无法满足日渐增加的复合材料构件用量需求，在未来逡逑的大型飞机机构制造中，自动铺放技术必将扮演越来越重要的角色。图１－２显示了自逡逑动铺放工艺在目前主要机型上的应用，从图中不难看出复合材料所占比例越大，自动逡逑铺放技术的运用比例也就相应增加。逡逑２逡逑
术逡逑按照所使用预浸料的形态可以分为自动铺带技术（Ｔａ技术（Ｆｉｂｅｒｐｌａｃｅｍｅｎｔ，图１－４），对应的生产设备分别邋Ｌａｙｅｒ，邋ＡＴＬ）和自动铺丝机（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ邋Ｆｉｂｅｒ邋Ｐｌａｃｅｍｅｎ化、高速成型、质量可靠等特点。逡逑灥［］逦~栧义希眨耄掊义蟸枺蓿皱巫远檀际酰郏保福蒎瓮迹保醋远趟考际蹂义，
本文编号：2619883
【图文】：
５０％？２００％，而自动铺放技术则为５％？２０％，相差巨大。显然，手工铺放无论从生产效逡逑率铺放质量和材料利用率上均已无法满足日渐增加的复合材料构件用量需求，在未来逡逑的大型飞机机构制造中，自动铺放技术必将扮演越来越重要的角色。图１－２显示了自逡逑动铺放工艺在目前主要机型上的应用，从图中不难看出复合材料所占比例越大，自动逡逑铺放技术的运用比例也就相应增加。逡逑２逡逑
术逡逑按照所使用预浸料的形态可以分为自动铺带技术（Ｔａ技术（Ｆｉｂｅｒｐｌａｃｅｍｅｎｔ，图１－４），对应的生产设备分别邋Ｌａｙｅｒ，邋ＡＴＬ）和自动铺丝机（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ邋Ｆｉｂｅｒ邋Ｐｌａｃｅｍｅｎ化、高速成型、质量可靠等特点。逡逑灥［］逦~栧义希眨耄掊义蟸枺蓿皱巫远檀际酰郏保福蒎瓮迹保醋远趟考际蹂义，
本文编号：2619883
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