一种环形气瓶的多切点碳纤维缠绕装置的制作方法

本技术涉及碳纤维缠绕的领域，尤其是涉及一种环形气瓶的多切点碳纤维缠绕装置。

背景技术：

1、环形气瓶是一种用于内装高压气体的容器，要求具有很高的承受内高压能力，同时对重量和外形尺寸有严格的要求。为了减轻环形气瓶的重量，采用比强度较高的复合材料制备环形复合气瓶，可保证强度的同时减轻自身重量。环形复合气瓶采用增强材料缠绕在金属环形内衬上，常用的增强材料为碳纤维，碳纤维的密度轻、模量高，是较好的环形复合气瓶的增强材料。同时，为了满足环形气瓶在承受内高压时外形尺寸变形要小的要求，通过碳纤维缠绕的方式生产环形气瓶时需要在环形气瓶内衬上进行测地线缠绕，使纤维线最短从而减少纤维可变形的余量进而达成环形气瓶在承受内高压时外形尺寸变形小的目的。

2、目前，已有的环形气瓶缠绕机通常采用的缠绕方式是：环形气瓶内衬与纤维缠绕嘴以一定比率的旋转速度相互转动，纤维缠绕丝嘴为一对，缠绕时相向转动，将两条纤维对称缠绕在环形气瓶内衬上。但是，这种缠绕方式由于结构上的限制，存在如下问题：

3、1.两条纤维在缠绕时接触环形气瓶内衬的时间不完全一致，这就造成缠绕丝嘴旋转一周纤维丝落在内衬上路径不一致；

4、2.由于圆环内外侧曲面特性不同，以一定比率的定速缠绕只能依靠摩擦力维持纤维不滑线，存在容易造成纤维滑线的问题。

5、由于上述问题的存在，采用现有环形气瓶缠绕机实际上无法实现精准的测地线环绕，这就导致缠绕在环形气瓶内衬上的纤维线不是最短的状态，使得纤维线变形余量大，也就无法满足环形气瓶在承受内高压时外形尺寸变形要小的要求；且由于存在纤维容易滑线的问题，采用现有技术缠绕的纤维层存在脱线松散的风险，也就导致采用现有技术生产的环形气瓶存在部分瓶身结构强度低、整体结构强度不一致的缺陷，进而导致环形气瓶在承受高压时变形破损的风险大大提升。

6、由此可见，现有技术仍存在一定缺陷。

技术实现思路

1、为了缓解上述问题，本技术提供一种环形气瓶的多切点碳纤维缠绕装置。

2、本技术提供的一种环形气瓶的多切点碳纤维缠绕装置，采用如下的技术方案：

3、一种环形气瓶的多切点碳纤维缠绕装置，包括：

4、内衬夹持机构，用于夹持环形内衬并带动所述环形内衬绕所述环形内衬的轴线转动；

5、缠绕机构，包括转动盘以及设置在所述转动盘上的供丝组件，所述供丝组件包括缠绕丝嘴；所述转动盘的中部开设有可供所述环形内衬穿过的通孔，所述转动盘的转动轴线与环形内衬的轴线异面垂直，所述转动盘带动所述缠绕丝嘴相对所述环形内衬转动；

6、所述缠绕丝嘴具有沿所述转动盘转动方向送丝的第一状态和沿所述环形内衬转动方向送丝的第二状态；在所述第一状态下，所述内衬夹持机构调动所述环形内衬等角度间歇转动，所述转动盘带动所述缠绕丝嘴等角度间歇转动，且所述转动盘与所述内衬夹持机构同时转动，以对所述环形内衬进行测地线缠绕；在所述第二状态下，所述转动盘相对所述环形内衬停止转动并用于带动所述缠绕丝嘴沿平行于所述环形内衬的轴向的方向和/或垂直于所述环形内衬的轴向的方向相对所述环形内衬移动，所述内衬夹持机构带动所述环形内衬绕所述环形内衬的轴线转动，以对所述环形内芯进行周向缠绕。

7、优选的，所述缠绕丝嘴可转动的设置于所述转动盘的上部，所述缠绕丝嘴能够绕竖直轴线和/或水平轴线相对所述转动盘转动以在所述第一状态和所述第二状态之间切换。

8、作为本技术的一个优选的实施方式，在所述第一状态下，所述缠绕丝嘴用于在所述环形内衬上缠绕出测地线层，在所述第二状态下，所述缠绕丝嘴用于在所述测地线层的外部缠绕出周向层；所述缠绕丝嘴能够在所述第一状态和所述第二状态间切换以在所述环形内衬的表面缠绕所述测地线层和所述周向层；所述测地线层设置有多层，所述周向层设置有多层，多层所述周向层重叠设置相邻两层所述测地线层之间和/或多层所述周向层间隔设置且设置于相邻两层所述测地线层之间。

9、作为本技术的一个优选的实施方式，所述周向层的层数不超过所述测地线层与所述周向层总层数的五分之一。

10、作为本技术的一个优选的实施方式，所述内衬夹持机构包括夹持组件、与所述夹持组件相连接的转动驱动以及夹持控制组件，所述夹持组件包括多个夹持件，所述夹持件用于夹持所述环形内衬，所述转动驱动用于驱动所述夹持组件转动并带动所述环形内衬同步转动，所述夹持控制组件与所述夹持件相连接，所述夹持控制组件用于控制所述夹持件靠近并夹持所述环形内衬或控制所述夹持件释放并远离所述环形内衬。

11、作为本技术的一个优选的实施方式，所述夹持组件还包括安装板，多个所述夹持件设置于所述安装板上，多个所述夹持件绕所述环形内衬的周向间隔排布，所述夹持件能够沿所述环形内衬的径向相对所述安装板移动。作为本技术的一个优选的实施方式，所述夹持控制组件包括与所述夹持件相连接的距离传感器、设置在所述安装板的角度传感器以及夹持控制器，所述距离传感器与所述夹持件一一对应设置，所述夹持控制器分别与所述距离传感器、角度传感器及所述夹持件相连接；所述距离传感器用于检测识别所述夹持件与所述缠绕丝嘴之间的距离并输出距离信息，所述角度传感器用于检测识别所述安装板转动的角度并输出角度信息，所述夹持控制器用于接收所述距离信息和所述角度信息以控制所述夹持件夹持或释放所述环形内衬；

12、在所述第二状态下，所述夹持控制器根据所述距离信息和所述角度信息控制所述夹持件在接近所述缠绕丝嘴时释放所述环形内衬并沿所述环形内衬的径向远离所述环形内衬以避开所述缠绕丝嘴。

13、作为本技术的一个优选的实施方式，所述供丝组件还包括碳纤维丝卷、第一导向辊、第二导向辊、张力调节器以及压丝辊，所述碳纤维丝卷、第一导向辊、张力调节器、第二导向辊以及缠绕丝嘴沿转动盘的周向依次设置，在所述第一状态下所述压丝辊用于将所述测地线层压紧，在所述第二状态下所述压丝辊用于将所述周向层压紧，在所述第一状态和第二状态转换的过程中所述压丝辊用于将已经成型的所述测地线层或所述周向层的端部丝束压紧在所述环形内衬上以避免所述测地线层或所述周向层的端部丝束位置偏移。

14、作为本技术的一个优选的实施方式，所述缠绕机构还包括剪丝组件，包括丝束剪刀以及丝束压辊，所述丝束剪刀用于将所述测地线层或所述周向层的端部丝束剪断，所述丝束压辊用于将剪断后的所述测地线层或所述周向层的端部丝束的端部压紧在所述环形内衬上。

15、作为本技术的一个优选的实施方式，所述缠绕机构还包括安装座以及驱动组件，所述驱动组件包括分别与所述安装座和所述转动盘相连接的转动机构以及与所述转动盘相连接的水平移动机构，所述转动机构用于驱动所述转动盘相对所述安装座转动并带动所述供丝组件同步转动，所述水平移动机构用于驱动所述安装座沿平行于所述环形内衬的轴向的方向和/或垂直于所述环形内衬的轴向的方向移动并带动所述转动盘及所述供丝组件同步移动。

16、作为本技术的一个优选的实施方式，还包括碳纤维导向件，所述碳纤维导向件套设在所述环形内衬的气口上，所述导向件包括第一导向部和第二导向部，所述第二导向部套设在环形内衬的气口上，所第一导向部连接在第二导向部远离环形内衬的一端，所述第一导向部的水平截面积由远离环形内衬的一端到靠近环形内衬的一端逐渐增大，所述第二导向部的水平截面积由远离环形内衬的一端到靠近环形内衬的一端逐渐减小。

17、在上述方案中，通过在环形内衬的气口上套设碳纤维导向件能够在碳纤维丝束的缠绕过程中对碳纤维丝束进行导向，使其沿碳纤维导向件的侧壁向环形内衬气口的根部移动，降低环形内衬的气口对碳纤维缠绕的影响，同时提高气口周边位置碳纤维丝束缠绕的均匀度，进而保证成品的结构强度。

18、由于采用了上述技术方案，本技术所取得的有益效果为：

19、1.通过采用上述方案本技术中的环形气瓶的多切点碳纤维缠绕装置既能够实现在环形气瓶内衬上的精准测地线缠绕也能够实现周向缠绕，通过周向缠绕对测地线缠绕的加强避免出现滑丝的问题且通过碳纤维丝束的周向缠绕也能够提升环形气瓶结构的周向强度，避免环形气瓶在承受高压时整体出现径向变形，以更好的满足承受内高压时外形尺寸变形要小的要求；

20、2.通过测地线层和周向层的交替间隔设置既能够保证测地线层结构的稳定，避免测地线层出现滑丝的问题也能够对环形气瓶整体结构的周向强度进行加强，提升环形气瓶产品的耐高压能力，减少环形气瓶承受高压时的形变量；且周向层间隔设置能够提供多重的结构加强保障，避免出现单层周向层失效导致整体结构失效的风险；

21、3.通过夹持控制组件以及剪丝组件等结构的设置能够大大提升本技术中环形气瓶的多切点碳纤维缠绕装置的自动化程度，在提升缠绕质量以及缠绕效率的同时能够减少人工剪丝的工作量降低工作强度。