柔性陽極電纜同軸包裹碳粉的布料傳送及成型

張有良， 李麗閣， 王劍鋒， 白冰玉

（輕工業西安機械設計研究院，陜西西安710086）

柔性陽極電纜同軸包裹碳粉的布料傳送及成型

張有良， 李麗閣， 王劍鋒， 白冰玉

（輕工業西安機械設計研究院，陜西西安710086）

介紹了柔性陽極電纜設備和布料牽引與包裹機構的組成，闡明了布料牽引與成型機構在該設備的主要作用。布料預牽引與儲存機構的組成和作用以及與恒張力儲存關系的論述，解釋了如何釋放布料復卷過程產生的應力以及布料在進入成型器過程中的張力穩定。采用圓形翻領成型器，有效解決了布料連續包裹成型工藝。

電纜；包裹機；碳粉；同步輸送；恒張力

0 引 言

柔性陽極電纜又名聚合物型電纜陽極，主要用于埋地管道和儲罐底部的陰極保護。為了防止埋地舊管道防腐層嚴重老化，陰極保護電流顯著增大，柔性陽極的應用克服了老舊管道陰極保護的難題，而且還解決了一些傳統陰極保護技術的難點，如對外部結構物的干擾、高電阻率環境介質中實施陰極保護、儲罐底部的陰極保護電流分布等問題。全自動柔性陽極電纜生產線是典型的光機電一體化智能設備，是多項現代先進技術的集成與創新，其中，布料傳送與成型系統是柔性陽極電纜包裹碳粉設備的重要部分和創新點之一［1］。

1 柔性陽極電纜生產設備

1.1 概述

柔性陽極電纜生產設備，主要由布料輸送與成型、電纜牽引、碳粉供給等三大系統組成。這三大系統采用先進的多軸伺服同步控制技術，以布料牽引與成型伺服驅動為主驅動，電纜牽引驅動伺服電機、碳粉供給驅動伺服電機為從動電機，創建了相應的運動同步數學模型，采用曲線同步，替代傳統的線性同步，以多個現場總線來提高控制精度。機械結構方面，集成了高精度螺旋輸料技術、圓形翻領成型、電纜的同心同步輸送、電纜與布料的應力釋放等技術，縮短了我國柔性陽極電纜制造設備與國外先進水平的差距［2］。

1.2 控制方案

全自動柔性陽極電纜生產設備的控制系統設計方案，如圖1所示。從圖1可知，可編程控制器G1與人機界面G2通過Modbus總線連接進行參數設置和操作，伺服電機 M1（成型牽引）、M2（碳粉供給）、M3（電纜牽引）對應伺服驅動控制器A1、A2、A3通過CANopen總線與G1連接，伺服電機M1為主軸驅動，M2、M3為從動電機，按照規定的數學模型曲線進行同步。電機M4（布料的預牽引）、M5（電纜的預牽引）對應變頻器A4、A5通過CANopen總線與G1連接，進行參數設置與控制，DI、DO連接檢測與執行元件等組成控制系統。

圖1 控制方案方框圖

2 布料輸送與包裹成型簡介

2.1 布料輸送及包裹成型的組成與作用

布料輸送與包裹成型系統如圖2所示。布卷安裝部件、布料成型導出部件、布料成型牽引部件、布料預牽引儲存機構、布料自動糾偏部件等完成布料的輸送功能。通過布料翻領成型部件將布料卷成筒狀，把電纜盒碳粉同軸包裹，形成陽極柔性電纜。

圖2 布料成型牽引系統機構簡圖

2.2 布料輸送與包裹成型的工藝

在布料輸送與包裹成型的過程中，布料成卷安裝在布料安裝架上。通過導出與導向機構將布料導入布料預儲存機構，對布料應力進行釋放，形成相對穩定的恒張力。通過布料自動糾偏與輸送機構，輸送到翻領成型器，通過翻領成型器形成筒狀。

3 布料預牽引與儲存機構

布料預牽引供給機構是該設備的主要機構之一。布料在紡織廠裁料復卷的過程中，布料產生了應力。在翻領成型之前要進行應力的釋放，形成一個相對穩定的恒張力，確保布料在成型過程中不跑偏，成型狀態良好。

3.1 布料預牽引與儲存機構的組成

圖3是布料預牽引與儲存機構的主要組成示意圖。驅動電機、手動撬桿、被動輪、驅動輪組成布料預牽引與布料儲存的牽引傳動機構，通過檢測開關控制儲存電機啟停；導向輥支架、固定導向輥、機架總成、移動架、擺桿轉軸組成布料的預儲存機構，使布料消除應力，產生恒張力。

圖3 布料預牽引機構與布料預儲存走向示意圖

布料儲存狀態檢測機構檢測布料的儲存狀態，控制驅動電機進行預牽引布料，布料通過導向輥輪與其它導向輪將布料沿著規定的軌跡輸送，移動架的擺動量在規定的范圍內（α），保證了布料在儲存、展開的過程中應力消除，產生相對的恒張力，使布料成型過程中成型均勻、速度恒定。

如圖3所示，布從布卷導出后，經過了數個導向輥進入預牽引機構。在預牽引機構內，布料多次往復導向，將應力釋放，使預牽引機構的出口處布料的張力恒定。

3.2 檢測與實驗方法

利用張力測定儀，測得的張力應在允許的范圍內，或者觀察布料傳送的穩定性，來調整移動架的擺動范圍。安裝好檢測凸輪和檢測開關，使預牽引儲膜區域內膜的張力基本達到相對的恒張力，保證布料的成型效果和成型速度的精確。

3.3 布料預牽引與儲存的控制方案

圖4 布料預牽引機構電氣凸輪與檢測開關安裝示意圖

如圖4所示，擺桿轉軸上安裝2個電氣凸輪，相差角度α（擺桿擺動角度），下方安裝2個檢測開關SB1和SB2。當擺桿在初始位時，接近開關SB1檢測到電氣凸輪1的信號，控制驅動電機M4停止運行。隨著布料成型不斷牽引布料，擺桿慢慢上移，擺動角度超過α時，接近開關SB2檢測到電氣凸輪2的信號，控制驅動電機M4運行，在重力作用下，擺桿下移，接近開關SB1檢測到電氣凸輪1的信號，控制驅動電機M4停止運行，設備正常運行下，預牽引機構不斷地往復上述動作，達到預存儲和消除布料應力的效果，保證設備正常運行。

4 圓形翻領布料成型包裹機構

成型包裹機構主要由圓形翻領成型器、布料成型牽引機構和噴膠粘合機構組成。

4.1 圓形翻領成型器組成

圓形翻領布料成型包裹廣泛應用于小顆粒、粉末枕形立式包裝機，技術成熟。如圖5所示，上下安裝板通過連接桿連接組成翻領成型器的安裝支架，翻領成型器通過翻盤固定在下安裝板上，下料管垂直固定在上安裝板上，布料穿過下料管，通過翻領成型器將布料包裹在下料管上，完成包裹的成型。

圖5 圓領成型器機構示意圖

碳粉和電纜通過下料管進入，布料通過圓形翻領成型器成型，涂膠封合，形成電纜與碳粉同心的特種電纜，經過電纜編織機編織保護套，生產出成品。

4.2 涂膠與壓合對成型速度的影響

大多數熱熔膠的開放時間在10 s之內有效，為達到良好的粘合效果，經多次試驗，認為控制在6～10 s比較理想。時間過長，溶膠凝固，開放時間過短，熱熔膠的粘合效果較差。涂膠點與壓合點的距離為192 mm，如圖5所示，最佳成型速度為1.15～1.92 m/min，可以保證封合比較理想。

4.3 布料的成型牽引機構

布料的成型牽引機構組成如圖6所示。伺服電機與減速機、導向輪和雙面齒形同步帶組成驅動傳送，完成牽引皮帶的相向運動。皮帶間距調整1、皮帶間距調整3和皮帶間距調整2調整皮帶的加緊度，皮帶張緊機構調整驅動皮帶的松緊度。從圖6可以看出，成型下料管設計的比較短，布料的成型牽引皮帶在牽引成型的布料的同時，皮帶大部分牽引已經灌滿碳粉并噴膠封合的部分，保障成型陽極電纜穩定輸出，減少陽極電纜成型過程中打皺、破損，減少殘次品。

圖6 成型牽引機構示意圖

驅動傳送采用伺服電機驅動，控制系統把布料成型牽引伺服電機定義主驅動，電纜牽引伺服電機、碳粉下料伺服電機作為從動同步控制。

5 結束語

柔性陽極電纜是一種新型材料，它的生產工藝涉及的技術比較多，集成了多項關鍵技術。針對布料與包裝膜特性的差異，我們設計了布料的應力釋放和恒張力機構，將恒張力機構和智能放布料供給有機結合，提高了布料供給系統的可靠性和布料成型的效果。研究柔性陽極電纜生產設備的布料輸送系統，對于研制特種電纜的其它設備有借鑒作用，對提高我國電纜制造水平有一定的意義。

［1］ 張有良，李存良，秦 濤，等.陽極柔性電纜生產工藝的研究［J］.電線電纜，2012（3）：23-26.

［2］ 張有良，張國安，秦 濤，等.陽極柔性電纜生產設備的電纜輸送系統［J］.電線電纜，2013（4）：41-46.

［3］ 張有良，王 茹，張國安，等.提高熱縮膜包裝機送膜速度的研究［J］.包裝與食品機械，2011，29（5）：21-24.

Form ing and Fabric Transfer Flexible Anode Cable Coaxial Package Toner Technology

ZHANG You-liang，LILi-ge，WANG Jian-fen，BAIBing-yu
（Light Industry Xian Machinery&Design Research Institute，Xi'an 710086，China）

According to introducing the composition of the flexible anode cable equipment and material traction and themechanism of the package process，itwas expounded themain function of the equipment about thematerial traction and forming in the device.According to discussing the composition and function about the constant tension and the stored mechanism，and the stored relation with the fabric pro traction，itwould be solved effectively the release of stress produced in the process of the cloth rewinder.By the circular lapel shaper it was solved effectively the cloth wrapped forming process of the continuous.

cable；wrappingmachine；toner；synchronous transmission；constant tension

TM249.9

A

1672-6901（2014）05-0042-03

2014-01-07

陜西省重大科技創新項目（2011zkc02-2），西安市2012年科技計劃項目（CX1232）.

張有良（1962-），男，教授級高級工程師.

作者地址：陜西西安市阿房四路6號［710086］.