碳纖維生產(chǎn)線驅(qū)動裝置的優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種碳纖維生產(chǎn)線驅(qū)動裝置的優(yōu)化方法，包括以下步驟：步驟1、確定驅(qū)動裝置進入端碳纖維張力與離去端碳纖維張力的比值K；步驟2、使碳纖維驅(qū)動裝置與張力比值K匹配；步驟3、合理布置驅(qū)動電機在驅(qū)動裝置中的位置，以優(yōu)化驅(qū)動裝置中傳動機構(gòu)的力矩分布；步驟4、在碳纖維生產(chǎn)線中正確地布置驅(qū)動裝置。在步驟4后還包括步驟：在驅(qū)動裝置中靠近碳纖維離去端的驅(qū)動輥設(shè)置更換機構(gòu)。經(jīng)過優(yōu)化后，驅(qū)動電機布置合理，力矩分布均勻，驅(qū)動裝置的使用壽命更長，維護更加方便；碳纖維生產(chǎn)線上的驅(qū)動裝置布置更加合理，更易于張力控制，碳纖維性能得到提高。
【專利說明】 碳纖維生產(chǎn)線驅(qū)動裝置的優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種碳纖維生產(chǎn)優(yōu)化技術(shù)，特別涉及一種碳纖維生產(chǎn)線驅(qū)動裝置的優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳纖維是一種性能優(yōu)異的新型材料，具有極高的強度和彈性模量，同時密度小，還具有極高的比強度和比模量；另外碳纖維既耐高溫，也耐低溫，熱膨脹系數(shù)小，尺寸穩(wěn)定。碳纖維廣泛地應(yīng)用于航天航空，軍工領(lǐng)域，隨著碳纖維價格的下降，碳纖維越來越多地應(yīng)用于社會各個領(lǐng)域。技術(shù)的進步和競爭的加劇，如何生產(chǎn)高性能的碳纖維是各個廠家急需解決的問題。
[0003]要制備得到高性能的碳纖維，對碳纖維原絲進行熱處理時必須對碳纖維原絲進行張力控制以抑制碳纖維的自由熱收縮，尤其是在碳纖維的預(yù)氧化階段和碳化階段。碳纖維聚丙烯腈原絲在預(yù)氧化階段，聚丙烯腈大分子鏈型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槟透邷氐奶菪谓Y(jié)構(gòu)，只有在適當?shù)膹埩蜖可炻氏?，這種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變才能順利的進行。在高溫碳化階段，預(yù)氧化絲的耐高溫梯形結(jié)構(gòu)經(jīng)過碳化爐的高溫碳化后，較小的梯形分子結(jié)構(gòu)在高溫氧化氛圍下進一步交聯(lián)和縮聚，預(yù)氧化絲中的非碳元素在碳化爐的高溫和強氧化氣氛中被慢慢去除，碳元素慢慢富集，預(yù)氧化絲的梯形耐熱機構(gòu)慢慢轉(zhuǎn)變成為碳纖維所具有的的亂層石墨結(jié)構(gòu)。同樣，碳化過程中的這種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變也需要在適當?shù)膹埩ο虏拍茼樌M行。所以張力控制是生產(chǎn)高性能碳纖維的關(guān)鍵。
[0004]碳纖維生產(chǎn)線中利用驅(qū)動裝置實現(xiàn)張力控制。在生產(chǎn)中，驅(qū)動裝置存在以下幾個問題:
[0005]1、傳動機構(gòu)的齒輪因為驅(qū)動電機布置不合理，某些齒輪傳遞的力矩過大，容易磨損；
[0006]2、在碳纖維生產(chǎn)線上不同位置應(yīng)該選用何種驅(qū)動裝置；
[0007]3、應(yīng)該盡可以地減少驅(qū)動輥的數(shù)量，因為碳纖維與驅(qū)動輥的接觸會造成碳纖維的表面缺陷，碳纖維表面缺陷將大大降低碳纖維的性能。
[0008]技術(shù)內(nèi)容
[0009]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種碳纖維生產(chǎn)線驅(qū)動裝置的優(yōu)化方法，該方法是針對碳纖維生產(chǎn)線的驅(qū)動裝置專門提出的優(yōu)化方法，以滿足生產(chǎn)高性能碳纖維的需求。
[0010]本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)方案來實現(xiàn):一種碳纖維生產(chǎn)線驅(qū)動裝置的優(yōu)化方法，包括以下步驟:
[0011]步驟1、確定驅(qū)動裝置進入端碳纖維張力與驅(qū)動裝置離去端碳纖維張力的比值K ;
[0012]步驟2、當驅(qū)動裝置進入端碳纖維張力與驅(qū)動裝置離去端碳纖維張力的比值K符合:1〈K ( P1,使用三輥驅(qū)動裝置；當驅(qū)動裝置進入端張力與離去端張力比值K符合:P1ISP2，使用五輥驅(qū)動裝置；當驅(qū)動裝置進入端與離去端張力比值K符合:Κ>Ρ2，使用七輥驅(qū)動裝置；
[0013]步驟3、對于三輥驅(qū)動裝置，驅(qū)動電機安裝在逆著纖維運動方向的第二根驅(qū)動輥上；對于五輥驅(qū)動裝置，驅(qū)動電機安裝在逆著纖維運動方向的第三根驅(qū)動輥上；對于七輥驅(qū)動裝置，驅(qū)動電機安裝在逆著纖維運動方向的第四根驅(qū)動輥上；
[0014]步驟4、在碳纖維生產(chǎn)線中預(yù)氧化爐入口處和預(yù)氧化爐末端使用七輥驅(qū)動裝置。
[0015]步驟I中所述的張力比值K由下式確定:& = |，其中F1為驅(qū)動裝置進入端碳纖
維張力，F(xiàn)2為驅(qū)動裝置離去端碳纖維張力；驅(qū)動裝置進入端碳纖維張力與驅(qū)動裝置離去端碳纖維張力由碳纖維生產(chǎn)廠家的工藝決定，不同的碳纖維原絲和碳纖維生產(chǎn)工藝對應(yīng)有不同的碳纖維張力。
[0016]步驟2所述的臨界值P1的確定原則為 :
[0017]P1 =βμ{β'+β-+ρ^ ,
[0018]其中e為自然常數(shù)，μ為碳纖維與驅(qū)動輥間的摩擦常數(shù)，β ρ β 2、β 3分別是三輥驅(qū)動裝置中第一根驅(qū)動輥、第二根驅(qū)動輥、第三根驅(qū)動輥與碳纖維的包角；臨界值P1的變化由μ，β i，β 2和β 3決定；Pi的取值范圍為1.2≤P1≤1.6。
[0019]步驟2所述的臨界值P2的確定原則為:
[0020]P2 = βμ{β； +β':+β； +ρ:+β； 1，
[0021]其中e為自然常數(shù)，μ為碳纖維與驅(qū)動輥間的摩擦常數(shù)，β/、β2'、β3'、β/分別是五輥驅(qū)動裝置中第一根驅(qū)動輥、第二根驅(qū)動輥、第三根驅(qū)動輥、第四根驅(qū)動輥、第五根驅(qū)動輥與碳纖維的包角；臨界值P2的變化由μ，β/，β2'，β3'，β/和β 5'決定；ρ2的取值范圍為2.5≤P2≤4。
[0022]所述優(yōu)化方法在完成步驟4以后，還執(zhí)行以下步驟:在驅(qū)動裝置中靠近碳纖維離去端的驅(qū)動輥設(shè)置更換機構(gòu)。
[0023]所述步驟4中，碳纖維生產(chǎn)線中需要用到驅(qū)動裝置的地方除了預(yù)氧化爐入口處和預(yù)氧化爐末端外，其他地方均使用五輥驅(qū)動裝置，所述預(yù)氧化爐入口處和預(yù)氧化爐末端均使用七棍驅(qū)動裝置。
[0024]本發(fā)明的技術(shù)方案具體說明如下:
[0025]碳纖維生產(chǎn)線驅(qū)動裝置的優(yōu)化方法，以原理“在碳纖維驅(qū)動裝置中，逆著碳纖維的運動方向碳纖維的張力按照capstan公式T2=T1.eu 0指數(shù)式地增加，靠近碳纖維離去端的驅(qū)動輥首先處于臨界打滑狀態(tài)，隨著張力的增大，逆著碳纖維的運動方向驅(qū)動輥逐個處于臨界打滑狀態(tài)，其中，1\、T2是驅(qū)動裝置中驅(qū)動輥兩側(cè)碳纖維的張力，μ為碳纖維與驅(qū)動輥間的摩擦常數(shù)，β是碳纖維與驅(qū)動輥間的包角”和“減少驅(qū)動輥數(shù)量可以減少碳纖維表面缺陷，提高碳纖維品質(zhì)”為原則對碳纖維生產(chǎn)線驅(qū)動裝置進行優(yōu)化。
[0026]步驟1，確定驅(qū)動裝置進入端碳纖維張力與驅(qū)動裝置離去端碳纖維張力的比值K。步驟2，當驅(qū)動裝置進入端碳纖維張力與驅(qū)動裝置離去端碳纖維張力的比值K符合:KKSP1，使用三輥驅(qū)動裝置；當驅(qū)動裝置進入端張力與離去端張力比值K符合=P1I≤P2,使用五輥驅(qū)動裝置；當驅(qū)動裝置進入端與離去端張力比值K符合:Κ>Ρ2，使用七輥驅(qū)動裝
置。其中，臨界值？工的確定原則為，其中e為自然常數(shù)，μ為碳纖維與驅(qū)動輥間的摩擦常數(shù)，β P β 2、β 3分別是三輥驅(qū)動裝置中第一根驅(qū)動輥、第二根驅(qū)動輥、第三根驅(qū)動輥與碳纖維的包角；當μ，β 1; β 2，β 3這些參數(shù)發(fā)生變化時，臨界值P1也發(fā)生變化P1的
最優(yōu)取值范圍為1.2≤P1≤1.6。臨界值P2的確定原則為
【權(quán)利要求】
1.碳纖維生產(chǎn)線驅(qū)動裝置的優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1、確定驅(qū)動裝置進入端碳纖維張力與驅(qū)動裝置離去端碳纖維張力的張力比值K; 步驟2、當驅(qū)動裝置進入端碳纖維張力與驅(qū)動裝置離去端碳纖維張力的張力比值K符合:1〈K ( P1時，使用三輥驅(qū)動裝置； 當驅(qū)動裝置進入端張力與離去端張力的張力比值K符合=P1I ( P2時，使用五輥驅(qū)動裝置； 當驅(qū)動裝置進入端與離去端張力的張力比值K符合:Κ>Ρ2時，使用七輥驅(qū)動裝置； 步驟3、對于三輥驅(qū)動裝置，驅(qū)動電機安裝在逆著纖維運動方向的第二根驅(qū)動輥上；對于五輥驅(qū)動裝置，驅(qū)動電機安裝在逆著纖維運動方向的第三根驅(qū)動輥上；對于七輥驅(qū)動裝置，驅(qū)動電機安裝在逆著纖維運動方向的第四根驅(qū)動輥上； 步驟4、在碳纖維生產(chǎn)線中預(yù)氧化爐入口處和預(yù)氧化爐末端使用七輥驅(qū)動裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維生產(chǎn)線驅(qū)動裝置的優(yōu)化方法，其特征在于，步驟I中，所述的張力比值K由下式確定:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維生產(chǎn)線驅(qū)動裝置的優(yōu)化方法，其特征在于:步驟2所述的臨界值P1的確定原則為:

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維生產(chǎn)線驅(qū)動裝置的優(yōu)化方法，其特征在于:步驟2所述的臨界值P2的確定原則為:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維生產(chǎn)線驅(qū)動裝置的優(yōu)化方法，其特征在于:所述優(yōu)化方法在完成步驟4以后，還執(zhí)行以下步驟:在驅(qū)動裝置中靠近碳纖維離去端的驅(qū)動輥設(shè)置更換機構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維生產(chǎn)線驅(qū)動裝置的優(yōu)化方法，其特征在于:所述步驟4中，碳纖維生產(chǎn)線中需要用到驅(qū)動裝置的地方除了預(yù)氧化爐入口處和預(yù)氧化爐末端外，其他地方均使用五輥驅(qū)動裝置，所述預(yù)氧化爐入口處和預(yù)氧化爐末端均使用七輥驅(qū)動裝置。
【文檔編號】D01F9/32GK103643352SQ201310561299
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月12日
【發(fā)明者】湯勇, 鐘亮, 陸龍生, 謝穎熙, 侯朝睿, 張賓 申請人:華南理工大學