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件。它以磁粉为工作介质，以激磁电流为控制手段，达到控制制动或传递转矩的目的，直流伺服电机的机械特性和调节特性的线性度好，调整范围大，起动转矩大，效率高，用途广泛。
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第2章 纤维铺放输送控制系统总体设计
2.1 系统设计要求
该系统要求使用一组各自独立的纤维并列的铺放在芯模的表面上，在铺放机上有一个纱架， 架上装有多卷预浸纤维纱线(又称为预浸纱)，每股纱线从纱架被送往铺放头的速率都是单独控制的。铺放头内有一套装置可以单独控制每一股纱线的铺放，它允许同时送入多股相互平行的纱线，铺放头上的压紧辊同时把所有的纱线紧紧的压在模具上形成纤维带。同时，在铺放头内还必须装有剪切／送纱装置， 它可以任意剪断或重新输送某一股或多股纤维束。这样，在铺放过程中可以随时增加或减少需要或不需要的纱线。这种可选择的剪断纤维带中的任意一股纱线的能力可以带来许多好处。其一是纤维铺放机可以沿着弓形路径铺放纱线， 这是因为每一股纱线的长度是可变的，因此每一股纱线可以比相邻的纱线延长一个不同的长度，从而铺放出一个平顺的纤维带；其二是铺放锥形体时可以在当铺放头到达芯模的小端时剪断多余的纱线以避免不必要的堆积，从而可以节省材料；其三就是可以在芯模的表面上“开窗户”，例如当芯模表面有孔时，在经过这些地方时铺放头可以通过剪断一根或多根纱线以避免覆盖这些地方。
纤维铺放的整个输送过程共包括三个主要的部分：铺放机前端放纱部分、铺放头部分和铺放机后端出成品部分，之所以要这样分开说明是因为铺放头部分在整套纤维铺放系统中是非常重要的部分。要使整个输送系统紧凑、有序的按照设计要求运行，就必须协调各部分的功能。因此选择恰当的执行机构和硬件与软件控制系统对整个输送控制系统来说都是至关重要的。
在本课题中一共将纤维铺放的输送控制系统分为了三个部分：第一部分是铺放头前端的放纱部分，也就是本文的主要部分，将会在第三章做详细的讨论；第二部分是铺放头中的重送部分；第三部分是铺放头中的剪切部分。第二和第三部分将会在本章中做简单的介绍。
2.2纤维输送过程
针对纤维铺放过程的功能要求,本文设计的铺放头机构如图2-1所示。该装置包含了剪切、重送、加紧、施压、导向模块和加热模块。剪切模块由气缸提供动力，通过连杆带动剪切刀片运动切断纤维纱。需要剪切时控制气缸作用推动刀片向上运动，切断纤维，切断纤维喉控制气缸作用收回刀片 。重送模块主动轮、从动轮和送气设备组成。主动轮由电机带动，从动轮由气缸推动，可压在主动轮
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上一起转动，挤压纤维纱向前运动，同时送气设备启动开始吹风。重送结束，纱带被送到铺放压辊下，从动轮通过气缸拉动离开主动轮，在主动轮和从动轮之间留出一定的空间，送风设备关闭。夹紧模块由气缸提供动力，然后通过连杆机构带动加压头夹紧和松开纤维纱。需要夹紧时输入夹紧控制信号控制气缸推动加压头向上压紧，不需要夹紧时输入松开控制信号控制气缸推动加压头向下运动松开。施压模块中压辊与上述几个装置相对静止，整个装置通过气缸控制可整体上下运动。首次施压时气缸作用控制压头向下运动压住纤维。对于压辊下已有纤维纱，重送是铺放头不会抬起。
图2-1 输送系统
1-模具 2-压辊 3-纤维纱 4-施压气缸 5-剪切刀 6-重送从动轮 7-重送主动轮 8-重送气缸 9-夹紧压头 10-导向轮 11-夹紧气缸 12-加紧连杆 13-气源 14-气源进化装置 15,16,17,18-换向阀 19-电机 20-剪切气缸 21-剪切连杆 22-剪切活塞
2.2.1 各个功能模块工作原理
1）重送。第一次铺放纤维纱时纤维纱导引至主动轮7处，气缸8动作使从动轮6与主动轮7接触挤压纤维纱，然后启动电机，在摩擦和风力的作用下纤维纱在导向管或槽里向前运动。以后的每次重送是从动轮与主动轮开始挤压是，气缸11的换向阀动作使夹紧机构松开。重送二根或多根沙袋时主动轮7只需一个，但从动轮6和气缸8却需要多个重送哪个纱带，则相应地把从动轮压向7即可。 2）施压。开始铺放时压辊下没有纤维，通过气缸4使压辊2抬起，纤维被送到压辊下，然后压到纤维上使之固定到芯模上。压辊下有纤维时，对于重送来的纤维，压辊不必抬起，通过铺放头整体运动使纤维被压辊压到芯模上。
3）剪切及夹紧。需要剪切时先启动夹紧机构夹紧纤维纱，即气缸11通过连杆
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12和加压头9夹紧纤维。然后启动剪切气缸20剪断纤维，换向阀动作收回剪切刀。
铺放头工作循环过程如下：（1）气缸8通过连杆使从动轮6压到主动轮7上；（2）如果纱带被夹紧则通过换向阀对气缸11换向松开纱带3；（3）启动电机19带动重送主动轮7转动；（4）纱带在摩擦和风力的作用下到达压辊2下，施压气缸将纱带3压到模具1上，（5）通过换向阀对气缸8换向，从动轮6抬起；（6）需要剪切时，气缸11动作使得压头9夹紧纱带；（7）气缸20动作，通过连杆21和剪切刀5切断纱带3；（8）通过换向阀对气缸20换向，收回剪切刀；（9）下一次铺放时回到步骤（1）。
2.3丝束控制装置的设计
2.3.1 铺放头前端放纱装置
放纱装置共分为两部分：一部分是预浸纱是放卷装置；一部分是背衬纸的收卷装置。
放卷装置：由于铺放带卷成卷来供应以存储在卷盘上，在铺放过程中释放铺放带，并保持一定的张力，剪切铺放带时保持张力，要考虑到放卷装置启动、停止平稳，转矩恒定的要求，用一个磁粉制动器作为放卷的执行装置，连接一 个储带盘实现放卷功能
收卷装置:铺放带的上下层衬纸分别由图2一1中8的收卷储带盘收起， 左右两边的收卷储带盘收掉左右两侧的衬纸，收的过程也要保持均匀的张力 。卷绕时张力变化的最大因素，是由于衬纸卷绕到储带盘时径增大，卷绕 力矩随卷径增大而增大，而主传动的速度是固定不变的，因此必须使卷盘转 速随卷径的增加而降低。 2.3.2重送装置
在开始铺放时，预浸胶纤维束从纱架引出，经过纱架及铺放头内部的导向辊穿进铺放头机构内部，到达芯模的表面，或者在对复杂表面芯模实施连续铺放时，要将切断的预浸胶纤维束端部重新运送到FRP构件的表面，都需要应用引线(重新送料)运动。该机构的设计方案[4]有以下两种：
方案一：可设计该运动装置由夹持机构、旋转臂和电机组成。夹持机构是一个气动机械手，它由电磁换向阀控制，机械手部可以实现夹紧和松开预浸胶纤维束等运动。夹紧装置连接在旋转臂一端，由电机带动旋转臂旋转，将被夹紧的预浸胶纤维束牵引到芯模表面上的铺放位置。该方案是本组成员参考了本实验室往届师兄所作的毕业设计的成果，得出的一种送料机构的设计方案。
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图2-2重新送料方案一
1-电机 2-气缸 3-旋转臂 4-夹持机构 5纤维束
1）该方案的优点在于：由于采用了夹紧和旋转运动，预浸胶纤维束不与任何物体接触，基本上不会出现树脂粘连，影响进料的现象。其内部结构也相对较为简单。
2）该方案的缺点在于： a)该方案采用了旋转臂旋转进料，必定会需要很大的回转半径，这就造成了两个问题：一个是会增大机构的体积，另一个则是无法实现对多根纤维束的牵引送料，否则很容易在铺放头内部造成旋转臂的交叉旋转干涉。b)该方案所采用的旋转臂旋转进料的机构对剪切运动的实施也造成很大的不便，该机构不能够准确的提供预浸胶纤维束的剪切位置。c)本方案中的夹紧机构并不能将预浸胶纤维带送至芯模表面，还需要采用其他的引到机构作为补偿，另外旋转臂也不能准确的将纤维束定位在要铺放的芯模的表面。
方案二：设计该运动采用通过电机带动一个永动的加料辊，使其与由气缸传动的挤压辊之间产生挤压和摩擦，利用其摩擦力来达到运送纤维束的目的。示意图如图所示。在初次加料或者重新送料时，气缸杆顶出，推动挤压辊与加料辊相接触， 从而将预浸胶纤维束挤紧。在这里挤压辊和加料辊都需要采用摩擦系数较大的材料。而加料辊则由伺服电机带动旋转。纤维束在挤压辊和加料辊的摩擦作用下，沿着加料槽前行至芯模表面，其中加料槽可以加工至铺放头机构外，直至压紧机构下方。
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