Teorie tkaní. Úvodní seminář. J. Dvořák

Transkript

1 Teorie tkaní Úvodní seminář J. Dvořák

2 Cíle semináře 1/ vymezení předmětu teorie tkaní 2/ stručná analýza historie bezčlunkového tkaní 3/ prezentace československého příspěvku na vývoji tkaní 4/ prezentace současného výzkumu tkaní ve VUTS 5/ rekapitulace a doplnění znalostí o tkacích strojích

3 Tkaní - technologický proces výroby textilie Tkací stroj výrobní zařízení k realizaci technologického postupu Dualismus, jedno bez druhého nemůže existovat, proces popisujeme prostřednictvím chování stroje a jeho mechanismů. Proces a stroj se vzájemně ovlivňují. Tím je zajištěna dynamika vývoje na úrovni inovací nižších řádů. Funkční popis technologie tkaní a tkacích strojů je předmětem Základů tkaní. Převážná většina lidí se při studiu procesů a strojů spokojí s poznáním. Dovedou je popsat, referovat o nich a porovnat je s jimi podobnými. Naprosto však nepochybují o jejich funkci, kterou považují za uspokojivou a neměnnou. Jen zlomek lidí má potřebu a schopnost analyzovat věci kriticky a dynamicky. Pochybovat o tom, co jen vidí a přemýšlet o tom, co by měli vidět. Zkoumat zákonitosti vývoje přírody a pohlížet na svět jako na souvislý celek neustále se měnící a vyvíjející bojem protikladů konfliktů. Řešením těchto konfliktů je zajištěn pokrok na úrovni inovací vyšších řádů. Tkaní je mechanická technologie a základní teoretickou disciplinou a platformou pro řešení problémů je mechanika tuhých a pružných těles. V případech řešení prohozních systémů se uplatní i mechanika tekutin a termodynamika. (V textilní oblasti se často při zkoumání a hodnocení parametrů a vlastností textilií uplatňují i regresní modely. Ty jsou součástí experimentálních metod a jejich teoretickou základnou je matematická statistika. Mohou být efektivním doplňkem exaktních mechanických modelů ale nemohou je nahradit.)

4 Vymezení předmětu teorie tkaní mechanika Nauka o materiálech Teorie tkaní Inovace vyšších řádů Inovace nižších řádů Tkaní-proces Tkací stroj

5 výrobní proces Tkaní : definuje vstupy, výstupy a interakce technologických řetězců vytváření a výroby tkanin, definuje subprocesy přípravy a pomocných činností souvisejících s výrobou tkanin, definuje různé způsoby a modifikace výroby s cílem dosažení určitých užitných fyziologických a fyzikálních parametrů tkanin, projektování parametrů tkanin a kontrola výsledků procesu Tkací stroje. jsou výsledkem historických a okamžitých představ o kvalitě a kvantitě realizace technologických a výrobních postupů. Součásti, mechanismy a koncepce stroje je odezvou na jednotlivé fáze technologického procesu ( morfologickou),zároveň je však silně ovlivněna deterministickou činností konstrukce (výpočty, modely ). Stroj zpětně ovlivňuje představy o kvalitě i parametrech technolog. postupů a může sloužit i k výzkumu a vývoji technologie. Pozn.: Technologický proces však vždy obsahuje celou řadu konfliktů na jejichž řešení je závislý další výzkum a vývoj. Využití a objektivizace poznatků získávaných na konkretním stroji může být problematické jednak tím, že neobsahuje řešení všech konfliktů a zejména tím, že negativně ovlivňuje studované procesy svými specifickými vlastnostmi( na př kmitáním, rezonancí, vymezováním vůlí). Leckdy je vhodnější zkoumat a měřit kvalitu a parametry procesu na simulátorech a modelech. Textilní materiály a struktury : poskytuje informace o parametrech a vlastnostech lineárních i plošných textilií, včetně potřebných souvislostí těchto parametrů ( na př vztahy mezi zatížením a deformací). Disponuje modely geometrickými, regresními i fyzikálními. Mechanika pevných a pružných těles: statika ( rovnice rovnováhy), kinematika (zdvihové funkce), dynamika ( pohybové rovnice), kmitání ( rázy), pružnost a pevnost ( síly a deformace) Teorie tkaní: tkací proces nejen popisuje ale zkoumá a určuje jeho parametry a vztahy mezi nimi využitím modelování ( zejména mechanických modelů)

6 Historie bezčlunkového tkaní Jak je ve světě techniky obvyklé, spolu s nespornými výhodami, které mechanický pohon a automatická výměna člunků přinesly, upozornila jeho exploatace na problémy, vyplývající z přirozené potřeby zvyšovat rychlost produkce a pracovní frekvenci strojů. Záhy, prakticky již na přelomu 20. století, si odborníci též začínají uvědomovat, že člunkové stavy obtěžují pracovní prostředí enormním hlukem, neslučitelným s ochranou zdraví. Dále si uvědomují, že požadavek dalšího požadovaného nárůstu výkonu bude limitován především hmotností člunku. Náhle před nimi stojí rozporuplný konflikt. Na jedné straně by bylo žádoucí zvyšovat zásobu a hmotnost útku (a tudíž i hmotnost člunku) tak, aby se snižovaly náklady na přípravu útku a zvýšil interval mezi výměnami. Na druhou stranu je třeba snížit hmotnost člunku, omezit tak setrvačné a rázové síly a umožnit zvyšování výkonu stroje. Je zřejmé, že se tento konflikt nedá řešit jen kompromisem ale principiální změnou technologie. Myšlenky, představy a úsilí vynálezců spojovala potřeba zvýšit otáčky člunkového stroje a snížit jeho hlučnost. Byly vytyčeny čtyři hlavní směry řešení, které se odlišují invenčním potenciálem respektive mírou či revolučností změn a stupněm rizika. Obecně platí, že potenciál a riziko je nepřímo úměrné.

7 První řešení: drastické snížení hmotnosti zanašeče. Princip prohozu zůstal zachován. Zanašeč je nadále tuhé těleso, má silovou vazbu s prohozním mechanismem. Tomuto systému se někdy říká balistický, připomíná výstřel projektilu. Snížení hmotnosti bylo dosaženo na úkor útkové zásoby, ta zcela mizí a útek je stahován z cívky pevně uložené na rámu stroje. Cenou, zaplacenou za snížení hmotnosti zanašeče, je nemožnost dosažení pravého, pevně zavázaného kraje tkaniny. Tento systém prohozu se nazývá skřipcovým. Druhé řešení : snižuje rázy a hluk nahrazením silové vazby zanašeče a prohozního mechanismu vazbou kinematickou. Po celý interval provozu stroje je zanašeč součástí výstupního členu prohozního mechanismu a jeho kinematické veličiny jsou předepsány zdvihovou závislostí. Samotný zanašeč má tvar jehly a zásobu útku stahuje z cívky pevně uložené na rámu stroje. Tento systém se nazývá jehlovým.

8 Třetí řešení : mění fyzikální princip prohozu. Tuhé těleso zanašeče a mechanické vazby jsou nahrazeny proudem media. Silové účinky, vyvolané přenosem hybnosti z proudící kapaliny na útek, udělí niti potřebné zrychlení a rychlost. Medium může mít konstantní hustotu (nestlačitelná voda) nebo proměnnou hustotu (stlačitelný vzduch). Nit je rovněž stahována z pevné cívky na rámu stroje. Její délka musí být před prohozem odměřena. Hmotnost dávky vody respektive vzduchu pro jeden prohoz je o několik řádů menší, než hmotnost pevných zanašečů. Tento prohozní systém se nazývá tryskovým dle trysky, rotačně souměrného tělesa s kanálem, přeměňující tlakovou energii media na energii kinetickou. Čtvrté řešení: si klade za cíl odstranit přímočaře vratný pohyb zanašeče s exponovanými nestacionárními úseky (zrychlení, zastavení) kontinuálním rotačním pohybem. Útek se zatkává ve tvaru spirály. Realizačním výstupem je kruhový tkací stroj. Jednodušší je jednoprošlupní tkací stroj pro výrobu zboží ve tvaru hadic. Sofistikovanějším výstupem měl být víceprošlupní sekcionální kruhový stav. Tkanina je zde vyráběna jako plošný útvar v několika pásech.

9 Prezentace historie československého textilního strojírenství a VUTS Liberec Vysoký invenční potenciál díla V. Svatého. Vynálezy tryskového tkacího stroje mají přelomový charakter. Ukončují dlouholetou éru člunkového tkaní, zahajují, nastolují a upevňují novou, výkonnější a ekologičtější éru tkaní bezčlunkového. Obrovská míra změn technologie tkaní,tkacích strojů a tkalcoven, které jeho vynálezy vyvolaly. Odhaduje se, že počet pneumatických tkacích strojů ( pod označením P, PN), vyrobených v 60 a 70 letech, byl Počet vodních strojů řady H, vyrobený v témže období, byl pravděpodobně více než V současnosti je roční světová produkce vzduchových strojů ( i když jsou vybaveny sofistikovanějším a výkonnějším systémem prohozu než dle patentu Svatý), cca ks a vodních cca ks. Vladimír Svatý obdržel v r 1953 Státní cenu, ve své době nejvyšší a prestižní ocenění udělované prezidentem republiky za mimořádná technická a umělecká díla. V r 1968 obhájil na tehdejší Vysoké škole strojní a textilní v Liberci kandidátskou práci a získal titul CSc, kandidát technických věd.

10 Prezentace historie československého textilního strojírenství a VUTS Liberec Vzduchový stroj P44 Vodní stroj H 105 Skřipcový stroje Nopas Situace do roku cca 1990 : 2 koncerny, Elitex, 11 závodů, lidí ZVS Brno, podobně jako Elitex Dnešní situace : VUTS Liberec, cca 200 zaměstnanců, oddělení tkací techniky cca 10 Jediní výrobci ( spolu s TFA Kostelec n/o a KonTeK Praha )

11 Současný program tkacích strojů VUTS : stroj Cam el pro výrobu tkanin v perlinkové vazbě, pneumatický a hydraulický prohoz

12 Současný program tkacích strojů VUTS : stroj Cam el pro výrobu tkanin v perlinkové vazbě, pneumatický a hydraulický prohoz Cam el 2T Combine Leno 2T Plátno + leno

13 Současný program tkacích strojů VUTS : stroj Cam el pro výrobu tkanin v perlinkové vazbě, pneumatický a hydraulický prohoz prošlup překrytí a rotace

14 Současný program tkacích strojů VUTS : stroj Cam el pro výrobu tkanin v perlinkové vazbě, pneumatický a hydraulický prohoz Vzduchový tkací stroj Vega Sklovláknitá tapeta, texturovaný útek

15 Literatura Dvořák, J., Bílek, M., Tumajer, P.: Mechanické modely tkaní Tumajer, P., Bílek, M., Dvořák, J.: Základy tkaní a tkací stroje. 2015