Víceprošlupní tkací stroje

Transkript

1 Teorie tkaní Víceprošlupní tkací stroje M. Bílek, J. Dvořák 2017

2 Víceprošlupní tkací stroje možnost nahrazení diskontinuálního tkacího procesu kontinuálním Řešení potřeby zvýšit otáčky stroje a snížit jeho hlučnost Prvním řešením bylo 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

3 Víceprošlupní tkací stroje 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 (oscilační) 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.

4 Víceprošlupní tkací stroje Víceprošlupní tkací stroje si kladou za cíl řešit základní konflikt tkaní. Tím je rozpor mezi rovnováhou významu elementů osnovního a útkového subsystému pro mechanické i užitné vlastnosti tkaniny v hotové tkanině a nerovnováhou těchto subsystémů v procesu tvorby tkaniny. Konflikt má technickoekonomické i fyzikální dimenze. Procesy přípravy útku a osnovy mají svou odezvu v nákladech na jednotku tkaniny paradoxně vyšší, než samotný tkací proces, přičemž příprava osnovy je mnohem pracnější a nákladnější než příprava útku. Fyzikální konflikt začíná již rozdílem počtu nití obou subsystémů, z rovnice kontinuity rezultují jejich rozdílné rychlosti, z nich rozdílné odporové, setrvačné a rázové síly, z nich rozdílné deformace, oba subsystémy vyžadují rozdílné kinematické buzení sil a jejich kontrolu. Vyšším počtem instalovaných prohozních systémů snižují víceprošlupní stroje rozpor mezi počtem nití obou subsystémů a technický progres by měl být zaručen zvýšením výkonu stroje, korespondujícím s násobkem výkonu jednotlivých prohozních systémů. Technická praxe však ukazuje, že víceprošlupní stroje neplní požadovaný předpoklad zvýšení výkonu a nedokázaly zaujmout adekvátní pozici na trhu tkacích strojů. Dá se říci, že projekty víceprošlupních tkacích strojů nebyly zakončeny úspěšně a dají se vznést oprávněné pochyby o tom, zda mohou být kategorickým řešením generálního konfliktu subsystémů.

5 Víceprošlupní tkací stroje Vztah výkonu víceprošlupních strojů a střední prohozní rychlosti útku Z tabulky je zřejmé, že výkon jakéhokoli víceprošlupního stroje je závislý na šíři stroje, na počtu zanašečů a na jejich rychlosti.

6 Jednoprošlupní kruhový tkací stroj Víceprošlupní tkací stroje Klasické uspořádání jednoprošlupního kruhového tkacího stroje pro tkaní uzavřených tkanin hadic je uvedeno na obrázku. Osnovní nitě jsou spodem přiváděny z cívečnice a tkanina je odváděna z horní části stroje. Klasické kruhové stroje obvykle pracují s jedním zanašečem, mohou ale použít i větší počet. Zanašeče si udržují formu člunků se zásobou pro relativně velký počet prohozů. Tomu odpovídá i jejich rozměr a hmotnost, které omezují jak počet zanašečů na stroji tak i otáčky stroje. Zanašeče jsou vedeny v kruhové dráze, jejich pohyb je řízen rotujícím ramenem. Styk ramene a člunku zajišťují obvykle rolny.

7 Víceprošlupní kruhový tkací stroj Víceprošlupní tkací stroje Jedno z možných uspořádání kruhového víceprošlupního tkacího stroje je uvedeno na obr. Osnova může být vedena shora (viz schéma) nebo zdola (viz fotografie). Principiální rozdíl víceprošlupních kruhových a klasických kruhových strojů spočívá v sekcionální koncepci víceprošlupního stroje. Při jakémkoli uspořádání stroje se osnova přivádí v několika oddělených sekcích, obvykle osnovních válů a tkanina se vždy navíjí na jednotlivé sekční zbožové vály, umístěné na opačné části stroje. Tkanina je standardní plochá, nemá tvar hadice. Zanašeče mají sice formu člunku, ale se zásobou omezenou obvykle jen na šíři jedné sekce. V mezerách mezi sekcemi jsou zanašeče zásobovány nasoukanou útkovou nití s odměřenou délkou, pro další sekci. Rozměry zanašeče a jeho hmotnost umožňují instalaci relativně velkého počtu současně pracujících zanašečů a podstatné zvýšení pracovní frekvence stroje, v porovnání s klasickým kruhovým strojem.

8 Sériové víceprošlupní tkací stroje Víceprošlupní tkací stroje Rovinné víceprošlupní tkací stroje mohou mít prohozní systémy uspořádány vedle sebe nebo za sebou. Odtud vyplývá název paralelní a sériový stroj. Aby označení bylo jednoznačné, je nutno rozhodnout, kterému subsystému, osnově či útku, dáme při posuzování přednost. Jak je v oblasti tkaní obvyklé, dáváme přednost osnově. Pokud se na jedné osnovní niti tvoří současně více prošlupů za sebou, mluvíme o sériovém stroji. Ústředním členem sériového stroje je tkací rotor, na jehož obvodu jsou s určitou roztečí rozmístěny jednotlivé prohozní systémy. Na rozdíl od kruhových a paralelních víceprošlupních strojů, sériový stroj může teoreticky použít jakýkoli známý prohozní systém (snad s výjimkou hydraulického). V praxi se však historicky uplatnil jednostranný jehlový a později pneumatický tryskový prohoz. sériový víceprošlupní tkací stroj Sulzer M8300

9 Sériové víceprošlupní tkací stroje Víceprošlupní tkací stroje Prohozní systémy jsou rozmístěny na obvodu rotoru s určitou roztečí. Ve sledovaném případě je nainstalováno 12 systémů, z nichž pouze 4 jsou současně činné. Poměr činných a instalovaných prohozů závisí především na velikosti úhlu kruhové výseče, v níž je přiváděna osnova. Prohoz útku zajišťují známé prostředky. Hlavní trysky jsou umístěny na rámu stroje, štafetové na tkacím rotoru, prohozní kanál je vytvořen v lamelách. Příraz útku je rotační, nosem přírazné lamely. Tvorbu prošlupu zajišťují tyče s příčným oscilačním pohybem, které navlékají nitě buď na výřezy lamel nebo je ukládají mezi lamely. Odtah a navíjení zboží je klasické.

10 Sériové víceprošlupní tkací stroje Víceprošlupní tkací stroje Prohozní lamela Přírazná lamela Prohozní kanál Štafetová tryska Handicapy stroje: nedosaženi projektovaneho vykonu (je nižši než přislušny násobek vykonu jednoprošlupnich strojů), nedostatečna universalnost, nizka flexibilita (změna dostavy znamena vyměnu rotoru), vysoka cena, nestabilita provozu, nizka kvalita tkaniny.

11 Paralelní víceprošlupní tkací stroje Víceprošlupní tkací stroje Paralelní víceprošlupní stroj vytváří několik prošlupů vedle sebe, pohyb nitěnek nebo sekcí vzájemně spojených nitěnek je fázově posunut. Vzniká tak efekt vlny postupující napříč osnovou. Originálním efektem paralelních strojů je skutečnost, že tkanina není ortogonální. Úhel osnovy a útku je dán poměrem rychlostí zanašeče a rychlostí odtahu zboží. Zanašeče jsou člunky se zásobou na jeden prohoz. Po prohozu je na cívku nasoukán nový útek. Soukací hlavy jsou umístěny na pohyblivém karuselu, aby se dodržela kontinuita jejich pohybu. Po nasoukání jsou zanašeče dopravníkem přiváděny na vstupní stranu stroje. Pohyb zanašečů v prošlupu je odvozen od pohybu kladky spojené s nekonečným řemenem. Reakční síly zachycuje vedení, kladka působí na zanašeče přes osnovní nitě.

12 Paralelní víceprošlupní tkací stroje Víceprošlupní tkací stroje Transport útku z prohozní do přírazné polohy je realizován šroubovitou drážkou v lamelách rotačního paprsku, nos lamely zajišťuje příraz do tkaniny. Přenos útku je však zdrojem další komplikace. I když zajistíme brzdou v zanašeči požadované napětí, tak se při přenášení šikmo uloženého elementu útku v přeponě trojúhelníku tento element zkrátí v přírazné poloze, tvořící odvěsnu trojúhelníku, na hodnotu: Δl. cos(α). Při tom dojde k poklesu napětí, který ovlivní (zvýší) zvlnění útku ve vazném bodu. Tento problém je někdy popisován pod pojmem naddodávka útku. Komplikovaný pohon zanašečů znemožňoval dosažení plánovaných rychlostí (rychlost zanašečů dosahovala hodnot 1 až 2 m. s-1). Počet zanašečů byl omezován jejich rozměrem i efektivní délkou sekce nitěnek. K dalším hendikepům patří nedosažení projektovaného výkonu, nízká versatilita, flexibilita, spolehlivost, kvalita tkaniny, velké výrobní náklady, nemožnost párání útku.

13 Víceprošlupní tkací stroje Odhad parametrů stroje v závislosti na počtu prohozních systémů Technická praxe ukazuje, že víceprošlupní stroje neplní požadovaný předpoklad zvýšení výkonu a nedokázaly zaujmout adekvátní pozici na trhu tkacích strojů. Dá se říci, že projekty víceprošlupních tkacích strojů nebyly zakončeny úspěšně a dají se vznést oprávněné pochyby o tom, zda mohou být řešením hlavního konfliktu subsystémů. Pro odhad poklesu střední rychlosti jednotlivého prohozního systému v závislosti na počtu systémů instalovaných, respektive současně činných na víceprošlupním stroji, můžeme použít analogii s poklesem rychlosti hmotného tělesa v závislosti na rostoucí odlehlosti v prostředí s viskózním a adhezním odporem. V analogickém vztahu pro popis poklesu střední prohozní rychlosti, resp. výkonu zanášecího systému, by symbol m (v původním vztahu hmotnost) mohl reprezentovat schopnost systému zachovat si výkon i při přenosu do jiného prostředí (setrvačnost), koeficient α (v původním vztahu viskózní odpor) vliv silnějších negativních nelineárních interakcí prostředí na výkon a koeficient β (v původním vztahu adhezní odpor) negativní vliv slabších lineárních interakcí. Počet systémů je analogický s dráhou x. Výkon víceprošlupního stroje by potom byl nikoli součinem počtu prohozních systémů i a rychlosti prohozního systému dosahované v prostředí jednoprošlupního stroje, ale rychlosti v(i) vypočítané pro daný počet systémů

14 Víceprošlupní tkací stroje Odhad střední rychlosti prohozního systému v závislosti na počtu systémů

15 Víceprošlupní tkací stroje Odhad výkonu stroje v závislosti na počtu systémů

16 Víceprošlupní tkací stroje Příkladem axiomu snížení středního výkonu prohozního systému v komplikovanějším prostředí je snížení střední prohozní rychlosti pneumatického prohozu na sériovém víceprošlupním stroji. Rychlost prohozu je silně závislá na zaplnění kanálu tkacího paprsku (poměru tloušťky třtiny a šířky mezery). Třtiny paprsku musí být tak tlusté, aby vytvořily kvalitní rychlostni pole pro pohyb utku a mezery tak velke, aby umožnily pohyb osnovnich niti při tvorbě prošlupu. Potřebny kompromis lze u jednoprošlupnich strojů v širokem rozsahu uspokojivě splnit a dosahnout rychlosti bližici se k 100 m. s-1. Lamela viceprošlupniho stroje musi ale plnit dalši funkce vytvařet prošlup, provadět rotačni přiraz ozubem na svem obvodu. Rotačni paprsek navic nemůže byt uzavřen a zpevněn horni vazbou. Tyto dalši funkce vyžaduji větši tuhost lamely i větši rozteče lamel.

17 Víceprošlupní tkací stroje Shrnutí: Víceprošlupní tkací stroje mají své zaručené místo v historii a potenciální místo v budoucnosti tkaní. Kritické poznámky v této publikaci si kladou za cíl přispět k analýze stávajících konfliktů. Úvahy o nových koncepcích řešení by měly následovat.

18 Literatura Zpracováno využitím publikací a zdrojů: Dvořák, J., Bílek, M., Tumajer, P.: Mechanické modely tkaní Tumajer, P., Bílek, M., Dvořák, J.: Základy tkaní a tkací stroje