Měření prohozní rychlosti a sil v útku

Transkript

1 Teorie tkaní Měření prohozní rychlosti a sil v útku J. Dvořák

2 Měření prohozní rychlosti a sil v útku tachografy a tenzografy Předmět a cíl semináře : A/ Měření rychlosti útku A 1/ Určení střední prohozní rychlosti útku A2 / Určení přibližného průběhu prohozní rychlosti z dat odměřovače útku B/ Měření sil v útkové niti na vzduchovém tkacím stroji

3 1/ Analýza prohozních systémů z hlediska rychlosti útku a elastických sil v útkové niti Předmětem analýzy prohozních systémů jsou kinematické parametry (rychlost, střední rychlost, zrychlení) a síly (odporové, setrvačné, rázové) v útkové niti během prohozu. Síly v útkové niti jsou vnitřní statické účinky. Vektor síly působí v ose niti. Jediným vnitřním účinkem je tahová síla ( ohybová a tlaková tuhost je zanedbatelná). Síly jsou buzeny kinematicky pohybem zanašeče, předáváním hybnosti proudu media útku nebo odporem prostředí. Základním nástrojem analýzy jednotlivých prohozních systémů je sestavení tachografu (závislost rychlosti útku na čase respektive za předpokladu konstantní úhlové rychlosti stroje ω na úhlu pootočení hlavní hřídele ϕ = ω t.) a tenzografu (závislost síly v útku na čase respektive úhlu pootočení hlavní hřídele). Je třeba zdůraznit, že rychlost útku není u každého prohozního systému v celém intervalu tkacího cyklu shodná s rychlostí zanašeče. V případě tryskových prohozů je dokonce rozdíl rychlostí zanášecího media a útku podmínkou jeho pohybu. Výpočty rychlostí a sil umožňují pohybové rovnice. Ty rezultují z 2. Newtonova zákona a v nejjednodušším případě ( m =konst a při kolinearitě vektorů sil a zrychlení ) mají tvar m.a = F T F. Síly s indexem T jsou aktivní tahové síly a s indexem O jsou síly odporové. Tahové síly jsou buzeny obecně pohybem zanašeče, v případě tryskových strojů předáváním hybnosti proudu media útku. Odporové jsou funkcí prostředí. Adhezním odporem je tření nitě s vodicími prostředky, aerodynamickým Newtonovým odporem je tření nitě o stojící vzduch. Rozdíl tahové a odporové síly uirychluje útek. Kromě těchto sil působí na útek i rázové síly, rezultující z nespojitých změn kinematických veličin dvou těles, tedy nitě a pracovního členu mechanismu ( kolík odměřovače).

4 1/ Analýza prohozních systémů z hlediska rychlosti útku a elastických sil v útkové niti Obecně je řešením pohybových rovnic průběh zrychlení útkové nitě. Dvojnásobnou integrací získáme hodnoty rychlosti a dráhy. Násobením hmotnosti elementů nebo úseků nitě zrychlením dostaneme hodnoty sertrvačných sil. Exaktní výpočty pohybu útku jsou však velice náročné, nepřesné a v některých případech (hydraulický prohoz) prakticky nemožné. Proto je třeba získat potřebné údaje měřením. Měření rychlosti útku je poměrně obtížné a náročné. Obvykle nemůžeme použít přímé metody ( tachodynamo, indukční snimač,akcelerační snimač apod ) Nepřímé měření rychlosti je v podstatě měřením časových intervalů pohybu útku na definovaném úseku dráhy útku. Pro rotační pohyb absolutní nebo inkrementální čidla ( optoelektrická nebo magnetická- resolvery). Přímočarý pohyb však vyžaduje relativně velký počet snimačů, rozmístěných po celé šíři stroje a přesnou detekci polohy čela útku, což je komplikované. V praxi se proto spokojujeme pouze s měřením celkového intervalu prohozu útku, odpovídajícího střední prohozní rychlosti. Podrobnější údaj o průběhu rychlosti útku můžeme získat vyhodnocením dat SW odměřovače, kde jsou údaje o časových intervalech průletu jednotlivých ovinů, detekovaných optoelektrickým čidlem odměřovače. Počet ovinů je relativně malý ( cca 5-6), proto je tachograf málo přesný. Technicky jednodušší je měření sil v útku tenzometrickým snimačem.při interpretaci výsledků měření je však důležité si uvědomit, že reálný záznam průběhu síly je superpozicí několika sil buzených různým způsobem.

5 A/ Měření rychlosti útku A 1 Určení střední prohozní rychlosti útku : a/ L délka prohozeného útku(m) = L 1 ( úsek nůžky-1.osnov. nit) + L 2 ( paprsková šíře) +L 3 ( přelety útku), změřit b/ ϕ P prohozní úhel ( ), ϕ P = ϕ Z ϕ K, ϕ Z.. úhel uvolnění kolíku odměřovače, ϕ Z.. údaj doletové zarážky, úhly odečteme z displeje řízení stroje c/ T časový interval prohozu( s), T = ϕ P /ω, ϕ ( rad )!, úhlová rychlost stroje ω = 2π.n / 6, n= otmin -1 - otáčky stroje d/ V S = L/T ( ms -1 )

6 A2 / Určení přibližného průběhu prohozní rychlosti z dat odměřovače útku : Odečteme z displeje odměřovače časové intervaly prohozu jednotlivých ovinů Délka ovinu je L=π.D, kde D je průměr bubnu odměřovače ( m) Střední prohozní rychlost ovinu je v i = L/ t i ( ms -1 ) Na osu x vynášíme šířky časových intervalů t i, ve středu intervalu zaneseme vypočítanou v i, body spojíme přímkami. Počátek prohozu je dán uvolněním kolíku odměřovače. Konec prohozu, realizovaný pohybem kolíku, se prakticky shoduje s údajem strhu posledního ovinu. ( Vzdálenost čidla a kolíku je zanedbatelná.) (Linearizovaný průběh lze aproximovat křivkou s pomocí lineární regrese,to však není předmětem tohoto cvičení.) Příklad : t 1 =15 ms, t 2 =9 ms, t 3 =8 ms, t 4 =8ms, t 5 =1ms, Σ(t) = 5 ms Určení střední prohozní rychlosti z rovnosti ploch : součet ploch obdélníků jednotlivých ovinů je roven obdélníku se základnou 5 ms a výškou v S = 4 ms -1

7 B/ Měření sil v útkové niti na vzduchovém tkacím stroji Vera Cílem měření je analyzovat elastické tahové síly v útkové niti v průběhu prohozu. Tenzograf je třeba analyzovat z hlediska setrvačných,odporových a rázových sil. Dále je třeba vyhodnotit efekt útkové brzdy z hlediska hodnoty rázové síly. Parametry textilních materiálů, tkacího stroje a jejich vliv na sílu v útku. 1 / hmotnost útku : snižuje prohozní rychlost, zvyšuje setrvačné a rázové síly, nemá vliv na odporové síly 2/ otáčky tkacího stroje : disponibilní prohozní úhel stroje ve stupních je dán konstrukcí stroje, prohozní doba v sekundách je však funkcí úhlové rychlosti ( ϕ = ω.t). Časový interval pro prohoz se zkracuje s rostoucími otáčkami a prohozní rychlost tedy musí růst. Vyšší prohozní rychlost má vliv na setrvačné, odporové i rázové síly 3/ efekt brzdy WBS : postupným odebíráním kinetické energie docilujeme nižší hodnotu rychlosti útku v okamžiku nárazu na kolík odměřovače. Sníží se poněkud střední hodnota prohozní rychlosti útku ale výrazně se sníží hodnota rázové síly a defekty útku. Program měření B1 / měření pro různé hodnoty jemnosti útku při shodných otáčkách stroje B2/ měření na jednom útku stejné hmotnosti při různých otáčkách stroje B3/ posoudit efekt WBS na útku vysoké jemnosti při jedněch otáčkách, s proměnlivou aktivací WBS Výsledky měření : Ve formě datových souborů Excel, každé měření bude obsahovat 5 cyklů ( otáček). Max. hodnotu rázové síly určit jako průměr z 5 cyklů. Tachograf sestrojit pouze pro jednu (první) otáčku v souboru bez brždění a v souboru WBS 18 ( bez statistického vyhodnocení)

8 WBS (Weft Brake System) Energii brzdy můžeme ovlivňovat buď zvětšením úhlu opásání (zdvihu čelisti brzdy), nebo změnou časového intervalu brždění (počátkem sepnutí). Druhý způsob je efektivnější. Není pochyb, že každá brzda snižuje rychlost. Zdánlivý paradox spočívá v tom, že WBS sice snižuje v určitém časovém intervalu aktuální rychlost útku, ale ve větším časovém intervalu umožňuje dosažení vyšší prohozní rychlosti. Díky sofistikovanějšímu tachografu se navýší i střední prohozní rychlost. WBS tak umožňuje zvýšení výkonu při zachování kvality tkaniny. V tom tkví význam jeho technickoekonomické a nikoli jen fyzikální dimenze.

9

10 Zadání úlohy : 1/ Na základě analyzy datových souborů měření sestrojte tachografy prohozu útku pro dva extrémní případy [bez a s maximální aktivací (18) WBS.] 2/ Určete pokles rázové síly v závislosti na rychlosti rázu pro dva výše uvedené případy. Pozn.: rychlostí rázu rozumíme ( s nepřesností rezultující z hrubé diskretizace intervalů) střední rychlost útku v intervalu posledního ovinu odměřovače. Protokoly : 1/ klimatické podmínky v laboratoři : Teplota, tlak, relativní vlhkost 2/ parametry textilně technologické : útek : sklo EC tex Z 28 osnova : sklo EC tex Z 28, PES 16,7 tex tkanina : sklo+pes, vazba leno 2T, dostava osnovy 2x25 ends/ 1cm, dostava útku 25/1cm, 3/ popis tkacího stroje : vzduchový tkací stroj Cam el, VUTS Liberec, rok výroby 213 max šíře 22 cm, otáčky 5 min -1 4/ vybrané parametry seřízení stroje ( mající vztah k měření sil v útku) prohozní úhel : uvolnění kolíku odměřovače a aktivace hlavní trysky 72, doletová zarážka WBS : hřebenová brzda, viz schema obr 3.11, manuální aktivace počátku brždění v rozsahu odměřovač ROJ, průměr bubnu 127 mm, počet ovinů 6, celková délka zanášeného útku 238 cm 5/ měřící aparatura : snimače, analyzátor, konfigurace přístrojů, kalibrace (dtto jako měření sil v osnově)

11 14 Síla v útku, instruktážní záznam, aktiv WBS začátek prohozu-off pivot 72 konec prohozu- napřímení a pružná deformace ,1,2,3,4,5,6,7,8,9,1,11,12 Strh odměřovače (náběžná hrana) [-] Napětí v útku [N] Hl.hřídele (náběžná hrana) [-] čas [s] Doba prohozu prvního ovinu je dána časovým intervalem mezi zdvihem kolíku a náběžnou hranou prvního pulzu, prohozní doba dalších ovinů je dána časovým intervalem mezi náběžnými hranami pulzů

12 ,1,2,3,4,5,6,7,8,9,1,11,12,13,14,15,16,17,18,19,2,21,22,23,24,25,26,27,28,29,3,31,32,33,34,35,36,37,38,39,4,41,42,43,44,45,46,47,48,49,5,51,52,53,54,55,56,57,58,59 6 NAPĚTÍ V ÚTKU BEZ BRZDĚNÍ Strh odměřovače (náběžná hrana) [-] Napětí v útku [N] Hl.hřídele (náběžná hrana) [-] čas [s]

13 ,1,2,3,4,5,6,7,8,9,1,11,12,13,14,15,16,17,18,19,2,21,22,23,24,25,26,27,28,29,3,31,32,33,34,35,36,37,38,39,4,41,42,43,44,45,46,47,48,49,5,51,52,53,54,55,56,57,58,59 NAPĚTÍ V ÚTKU, ZAČÁTEK BRZDĚNÍ ÚTKU Strh odměřovače (náběžná hrana) [-] Napětí v útku [N] Hl.hřídele (náběžná hrana) [-] čas [s]

14 ,1,2,3,4,5,6,7,8,9,1,11,12,13,14,15,16,17,18,19,2,21,22,23,24,25,26,27,28,29,3,31,32,33,34,35,36,37,38,39,4,41,42,43,44,45,46,47,48,49,5,51,52,53,54,55,56,57,58,59 NAPĚTÍ V ÚTKU, ZAČÁTEK BRZDĚNÍ ÚTKU Strh odměřovače (náběžná hrana) [-] Napětí v útku [N] Hl.hřídele (náběžná hrana) [-] čas [s]

15 ,1,2,3,4,5,6,7,8,9,1,11,12,13,14,15,16,17,18,19,2,21,22,23,24,25,26,27,28,29,3,31,32,33,34,35,36,37,38,39,4,41,42,43,44,45,46,47,48,49,5,51,52,53,54,55,56,57,58,59 NAPĚTÍ V ÚTKU, ZAČÁTEK BRZDĚNÍ ÚTKU Strh odměřovače (náběžná hrana) [-] Napětí v útku [N] Hl.hřídele (náběžná hrana) [-] čas [s]

16 ,4,8,12,16,2,24,28,32,36,4,44,48,52,56,6,64,68,72,76,8,84,88,92,96,1,14,18,112,116,12 Příkladné porovnání tachografů prohozu bez a s aktivací WBS rychlost bez WBS Rychlost útku WBS 18 ( m/s],2,4,6,8,1,12, rázová síla jako funkce rázové rychlosti 2 4

17 Literatura Dvořák, J., Bílek, M., Tumajer, P.: Mechanické modely tkaní. 216 Tumajer, P., Bílek, M., Dvořák, J.: Základy tkaní a tkací stroje