Teorie tkaní Příraz útku M. Bílek 2016
Celkové uspořádání bezčlunkového tkacího stroje
Po ukončení fáze zanášení útku je útková nit uložena v určité vzdálenosti od čela tkaniny (posledního zatkaného útku). Následuje fáze přírazu útku, ve které je útková nit dopravena paprskem k čelu tkaniny a zatlačena do tkaniny tak, aby rozestup B mezi útkovými nitěmi odpovídal požadované útkové dostavě du (B = 1 / du). Současně dochází k zavírání prošlupu a v poloze zástupu nitěnek je přirážený útek provázán s snovními nitěmi. Tím dojde k dokončení tkacího cyklu.
Z hlediska formování tkaniny je přírazný proces nejdůležitější fází tkacího cyklu. Obvykle je tento proces spojován výhradně se svou dominantní funkcí, tj. přírazem útku do čela tkaniny a formováním vazných bodů. Ve skutečnosti jsou zdvihové závislosti výstupních členů přírazných mechanismů projektovány také s ohledem na podporu prohozu útku a zajištění transportu útku z prohozní do přírazné polohy. Pro plnění těchto sekundárních funkcí je zpravidla využita nepoměrně větší část zdvihu než pro vlastní příraz. Předmětem této kapitoly je zkoumání vztahů mezi pohybem paprsku jako výstupního členu přírazného mechanismu, přírazné síly a tkacího odporu. Tkací odpor zde chápeme jako sílu, kterou tkanina působí proti vtlačování útku. Přírazná síla představuje silové působení paprsku, které útek do tkaniny vtlačuje. Ze zákona akce a reakce vyplývá rovnováha mezi příraznou silou a tkacím odporem
Prostředky pro příraz útku
Části přírazného mechanismu Paprsek Hlavní částí paprsku jsou třtiny, které jsou v průběhu tkacího procesu v kontaktu s textilním materiálem. Třtiny jsou vzájemně propojeny kovovými vazebními vložkami půlkruhového průřezu a ocelovou pružinou. Horní a spodní vazbu paprsku tvoří hliníkový U profi l. Přečnívající konce třtin jsou zasunuty do drážek těchto profilů. Vzájemné spojení třtin, vazebních vložek i nosných drátů s vazbami paprsku je realizováno epoxidovou pryskyřicí. Rám paprsku uzavírají sloupky z ploché oceli.
Části přírazného mechanismu Paprsek kromě přírazu zajišťuje také vedení osnovních nití v požadované dostavě. Proto je jeho důležitým parametrem číslo paprsku, které udává počet zubů (mezer mezi třtinami) připadajících na 10 cm jeho délky. Standardně se vyrábějí paprsky s normalizovanými čísly v rozsahu od 15 (nejnižší číslo vlnařského paprsku) až do 300 (nejvyšší číslo hedvábnického paprsku). Délka paprsku, respektive jeho pracovní šíře, určuje paprskovou šíři tkaniny. V současnosti se paprskové šíře standardních tkacích strojů pohybují nejčastěji v rozsahu od 2 m do 3 m, čemuž také odpovídají pracovní šíře nejčastěji vyráběných paprsků. Maximální pracovní šíře běžně vyráběných paprsků se potom pohybují v rozsahu od 5 m do 6 m. Posledním parametrem, který charakterizuje paprsek, je jeho světlost, což je vzdálenost mezi spodní a horní vazební vložkou. Paprsek musí mít dostatečnou světlost tak, aby při maximálním otevření prošlupu nedocházelo ke kontaktu osnovních nití s vazebními vložkami v horní i spodní části paprsku.
Části přírazného mechanismu Bidlen Bidlen je výstupní pracovní člen přírazného mechanismu, který umožňuje upevnění paprsku a svým rotačním vratným pohybem realizuje příraz útku. Bidlen je složen z podbidelnice, což je ocelová tyč kruhového průřezu. Na podbidelnici jsou uchyceny mečíky, které jsou vyrobeny z oceli. Někteří výrobci nahrazují klasické ocelové mečíky kontinuálním prizmatickým nosníkem z kompozitních materiálů. V horní části bidla (na mečících nebo nosníku) je upevněn trámec, což je lišta s U profilem. Do drážky trámce je zasunuta spodní vazba paprsku a upevněna pomocí šroubů. Bidlen se jako celek musí vyznačovat dostatečnou tuhostí (z důvodu správné funkce přírazu) a nízkou hmotností (z důvodu minimalizace dynamických sil). Bidlen stroje ZAX firmy Tsudakoma Bidlen stroje Vera firmy VUTS Liberec
Části přírazného mechanismu Bidlen Bidlen vykonává rotační vratný pohyb s periodou jednoho tkacího cyklu. Pro pohon bidlenu se používá kloubový mechanismus (například čtyřčlenný kloubový mechanismus) nebo mechanismus s komplementárními vačkami. Čtyřčlenný kloubový mechanismus je složen z klikové hřídele, ojnice a bidlenu. Průběh zdvihu bidlenu je možné ovlivnit pouze omezeně, volbou poměru mezi délkou kliky a ojnice. Proto kloubový mechanismus není schopen vytvořit klidovou polohu bidla v zadní úvrati. Jeho použití však minimalizuje dynamické síly, které jsou generovány přírazným mechanismem za chodu stroje, a tím umožňuje dosažení vyšších tkacích frekvencí. U přírazných mechanismů s komplementárními vačkami je průběh zdvihu bidlenu určen tvarem vaček. Tvar vaček je navržen tak, že bidlen má ve své zadní úvrati klidový úhel, což zvyšuje zrychlení a zpravidla i dynamické síly generované přírazným mechanismem za chodu stroje.
Pohon přírazného mechanismu Volba mechanismu pro pohon bidlenu závisí na použitém prohozním mechanismu. Vzduchové tkací stroje nevyžadují klidovou polohu bidlenu v zadní úvrati. Trysky (hlavní i štafetové) jsou upevněny na bidlenu a útek je možné zanášet při pohybu bidlenu. Proto lze na vzduchových strojích použít kloubový přírazný mechanismus. Ostatní systémy (jehlový, skřipcový) mají prohozní mechanismus upevněn na rámu stroje takovým způsobem, že pro zanesení útku je nutné vytvoření klidové polohy bidlenu v zadní úvrati (útek nelze zanášet při pohybu bidlenu). Proto jsou na těchto strojích používány přírazné mechanismy s komplementárními vačkami. Části přírazného mechanismu
Pohon přírazného mechanismu Volba mechanismu pro pohon bidlenu závisí na použitém prohozním mechanismu. Vzduchové tkací stroje nevyžadují klidovou polohu bidla v zadní úvrati. Trysky (hlavní i štafetové) jsou upevněny na bidlenu a útek je možné zanášet při pohybu bidlenu. Proto lze na vzduchových strojích použít kloubový přírazný mechanismus. Ostatní systémy (jehlový, skřipcový) mají prohozní mechanismus upevněn na rámu stroje takovým způsobem, že pro zanesení útku je nutné vytvoření klidové polohy bidlenu v zadní úvrati (útek nelze zanášet při pohybu bidlenu). Proto jsou na těchto strojích používány přírazné mechanismy s komplementárními vačkami. Části přírazného mechanismu
Silové působení mezi paprskem a čelem tkaniny Fáze přírazu je realizována ve dvou etapách: - Nejprve je útek transportován paprskem k čelu tkaniny (transportní etapa) - Potom je zatlačen do tkaniny na rozestup určený požadovanou útkovou dostavou (přírazná etapa). V přírazné etapě dochází ke vzájemnému silovému působení mezi paprskem a čelem tkaniny. Velikost působících sil je závislá na požadované útkové dostavě. Časový interval, ve kterém tyto vazby působí, nazýváme šířkou přírazného pulzu. Pozn.: Současné prostředky umožňují pouze přibližné nastavení síly a kontrola její hodnoty je prakticky nemožná. Síly působící v transportní etapě přírazného procesu nemají z hlediska formování tkaniny žádný význam. Obecně platí, že přírazný proces můžeme kontrolovat jedině prostřednictvím sil v osnově.
Silové působení mezi paprskem a čelem tkaniny Porovnání standardního přírazu kývavým pohybem paprsku a příraz zvýšeným překřížením osnovních nití.
Silové působení mezi paprskem a čelem tkaniny Porovnání standardního přírazu kývavým pohybem paprsku a příraz zvýšeným překřížením osnovních nití. Znázornění silového působení na element útku: V tkací rovině působí síla R respektive F P, jež představuje složku výslednice V. Směr síly působící v tkací rovině je určen poměrem úhlu provázání osnovy na přiráženém útku Φ 2 a úhlu překřížení osnovy v prošlupu Φ 1. Existující tkací stroje přirážejí útek v časovém intervalu, ve kterém dochází ke vzájemnému křížení osnovních nití (v poloze zástupu nitěnek). Úhel překřížení osnovy v prošlupu Φ 1 je tedy v tomto případě blízký nule a úhel provázání osnovy na přiráženém útku Φ 2 je větší než nula (Φ 2 > Φ 1 ). Proto je síla R působící v tkací rovině orientována proti tkacímu paprsku a má tedy charakter tkacího odporu. Tkací odpor je nutné překonat příraznou silou F P jež posune útek na požadovanou rozteč a zajistí jeho deformaci ve vazném bodě. Pokud se poměr úhlu překřížení osnovy v prošlupu Φ 1 a úhlu provázání osnovy na přiráženém útku Φ 2 obrátí (Φ 2 < Φ 1 ), útek se posune do tkaniny sám bez působení paprsku
Matematický model přírazné síly Náhradní schéma pro modelování přírazné síly předpokládá pevnou vazbu (bez prokluzu) mezi osnovou a svůrkou i mezi tkaninou a drsným válcem odtahu. Elastické vlastnosti osnovy jsou simulovány pružinou s konstantou tuhosti C 1, pro kterou z Hookova zákona vyplývá vztah: kde E 1 je Youngův modul osnovy, S 1 je plocha průřezu osnovy a l 1 je délka osnovy na tkacím stroji (vzdálenost svůrky od čela tkaniny). Elastické vlastnosti tkaniny jsou simulovány pružinou s konstantou tuhosti C2, pro kterou opět z Hookova zákona platí: kde E 2 je Youngův modul tkaniny, S 2 je plocha průřezu tkaniny a l 2 je délka tkaniny na tkacím stroji (vzdálenost čela tkaniny od drsného válu odtahu). parametry přírazného pulzu: YM amplituda přírazného pulzu a TP šířka přírazného pulzu.
Matematický model přírazné síly Obě pružiny leží v tkací rovině. Rozhraní mezi osnovou a tkaninou je simulováno přiráženým útkem. Útek má silovou vazbu s paprskem, tj. pohyb útku je totožný s pohybem paprsku. Dále model předpokládá dostatečně velké adhezní síly mezi přiráženým útkem a osnovou, které zabrání skluzu útku po osnově. To znamená, že celý přírazný pulz y je využit pouze na protažení osnovy a zkrácení tkaniny. parametry přírazného pulzu: YM amplituda přírazného pulzu a TP šířka přírazného pulzu.
Matematický model přírazné síly Rovnice statické rovnováhy Po úpravě získáváme vztah Závislost přírazné síly F P na protažení osnovy a zkrácení tkaniny x je tedy vyjádřena lineární funkcí se směrnicí určenou součtem tuhosti osnovy C 1 a tuhosti tkaniny C 2.
Matematický model přírazné síly Obrázek představuje grafickou interpretaci přírazné síly. Jsou zde vyznačeny přímky se směrnicemi C 1 (tuhost osnovy) a C 2 (tuhost tkaniny), které reprezentují závislost tahové síly v osnově Q 1 i ve tkanině Q 2 na souřadnici x. Obě charakteristiky jsou zakresleny v souladu se změnami opačného smyslu sil při budícím pohybu x a protínají se na úrovni předpětí Q P. Souřadnice průsečíku přímek na vodorovné ose potom odpovídá počátku přírazného pulzu (x = 0). V průběhu přírazného pulzu je přírazná síla určena rozdílem tahové síly v osnově a ve tkanině.
Matematický model přírazné síly Pokud by byl přírazný proces dostatečně deterministický, stačilo by znát tkací odpor konkrétní tkaniny a k této hodnotě určit a nastavit odpovídající velikost přírazné síly. Takový postup však selhává, protože nejsme schopni predikovat tkací odpor konkrétní tkaniny a tkací stroje neposkytují prostředky k exaktnímu nastavení přírazné síly. Tuhost tkaniny C 2 na tkacím stroji nejsme schopni ovlivnit vůbec a tuhost osnovy C 1 jen velmi omezeně nastavením osnovní svůrky v horizontálním směru (změnou délky l 1 ). Potřebnou velikost protažení osnovy a zkrácení tkaniny x také neznáme. Jediným prostředkem je empirické nastavení čela tkaniny vůči paprsku pomocí spřažených regulátorů pro podávání osnovy a odtah tkaniny. Jedinou veličinou, kterou lze exaktně nastavit, je předpětí v soustavě osnova tkanina (síla Q P ).
Seřízení stroje pro tkaninu s konkrétním tkacím odporem R se tedy soustřeďuje na jediný exaktně nastavitelný parametr, tj. předpětí Q P nastavitelné osnovním regulátorem. Z hlediska vzájemného vztahu velikosti předpětí Q P, přírazné síly F P a tkacího odporu R mohou nastat tři situace: Matematický model přírazné síly
Matematický model přírazné síly Situace A: Předpětí Q P i přírazná síla F P jsou menší než tkací odpor R dané tkaniny. V průběhu přírazu dojde k poklesu síly ve tkanině Q 2 až na nulovou hodnotu. Tkanina není schopna přenášet tlak, a proto se zbortí. Útek nelze zatkat. Tato situace je označována jako příraz s bubnováním.
Matematický model přírazné síly Situace B: Na stroji je nastaveno větší předpětí Q P než je tkací odpor R, ale přírazná síla F P je menší než tkací odpor R. I když je předpětí větší než tkací odpor a síla ve tkanině Q 2 nepoklesne v průběhu celé přírazné etapy na nulovou hodnotu, přírazná síla nedosahuje požadované hodnoty tkacího odporu. Zvýšení předpětí Q P nemá v této situaci význam, pouze by docházelo ke zvýšenému namáhání osnovních nití. Útek je v důsledku převahy tkacího odporu vytlačován z tkaniny směrem k paprsku. V následujícím tkacím cyklu tedy dojde ke změně polohy čela tkaniny a tím se samovolně zvýší amplituda přírazného pulzu Y M.
Matematický model přírazné síly Situace C: Na stroji je nastaveno větší předpětí Q P než je tkací odpor R a přírazná síla F P je rovna tkacímu odporu R. V důsledku zvýšení amplitudy přírazného pulzu Y M dochází ke zvýšení protažení osnovy a zkrácení tkaniny o hodnotu ΔX. Tím dojde k nárůstu velikosti přírazné síly a její hodnota je potom rovna požadovanému tkacímu odporu (F P = R). Samovolná změna polohy čela tkaniny, která vytváří rovnováhu mezi příraznou silou a tkacím odporem je nazývána autoregulačním procesem čela tkaniny.
Příraz útku Shrnutí: Přírazná síla zajišťuje formování vazných bodů ve tkanině. Současně představuje vnější zatížení přírazného mechanismu stroje. Přes formální jednoduchost výpočtu je její velikost obtížně predikovatelná i měřitelná. Setrvačné síly přírazného mechanismu jsou od pracovní frekvence 600 ot. min -1 výše několikanásobně (až řádově) větší, než přírazná síla. Při pevnostním výpočtu mechanismu se přírazná síla zanedbávám zejména proto, že tkací odpor některých tkanin je velmi malý.
Literatura Zpracováno využitím publikací Dvořák, J., Bílek, M., Tumajer, P.: Mechanické modely tkaní. 2016 Tumajer, P., Bílek, M., Dvořák, J.: Základy tkaní a tkací stroje. 2015