na současných navíjecích strojích

Výzkumný záměr č. MSM 242100001 Optimalizace vlastností strojů a pracovních procesů

1.

Úvod

Přesné křížové vinutí, (PKV) převážně ve formě uzavřeného vinutí, je po vinutí divokém druhým nejvíce používaným vinutím v textilním průmyslu. Jeho využití je uplatňováno zejména tam, kde je potřeba do daného objemu cívky navinout co nejvíce materiálu, což toto vinutí stavbou svojí struktury umožňuje. Je zde využívána také jeho další výhoda, a to zamezení deformací křížem navíjených přízí, co umožňuje přesné a těsné navíjení nití vedle sebe. Z těchto důvodů se toto vinutí využívá zejména pro náviny hedvábí v chemickém průmyslu, pro náviny šicích nití, kobercových přízí, pro finální náviny různých typů hrubých skaných délkových textilií a tam, kde potřebujeme do daného objemu navinout co největší množství materiálu. Při praktickém řešení problému kvality a podrobnějším zkoumání přesného křížového vinutí bylo zjištěno, že při navíjení na strojích s PKV dochází v určité míře ke zvětšování mezer mezi navíjenými nitěmi se zvětšujícím se průměrem navíjené cívky, což snižuje kvalitu a objemovou výtěžnost těchto cívek. Tato práce byla proto zaměřena na analýzu a teoretický rozbor tohoto jevu a zkoumání příčin, způsobujících uvedené problémy u mechanizmů s PKV. Tento rozbor svými novými teoretickými poznatky inspiroval k navržení nového způsobu řešení stávajících mechanizmů pro přesný křížový návin pro tzv. řízené navíjení, které umožňuje navíjet nový, tzv. dokonalý přesný křížový návin – DPKV, který je již „dokonalý“, tj. bez zmíněného nedostatku. Tím chce také přispět ke zvýšení technických parametrů a kvality textilních strojů, jakož i výsledných návinů cívek v dané oblasti. Třetí, experimentálně–praktická část práce byla zaměřená na konstrukci, výrobu a ověření funkčního modelu pro navíjení dokonalého přesného křížového vinutí s tzv. řízeným navíjením pro cívky šicích nití.

2.

Výsledky rozboru přesného křížového vinutí /PKV/ na současných navíjecích strojích

Na obr. 1 je nakresleno schéma nejjednoduššího provedení navíjecího mechanizmu pro PKV, prostřednictvím kterého byl prováděn rozbor PKV.

Obr. 1 Schéma navíjecího mechanizmu pro PKV Převodem i2 na kuželových řemenicích nastavujeme osovou vzdálenost o, nebo těsné kladení nití vedle sebe na počátku navíjení. Převod i2 určuje velikost úhlu η na čele cívky, o Výzkumný záměr č. MSM 242100001 Optimalizace vlastností strojů a pracovních procesů

Výzkumný záměr č. MSM 242100001 Optimalizace vlastností strojů a pracovních procesů který je posunuto kladení další nitě, dle obr. 2, a je třeba zdůraznit, že tento úhel η se již v průběhu navíjení u PKV nemění, to znamená, že také převod i2 se u PKV v průběhu navíjení nemění.

r

B

r

α

o

η

η

r.η

Obr. 2 Kladení nitě o úhel η Analýzou byl odvozen vztah (1), který dokládá, že osová vzdálenost o nití při navíjení PKV není konstantní.

o(r ) =

η ⋅2⋅B 4 ⋅ B2 r

2

(1)

+ (4 ⋅ π − η ) 2

Graf funkce (1) je na obr. 3

o t

Oblast malých textil. cívek

Oblast klasických velkých textilních cívek malá změna o

r r

Obr. 3 Graf funkce (1) Z grafu na obr. 3 je zřejmé, že funkce o(r) není konstantní, což potvrzují poznatky z praxe, tj. že osová vzdálenost navíjených nití o se v průběhu navíjení mění, a mezi nitěmi vzniká mezera. Výzkumný záměr č. MSM 242100001 Optimalizace vlastností strojů a pracovních procesů

Výzkumný záměr č. MSM 242100001 Optimalizace vlastností strojů a pracovních procesů Dále byl pro PKV odvozen vztah (2) pro úhel vratu na cívce η, kde R je soukací poměr. 2

1 ⎛π ⋅ R ⎞ (2) η ≅ ±t 2 + ⎜ ⎟ r ⎝ B ⎠ Získaný vztah. (2) umožňuje jednoduše a rychle vypočítat optimální úhel vratu η na cívce pro konkrétní parametry návinu. Z úhlu η je potom možné vypočítat pro dané parametry návinu (R, B, rmin, rmax) a rozsah jemností navíjených nití (tmin, tmax) rozsah převodového poměru i2 , který je důležitý pro výpočet a konstrukci převodů navíjecího stroje, pro PKV podle obr.1. Vliv parametrů návinu na změnu hustoty navíjení H nití byla vyjádřena graficky v %. Na obr. 4 je zobrazen průběh změny hustoty H(R,r) při konstantních šířkách cívek B. Na obr. 4 je možné sledovat vliv poloměru cívky r, soukacího poměru R a šířky cívky B na změnu hustoty navíjení u přesného křížového vinutí ve zvolených rozsazích těchto parametrů.

Obr. 4 Průběh změny hustoty H(R,r), při konstantních šířkách cívek B Výzkumný záměr č. MSM 242100001 Optimalizace vlastností strojů a pracovních procesů


Pro výpočet převodového poměru i2 byl odvozen vztah (3)

1 ⎛π ⋅ R ⎞ t⋅ 2 +⎜ ⎟ r ⎝ B ⎠ i2 = 1 ± 2 ⋅π ⋅ R

2

(3)

a tedy i2 = f(t,r,R,B). Příklad , jako by měli převodové poměry i2 být řízeny v průběhu navíjení v závislosti na poloměre cívky a parametrech návinu i2 = f(t,r,R,B) je na obr.5. 1

1

i2

i2 0,99

0,99

0,98

0,98

0,97

0,97

0,96

0,96

0,95

0,95

0,94

0,94

t=0 t=0,2

0,93

t=0,4 t=0,6

0,92

t=0,2

0,93 B=100 R=1

t=0,4 t=0,6

0,92

t=0,8 t=1

0,91

t=0

t=0,8

B=100 R=2

t=1

0,91 0,9

0,9 2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

2

4

6

8

r[mm]

10

12

14

16

18

20

r[mm]

Obr. 5 Závislost i2 (r,t), pro t=0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 a 1, soukací poměry R=2 a R=1 a šířku cívky B=100 mm.

3.

Řešení mechanizmu pro DPKV Z provedených analýz převodu i2 a zhotovených grafů plyne, že:

1. Při navíjení DPKV musíme v průběhu navíjení nutně měnit převod i2 v závislosti na navíjeném poloměru cívky r tak, aby byla požadovaná osová vzdálenost nití o konstantní, rovnající se požadované tloušťce nitě t. 2. Posuv řemene by na navíjeném poloměru cívky r nebyl lineární, ale musel by být řízen vačkou dle nějaké funkce odpovídající převodovému poměru i2. 3. Velikost posuvu řemene u kuželových řemenic převodu i2 by byla pro každou tloušťku nitě t jiná, a to úměrná tloušťce nitě t. To znamená, že pro menší tloušťku nitě t bude posuv řemene menší, pro větší tloušťku nitě t bude posuv řemene větší. Tento fakt by pro kuželové řemenice neumožňoval použít univerzální vačky pro posun řemene v průběhu navíjení pro zvolený rozsah tloušťek nití t. Výzkumný záměr č. MSM 242100001 Optimalizace vlastností strojů a pracovních procesů


4. Z bodů 1, 2 a 3 plyne, že se musí najít takový tvar řemenic pro převod i2, aby posuv řemene na řemenicích nebyl závislý na tloušťce nití t, ale byl pro zvolenou šíři řemenic a dané parametry cívky vždy stejný. Z toho plyne, že tvar řemenic nemůže být kuželový, ale bude pravděpodobně globoidní. 5. Najít takový tvar vačky, s využitím globoidních řemenic, který bude vyhovovat všem zvoleným tloušťkám nití t. Takové řešení se podařilo najít, a tomuto požadavku vyhovují následující funkce rostoucí vzhledem k argumentu i2

f (i2 ) = − ln (1 − i2 ) = − ln [t ⋅ µ (r )] = − ln µ (r ) − ln (t )

(4)

kde

µ (r ) =

1 ⎛π ⋅ R ⎞ +⎜ ⎟ r2 ⎝ B ⎠ 2 ⋅π ⋅ R

2

(5)

poněvadž

f [i2 (r2 , t )] − f [i2 (r1 , t )] = ln µ (r1 ) − ln µ (r2 ) a tedy posuv řemene z výchozí polohy pro parametry r0,t do obecné polohy s parametry r,t bude

∆ = ln

µ (r0 ) (> 0) µ (r )

(6)

Schéma navíjecího mechanizmu bude potom dle obr.6 doplněná o řídící vačku, a kuželové řemenice budou nahrazeny řemenicemi globoidními.

Obr. 6 Schéma navíjecího mechanizmu s řízeným navíjením pomocí vačky



4.

Experimentální a praktická část

Pro potvrzení předchozí teorie bylo přistoupeno ke konstrukci, výrobě a ověření funkčního modelu, pro navíjení dokonalého přesného křížového vinutí, DPKV tzv. řízeným navíjením. Navržený a zrealizovaný funkční model využil systému rozvádění již patentově prošlého rozvádění firmy SPT, tj. dutého rozváděcího bubnu. Funkční model byl navržen jako univerzální navíjecí stroj pro navíjení cívek vrchních šicích nití na papírové dutinky, a po výměně převodů a speciálního rozváděcího ústrojí pro navíjení samonosných spodních cívek do chapačů šicích strojů s vázaným stehem. Na obr. 7 je vypočtený průběh globoidních řemenic, na obr. 8 je vypočtený průběh řídících vaček. Zrealizovaný funkční model navíjecího stroje je na obr. 9 a mechanizmus řízeného navíjení s řídící vačkou je na obr. 10. Návin šicí nitě navíjené na navíjecím stroji s PKV je na obr. 11, návin cívky navíjené na funkčním modelu s DPKV je na obr. 12. řemenice 6:1

řemenice 3:2

ρ[mm]

15,05

15

14,95

14,9

14,85

14,8

14,75 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

x [mm]

Obr. 7 Průběh křivek řemenic pro soukací poměr 6:1 a 3:2

vačka 6:1

vačka 3:2

70

60

r [mm]

50

40

30

20

10

0 0

1

2

3

4

5

x [mm]

Obr. 8 Průběh křivek vaček pro soukací poměr 6:1 a 3:2 Výzkumný záměr č. MSM 242100001 Optimalizace vlastností strojů a pracovních procesů

6


Obr. 9 Zrealizovaný funkční model navíjecího stroje s řídící vačkou pro řízené navíjení Systém posuvu – řízení řemene na globoidních řemenicích je na obr. 10. Trubkové těleso 1 je valivě uloženo v ramenech navíjecího stroje, ve kterých je uchycen rozváděcí buben. Řídicí vačka 4, která je uchycena regulačním šroubem 8 na rámu stroje, řídí převod i2 tak, že zvedající se ramena navíjecího stroje, při zvětšujícím se průměru navíjené cívky, prostřednictvím pevného ložiska 5 a přítlačného ložiska 3, přitlačovaného pružinou 2 posouvá těleso 1 a tím také napínací a řídící kladku řemene 6, kterou je posouván řemen po globoidních řemenicích. Regulační šroub 8 je určen k nastavení jemnosti navíjené niti na počátku navíjení, tj. nastavení nulové mezery mezi nitěmi. Další navíjení DPKV – dokonalého přesného křížového vinutí, tj. bez vzniku mezery mezi nitěmi v celém objemu navíjené cívky již zabezpečuje uvedený mechanizmus prostřednictvím vypočtené vačky a globoidních řemenic.

Obr. 10 Mechanizmus řízeného navíjení s řídící vačkou Výzkumný záměr č. MSM 242100001 Optimalizace vlastností strojů a pracovních procesů


Skutečný tvar vačky neodpovídá vypočtenému, ten tvoří ekvidistanta poloměru ložiska 5, která byla určena v souřadnicích (xe, ye). Současně byla řešena druhá strana vačky tak, aby osová vzdálenost pevného a přítlačného ložiska byla konstantní, a korigován zdvih vačky z důvodu jejího umístění mimo osu rozváděcího bubnu, tj. navíjení.

Obr. 11 Návin šicí nitě navíjený PKV

Obr. 12 Detail cívky navinuté DPKV na funkčním modelu 5.

Závěr

Hlavní část práce byla zaměřena na teoretický rozbor a zvýšení kvality přesného křížového vinutí (PKV). Byl zjištěn, zkoumán a definován vztah určující zvětšování osových vzdáleností sousedních navíjených nití k rostoucímu poloměru, soukacímu poměru a šířce navíjené cívky u PKV. Při tomto rozboru vznikla řada nových obecně platných poznatků a vztahů, které usnadňují výpočty převodů navíjecích strojů s PKV. Výzkumný záměr č. MSM 242100001 Optimalizace vlastností strojů a pracovních procesů


Byla zjištěna, příčina, která způsobuje zvětšování osových vzdáleností sousedních navíjených nití s rostoucím poloměrem navíjené cívky u současných navíjecích strojů pro PKV, což je u cívek s PKV příčinou vzniku mezer mezi navíjenými nitěmi. Tyto mezery u běžných cívek dosahují cca 30 % tloušťky navíjeného materiálu, v určitých případech mohou přesáhnout 100 % tloušťky navíjeného materiálu. Vznik těchto mezer způsobuje vady méně významné, jenom estetické, např. u návinů šicích nití, ale i problémy vážnější, a to tam, kde z provozně-technologických důvodů je potřeba do daného objemu cívky umístit co nejvíce materiálu. Typickým příkladem jsou cívky s kobercovou, případně jinou silnou přízi. Rozměry těchto cívek jsou fyzicky, nebo danou technologii omezeny, ale z provozních důvodů, (častá výměna cívek, prostoje), kvalitativních důvodů, (nutnost častého navazování a vznik uzlů) je požadavek, aby se do daného objemu vešlo co nejvíce materiálu. Výsledkem řešení tohoto problému u PKV bylo vytvoření nového systému dokonalého přesného křížového vinutí (DPKV), u kterého bylo vyvinuto a použito tzv. řízené navíjení, které je možné aplikovat do mechanizmů pro PKV. Řízené navíjení zabezpečuje pomocí vypočteného řídicího programu navíjet nitě se stejnou osovou vzdáleností, bez mezer, v celém průřezu navíjené cívky, což umožňuje navíjet náviny s vyšším využitím daného objemu v závislosti na jeho parametrech v průměru o 5-25 %, ve spojení se speciálními technologiemi až o 100 %. Teorie výpočtu řízeného navíjení je zpracována tak, aby vypočtená vačka s příslušným řízeným převodem byla univerzální pro dané parametry návinu a požadovaný rozsah tloušťek navíjených nití. Pro praktické ověření nového navíjecího systému DPKV s řízeným navíjením byl navržen, vyroben a úspěšně odzkoušen funkční model navíjecího stroje, u kterého byl pro rozvádění použít systém rozváděcího bubnu. Řídicí program zde představuje navržená a vypočtená vačka, která řídí převod mezi otáčkami vřetene a rozváděcího bubnu v průběhu navíjení, na základě právě navíjeného poloměru cívky. Na tomto modelu byly s DPKV navinuty jak běžné válcové cívky šicích nití, tak i samonosné spodní cívky (SSC) do chapačů šicích strojů s vázaným stehem. Tyto SSC jsou dalším z příkladů, kde množství navinutého materiálu v daném objemu cívky je z důvodu co nejdelší doby šití do vyprázdnění a v tomto případě doplnění další SSC u šicích strojů nejvýznamnějším technickým parametrem těchto SSC, a kde je možné systémem DPKV a specielními technologiemi docílit navinutí i víc něž dvojnásobné množství materiálu do daného objemu cívky. Výsledky zkoušek navíjení na funkčním modelu navíjecího stroje pro DPKV potvrdily správnost výpočtů prvků řízeného navíjení a nového systému navíjení DPKV. Vytvořenou teorii pro DPKV je možné s výhodou využít také pro programování řízeného navíjení u nejnovějších, navíjecích systémů s rozváděním pomocí řízených pohonů. Zde převod mezi vřetenem (cívkou) a rozváděcím bubnem nebude realizován a svázán pomocí mechanických převodů a řízen mechanickou vačkou, jako u navrženého a realizovaného funkčního modelu navíjecího stroje, ale pohon může být realizován přímo dvěma řízenými motory, přičemž jedním motorem bude hnáno přímo vřeteno stroje, druhým rozváděcí buben. Výsledný převod i včetně řízené elektronické vačky bude naprogramovaný podle provedeného výpočtu. Současné řízené pohony umožňují řídit vzájemný převod dvou motorů již na sedmém místě za desetinnou čárkou, což postačuje k řízení jemných převodů DPKV. Tímto způsobem řešení prakticky odpadnou všechny mechanické převody navíjecího stroje, a jenom změnou programu je možné navíjet cívky s DPKV s libovolnými soukacími poměry.



6.

Seznam publikací

[1]

KANIOK, J. - KRACÍK, V.: Nové poznatky z tvorby přesného křížového vinutí.In: Sborník přednášek konference „STRUTEX”, str. 79–83, Liberec TU 1999.

[2]

KANIOK, J. - KRACÍK, V.: Řízené navíjení přesného křížového vinutí. Sborník přednášek VIII. International Conference on the Theory of Machines and Mechanisms, str. 287–292, TUL, Liberec 2000.

[3]

KANIOK, J.: Řízené navíjení u DPKV a jeho uplatnění při zvyšování kvality textilních cívek In: Sborník přednášek XIII. Vědecké sympozium TU Liberec – TU Dresden, str. 235–239, Liberec TU 2001.

[4]

KANIOK, J. – BÍLEK, M.: Způsob výpočtu převodů pro soukací stroje na silné šňůry s přesným křížovým návinem In: Sborník přednášok 4. medzinárodnej vedeckej konferencie „TRANSFER 2002”, str. 75–80, Trenčianska univerzita v Trenčine, Trenčín 2002.

[5]

KANIOK, J.: Rozbor vývoje konstrukčních principů mechanizmů pro přesné křížové vinutí po současnost In: Sborník přednášok 5. medzinárodnej vedeckej konferencie „TRANSFER 2003”, str. 222–227, Trenčianska univerzita v Trenčine, Trenčín 2003. KANIOK, J.: Vliv a hodnocení parametrů návinů na změnu vzdáleností navíjených nití u PKV In: Sborník přednášok 6. medzinárodnej vedeckej konferencie „TRANSFER 2004”, str. 237– 242, Trenčianska univerzita v Trenčine, Trenčín 2004.


na současných navíjecích strojích

Recommend Documents