Korea Ever-Power · Руководство по применению инженерных решений
Червяк и червячное колесо для текстильных ткацких станков и машин для намотки пряжи.
Прямонамоточная машина, работающая со скоростью 1200 метров в минуту, наматывает на конусную бобину моток весом 2 кг за 45 минут. Если скорость червячной передачи, приводящей в движение механизм перемещения, изменяется на 3%, натяжение нити колеблется на 4-5% — этого достаточно, чтобы в намотанном мотоке образовались жесткие и мягкие полосы, вызывающие обрыв нити при последующей размотке на ткацком станке. В текстильном производстве стабильность скорости на выходе червячной передачи напрямую влияет на долговечность нити.
В текстильном оборудовании — нитемоечных машинах, ткацких станках, прядильных машинах и вязальных машинах — червячные передачи используются для приводов перемещения, механизмов намотки и отвода нити, кулачковых приводов и позиционирования бобины. Ключевой задачей является обеспечение стабильности натяжения нити: червячная передача должна обеспечивать колебания скорости ниже ±1,5%, чтобы поддерживать колебания натяжения нити в пределах 2–3%, что предотвращает изменение плотности мотка и обрыв нити на выходе. Анализ кривой зависимости натяжения нити от скорости количественно описывает эту зависимость: ΔT/T = k × ΔV/V, где k варьируется от 1,2 для синтетических нитей с низкой растяжимостью до 1,8 для натуральных волокон с высокой растяжимостью. Шлифованные червячные передачи с Ra 0,4 мкм обеспечивают колебания скорости ниже 1%; зубчатые передачи с Ra 1,6 мкм обеспечивают колебания натяжения от 3 до 5%, что превышает допустимое натяжение для большинства типов нитей. Червячные передачи в текстильной промышленности относятся к числу самых маленьких (модуль от 0,5 до 1,5, межосевое расстояние от 15 до 40 мм) и наименее нагруженных (от 0,5 до 10 Н·м) в любой отрасли — однако их количество на одном заводе самое большое: от 200 до 1000 отдельных пар на одной ткацкой или намоточной фабрике.
В текстильных машинах используются червячные передачи.
Современная текстильная фабрика содержит сотни машин — каждая из которых имеет от 1 до 8 отдельных пар червячных передач, приводящих в движение прецизионные механизмы, обрабатывающие пряжу со скоростью от 500 до 2000 метров в минуту. В цехе намотки 500 веретен находится от 500 до 1500 пар червячных передач; в ткацком цехе с 200 ткацкими станками — от 400 до 1600 пар. Общее количество единиц продукции на одной текстильной фабрике часто превышает суммарное количество всех остальных применений, описанных в этой серии статей.
Эти крошечные пары червячных передач (многие из них меньше большого пальца) выполняют прецизионные функции, где стабильность скорости важнее крутящего момента — в отличие от тяжелой промышленности (цементные заводы A25, горнодобывающая промышленность A26), где крутящий момент имеет первостепенное значение.
Пара червячных передач приводит в движение кулачковый механизм или возвратно-поступательную направляющую, которая укладывает пряжу вперед и назад по бобине во время намотки. Скорость перемещения определяет угол пересечения пряжи и плотность намотки. Изменение скорости приводит к образованию полос плотности, видимых в виде твердых и мягких колец на намотанной бобине. От 1 до 3 пар червячных передач на одну позицию намотки; от 100 до 500 позиций на машину.
Механизм сброса нитей освобождает нить основы от валика с контролируемой скоростью. Механизм намотки наматывает готовую ткань на рулон. Оба механизма используют червячные передачи для точного регулирования скорости. Самоблокировка поддерживает постоянное натяжение нити основы, когда ткацкий станок останавливается для подачи уточной нити, предотвращая скачки натяжения при повторном запуске. От 2 до 4 пар на ткацкий станок; от 100 до 400 ткацких станков на зев.
Зависимость натяжения нити от скорости вращения — как изменение скорости червячной передачи приводит к обрыву нити.
Пряжа — это не жесткое тело, а эластичное волокно, которое растягивается под действием натяжения. Когда скорость намотки кратковременно увеличивается (из-за ошибки передачи червячной передачи), нить между точкой подачи и поверхностью бобины растягивается, увеличивая натяжение. Когда скорость уменьшается, нить расслабляется, уменьшая натяжение. Колебания натяжения пропорциональны изменению скорости и усиливаются за счет эластичных свойств пряжи.
В таблице показано, что стандартные зубчатые червячные передачи (Ra 1,6 мкм) превышают пороговое значение обрыва в 5% для хлопка и шерсти, что приводит к измеримому увеличению обрыва пряжи на машинах для намотки натуральных волокон. Для полиэстера и других синтетических волокон с низкой растяжимостью зубчатые передачи показывают незначительный результат — 4,8%. Шлифованные передачи (Ra 0,4 мкм) остаются значительно ниже порогового значения для всех типов пряжи. Доплата за шлифовку (обычно от 30 до 50% за пару на текстильных модулях) оправдана везде, где наматываются натуральные волокна или синтетические волокна тонкой вязки — затраты на обрыв пряжи за одну смену при повышенном натяжении превышают доплату за шлифовку для всех пар на машине.
Высокая чувствительность к количеству единиц продукции и стоимости — сотни пар на одну машину.
Одна автоматическая конусная намоточная машина имеет от 48 до 120 позиций намотки, каждая из которых состоит из 2–3 пар червячных передач (привод перемещения, компенсатор натяжения, держатель пакета). Машина с 60 позициями содержит приблизительно 150 отдельных пар. Намоточный цех с 10 машинами содержит 1500 пар. В таком масштабе снижение стоимости на 0,50 доллара США за пару экономит 750 долларов США на цех — а типичная вьетнамская или корейская текстильная фабрика имеет от 3 до 8 намоточных цехов. Чувствительность к стоимости аналогична автомобильной (статья A30), несмотря на низкий крутящий момент отдельных узлов — потому что количество единиц обеспечивает ту же самую экономию за счет объема.
В текстильной промышленности преобладают колеса из полиоксиметилена (POM). Колеса из полиоксиметилена (ПОМ) (ацетала) повсеместно используются в текстильных червячных передачах по трем причинам: вес (пары устанавливаются на подвижных каретках — каждый грамм веса каретки увеличивает инерцию и энергию ускорения), шум (текстильщики проводят более 8 часов в намоточном цехе — ПОМ работает на 10–15 дБ(А) тише, чем бронза при таких небольших нагрузках) и стоимость (колеса из ПОМ стоят от 0,08 до 0,25 долларов США против бронзы от 0,80 до 2,50 долларов США за колесо — разница в 5–10 раз, которая становится решающей при заказе 1500 единиц на цех). Компромисс: ПОМ служит от 2 до 4 лет при непрерывной эксплуатации в текстильной промышленности против 5–8 лет у бронзы — но при цене 0,15 долларов США за колесо стоимость замены незначительна.
Корейский производитель синтетического волокна, эксплуатирующий 8 автоматических намоточных машин (всего 480 позиций, приблизительно 1200 пар червячных передач), сообщил об увеличении частоты обрыва пряжи с 0,8 на 1000 кг до 3,2 на 1000 кг за 6 месяцев. Обрыв происходил преимущественно в зоне намотки (где увеличивается диаметр мотка, что требует точной регулировки скорости перемещения). Расследование показало, что в червячных передачах в приводах перемещения — колесах из полиоксиметилена (ПОМ), возрастом 3 года — из-за износа образовался люфт (первоначальный 3 угловые минуты, измеренный 12 угловых минут). Увеличение люфта привело к изменению скорости на 2,5% в каждой точке реверсирования траверсы, вызывая скачки натяжения на 3,8% (полиэстер, k = 1,2) — ниже порогового значения обрыва в 5% для полиэстера, но выше порогового значения для смешанных волоконных нитей (смесь полиэстера и хлопка, эффективное k = 1,4), которые завод начал обрабатывать 8 месяцев назад. Компонент натурального волокна усилил чувствительность к натяжению. Решение: заменить все 1200 полиоксиметиленовых (ПОМ) колес (общая стоимость: 1200 × 0,18 USD = 216 USD за запчасти плюс 2 дня работы техника по 380 USD). Процент обрыва снизился до 0,6 на 1000 кг — ниже первоначального показателя, поскольку новые колеса имели более малый начальный люфт (2 угловые минуты против 3 угловых минут, указанных в спецификации для предыдущей партии). Урок: замену червячной передачи в текстильных изделиях следует планировать в зависимости от типа изделия, а не по календарю — пара, подходящая для синтетической пряжи на 3-м году, может оказаться неподходящей для смесей натуральных волокон на 2-м году, поскольку коэффициент чувствительности к натяжению k выше.
Технические характеристики трех червячных передач для текстильного оборудования.
Вариант 1 — Намотка корейского синтетического волокна: 200 позиций, прецизионное натяжение ±2%, сервопривод.
Корейский производитель синтетического волокна заказал червячные передачи для приводов 200-позиционной прецизионной намоточной машины, производящей пряжу DTY (текстурированная пряжа) со скоростью 1200 м/мин. Допуск на натяжение: плюс-минус 2% (для равномерного сохранения извитости пряжи DTY требуется сильное натяжение). Червячная передача: однозаходная, модуль 0,8, межосевое расстояние 20 мм, передаточное отношение 30:1. Шлифовка червяка Ra 0,4 мкм (изменение скорости менее 1% — колебания натяжения 1,2% при k = 1,2 для полиэстера, что находится в пределах целевого значения в 2%). Колесо: POM. Двигатель: сервопривод 24 В постоянного тока на позицию (индивидуальное управление натяжением с помощью обратной связи). Стоимость за пару: 2,80 USD (шлифовка, POM, модуль 0,8). Стоимость для 200 позиций × 2 пары каждая: 1120 USD. Стоимость произведенной пряжи на одной машине в год: приблизительно 2,4 миллиона долларов США — стоимость пар червячных передач, вложенных в размере 1120 долларов США, обеспечивает сохранение качества пряжи, стоимость которой в 2000 раз превышает стоимость пары.
Вариант 2 — Японский пневматический ткацкий станок: привод подачи нити, 800 об/мин, сверхкомпактный в головке станка.
Японский производитель ткацких станков выбрал червячные передачи для механизма сброса основы высокоскоростного пневматического ткацкого станка, работающего со скоростью 800 проходов в минуту. Механизм сброса выпускал нить основы с ткацкого вала с контролируемой скоростью, синхронизированной с циклом ткачества — любое изменение скорости приводило к видимым дефектам уточной нити (периодическое изменение плотности тканого полотна). Червячная передача: однозаходная, модуль 0,6, межосевое расстояние 15 мм, передаточное отношение 40:1 — одна из самых маленьких червячных передач во всей этой серии из 35 статей. Шлифовка червяка Ra 0,3 мкм (изменение скорости менее 0,8%). Колесо: PA66-GF15 (нейлон, армированный стекловолокном — момент срабатывания 3 Н·м превышал возможности POM при малом межосевом расстоянии 15 мм). Самоблокировка необходима: поддерживала постоянное натяжение основы в течение миллисекундной паузы между каждым циклом ввода уточной нити. Стоимость за пару: 3,50 USD. Уровень шума на расстоянии 1 м: 38 дБ(А) (неслышно на фоне шума от ткацкого станка 85 дБ(А)). червячная передача для текстильной машины варианты применения для ткацких, намоточных и прядильных станков.
Вариант 3 — Вьетнамская хлопкопрядильная машина: 500 веретен, экономически целесообразно, приемлемо зубчатое зуборезное.
Вьетнамская хлопчатопрядильная фабрика заказала червячные передачи для приводов кольцевого перемещения 500-шпиндельной кольцевой прядильной машины. Кольцевое перемещение перемещало кольцевую направляющую вверх и вниз для формирования мотка пряжи (намотки пряжи на шпинделе) — относительно медленное, низкоточное движение, где допустимы колебания скорости менее 5%, поскольку геометрия намотки мотка допускала умеренные колебания плотности. Червячная передача: однозаходная, модуль 1, межосевое расстояние 25 мм, передаточное отношение 20:1. Зубчатый червяк Ra 1,2 мкм (тонкий зубчатый — колебания скорости приблизительно 2,5%, колебания натяжения 3,8% для хлопка при k = 1,5, в пределах 5%). Шлифовальное колесо: POM. Стоимость за пару: 0,85 USD. Стоимость за 500 шпинделей × 1 пара: 425 USD. Использование зубчатых передач позволило сэкономить 0,95 доллара США на пару по сравнению с шлифованными (1,80 доллара США) — общая экономия составила 475 долларов США на раму, что является значительным показателем для всех 12 рам на фабрике. Данная спецификация демонстрирует, что не для всех текстильных применений необходимы шлифованные червячные передачи — выбор отделки должен определяться формулой чувствительности к натяжению, а не общим предположением «текстиль = шлифованный».
Часто задаваемые вопросы
В: Как определить коэффициент эластичности пряжи k для моей конкретной пряжи?
Измерьте модуль упругости пряжи (сила на единицу деформации) с помощью прибора для испытания пряжи на растяжение (Instron или аналогичного) при скорости намотки. Рассчитайте k = (E_dynamic / E_static), где E_dynamic — модуль при скорости намотки, а E_static — модуль при нулевой скорости. Для большинства коммерческих видов пряжи: полиэфирная нить k = 1,1–1,3; хлопковая штапельная нить k = 1,4–1,6; шерсть k = 1,6–1,8; шелк k = 1,5–1,7; нейлоновая нить k = 1,3–1,5. Для смешанной пряжи используется средневзвешенное значение: смесь полиэстера и хлопка 65/35 при k = 0,65 × 1,2 + 0,35 × 1,5 = 1,31. Используйте значение k в формуле натяжения для определения максимально допустимого изменения скорости червячной передачи.
В: Как часто следует заменять текстильные червячные передачи с полиоксиметиленовыми (ПОМ) колесами?
Срок службы полиоксиметиленовых (ПОМ) колес в текстильных намоточных машинах обычно составляет от 2 до 4 лет при непрерывной двухсменной работе (от 4000 до 6000 часов в год). Фактором, ограничивающим срок службы, является увеличение люфта из-за износа — когда люфт удваивается по сравнению с начальным значением (например, с 3 до 6 угловых минут), колебания скорости пропорционально увеличиваются и могут превышать допустимое натяжение. График замены зависит от типа обрабатываемой пряжи: для синтетических волокон с низким диэлектрическим коэффициентом (полиэстер) замена производится при увеличении люфта в 2 раза; для натуральных волокон с высоким диэлектрическим коэффициентом (хлопок, шерсть) замена производится при увеличении люфта в 1,5 раза. При стоимости ПОМ-колес от 0,08 до 0,25 долларов США затраты на замену незначительны — основная статья расходов — это трудозатраты на доступ к колесу и его замену (от 5 до 15 минут на позицию).
В: Можно ли использовать бронзовые колеса в текстильных червячных передачах для увеличения срока службы?
Технически да, но из-за веса и шума бронза непрактична для большинства текстильных применений. Червячные передачи в текстильной промышленности устанавливаются на подвижных каретках (намоточных станках), где каждый грамм увеличивает энергию ускорения и размер двигателя. Бронзовое колесо весом 8 грамм по сравнению с полиоксиметиленовым колесом весом 2 грамма добавляет 6 грамм на позицию — на 200 позиций это 1,2 кг дополнительной возвратно-поступательной массы, требующей на 15–20 процентов большей мощности двигателя на каждый оборот намоточного станка. Бронза также производит на 10–15 дБ(А) больше шума, чем полиоксиметилен, на текстильных скоростях — повышая уровень шума в цехе с 78 дБ(А) до предельно допустимого уровня в 85 дБ(А). Полиоксиметилен с плановой заменой более экономически выгоден, чем бронза, на протяжении всего срока службы станка.
В: Влияет ли загрязнение ворсом и волокнами на работу текстильных червячных передач?
В текстильной промышленности образуется ворс (фрагменты коротких волокон), который оседает на всех поверхностях машин. Ворс, попадающий в зацепление червячной передачи, действует как мягкий абразив — менее разрушительный, чем металлические частицы или цементная пыль, но достаточный для ускорения износа полиоксиметилена (ПОМ) на 20–40 процентов, если ему позволить накапливаться. Большинство текстильных червячных передач имеют открытую конструкцию (без герметичного корпуса), поскольку при малых нагрузках не требуется масло или смазка — достаточно сухого контакта ПОМ со сталью при крутящих моментах менее 5 Н·м. Регулярная продувка сжатым воздухом (еженедельно) удаляет накопившийся ворс из зацепления передач. В условиях высокого содержания ворса (чесание хлопка, ровница) простая войлочная пылезащитная крышка над зацеплением передач снижает попадание ворса на 80 процентов без затрат и сложности герметичного корпуса.
В: Какова типичная стоимость пар текстильных червячных передач?
Самые маленькие и дешевые в этой серии из 35 статей: от 0,65 до 4,50 долларов США за пару в зависимости от модуля, отделки (зубчатая или шлифованная) и объема. При модуле 0,6–0,8 с POM-колесом: зубчатое 0,65–1,20 долларов США, шлифованное 1,80–3,50 долларов США. При модуле 1,0–1,5: зубчатое 0,85–1,80 долларов США, шлифованное 2,20–4,50 долларов США. Цены при больших объемах: скидка 10–15% при заказе от 1000 единиц, 20–25% при заказе от 5000 единиц. Сравните с автомобильной промышленностью (A30) по цене от 0,65 до 4,20 долларов США — аналогичная цена за единицу, но разные критерии качества (для текстильной промышленности нет требований PPAP/IATF; качество проверяется по показателю обрыва пряжи, а не по показателю SPC Cpk).
Червячные передачи для текстильного оборудования занимают противоположный конец спектра требований по сравнению с тяжелой промышленностью — это самые маленькие модули (от 0,5 до 1,5), самые низкие крутящие моменты (от 0,5 до 10 Н·м) и самое большое количество единиц (от 200 до 1500 пар на завод) среди всех применений в этой серии. Однако требования к точности сопоставимы с применением в станках (артикулы A22–A24): изменение скорости ниже плюс-минус 1,5 процента для поддержания натяжения пряжи в пределах порога обрыва. Анализ кривой зависимости натяжения пряжи от скорости — ΔT/T = k × ΔV/V — количественно объясняет, почему шлифованные червячные передачи обязательны для натуральных волокон и тонких синтетических волокон, в то время как зубчатые пары допустимы для грубых синтетических волокон и кольцевого прядения, где допуск на натяжение шире. ПОМ-колеса универсальны, поскольку преимущества в весе, уровне шума и стоимости перевешивают более короткий цикл замены — при цене от 0,08 до 0,25 долларов США за колесо стоимость замены меньше, чем стоимость пряжи, потерянной из-за одного обрыва.
Для производителей текстильного оборудования и инженеров текстильных фабрик наша инженерная служба рассчитывает чувствительность к натяжению в зависимости от типа вашей пряжи и рекомендует правильный сорт отделки. Стандартный каталог миниатюрные червячные передачи Подходит для текстильных материалов с модулем от 0,5 до 1,5, межосевым расстоянием от 15 до 40 мм, с вариантами колес из POM и PA66. Отправьте заявку. Технические характеристики текстильного привода с учетом типа пряжи, скорости намотки, допуска натяжения и количества единиц на одной машине.
Выбираете червячные передачи для текстильного оборудования?
Укажите тип пряжи, скорость намотки или скорость ткацкого станка, допуск на натяжение, количество позиций и годовой объем производства. Мы рассчитаем чувствительность к натяжению и порекомендуем сорт пряжи, модуль и материал колеса в зависимости от вашего объема производства.
Редактор: Cxm
