Korea Ever-Power · Sprievodca aplikačným inžinierstvom
Šnek a závitovkové koleso pre textilné tkáčske stavy a navíjačky priadze
Navíjací stroj priadze bežiaci rýchlosťou 1 200 metrov za minútu vyrobí 2 kg návin na kužeľovej cievke za 45 minút. Ak závitovkový prevodový pár poháňajúci posuvný mechanizmus mení rýchlosť o 3 percentá, napätie priadze kolíše o 4 až 5 percent – čo stačí na to, aby sa v navinutom návinu vytvorili tvrdé a mäkké pásy, ktoré spôsobujú pretrhnutie priadze počas odvíjania na tkáčskom stave. V textilnej výrobe sa konzistentnosť rýchlosti na výstupe závitovkového prevodového páru priamo premieta do životnosti priadze.
Textilné stroje – navíjačky priadze, tkáčske stavy, spriadacie rámy a pletacie stroje – používajú závitovkové prevody na posuvné pohony, mechanizmy na uvoľňovanie a navíjanie priadze, vačkové pohony a polohovanie cievky. Rozhodujúcou výzvou v oblasti špecifikácií je konzistentnosť napätia priadze: závitovkový prevod musí zabezpečiť zmenu rýchlosti pod plus alebo mínus 1,5 percenta, aby sa kolísanie napätia priadze udržalo v pásme 2 až 3 percent, čo zabraňuje zmenám hustoty návinu a jej pretrhnutiu za priadzou. Analýza krivky napätia priadze v závislosti od rýchlosti kvantifikuje tento vzťah: ΔT/T = k × ΔV/V, kde k sa pohybuje od 1,2 pre syntetické priadze s nízkou pružnosťou do 1,8 pre vysoko pružné prírodné vlákna. Brúsené závitovkové prevody pri Ra 0,4 µm spôsobujú zmenu rýchlosti pod 1 percento; odvaľovacie prevody pri Ra 1,6 µm spôsobujú 3 až 5 percentnú zmenu, ktorá presahuje toleranciu napätia pre väčšinu typov priadze. Páry textilných závitovkových ozubených kolies patria medzi najmenšie (modul 0,5 až 1,5, osová vzdialenosť 15 až 40 mm) a najmenej zaťažované (0,5 až 10 N·m) v akomkoľvek odvetví – ale počet jednotiek na továreň je najvyšší: 200 až 1 000 jednotlivých párov v jednej tkáčskej alebo navíjacej továrni.
Kde textilné stroje používajú závitovkové prevody
Moderná textilná továreň obsahuje stovky strojov – každý s 1 až 8 samostatnými pármi závitovkových ozubených kolies poháňajúcimi presné mechanizmy, ktoré spracovávajú priadzu rýchlosťou 500 až 2 000 metrov za minútu. Navíjacia hala s 500 vretenami obsahuje 500 až 1 500 párov závitovkových ozubených kolies; tkáčska hala s 200 krosnami obsahuje 400 až 1 600 párov. Celkový počet jednotiek v jednej textilnej továrni často prevyšuje kombinovaný počet všetkých ostatných aplikácií v tejto sérii článkov.
Tieto drobné páry závitovkových prevodov (mnohé menšie ako palec) vykonávajú presné funkcie, kde je konzistentnosť rýchlosti dôležitejšia ako krútiaci moment – na rozdiel od ťažkých priemyselných aplikácií (cement A25, ťažba A26), kde je krútiaci moment kľúčový.
Závitovkový prevodový pár poháňa priečnu vačku alebo vratný vodiaci prvok, ktorý počas navíjania ukladá priadzu tam a späť cez cievku. Rýchlosť posuvu určuje uhol kríženia priadze a hustotu návinu. Zmena rýchlosti vytvára pásy hustoty – viditeľné ako tvrdé a mäkké krúžky na navinutom návinu. 1 až 3 závitovkové prevodové páry na navíjaciu pozíciu; 100 až 500 pozícií na stroj.
Uvoľňovací mechanizmus uvoľňuje osnovnú priadzu z kladky kontrolovanou rýchlosťou. Navíjací mechanizmus navíja hotovú látku na valec látky. Oba používajú závitovkové prevody na presnú reguláciu rýchlosti. Samosvorný mechanizmus udržiava konštantné napätie osnovy, keď sa tkáčsky stav zastaví kvôli vkladaniu útku – čím sa predchádza špičkám napätia pri opätovnom spustení. 2 až 4 páry na tkáčsky stav; 100 až 400 tkáčskych stavov na zovňajšok.
Krivka napätia priadze v závislosti od rýchlosti – ako zmena rýchlosti závitovkového prevodu spôsobuje pretrhnutie
Priadza nie je tuhé teleso – je to elastické vlákno, ktoré sa naťahuje pod napätím. Keď sa rýchlosť navíjania krátkodobo zvýši (v dôsledku chyby prevodu závitovkového kolesa), priadza medzi bodom podávania a povrchom cievky sa natiahne – čím sa zvýši napätie. Keď sa rýchlosť zníži, priadza sa uvoľní – čím sa zníži napätie. Kolísanie napätia je úmerné zmene rýchlosti a je zosilnené elastickými vlastnosťami priadze.
Tabuľka ukazuje, že štandardné páry závitovkových ozubených kolies s odvaľovacím mechanizmom (Ra 1,6 µm) prekračujú 5-percentnú hranicu zlomu pre bavlnu a vlnu – čo vedie k merateľnému zvýšeniu zlomu priadze na navíjacích strojoch na prírodné vlákna. Pre polyester a iné syntetické materiály s nízkou pružnosťou sú odvaľovacie páry s priemerom 4,8 percenta. Brúsené páry (Ra 0,4 µm) zostávajú pohodlne pod prahovou hodnotou pre všetky typy priadzí. Príplatok za brúsenie (zvyčajne 30 až 50 percent na pár pri moduloch textilnej veľkosti) je opodstatnený všade tam, kde sa navíjajú prírodné vlákna alebo syntetické materiály s jemným napätím – náklady na zlomenie priadze z jediného posunu zvýšeného napätia prevyšujú príplatok za brúsenie vo všetkých pároch na stroji.
Vysoký počet kusov a citlivosť nákladov – stovky párov na stroj
Jeden automatický kužeľový navíjací stroj má 48 až 120 navíjacích pozícií, každá s 2 až 3 pármi závitovkových prevodov (posuvný pohon, kompenzátor napätia, kolíska balíka). Stroj so 60 pozíciami obsahuje približne 150 jednotlivých párov. Navíjacia hala s 10 strojmi obsahuje 1 500 párov. V tomto rozsahu zníženie nákladov o 0,50 USD na pár ušetrí 750 USD na halu – a typická vietnamská alebo kórejská textilná továreň má 3 až 8 navíjacích hál. Citlivosť na náklady je podobná automobilovému priemyslu (článok A30) napriek nízkemu individuálnemu krútiacemu momentu – pretože počet jednotiek vytvára rovnakú objemovú ekonomiku.
POM kotúče dominujú v textilných aplikáciách. POM (acetalové) kolesá sú univerzálne v pároch závitovkových prevodov v textilnom priemysle z troch dôvodov: hmotnosť (páry sú namontované na pohyblivých priečnych vozíkoch – každý gram hmotnosti vozíka zvyšuje zotrvačnosť a energiu zrýchlenia), hluk (textilní pracovníci trávia v navíjacej hale viac ako 8 hodín – POM pracuje pri tomto nízkom zaťažení o 10 až 15 dB(A) tichšie ako bronz) a cena (POM kolesá za 0,08 až 0,25 USD oproti bronzu za 0,80 až 2,50 USD na koleso – 5 až 10-násobný rozdiel, ktorý je rozhodujúci pri 1 500 jednotkách na halu). Nevýhodou je, že POM vydrží 2 až 4 roky v nepretržitej prevádzke v textilnom priemysle oproti 5 až 8 rokom v prípade bronzu – ale pri 0,15 USD na koleso sú náklady na výmenu zanedbateľné.
Kórejský výrobca syntetických vlákien, ktorý prevádzkuje 8 automatických navíjacích strojov (celkovo 480 pozícií, približne 1 200 párov závitovkových ozubených kolies), hlásil zvýšenie miery pretrhnutia priadze z 0,8 na 1 000 kg na 3,2 na 1 000 kg počas 6 mesiacov. K pretrhnutiu dochádzalo prevažne v zóne navíjania (kde sa zväčšuje priemer balíka, čo si vyžaduje presné nastavenie rýchlosti posuvu). Vyšetrovanie zistilo, že páry závitovkových ozubených kolies v pohonoch posuvu – kolesá z POM, 3 roky staré – mali v dôsledku opotrebovania zvýšenú vôľu (pôvodné 3 oblúkové minúty, namerané 12 oblúkových minút). Zvýšená vôľa spôsobila 2,5-percentnú zmenu rýchlosti v každom bode obrátenia posuvu, čo vytvorilo nárasty napätia o 3,8 percenta (polyester, k = 1,2) – pod 5-percentnou hranicou pretrhnutia pre polyester, ale nad hranicou pre priadze zo zmiešaných vlákien (zmes polyesteru a bavlny, efektívne k = 1,4), ktoré závod začal spracovávať pred 8 mesiacmi. Zložka prírodných vlákien zosilnila citlivosť na napätie. Riešenie: vymeniť všetkých 1 200 POM kolies (celkové náklady: 1 200 × 0,18 USD = 216 USD za diely plus 2 dni práce technika za 380 USD). Miera zlomenia klesla na 0,6 na 1 000 kg – pod pôvodnú mieru, pretože nové kolesá mali menšiu počiatočnú vôľu (2 oblúkové minúty oproti špecifikácii 3 oblúkové minúty v predchádzajúcej várke). Ponaučenie: výmena kolies textilného závitovkového ozubeného kolesa by sa mala plánovať podľa typu výrobku, nie podľa kalendára – pár, ktorý je v 3. roku vhodný pre syntetickú priadzu, môže byť v 2. roku nevhodný pre zmesi prírodných vlákien, pretože faktor citlivosti na ťah k je vyšší.
Špecifikácie troch párov závitovkových prevodov textilných strojov
Prípad 1 – Vinutie z kórejských syntetických vlákien: 200 pozícií, presné napätie ±2%, servopohon
Kórejský výrobca syntetických vlákien špecifikoval páry závitovkových prevodov pre priečne pohony 200-polohového presného navíjacieho stroja vyrábajúceho náviny DTY (priadza s textúrou ťahania) pri rýchlosti 1 200 m/min. Tolerancia napätia: plus alebo mínus 2 percentá (DTY vyžaduje pevné napnutie pre rovnomerné udržanie krimpovania). Pár závitovkových prevodov: jednochodý, modul 0,8, osová vzdialenosť 20 mm, pomer 30:1. Uzemnený závitovkový prevod Ra 0,4 µm (kolísanie rýchlosti pod 1 percento – kolísanie napätia 1,2 percenta pri k = 1,2 pre polyester, čo je v rámci cieľovej hodnoty 2 percent). Koleso: POM. Motor: servopohon 24 V DC na pozíciu (individuálne riadenie napätia prostredníctvom spätnej väzby v uzavretej slučke). Cena za pár: 2,80 USD (uzemnený, POM, modul 0,8). Cena za 200 pozícií × 2 páry na pozíciu: 1 120 USD. Hodnota produkcie priadze na stroj za rok: približne 2,4 milióna USD – 1 120 USD v pároch závitovkových prevodov chránilo kvalitu priadze v hodnote 2 000-násobku ceny páru.
Prípad 2 – Japonský tkáčsky stav s prúdovým pohonom: odvzdušňovací pohon, 800 ot./min., ultrakompaktná hlava tkáčskeho stavu
Japonský výrobca tkáčskych stavov špecifikoval páry závitovkových prevodov pre mechanizmus odovzdávania osnovy vysokorýchlostného vzduchového tkáčskeho stavu s rýchlosťou 800 cyklov za minútu. Odovzdávací mechanizmus uvoľňoval osnovnú priadzu z nosníka kontrolovanou rýchlosťou synchronizovanou s tkacím cyklom – akákoľvek zmena rýchlosti spôsobovala viditeľné chyby útkových tyčí (periodická zmena hustoty v tkanine). Pár závitovkových prevodov: jednochodý, modul 0,6, stredová vzdialenosť 15 mm, pomer 40:1 – jeden z najmenších párov závitovkových prevodov v celej tejto 35-článkovej sérii. Hĺbka závitovky Ra 0,3 µm (zmena rýchlosti pod 0,8 percenta). Koleso: PA66-GF15 (nylon vystužený sklenenými vláknami – uvoľňovací krútiaci moment 3 N·m prekročil kapacitu POM pri malej stredovej vzdialenosti 15 mm). Samosvorný mechanizmus nevyhnutný: udržiaval konštantné napätie osnovy počas milisekundovej pauzy medzi každým cyklom vkladania útku. Cena za pár: 3,50 USD. Hluk na 1 m: 38 dB(A) (nepočuteľné nad hlukom tkáčskeho stavu 85 dB(A). Prehliadať závitovkový prevod pre textilný stroj možnosti pre aplikácie v tkáčskych stavoch, navíjacích a spriadacích strojoch.
Prípad 3 – Vietnamský stroj na pradenie bavlny: 500 vretien, riadený nákladmi, prijateľné odvaľovanie
Vietnamská pradiareň bavlny špecifikovala páry závitovkových ozubených kolies pre pohony prstencového traverzu 500-vretenového prstencového dopraďovacieho stroja. Kruhový traverz pohyboval prstencovou koľajnicou hore a dole, aby vytvoril poklop (balík priadze na vretene) – relatívne pomalý, málo presný pohyb, kde bola kolísanie rýchlosti pod 5 percent prijateľné, pretože geometria navíjania poklopu tolerovala mierne kolísanie hustoty. Pár závitovkových ozubených kolies: jednochodý, modul 1, vzdialenosť osí 25 mm, pomer 20:1. Závitovka Ra 1,2 µm (jemne odvaľovaná – kolísanie rýchlosti približne 2,5 percenta, kolísanie napätia 3,8 percenta pre bavlnu pri k = 1,5, v rámci 5-percentného limitu). Koleso: POM. Cena za pár: 0,85 USD. Cena za 500 vretien × 1 pár: 425 USD. Špecifikácia odvaľovania ušetrila 0,95 USD na pár v porovnaní s brúsením (1,80 USD) – celková úspora 475 USD na rám, čo je významné naprieč 12 rámami v pradiarni. Špecifikácia ukazuje, že nie všetky textilné aplikácie potrebujú brúsené páry závitovkových ozubených kolies – výber povrchovej úpravy by mal byť ovplyvnený vzorcom citlivosti na napätie, nie všeobecným predpokladom „textília = brúsená“.
Často kladené otázky
Otázka: Ako určím faktor elasticity priadze k pre moju konkrétnu priadzu?
Zmerajte modul pružnosti v ťahu priadze (sila na jednotku napätia) pomocou skúšačky napätia priadze (Instron alebo ekvivalent) pri rýchlosti navíjania. Vypočítajte k = (E_dynamic / E_static), kde E_dynamic je modul pri rýchlosti navíjania a E_static je modul pri nulovej rýchlosti. Pre väčšinu komerčných priadzí: polyesterové vlákno k = 1,1 až 1,3; bavlnená striž k = 1,4 až 1,6; vlna k = 1,6 až 1,8; hodváb k = 1,5 až 1,7; nylonové vlákno k = 1,3 až 1,5. Zmiešané priadze používajú vážený priemer: zmes polyesteru a bavlny 65/35 pri k = 0,65 × 1,2 + 0,35 × 1,5 = 1,31. Hodnotu k vo vzorci na napnutie použite na určenie maximálnej povolenej zmeny rýchlosti zo závitovkového prevodového páru.
Otázka: Ako často by sa mali vymieňať kolesá z POM závitovkového prevodu?
POM kotúče v textilných navíjacích strojoch zvyčajne vydržia 2 až 4 roky pri nepretržitej dvojzmennej prevádzke (4 000 až 6 000 hodín ročne). Obmedzujúcim faktorom životnosti je nárast vôle v dôsledku opotrebenia – keď sa vôľa zdvojnásobí oproti pôvodnej hodnote (napr. z 3 na 6 oblúkových minút), zmena rýchlosti sa úmerne zvyšuje a môže prekročiť toleranciu napätia. Výmenu naplánujte na základe typu spracovávanej priadze: pre syntetické vlákna s nízkym indexom k (polyester) vymeňte pri 2-násobku počiatočnej vôle; pre prírodné vlákna s vysokým indexom k (bavlna, vlna) vymeňte pri 1,5-násobku počiatočnej vôle. Pri nákladoch na POM kotúče od 0,08 do 0,25 USD sú náklady na výmenu zanedbateľné – dominantnými nákladmi na výmenu je práca potrebná na prístup ku kotúču a jeho výmenu (5 až 15 minút na pozíciu).
Otázka: Môžu byť textilné závitovkové prevody pre dlhšiu životnosť vyrobené z bronzových kolies?
Technicky áno, ale kvôli zníženiu hmotnosti a hluku je bronz nepraktický pre väčšinu textilných aplikácií. Závitovkové prevody z textilu sa montujú na pohyblivé vozíky (navíjací traverz), kde každý gram zvyšuje energiu zrýchlenia a veľkosť motora. Bronzové koleso s hmotnosťou 8 gramov v porovnaní s kolesom z POM s hmotnosťou 2 gramy pridáva 6 gramov na pozíciu – na 200 pozíciách to predstavuje 1,2 kg dodatočnej vratnej hmoty, ktorá si vyžaduje o 15 až 20 percent viac výkonu motora na jedno otočenie traverzy. Bronz tiež produkuje o 10 až 15 dB(A) viac hluku ako POM pri textilných rýchlostiach – čím sa hluk v hale posúva zo 78 dB(A) na limit 85 dB(A) pre pracovné prostredie. POM s plánovanou výmenou je nákladovo efektívnejší ako bronz počas celej životnosti stroja.
Otázka: Ovplyvňuje kontaminácia žmolkami a vláknami páry textilných závitovkových prevodov?
V textilnom prostredí sa vytvárajú vzdušné vlákna (krátke úlomky vlákien), ktoré sa usadzujú na všetkých povrchoch stroja. Vlákna, ktoré sa dostanú do záberu závitovkového ozubeného kolesa, pôsobia ako mäkké abrazívum – sú menej škodlivé ako kovové častice alebo cementový prach, ale ak sa nechajú hromadiť, postačujú na urýchlenie opotrebenia POM o 20 až 40 percent. Väčšina textilných závitovkových ozubených kolies je otvorená (bez utesneného krytu), pretože nízke zaťaženie nevyžaduje olej ani mazivo – suchý kontakt POM na oceli je postačujúci pri krútiacim momentoch pod 5 N·m. Pravidelné preplachovanie stlačeným vzduchom (týždenne) odstraňuje nahromadené vlákna zo záberu ozubeného kolesa. V prostrediach s vysokým obsahom vlákien (mykanie bavlny, prameň) jednoduchý plstený kryt proti prachu cez záber ozubeného kolesa znižuje vnikanie vlákien o 80 percent bez nákladov alebo zložitosti utesneného krytu.
Otázka: Aká je typická cena párov textilných závitovkových ozubených kolies?
Najmenší a najlacnejší v tejto 35-položkovej sérii: 0,65 až 4,50 USD za pár v závislosti od modulu, povrchovej úpravy (odvaľované verzus brúsené) a objemu. Pri moduloch 0,6 až 0,8 s POM kotúčom: odvaľované 0,65 až 1,20 USD, brúsené 1,80 až 3,50 USD. Pri moduloch 1,0 až 1,5: odvaľované 0,85 až 1,80 USD, brúsené 2,20 až 4,50 USD. Množstevné ceny: zľava 10 až 15 percent pri viac ako 1 000 kusoch, 20 až 25 percent pri viac ako 5 000 kusoch. Porovnateľné s automobilovým priemyslom (A30) za 0,65 až 4,20 USD – podobné ceny za jednotku, ale odlišné rámce kvality (textil nemá požiadavku PPAP/IATF; kvalita sa overuje mierou pretrhnutia priadze, a nie SPC Cpk).
Závitovkové ozubené kolesá pre textilné stroje zaujímajú opačný koniec spektra špecifikácií ako ťažký priemysel – najmenšie moduly (0,5 až 1,5), najnižšie krútiace momenty (0,5 až 10 N·m) a najvyšší počet jednotiek (200 až 1 500 párov na továreň) zo všetkých aplikácií v tejto sérii. Požiadavka na presnosť je však porovnateľná s aplikáciami obrábacích strojov (články A22 až A24): kolísanie rýchlosti pod plus alebo mínus 1,5 percenta na udržanie napätia priadze v rámci prahu pretrhnutia. Analýza krivky napätia priadze v závislosti od rýchlosti – ΔT/T = k × ΔV/V – kvantifikuje, prečo sú brúsené závitovkové ozubené kolesá povinné pre prírodné vlákna a jemné syntetické materiály, zatiaľ čo odvaľovacie ozubené kolesá sú prijateľné pre hrubé syntetické materiály a prstencové pradenie, kde je tolerancia napätia širšia. Kolesá z POM sú univerzálne, pretože výhody z hľadiska hmotnosti, hluku a nákladov prevažujú nad kratším cyklom výmeny – pri cene 0,08 až 0,25 USD za koleso sú náklady na výmenu nižšie ako strata hodnoty priadze v dôsledku jediného pretrhnutia.
Pre výrobcov textilných strojov a inžinierov mlynov naše inžinierske oddelenie vypočíta citlivosť na ťah z typu vašej priadze a odporučí správny stupeň povrchovej úpravy. Štandardný katalóg miniatúrne sady závitovkových prevodov pokrýva textílie s rozmermi modulov od 0,5 do 1,5, s rozostupom osí 15 až 40 mm, s možnosťou koliesok z POM a PA66. Odošlite žiadosť špecifikácia textilného pohonu s typom priadze, rýchlosťou navíjania, toleranciou napätia a jednotkovým množstvom na stroj.
Špecifikácia párov závitovkových prevodov pre textilné stroje?
Pošlite typ priadze, rýchlosť navíjania alebo tkáčskeho stavu, toleranciu napätia, počet pozícií a ročné jednotkové množstvo. Vypočítame citlivosť na napätie a odporučíme stupeň povrchovej úpravy, modul a materiál kotúča pre váš objem výroby.
Redaktor: Cxm
