Поиск


ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №37

                    ( читать ... )

ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №36

                    ( читать ... )

Ссылки партнеров

Ткацкие


Технологии/Ткацкие/Ткацкие станки: этапы развития и пути совершенствования

Ткацкие станки: этапы развития и пути совершенствования

30 января 2001
Рынок легкой промышленности №9, 2001

Оников Эдуард Аршакович


Лучше всех предвидит будущее тот, кто хорошо знает прошлое

Восточная мудрость

История в терминах

Способ и последовательность выполнения всех основных операций образования ткани на ручных, механических, автоматических и бесчелночных станках один и тот же, различны лишь степень их механизации и автоматизации, поэтому эти станки можно объединить в одну группу - «традиционные ткацкие станки». В приведенных выше названиях пытались отразить принципиальные особенности станков, выделявшие их качественное отличие от предшественников. Вслед за ручными ткацкими станками появились механические, затем автоматические, бесчелночные, а в последние годы - многофазные ткацкие станки.

При этом названия станков складывались исторически,  их не классифицировали по единому принципу. Так, в зависимости от способа перемещения рабочих органов станка и  выполнения основных операций образования ткани возникли термины «ручной» и «механический». А появление  другого  признака классификации - механического способа замены уточной паковки - вызвало к жизни термин «автоматический». В термине «бесчелночный» отразился еще один новый признак - изменение принципа прокладки уточины.

Человек - станок - производительность

Было время, когда на ручном станке ткач выполнял все основные и вспомогательные операции, обслуживая только один станок с производительностью труда, равной производительности станка.  Уже на механическом станке его принципиально не измененные, но  лишь конструктивно усовершенствованные рабочие органы позволили увеличить скоростной режим от 60 до 200-240 прикидок в минуту, а скорость прокладывания уточины - до 15 м/сек.  

Кроме того, в конструкцию этого станка были включены механизмы, освобождающие ткача от необходимости  постоянно контролировать работу машины. Теперь он смог не только встать с места (на ручном станке работали сидя) и «оторваться» от своего неразлучного помощника, но обслуживать одновременно до 4-8 станков без потери качества и скорости работы.

На пути неуклонного повышения производительности стояли новые препятствия. Наиболее трудоемкой операцией при работе на механическом станке была смена и зарядка челнока.   Например, при выработке миткаля на механическом станке фирмы «Платт» ткач тратил на эту операцию до 30%  рабочего времени. Более того, он должен был постоянно следить за обрывом основной нити и останавливать работу для его устранения: при такой работе расширить зону обслуживания не удавалось.   Только после того, как в 1896 г. фирма  Нортроп (США) разработала и вывела на рынок первый автоматический ткацкий станок, стал возможным новый этап роста производительности.

Какие же отличия этого станка обеспечивали новые возможности? Во-первых, в нем появилось устройство, позволявшее менять уточный початок в челноке при обрыве уточной нити или при окончании запаса уточины на шпуле, не останавливая станок. Во-вторых, в этом станке был впервые использован основонаблюдатель, автоматически останавливающий станок при обрыве основной нити.

Наконец, в нем удалось с помощью автоматических тормозов и регуляторов основы сохранять ее натяжение на заданном уровне. Именно эти новации позволили существенно изменить взаимодействие ткача со станком, на качественно новом уровне организовать труд и в результате значительно повысить его производительность.

Прощание с челночными станками

Между тем, все челночные ткацкие станки, и механические и автоматические, обладали тремя взаимосвязанными основными недостатками: 1) необходимостью применения лишь малых по размерам уточных паковок, размещаемых в челноке; 2) высокими динамическими нагрузками, возникавшими в звеньях основных механизмов, в частности боевого; 3) большой величиной хода берда и ремизок, связанная с размерами челнока.

Эти недостатки потянули за собой целую цепь проблем. Перечислим их вкратце. Необходимость применять на станке механизмы  автоматической смены уточных шпуль в челноке и устройств контроля посадки челнока. Значительные трудовые затраты, необходимые для возобновления запаса уточных шпуль (их транспортировки в механизм смены шпуль). Трудности, связанные с содержанием большого количества шпуль в производстве и значительными трудовыми затратами по очистке этих шпуль.  Невысокая надежность работы боевого механизма, а значит и всего станка.

Необходимость больших затрат на содержание и текущий ремонт, которые, например, для станков АТ-100-5М при выпуске миткаля арт. 15 составляло около 15 % от стоимости обработки и ткачества. Большой расход упруго-эластичных материалов, применяемых для гашения энергии челнока и погонялки. Уровень шума (100...102 дБа), превышающий санитарно-допустимые нормы. Повышенный расход электроэнергии (например, на станке АТ-100-5М при мощности электродвигателя 0,8 кВт, на прибой расходуется лишь 0,015 кВт, на преодоление всех сил трения - 0,19 кВт). Следовательно, основная часть энергии расходуется на износ деталей станка и нагревание окружающего воздуха. Последнее вызывает существенные затраты на вентиляцию или кондиционирование воздуха в ткацких цехах.

Все это определило пути совершенствования челночных автоматических ткацких станков. Разработчики последовательно уменьшали последствия принципиальных недостатков этого класса машин, используя легкие и качественные материалы, унифицированные детали, взаимозаменяемость которых обеспечивала высокая точность их изготовления;  надежные узлы и устройства, не требующие частой наладки, например, гидравлические амортизаторы погонялок. Этим же целям служили централизованная смазка или уменьшение точек для смазки и отвод их в места, исключающие загрязнение основы и ткани, высококачественные комплектующие (ремизные рамы, берда); контрольно-сигнализирующие устройства. В результате сокращались затраты на содержание, а надежность станков заметно повышалась...  к сожалению, вместе с их ценой

Бесчелночные станки: пора освоения

В значительной степени устранить первый и уменьшить последствия второго и третьего недостатков автоматических станков удалось при переходе на бесчелночную систему питания станка уточной нитью. На всех бесчелночных ткацких станках уточная паковка находится не в челноке, а установлена неподвижно на раме станка за пределами заправки, что позволяет увеличить ее размеры и массу в 50...100 раз. Благодаря установке запасной бобины, связанной с работающей, процесс ткачества при окончании пряжи на бобине не прерывался.

Создание бесчелночных ткацких станков прошло сложный путь становления, во время которого было опробовано большое количество способов и устройств прокладки уточины в зеве. Принципиальные особенности различных схем прокладки уточин на бесчелночных ткацких станках приведены в подготовленном автором пособии-справочнике для руководителей и ИТР ткацких фабрик.

Наибольшее распространение в промышленности получили следующие типы бесчелночных ткацких станков: 1) пневматические станки, в последние годы преимущественно широкие, имеющие максимальную производительность и съем продукции с единицы производственной площади; 2) станки с гибкими, в некоторых случаях, с жесткими рапирами, вырабатывающие ткани более сложных переплетений и с числом цветов утка до 8; 3) станки с микропрокладчиком, вырабатывающие ткани,  как с одноцветным, так и с многоцветным утком (практически лишь до четырех цветов).

Классификация станков


В приведенную ниже таблицу сведены данные, характеризующие ткацкие станки по системному принципу (таблица). При этом сохранены устоявшиеся на практике названия типов станков, но каждый из них охарактеризован с точки зрения выполнения на нем основных и вспомогательных операций. В состав основных включены восемь операций, которые выполняются на работающем станке в установившемся процессе выработки ткани. В состав вспомогательных - операции, необходимые для восстановления прерванного процесса ткачества или параметра процесса, отклонившегося от заданной величины по каким-либо причинам.

Вспомогательные операции разбиты на три группы. В первую группу включены операции по устранению технологических нарушений процесса, во вторую - по устранению разладок или поломок механизмов станка, а в третью - операции по возобновлению запасов пряжи на станке и по снятию наработанной ткани. Каждая операция подразделена на отдельные этапы, при этом выделен этап обнаружения необходимости проведения той или иной вспомогательной операции.

Такое построение таблицы позволило показать, что автоматизация операций в большинстве случаев проводилась по отдельным этапам. Например, в операции ликвидации обрыва основных нитей сначала автоматизировался этап обнаружения оборвавшейся нити (был создан основонаблюдатель), затем и этап розыска этой нити (основонаблюдатель фирмы Гроб, Швейцария), сам же этап ликвидации обрыва нити остается до сих пор ручной операцией.

Под тем или иным типом станка в таблице подразумевается наиболее совершенная его конструкция. Например, к механическому станку отнесен станок, оснащенный автоматическим тормозом основы, основонаблюдателем, уточной вилочкой или уточным щуплом, а к современному бесчелночному станку - станок с усовершенствованиями, присущими серийно выпускаемым станкам передовых фирм. Под автоматическим станком подразумевается челночный станок, в котором в отличие от механического автоматизирован процесс смены уточного початка в челноке по ходу станка.

Несомненное преимущество имеет разделение операций ткачества на основные и вспомогательные, так, как показано в таблице. Это позволяет с различных позиций анализировать и оценивать два показателя процесса ткачества: теоретическую производительность станка, которая зависит от скорости выполнения основных операций, и производительность труда ткача, которая зависит от частоты и скорости выполнения вспомогательных операций, при этом учитывается КПВ работы станка. При этом вид и скорость выполнения основных операций определяют теоретическую производительность станка, а вспомогательных операций - производительность труда и КПВ.

Дальнейшее совершенствование: автоматизация вспомогательных операций

Механизация и автоматизация основных операций, выполняемых на механическом станке, позволили увеличить его теоретическую производительность по сравнению с ручным станком с 60 до 220-240 метроуточин в мин.; скорость прокладывания уточной нити повысилась при этом до 15 м/с. Производительность бесчелночных станков - до 2000 метроуточин в мин - была достигнута в результате использования бесчелночного способа прокладывания уточной нити и конструктивного совершенствования механизмов. 

Таким образом, повышение теоретической производительности на традиционных станках, начиная с механического, оказалось возможным лишь благодаря увеличению скорости работы механизмов, а не в результате дальнейшей автоматизации основных операций ткачества или изменения способа их выполнения.

Иное дело вспомогательные операции, совершенствование которых, в отличие от основных операций, прямо связано с проведением их механизации и автоматизации. Очевидно, что увеличить производительность труда и КПВ станка можно, уменьшая количество вспомогательных операций, автоматизируя некоторые из них, освобождая ткача - полностью или частично - от их выполнения, а также сокращая продолжительность или частоту выполнения отдельных операций.

Так, на бесчелночных станках автоматизируют операции розыска оборвавшейся основной нити (основонаблюдатель фирмы Гроб), обнаружения разладки механизма прокладывания уточной нити (станок фирмы Зульцер-Рюти), смазки и чистки станка. Кроме того, на станках устанавливаются датчики обнаружения необходимости смены навоя и снятия рулона ткани. Рост производительности станков, увеличение массы основы и рулона ткани привели к необходимости механизировать процесс заправки основы и съема рулона.

Анализ данных, характеризующих выполнения вспомогательных операций (см. таблицу), позволяет наметить пути дальнейшего совершенствования традиционных ткацких станков. Очевидно, они будут проложены в сфере создания более эффективной конструкции основных механизмов, а также автоматизации тех вспомогательных операций, которые до настоящего времени выполняются вручную, причем,  прежде всего наиболее трудоемких или вызывающих наиболее длительный простой станка.

Это относится, в первую очередь, к автоматизации чрезвычайно трудоемкого процесса  ликвидации обрыва основной нити.  Такой обрыв вызывает длительный,  как правило, в несколько раз превышающий время, необходимое для его ликвидации, простой станка, поскольку ткач в это время занят работой на других станках.

(Первая попытка автоматизации этого процесса была предпринята фирмой Пиканоль, представившей свою разработку на ИТМА-87). Автоматическая  ликвидация обрыва уточной нитивыполняемая в  настоящее время лишь на некоторых бесчелночных станках, будет осуществляться и на других станках - обрыв утка, так же, как и обрыв основы, может вызывать длительные простои.

Автоматическое  обнаружение дефекта ткани  будет проводиться непосредственно на ткацком станке; сегодня для этого ткань необходимо снять со станка. Для того чтобы реализовать эту потребность необходимо существенно снизить стоимость устройств, применяемых для этой цели в настоящее время.

Расширение спектра автоматической диагностики механизмов работающего станка, направленной на предотвращение их разладок и поломок, а также выработки дефектной ткани станет еще одним путем совершенствования традиционных ткацких станков. Кроме того, должны быть усовершенствованы автоматические системы, уже используемые на бесчелночных станках, и автоматизированы остальные вспомогательные операции, до настоящего времени выполняемые вручную. Судьба этих усовершенствований будет зависеть от того, насколько они сделают станок дороже и, в конечном результате, выработку ткани - рентабельнее. 

Цикличность ткачества: проблема и пути ее решения

Дальнейшее совершенствование традиционных станков с целью увеличения их теоретической производительности сдерживается особенностью способа образования ткани на станке. На всех традиционных ткацких станках операции зевообразования, а также операция прибоя уточной нити осуществляются одновременно по всей ширине основы. Прокладывание же уточной нити происходит постепенно с одного края основы к другому, в связи с чем процессы зевообразования и прибоя приостанавливаются на весь период прокладывания нити до следующего цикла ткачества. Такая цикличность процесса значительно снижает производительность традиционных ткацких станков. Ее наглядной характеристикой является коэффициент цикличности, который равен отношению скорости образования ткани (в метроуточинах в минуту) к скорости прокладывания уточной нити (в метрах в минуту).

Например, на механических и автоматических челночных станках при ширине берда 1 м и 225 прокидках утка в мин. скорость прокладывания уточной нити достигает примерно 15 м/с или 900 м/мин, а теоретическая производительность станка - 225 метроуточин в мин. (или 25% от скорости прокладывания уточной нити). Таким образом, 75% времени челнок не производит полезной работы. Следовательно, для данного челночного станка коэффициент цикличности равен 0,25.

На станках с микропрокладчиком скорость прокладывания уточной нити была повышена примерно до 25 м/с или 1500 м/мин, а теоретическая производительность станка доведена до 825 метроуточин в мин, что составляет 53% от скорости прокладывания нити (коэффициент цикличности - 0,53).

Увеличение производительности станка и повышение скорости прокладывания уточной нити на автоматических челночных станках последних конструкций привело к существенному росту динамических нагрузок в механизмах станка и,  как следствие этого, к удорожанию станка и  повышению стоимости его эксплуатации. Только при разработке многофазных (многозевных), круглых или плоских станков попытались устранить цикличность процесса ткачества. Зевообразование, прокладывание уточной нити и ее прибой на этих станках осуществляются непрерывно и одновременно в нескольких зонах.

ПРИМЕЧАНИЯ

Настоящая публикация представляет собой журнальный вариант одной из  глав книги, которую автор готовит к выпуску в свет в 2001 г. В этой книге - практическом пособии-справочнике для руководителей и ИТР фабрик - приведены экспертные и расчетные методы выбора и оценки оборудования по всем переходам ткацкого производства на примере зарубежных и отечественных фирм. Оценка машин и станков приводится как по ассортиментным возможностям, так и по экономической эффективности. Большое внимание при этом уделяется оценке качества бобин и основы на сновальных валах и навоях, а также анализу работы узлов машин, от которых зависит это качество, что крайне важно при оценке оборудования. В справочном разделе книги приведены: 1) показатели, необходимые для оценки машин и станков отечественных и зарубежных фирм, в том числе экспонировавшихся на международной выставке ИТМА-99 в Париже; 2) примеры расчета экономической эффективности ткацких станков (как отечественных, так и зарубежных) в условиях работы российских фабрик; 3) рекомендуемые технологические параметры заправки и работы машин и станков; 4) методы расчета сопряженных паковок и отходов в ткацком производстве; 5) методы заправочного расчета тканей.

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ