Оборудование для формования волокон и нитей

1. Системы охлаждения сформованных нитей

В устройствах для охлаждения нитей протекают основные стадии процесса формования: охлаждение струи, деформация, ориентация и кристаллизация. Нить, проходя от фильеры через охлаждающее устройство до приемного устройства, постепенно охлаждается. На начальном участке нить подвергается деформации (фильерному вытягиванию), диаметр нити соответственно уменьшается.

С изменением диаметра нити связано изменение скорости ее движения в каждой точке пути формования, вплоть до точки отверждения, где диаметр нити достигает своего минимального значения и далее остается практически неизменным. Таким образом, формование нити протекает в поле продольного градиента скорости. Длина участка, на котором осуществляется основная деформация, составляет 0,3−1,5 м. В конце этого участка происходит частичная ориентация полимера, а для некоторых полимеров может начаться и процесс кристаллизации, который иногда продолжается и на приемном устройстве (см. рис. 1).

Обдувочные и сопроводительные шахты. Основными частями охлаждающих устройств являются обдувочная и сопроводительная шахты. Обдувочная шахта предназначена для отверждения жидкой нити. Сопроводительная шахта служит для дальнейшего охлаждения нитей и стабилизации их движения. Там же начинает устанавливаться равновесие между содержанием водяных паров в окружающем пространстве и влажностью нити. На выходе из сопроводительной шахты нити должны быть охлаждены до температур, позволяющих нормально осуществить процесс их замасливания. Только в этом случае наматывается качественная паковка. Для полиамидных нитей это температура 30−35 °С.

Одновременное протекание двух процессов – ориентации под влиянием прилагаемого к нити приемным механизмом усилия и разориентации под влиянием теплового движения макромолекул – приводит к тому, что в шахте достигается лишь частичная упорядоченность макромолекул.

При формовании нитей для технических целей желательна более низкая предориентация после формования. Она имеет место в том случае, если нити на участке 200−400 мм от фильеры охлаждаются замедленно, а ниже этого участка охлаждение их интенсифицируется с помощью обдува воздухом. В таких случаях устанавливают термокамеры.

При формовании волокон, к которым предъявляются более низкие требования по разрывной нагрузке и равномерности линейной плотности, интенсификация охлаждения позволяет увеличить число элементарных нитей, формуемых из одной фильеры. Для комплексных нитей с числом элементарных нитей 24, 40, 100, 200, 280 оптимальные значения скорости потока обдувочного воздуха составляют соответственно 30 см/с, 35, 45, 50, 75 см/с. Интенсификация охлаждения может осуществляться за счет использования воздушного потока с высокими скоростями или за счет дополнительного охлаждения нитей замасливающей жидкостью на выходе из обдувочных шахт. Последний способ может применяться и при высокоскоростном формовании нитей текстильного ассортимента.

Охлаждающие устройства формовочных машин должны обеспечивать стабильность подаваемого на обдувку нитей воздушного потока с ламинарным характером течения, создание идентичных условий охлаждения для всех элементарных нитей в пучке и идентичные условия охлаждения при формовании нескольких комплексных нитей в одной обдувочной шахте.

Это требование должно особенно строго выдерживаться при формовании текстильных нитей. Различие в условиях охлаждения, приводящее к изменению положения точки отверждения нити на пути формования, вызывает изменение линейной плотности нити по длине, изменяется также и предориентация. В процессе охлаждения неравномерность комплексной нити по линейной плотности может достигать 60 %, что обусловливает неравномерность по прочности и является основной причиной «полосатости» в готовых текстильных изделиях.

Отрицательно на качестве нитей сказывается и турбулентность воздушного потока. При формовании текстильных нитей важно создать мягкие условия, т.е. охлаждать их воздушным потоком с минимально возможной скоростью для обеспечения высокой равномерности свойств. Для исключения неровноты по линейной плотности скорости обдува и отсоса воздуха должны быть равными. Непостоянство (пульсация) отсоса вызывает дополнительные изменения линейной плотности нитей.

При ВСФ рекомендуется специальная эпюра распределения воздуха вдоль обдувочной шахты: вблизи фильеры скорость потока воздуха близка к нулю, на первых 200 мм в 1,3−1,5 раза больше, чем в нижней части обдувочной шахты, в связи с явлением захвата потока воздуха при высокой скорости движения нити.

Конструкция обдувочной шахты зависит прежде всего от направления подачи обдувочного воздуха (рис. 20).

Конструкция любой обдувочной шахты должна обеспечивать подачу стабильного ламинарного потока воздуха с необходимым массовым расходом и скоростным напором по высоте шахты. Желательно, чтобы пучок элементарных нитей находился как можно ближе к воздухораспределителю, так как по мере удаления от него пульсации воздушного потока увеличиваются.

Глубина обдувочной камеры должна учитывать возможное отклонение (стрелу прогиба) нити от оси фильеры на 50−150 мм под действием поперечного воздушного потока. Ширина обдувочной камеры определяется из условия, что крайние элементарные нити не должны находиться в аэродинамическом пограничном слое 20−25 мм у створок обдувочной камеры.

Рис. 20. Схемы обдува сформованных нитей: а – боковой односторонний; б – радиальный центростремительный; в, г – радиальный центробежный

Рис. 21. Обдувочная шахта с поперечным обдувом

Фактическая длина зоны обдува определяется, как правило, удельной теплоемкостью полимерного материала. Для полиэфира достаточно зоны обдува длиной ~ 1,2 м. Для полиамида длина зоны обдува составляет 1,7−1,9 м, для полипропилена из-за его высокой теплоемкости и низкой температуры затвердевания (плавления) длина зоны обдува будет еще больше.

Все обдувочные шахты с принудительной подачей воздуха включают, как правило, обдувочную камеру, напорную камеру и воздухораспределитель – пористую воздухопроницаемую перегородку между напорной и обдувочной камерами (рис. 21).

Напорная камера 4 предназначена для создания определенного напора воздуха перед воздухораспределителем. Через воздухораспределитель 5, предназначенный для придания необходимой формы, скорости и направления воздушному потоку, воздух выходит в обдувочную камеру 3, где охлаждает формуемые из фильеры 1 нити 2 за счет конвективного теплообмена.

Ниже дается краткое описание некоторых наиболее широко применяемых материалов для изготовления воздухораспределителей.

Многослойная проволочная сетка. Применяется 5−20 слоев проволочных сеток, причем чередуются сетки с мелкими и крупными ячейками. Наиболее широко используемая комбинация – это перемежающаяся модель из 50 и 100 зазоров, создаваемых крупными отверстиями, снижающая турбулентность. Данный тип используется обычно в сочетании с перфорированной пластиной.

Сотовидная структура с сеткой. Данный материал сочетает свойство сотовидной структуры выпрямлять поток и свойство отверстий обеспечивать равномерность потока, что значительно улучшает производительность. Размер отверстий варьируется в пределах 60−150 мкм.

Перфорированная пластина, проволочная сетка и вспененный материал. Данный тип устройств обеспечивает очень равномерное охлаждение. Для вспененного материала характерно наличие 18 пор на 1 см, в то время как для сетки – 40−60. Перфорированная пластина служит поддерживающей системой для вспененного материала и сетки и обеспечивает достаточное сопротивление.

Система обдува поперечным потоком остается самой используемой технологией при формовании из расплава текстильной комплексной нити, в основном для ПЭТ, ПА, ПП. Одно из преимуществ – это возможность видеть фильеру в процессе формования и удалять фильерный комплект для чистки, не убирая обдувочную пластину.

Обдувочная камера шахты с поперечной односторонней обдувкой ограничивается боковыми стенками и с задней стороны плоским воздухораспределителем. Иногда эта камера со стороны выхода воздуха закрывается подвижной передней стенкой с целью исключения воздействия на нить неконтролируемых потоков воздуха из помещения цеха. Шахты с поперечной односторонней обдувкой при использовании круглых фильер для формования комплексных нитей создают неодинаковые условия охлаждения элементарных нитей с различных сторон пучка. Более равномерно обдуваются элементарные нити при использовании прямоугольных фильер с расположением капилляров на небольшом числе параллельных рядов. Недостатком конструкции является то, что нагретый воздух с НМС выбрасывается в помещение цеха.

При большом числе элементарных нитей в пучке (до 1000 и выше) с расположением капилляров по нескольким концентрическим окружностям на периферии фильеры используется центральная радиально-поперечная обдувка. В этом случае воздух по воздуховоду поступает в напорную камеру, расположенную по оси фильеры соосно с охлаждаемым пучком нитей, и выходит через воздухораспределитель перпендикулярно к формуемым нитям. Воздухораспределитель такой шахты имеет форму полого воздухопроницаемого микропористого цилиндра, изготовленного путем спекания металлокерамических порошков.

Для удобства обслуживания фильер и первоначальной заправки нитей напорная камера с воздухораспределителем опускается вниз или отводится назад. Эти шахты компактны и обеспечивают высокую равномерность охлаждения.

Фирмой Oerlikon Neumag (Германия) разработана подобная шахта для охлаждения формуемых нитей радиальным потоком воздуха. При этом в подфильерном пространстве размещено и устройство для нанесения замасливателя аэрозольным способом (рис. 22).

Рис. 22. Охлаждение нити радиальным потоком воздуха

В последнее время в связи с тенденцией к повышению производительности машин формования, вызывающей увеличение выделений НМС и тепла, а также в связи с ужесточением требований к защите окружающей среды при конструировании устройств для охлаждения пучков нитей большой линейной плотности предпочтение отдается устройствам с обдувочными шахтами закрытого типа, снабженными устройствами для отсоса НМС и отработанного воздуха, встроенными в систему охлаждения (рис. 23).

Рис. 23. Схема замкнутой системы охлаждения нитей: 1 – фильера; 2 – формуемая нить; 3 – напорная камера; 4 – шибер; 5 – система улавливания, очистки и подготовки кондиционированного воздуха; 6 – камера отсоса; 7 – обдувочная камера; 8 – головка отсоса

Сопроводительная шахта представляет собой, как правило, трубу круглого или прямоугольного сечения. В некоторых формовочных машинах сопроводительные шахты имеют «рубашки», непрерывно охлаждаемые холодной водой. В этом случае шахты изолируются во избежание конденсации паров на ее наружной поверхности.

Контролируемая среда в зоне охлаждения – это непременное требование для современных установок формования, чтобы обеспечить заданные физико-химические показатели формуемых нитей и их равномерность. В обдувочные шахты подается кондиционированный воздух с определенной температурой и влажностью в основном из магистральных воздуховодов, проложенных вдоль машин, куда он нагнетается вентиляторами от системы подготовки воздуха или кондиционеров.

Температура обдувочного воздуха для ПЭТ, ПА составляет 20−22 °С. При формовании ПП-нитей высоких линейных плотностей воздух необходимо охлаждать до 13−18 °С. Для установления одинаковой скорости воздуха во всех обдувочных шахтах используются регуляторы потока.

2. Способы и оборудование для нанесения препараций

На синтетические нити и волокна, сформованные из расплавов, чаще всего после их выхода из сопроводительной шахты для придания компактности и снижения трения наносится так называемая прядильная препарация.

Однородность и стабильность пленки замасливателя на каждом филаменте способствует качественному формированию паковки на намоточной машине и снижению количества обрывов нити. Нанесение препарации необходимо не только для процесса получения нитей на машине формования, но и для последующих технологических процессов.

Обычно прядильная препарация для синтетических волокон и нитей представляет собой водную эмульсию нескольких компонентов:

• непосредственно замасливателя – гидрофобного вещества, увеличивающего способность нити к скольжению и обеспечивающего низкое трение при движении по нитепроводникам;
• антистатического средства, предотвращающего появление на нити зарядов статического электричества;
• средства, придающего компактность нити (подклеивающий компонент);
• эмульгатора, способствующего сохранению устойчивости препарации при хранении;
• бактерицидного, коррозионно-защитного средства и других добавок.

При этом препарация должна быть безвредной для обслуживающего персонала, обладать удовлетворительной термостойкостью, равномерно наноситься на поверхность нитей, не вызывать коррозии деталей машин.

Для нанесения препарации применяются различные устройства. Нанесение препарации полным окунанием подаваемого направляющими валиками 2 сформованного жгута 1 в ванну 4 (рис. 24, а) производится на отделочных агрегатах.

Наибольшее распространение на машинах формования получили частично погруженные в ванночку 4 препарационные ролики 3 (рис. 24, б). Их обычно изготавливают из керамики или металла с керамическим покрытием. Шероховатость поверхности невелика и находится в диапазоне 0,5−1,5 мкм. С увеличением частоты вращения частично погруженных препарационных роликов увеличивается и количество наносимой на нить 1 препарации. Частота вращения роликов может изменяться в пределах от 0,03 до 0,6 с-1, при этом на нить может наноситься до 10−12 % препарации (по массе).

В устройствах с узкой щелью или капилляром 5 (штифтом) препарация подается дозирующим насосом. К этому же типу можно отнести и пористые препарационные устройства, которые представляют собой нитепроводники из материала, как

Рис. 24. Способы нанесения препарации

правило, керамического, со сквозными порами, через которые препарация продавливается дозирующим насосом. Эти устройства отражают тенденцию совмещения функции нитепроводников и препарационных устройств в одной детали (рис. 24, д). Нанесение препарации с помощью форсунки 6 (рис. 24, г) часто применяется при формовании жгутов из синтетических нитей. Способ позволяет повысить содержание препарации в жгутах до 20−25 %. Однако при работе форсунки в воздухе образуется туман из капелек препарации, что ухудшает условия труда обслуживающего персонала.

В том случае, если на нить необходимо наносить большее количество препарации, на пути движения может быть установлено два препарационных ролика 3, причем располагают их так, чтобы нить касалась поверхности роликов противоположными сторонами (рис. 24, в). В этом случае усложняется привод роликов, так как их оси расположены перпендикулярно к фронту машины.

Типовая препарационная система машины формования (рис. 25) состоит из сборного бака 2, заполнение которого производится из препарационной системы отделения приготовления препараций. С помощью насоса 1, на входе в который установлен фильтр 3, препарация из сборного бака подается в напорный бак 5. Из напорного бака препарация самотеком поступает в ванночки 8 с препарационными роликами 7. Регулирование поступления препарации в ванночки осуществляется индивидуально вентилями 6.

В напорном баке предусмотрена переливная труба 4. Из ванночек препарация также самотеком сливается в возвратную магистраль и затем снова поступает в сборный бак. Уровень препарации в ванночках определяется высотой расположения сливного отверстия, которая может регулироваться. Таким образом, происходит непрерывная циркуляция препарационной жидкости, что благоприятно для предупреждения осаждения ее компонентов.

Рис. 25. Принципиальная схема системы распределения препарации

Для нанесения препарации на формуемые филаменты через форсунки или штифты используются шестеренчатые дозирующие насосы. Конструкции препарационных насосов отличаются от насосов для формования расплава в связи с тем, что препарация имеет низкую вязкость и не создает смазывающего эффекта во время работы. Кроме того, ее компоненты могут оказывать корродирующее воздействие на детали насоса, соприкасающиеся с эмульсией.

Поддержание стабильности последующего процесса вытягивания требует равномерности нанесения препарации по всей длине нити, а также между филаментами, т.е. точного дозирования препарации. Фирмой Oerlikon Ваrmag разработаны усовершенствованные препарационные насосы PROFIN, обеспечивающие высокую точность дозирования на протяжении всего срока службы насоса благодаря новейшей конструкции и высокоточному способу изготовления. Насосы PROFIN имеют сложную внутреннюю конфигурацию с модернизированной формой каналов входа и выхода без «мертвых» зон, что приводит к самодренажу и удалению воздушных пузырьков из жидкости. С помощью этой конструкции микропузыри не накапливаются даже при нанесении холодного замасливателя. Препарационные насосы PROFIN имеют центральный вход и от 2 до 16 выходов, т.е. могут обслуживать от 2 до 16 формуемых нитей (рис. 26). Рабочая скорость насоса составляет 15−60 об/мин.

Рис. 26. Внешний вид (а) и схема расположения (б) насоса PROFIN и форсунок

Важным фактором точности подачи является положение насоса по отношению к уровню препарации в питающем баке и положение замасливающей форсунки. Форсунки должны находиться на 0,05−0,5 м выше уровня жидкости в емкости. Высота подачи насоса должна составлять не менее 0,3 м. Расхождения в дозировке можно сократить, если линии между насосом и форсунками будут иметь одинаковую длину. Кроме того, давление перед насосом и после него должно быть практически одинаковым. По возможности уровень препарации в питающем баке и форсунка должны быть приблизительно на одной и той же высоте.

Подача насоса (F, см3/об) рассчитывается по формуле

где mf – пропускная способность насоса, г/мин; OL – нанесение препарации на нить, %; ρ – плотность препарации, г/см3; n – число оборотов насоса, об/мин; CL – концентрация препарации, %; N – количество препарационных форсунок на одну нить. Насосы во время работы подвергаются износу и коррозии.

Продолжительность срока службы насоса в большей степени зависит от чистоты препарации. Емкости и линии для подачи препарации должны регулярно промываться, в том числе и после останова машины или простоя до того, как будут подсоединены насосы. Если линия останавливается на длительный период времени, то во избежание коррозии насосы следует снимать. Для фильтрации препарации перед насосом устанавливают фильтры из проволочной сетки с размером ячеек не более 10 мкм.

При высокой скорости движения нити (больше 2500 м/мин) вязкость препарации играет решающую роль. В связи с этим используется более низкая концентрация составляющих, или препарация предварительно подогревается, чтобы уменьшить вязкость в момент нанесения и тем самым усилить миграцию компонентов препарации внутрь пучка филаментов.

3. Вытяжные устройства машин совмещенного формования с вытягиванием

Для производства текстильных нитей в процессах HOY, FDY, технических нитей типа HM, HT, LS, HMLS, SHT, SLS фирма Barmag-Spinnzwirn разработала серию электронагреваемых цилиндров с учетом скорости, температурного диапазона, растягивающего усилия и силы усадки нити в каждом из процессов. На условия процессов вытягивания и релаксации влияют размещение цилиндров, их длина и диаметр, качество их поверхности, равномерность и репродуктивность температурного профиля. В зависимости от назначения и схемы заправки число цилиндров может быть различным (один с роликом; два, установленных последовательно; один или два парных). Все нити должны нагреваться до одинаковой температуры и обвиваться вокруг цилиндров ровно, с одинаковыми промежутками. Количество нитей, принимаемых цилиндрами, доходит до 24 для текстильных нитей и до 12 для технических.

Серия цилиндров HF® была разработана специально для применения при производстве технических нитей. Серия включает шесть типов цилиндров с длиной от 400 до 500 мм и диаметром 220 и 250 мм для скоростей процесса от 350 до 8000 м/мин. Внутри «рубашки» цилиндра 1, насаженного на полый вал 3, имеются расположенные по окружности индукционные катушки 2 для обогрева внешней поверхности. Количество индуктивных высокочастотных нагревателей – 4, 6, 8 с единичной мощностью 4 кВт (рис. 27). Индукционный нагреватель работает на частоте до 2 кГц вместо традиционных 50−60 Гц. Это ведет к уменьшению рассеивания энергии в пределах индукционной катушки вдвое. Поскольку в процессе производства технических нитей температура обработки нити для уменьшения усадки несколько ниже температуры плавления перерабатываемого полимера, то предусмотрена возможность нагрева поверхности цилиндров до температуры 250 °С. Каждая зона обогрева оснащена температурным датчиком 4.

Для защиты от перегрева цилиндры могут быть выполнены с водяным охлаждением (рис. 28). Коллектор охлаждения цилиндра состоит из тонких трубок 3, расположенных по окружности, в которые подается обессоленная вода под давлением 0,25 МПа с температурой + 6 °С, температура воды на выходе не должна превышать 45 °С.

Рис. 27. Конструкция цилиндра с индукционным обогревом

Рис. 28. Цилиндр с электрообогревом и охлаждением: 1 – «рубашка» цилиндра; 2 – винт крепления цилиндра; 3 – коллектор охлаждающей воды; 4 – электронагреватели; 5 – посадочный конус вала; 6 – вал; 7 – трубка слива масла; 8 – регулируемый привод цилиндра; 9 – вентилятор охлаждения привода; 10 – насос подачи масла; 11 – узел запитки нагревателей; 12 – трубка подачи масла в подшипники; 13 – подшипники; 14 – рым-болт

Рис. 29. Цилиндры серии HF6 (а), разделительные ролики (б) и необогреваемые цилиндры серии COMPAC (в)

Для процессов POY и HOY фирмой разработана серия необогреваемых приемных цилиндров COMPAC R6, C6 и C7 для скоростей до 6000 и 8000 м/мин, длиной от 60 до 370 мм и диаметром от 100 до 175 мм (рис. 29).

Рабочая поверхность цилиндров, контактирующая с нитью, должна быть твердой, износостойкой, не вызывать электризации нити. С этой целью на поверхность цилиндров наносят хромовое покрытие, слой твердого сплава или керамики. Абразивоустойчивое покрытие цилиндров обеспечивает длительный срок службы и оптимальную теплопередачу.

При скоростном многониточном формовании частота вращения цилиндров достигает 10 000 мин-1. На современных машинах цилиндры имеют индивидуальные электроприводы с частотным регулированием частоты вращения.

Цилиндры вытяжных станов могут иметь наружную капсуляцию для уменьшения потерь тепла и удаления паров замасливателя путем отсоса отработанного воздуха. На линии отработанного воздуха встраивается каплеотделитель, удаляющий капли влаги из аэрозоля (горячий воздух и пары замасливателя).

4. Приемно-намоточные устройства

Основное назначение намоточного механизма состоит в наматывании на патрон непрерывно движущейся бесконечной нити. В намоточном механизме (рис. 30) бобина 3, укрепленная на вращающемся роторе-бобинодержателе 2, наматывает на себя принудительно подаваемую нить 5 и формирует ее в тело намотки 4. Раскладка нити на поверхности наматывания по винтовой линии производится нитеводителем 6 нитераскладчика 7, а укатывание – контактным цилиндром 9. Перемещение одного из роторов 2 (необязательно бобинодержателя) производится с ростом тела намотки специальным механизмом – подвеской 10, а необходимая сила контактного взаимодействия роторов обеспечивается механизмом прижима 1; вращение сообщается приводом 8.

Рис. 30. Схема контактного намоточного механизма

По достижении телом намотки заданной массы нить 5 принудительно перебрасывается (перезаправляется) с готовой паковки на предварительно разогнанный бобинодержатель с пустым патроном парного намоточного механизма, а полученная паковка останавливается и заменяется на бобинодержателе пустым патроном, готовым к новой намотке. В процессе наматывания свойства нити не должны ухудшаться, т.е. истирание нити о гарнитуру и транспортирующие цилиндры, а также натяжение в процессе наматывания должны быть минимальными. Однако слишком малое натяжение может привести к низкой плотности тела намотки, и нить может сползать под действием собственной массы или при транспортировании.

Наиболее распространен фрикционный тип привода неподвижного бобинодержателя. Тело намотки, прижатое к фрикционному цилиндру, приводится во вращение силами трения и сохраняет постоянную скорость поверхности наматывания. Иногда применяются специальные вспомогательные двигатели, вращающие непосредственно бобинодержатель. Их назначение: либо быстрый разгон бобинодержателя в момент пуска, либо сообщение бобинодержателю при наматывании вращающего момента (обычно с мягкой характеристикой), компенсирующего сопротивление вращению на высокой скорости.

Основные элементы конструкции бобинодержателя: вал (ось) с опорами вращения и корпус ротора с механизмом зажима. Корпус ротора с механизмом зажима может выполняться как один узел.

Рис. 31. Конструктивная схема нитераскладчика

Самым распространенным в намоточных машинах является кулачковый тип нитераскладчика (рис. 31), который обеспечивает раскладку на скорости приема до 1200 м/мин. Цилиндрический кулачок 1 с замкнутым винтовым пазом 5, установлен в корпусе 2. В пазу на направляющей 3 размещен нитеводитель 4. В качестве кулачка используются валы различных диаметров 2560 мм с одинарным или двойным винтовым пазом. В двухкомпонентном нитераскладчике (рис. 32) с подвижным нитеводителем нить после нитеводителя попадает в паз рифленого ролика и, охватывая его, наматывается на паковку. Ввиду скольжения между нитью и пазом рифленого ролика с керамическим покрытием система может работать только в динамическом режиме трения.

Рис. 32. Схема работы нитераскладчика с рифленым роликом

Рифленый ролик обеспечивает прецизионную раскладку нити, выполняя три основные функции:

• ведет раскладку нити на крайних участках паковки (длина раскладки на ролике несколько больше, чем на раскладчике, и нить на крайних участках раскладывается только пазом рифленого ролика, т.е. обеспечивается точная раскладка нити в точках возврата);
• из-за разной глубины пазов на ролике компенсируется разница длины нити в треугольнике раскладки (глубина паза меняется таким образом, что длина нити на участке от нитеводителя до точки входа на паковку остается постоянной);
• обеспечивает избыточную подачу нити для уменьшения натяжения между зонами формования и намотки при отсутствии на машине вытяжных цилиндров за счет разницы частот вращения ролика и фрикционного цилиндра, что является важным фактором для процесса высокоскоростного формования.

Подобные нитераскладчики позволяют вести раскладку нити на скоростях наматывания до 5000−6000 м/мин.

В механизме нитераскладки с кулачками нитеводитель быстро и плавно возвращается в конце хода нитераскладки по ширине. В реверсивной точке нитеводитель изменяет направление движения на обратное в течение очень короткого времени. Скорость, при которой нитеводитель перемещается взад-вперед через определенную длину хода, зависит от вращения кулачкового вала. Частое реверсирование нитеводителя и последовательное ускорение и замедление способствуют быстрому износу нитеводителя; его нужно регулярно заменять (через 6−8 недель) в течение всего срока службы намоточной машины.

По мере того как возрастала скорость формования и требования к качеству намотки, возрастала и требуемая частота хода нитераскладчика. Механизм подачи с кулачками не позволяет обеспечить скорость намотки более 4000 м/мин, необходимую при высокоскоростном процессе формования РОY-нити и формования РОY/НОY-нити. Намотка ВСF-жгутовой нити также требует высокой частоты хода из-за необходимости обеспечения более высокого винтового угла раскладки нити. Высокое натяжение при намотке технических нитей также ограничивает применение традиционных систем нитераскладки с кулачками.

Для скорости намотки до 8000 м/мин и более фирмой Oerlikon Ваrmag была разработана новая двухроторная система нитераскладки CRAFT® WINDER (непрерывно вращающаяся автоматическая филаментная револьверная головка). В отличие от обычной системы нитераскладки с кулачками, двухроторная система не имеет реверсивных инертных масс.

Основная часть новой системы – пара трехлопастных роторов с постоянной скоростью двойного хода нитераскладчика. Роторы вращаются в противоположных направлениях и эксцентрично расположены относительно друг друга. Это приводит к мягкой передаче нити из одной лопасти в другую в смежной паре. Система дополняется специально оформленной направляющей планкой, которая определяет относительное положение нити по отношению к лопастям. Конструкция такой планки (известной как wave guide – волновая направляющая) помогает достичь требуемых параметров натяжения нити по ходу нитераскладчика; постоянства натяжения при раскладке нити; равномерного распределения нити по паковке; отличной цилиндрической формы паковки.

Двухроторная нитераскладка уникальна тем, что имеет мало движущихся элементов и работает на низких скоростях, обеспечивая бережное обращение с нитью, низкий уровень шума и фактически отсутствие износа при эксплуатации.

Распространенным дефектом намотки является так называемая ленточная намотка, когда при ходе нитеводителя в одну сторону нить ложится на виток, положенный за предыдущий ход в эту же сторону. Появление такого дефекта наиболее заметно при крестовой намотке, т.е. при больших углах раскладки нити. Дефект устраняется за счет периодического изменения числа двойных ходов нитеводителя, для этого в систему привода нитераскладчика вводится так называемый узел дезорганизации раскладки.

Таким образом, важнейшим технологическим требованием к нитераскладчикам является обеспечение раскладки нити при формировании паковок заданной структуры и формы на различных режимах работы. Кроме технологических требований к нитераскладчикам предъявляются эксплуатационные: они должны быть удобны в обслуживании, наладке, ремонте, а также иметь высокую надежность. Конструкции нитераскладчиков постоянно совершенствуются с учетом повышения скорости раскладки, автоматизации операций наматывания и перезаправки нити, совершенствования структуры намотки и повышения надежности работы намоточного механизма в целом.

Наматывание – сложный процесс, характеризующийся большим числом составляющих его физических явлений и их взаимной связью. Основным параметром, влияющим на качество паковки и нити, является натяжение при наматывании, остальные связаны с ним функционально.

При проектировании намоточных машин принимаются в расчет производительность машины; скорость наматывания; число нитей, принимаемых на бобинодержатель; масса и раз

меры паковки; требования к качеству продукции. Форма паковки и вид намотки обычно выбираются в зависимости от свойств и назначения химических нитей. Выбранная форма паковки и вид намотки должны обеспечивать устойчивость намотки при хранении и транспортировании, хорошие условия сматывания при дальнейшей переработке и стабильность свойств нити.

Выбор кинематической схемы намоточного механизма необходимо согласовать со схемой разводки нити в приемно-намоточной машине. Она определяется операциями с нитью до наматывания (замасливание, транспортирование нити, вытягивание, гофрирование и т.д.), числом нитей, принимаемых намоточным механизмом, и шагом его размещения по машине. Схема разводки должна позволять удобную ручную первоначальную заправку машины переносным эжектором.

Тенденция автоматизации управления процессами предъявляет к основным функциональным узлам намоточных машин следующие дополнительные требования:

• возможность регистрации основных параметров наматывания и раскладки нити с целью использования их в автоматизированной системе управления технологическим процессом (АСУТП) и производством (АСУП);
• автоматизацию съема готовых паковок специальными устройствами – дофферами (прил. 13).

4.1 Конструкции приемно-намоточных механизмов

Высокоскоростная намоточная головка – самый важный элемент современной высокоскоростной линии формования нитей из расплава. Любая высокоскоростная головка должна иметь: высокую скорость раскладки и шпинделя, автоматический механизм подачи нити, контроль давления прижима, инвертор для контроля скорости намотки и регулятор для поддержания постоянного натяжения нити. Самая важная функция высокоскоростного механизма нитераскладки заключается в намотке нити на паковку с обеспечением нужного винтового угла для получения оптимальной структуры паковки. Известны две категории высокоскоростных намоточных головок: полуавтоматические и полностью автоматические.

Полуавтоматические намоточные головки. Головки серии SW 4S/SW 46S* снабжены фрикционным шпиндельным приводом. Фрикционный вал, рифленый ролик и кулачок нитеводителя встроены в компактной уравновешиваемой скользящей каретке. По мере увеличения диаметра паковки скользящая каретка движется вверх. Фрикционный вал приводит в действие пустой патронник или патрон с предварительно выбранным усилием прижима при постоянной скорости намотки.

Зажимы бобинодержателя со шпиндельным приводом соединены непосредственно с двигателем, работающим от привода инвертора переменной частоты. По мере увеличения диаметра паковки должна уменьшаться угловая скорость патрона, чтобы поддерживать постоянную скорость приема нити. В системе со шпиндельным приводом остаются неизменными либо угловая скорость паковки, либо натяжение нити. Намоточные головки со шпиндельным приводом оснащаются выдвижным валом, который вращается за счет фрикционного контакта с бобиной. Скорость выдвижного вала определяется бесконтактным измерительным датчиком, полученные сигналы подаются на микропроцессор, контролирующий скорость шпинделя с помощью частотного инвертора. Преимущество шпиндельного привода в том, что крутящий момент для приведения паковки во вращение инициируется патроном, а не всей массой паковки.

Намоточная головка типа LFW – механизм для обычной (рассеивающей) намотки монои комплексных нитей из ПА 6, ПА 6,6, ПЭТ, ПП и др. Скорость приема нити соответствует технологиям формования LOY, MOY, POY, FOY и составляет 500−4200 м/мин. Диапазон линейной плотности нитей – 17−1800 дтекс. Оснащается бобинодержателями в двух вариантах исполнения: для 2-, 3- и 4-ниточной намотки с длиной 420 мм; для 2-, 3-, 4- и 6-ниточной намотки с длиной 600 мм.

Модель LFW является унифицированным узлом, который состоит из корпусной рамы, узлов привода, фрикциона и нитераскладчика; пневмоцилиндра, обеспечивающего вертикальное перемещение узла привода вместе с нитераскладочным механизмом и фрикционом; бобинодержателя и пневмовыталкивателя для съема паковок. Узел фрикциона, помимо фрикционного вала, включает устройство для резервной намотки, обеспечивающее автоматическую заправку нитей на патроны, а также устройство для предотвращения образования подмотов, которое обеспечивает отключение намотки при образовании хотя бы одного витка подмота на фрикционном валу. Рекомендуется для модернизации существующего изношенного и устаревшего оборудования.

Автоматические намоточные головки. Новые высокоскоростные намоточные головки по своим техническим характеристикам отвечают современным требованиям. Они применяются для всех видов нитей с различной исходной степенью ориентации текстильных нитей – POY, FDY, HOY или технической нити с разнообразными свойствами. Диапазон скоростей намотки составляет от 2500 до 8000 м/мин, длина бобинодержателя – от 870 до 1200 мм, диаметр пустых патронов – от 94 до 125 мм, диаметр паковки с готовой нитью составляет 390 мм для технической и 440 мм для текстильной, с возможностью многониточного формования – от 3 до 8 и от 6 до 12 нитей соответственно. При этом ширина раскладки на одной паковке по мере увеличения их числа на бобинодержателе для текстильной нити снижается от 170 до 85 мм, для технической – от 305 до 120 мм.

Автоматическая намоточная головка типа AСW – автоматизированный приемно-намоточный механизм с револьверной головкой для обычной (рассеивающей) намотки многофиламентных комплексных нитей из ПА 6, ПА 6,6, ПЭТ, ПП и других полимеров по технологии формования POY и FOY. Скорость приема нитей в диапазонах 1500−2500 м/мин и 2500−5000 м/мин. Диапазон линейных плотностей формуемых нитей составляет от 17 до 1800 дтекс (для BCF – до 4000 дтекс). Выпускаются в двух вариантах исполнения бобинодержателя: для 2- и 4-ниточной намотки с длиной 600 мм; для 3-, 4-, 5-, 6- и 8-ниточной намотки с длиной 920 мм. В конструкции этой головки предусмотрены:

• нитераскладочный механизм с рифленым роликом;
• система перемещения бобинодержателя при перезаправке нити;
• система управления;
• система защиты товарной паковки от повреждения;
• надежный захват нити при заправке за счет движения нити на противоходе к бобинодержателю;
• снижение натяжения нити из-за опережения вращения рифленого ролика по отношению к скорости движения нити на приемное устройство;
• возможность приема текстильной нити без использования приемных цилиндров;
• угол отклонения витка нити от вертикальной оси не более 15° (максимальный угол треугольника раскладки 30°).

Неподвижно закрепленный бобинодержатель, оснащенный пневмозажимами, гарантирует надежное фиксирование бумажных патронов, а пневмовыталкиватель – удобный и быстрый съем товарных паковок. Система пневматического управления позволяет регулировать усилие прижима фрикциона к поверхности наматываемых бобин.

Усовершенствованная намоточная головка типа ACW® включает в себя новые возможности, сохраняя основные преимущества предыдущих моделей (рис. 33).

Уровень шума на новой ACW существенно снижен с помощью блока нитераскладочного бироторного механизма. Бобинодержатель с электрическим тормозным устройством обеспечивает уменьшение расхода энергии и снижение износа, что исключает ремонт тормозного устройства и загрязнение готовой продукции выделяющейся из него пылью.

Сокращен интервал времени для съема и перезаправки готовых паковок, что особенно важно в производстве технических нитей, отличающихся сравнительно коротким временем намотки полновесной шпули.

Полная защита паковки и возможность регулирования давления прижимного ролика по мере изменения диаметра паковки гарантирует безворсовую и плотную намотку, пригодную для дальнейшей переработки. Нитеуловитель с сенсорным управлением гарантирует 100 %-ную равномерность раскладки нити при выполнении операции смены бобинодержателя. С увеличением диаметра паковка медленно отодвигается от сенсорного ролика, который остается фактически в одном и том же положении. Это обеспечивает постепенную приостановку и постоянное контактное давление между сенсорным роликом и паковкой, что является важным моментом для качественной наработки паковки.

Рис. 33. Внешний вид намоточной головки типа ACW

Параллельно действующая система захвата (нить движется в том же направлении, что и пустой бумажный патрон) обеспечивает эффективный съем нити, особенно при высоких скоростях. В связи с этим во время съема наблюдается только легкое различие натяжения и качества нити на первых витках, наматываемых на новой паковке.

В высокоскоростных процессах необходимо регулировать натяжение намотки нити, чтобы, с одной стороны, предотвратить соскальзывание нитей, а с другой стороны, лимитировать изменение характеристик нитей и образование выпуклостей на паковке. Это требует постоянного измерения натяжения нити, которое в процессе наработки паковки может изменяться в связи с постепенным загрязнением горячей поверхности цилиндров, например из-за выделения замасливателя и образования нагара. Намоточная головка снабжена устройством постоянного измерения натяжения нити UNITENS®. Изменение натяжения нити перед намоткой автоматически компенсируется путем регулирования скорости намоточного устройства.

Намоточная головка снабжена уникальной системой обнаружения точного места обрыва нити с сигнализацией в центр управления установкой в течение миллисекунд. Электронная контрольно-измерительная система, сконструированная как автономный съемный размещенный в верхней части головки узел со штепсельным разъемом, позволила снизить длину намоточной головки на 25 %.

Рис. 34. Намоточная машина I-QOON

Система I-QOON – две наматывающие головки ASW, объединенные в одну (рис. 34). Максимальная скорость I-QOON − до 5500 м/мин. Используются для процессов FDY с приемом до 12 нитей на одной позиции.

Фирма Teijin Seiki (Япония) разработала подобную AСW конструкцию высокоскоростной полностью автоматизированной намоточной головки AWH812/8A для 4, 6 и 8-ниточного формования ПЭТ, ПА и других текcтильных нитей при скорости приема до 8000 м/мин. Рабочая длина шпинделя составляет 1200 мм, диаметр бобины – 112/128 мм, максимальный диаметр паковки – 440 мм.