Nové poznatky Výzkumného centra Textil II v Liberci: PRO TEXTILNÍ PRŮMYSL A TEXTILNÍ STROJÍRENSTVÍ

Od roku 2005 probíhá 2. etapa „Výzkumného centra Textil“ Technické univerzity v Liberci a VÚTS, a. s. Liberec, ustanoveného Ministerstvem školství, mládeže a tělový chovy v rámci podpory vědy a výzkumu. Vysoká úroveň výzkumných a vývojových prací a konkrétních výstupů projektu VCT II je podložena úspěšným pokračováním v tradici a odborné fundovanosti pracovníků obou pracovišť v oblasti textilního průmyslu a textilního strojírenství. Jednotlivé úkoly na pracovišti VÚTS těsně navazují na konkrétní potřeby textilního průmyslu. Jsou zaměřeny především na netradiční aplikace s využitím nových poznatků v oblasti elektroniky, mechatroniky, netradičních materiálů, technologií a nových přístupů při konstrukci strojů. Koordinaci pracovišť VÚTS s fakultami textilní, strojní a mechatroniky zajišťuje TU Liberec prostřednictvím pravidelných oponentních jednání v jednotlivých sekcích. Jako příklad výsledků pracovišť ve VÚTS za poslední období můžeme uvést řadu nových řešení. ANALYZA MECHANISMŮ VYROBNICH STROJŮ Systém obsahuje rozsáhlou knihovnu prvků z různých inženýrských oborů, která umožňuje sestavovat složité modely v oblasti elektrotechniky, mechaniky, termomechaniky, řízení apod. Tyto knihovny je dále možno editovat, rozvíjet a vytvářet si vlastní optimální prvky potřebné k výpočtům. Vytvořený grafický model je automaticky převeden na soustavu rovnic a v simulačním programu symbolicky i numericky vyřešen. K dispozici je i prohlížeč grafů všech parametrů a proměnných a také animace výsledků. V oblasti měření může systém sloužit k rychlému orientačnímu výpočtu zadané měřicí úlohy, což vede k lepšímu pochopení problému a ke kvalitnějšímu naplánování měření. Významnou předností je možnost převést řešení do programu Mathematica. V tomto programu je odvození a zadání složité soustavy diferenciálních a algebraických rovnic daného problému pracné a je při tom obtížné se vyvarovat chyb, ale na hotové převedené soustavě rovnic lze pomocí řady sofistikovaných funkcí výhodně provádět mnoho dalších výpočtů a grafických výstupů, např. porovnávání výsledků měření s výpočtem nebo optimalizaci parametrů. Můžeme optimalizovat více parametrů současně a nalézt např. takové geometrické uspořádání mechanismu, aby výsledná dynamická síla byla co nejmenší. Výsledky lze prezentovat mnoha způsoby. ContElon – PŘISTROJ K MĚŘENI A ANALYZY PŘIZI NOVOU METODOU Při výrobě přízí se měří objemové nebo hmotové nestejnoměrnosti, které se analyzují zejména z pohledu rušivých vlivů v hotových plošných textiliích. Poruchové lze nazvat především periodické nestejnoměrnosti, které se mohou negativně projevit na vzhledu plošných textilií a bývají zapříčiněny rotačními orgány strojů v procesu výroby meziproduktů a při vlastním dopřádání. Obdobně je možné najít poruchy uspořádání vláken v přízích při mechanickém zatížení, které se projeví změnou (nerovnoměrností) poměrného prodloužení v konkrétních místech na přízi. K měření kolísání poměrného prodloužení přízí v laboratorních nebo průmyslových podmínkách byla vyvinuta vysoce sofistikovaná kontinuální měřicí metoda a měřicí zařízení Cont- Elon, které přináší zcela nové informace a pohledy na vlastnosti a konstrukci přízí i na krátkých úsecích (rozlišení od 2 mm). Velikost silového zatížení měřené příze je nastavitelná od 40 do 660 cN a při probíhajícím měření se nemění. Velikost zatížení má význam pro konkrétní interpretace naměřených výsledků. U měřicího zařízení ContElon je možné souvisle proměřovat relativně dlouhé úseky přízí od stovek metrů až po několik tisíc metrů. U funkčního modelu, který umožňuje nejrůznější experimenty a vyhodnocení, se s měřením okamžitých průběhů poměrného prodloužení příze synchronně měří a zaznamenávají se i průběhy hmotové a objemové nestejnoměrnosti. To umožňuje provádět analýzy a interpretace v širších souvislostech. Podle získaných zkušeností se nyní realizuje prototypová série. Uplatnění ContElonu bude při výzkumu a vývoji nových typů přízí, při výzkumu nových spřádních systémů a zejména při strukturálních analýzách přízí. U průmyslových aplikací se uplatní zjednodušená verze měřicího zařízení. Příze se odebírá ze zásobníku (cívky), pomocí brzdiček se vyrovná a lehce předepnutá prochází kapacitním a optickým snímačem ke zjištění hmotové a objemové nestejnoměrnosti. Vlastní měření prodloužení příze nastává v měřicím úseku mezi podávacími a odtahovacími válečky. Rychlost podávacích válečků je stálá a okamžitá rychlost odtahovacích válečků se mění tak, aby i při značných místních odchylkách poměrného prodloužení byla příze napínána stále stejnou silou. Dosahovaná odchylka síly je nanejvýš ± 2 cN od zadané hodnoty. Napínací síla příze se snímá senzorem uprostřed mezi oběma páry podávacích a odtahovacích válečků. K dosažení vysoké přesnosti a rozlišení poměrného prodloužení enkodéry se precizně měří okamžitý rozdíl natočení podávacích a odtahovacích válečků a rozdíl jejich úhlových rychlostí. Všechna naměřená data se zaznamenávají jako funkce pootočení podávacích válečků, tzn. jako funkce délky příze. To umožňuje provádět i spektrální analýzy všech naměřených dat. STUDIUM EFEKTIVNICH SUŠARENSKYCH METOD A VYVOJ SYSTEMŮ SE ZVYŠENYM SUŠICIM UČINKEM Moderní textilní sušárenské stroje pracují dnes na základě impaktního způsobu sušení. K tomu využívají ventilátory o nainstalovaném příkonu až 120 kW a generátorů tepelné energie o výkonu řádově stovky kW až několik megawattů (na jeden stroj). Pokud by se určitým konstrukčním řešením podařilo zvýšit sušicí výkon, byť i o jednotky procent, pak úspory energií budou obrovské. Přitom proces sušení je vlastně procesem, který nám odděluje dvě nemísitelné složky - vodu a textilní vlákna. Při sušení však je nutné přeměnit vodu ve vodní páru, která se již od textilních vláken odděluje samovolně. Pokud si u klasických sušáren zobrazíme procentuální podíl nutných energií, pak je zřejmé, že skoro 50 procent energie není přímo využíváno k odpaření vody. Jednou z efektivních metod sušení je použití mikrovlnné energie. Ta přímo působí na celý vysoušený materiál, jako na ztrátové dielektrikum. Přitom u mikrovlnného ohřevu dochází k souhlasnému směru toku tepla a vlhkosti z materiálu. Dosahuje se tím vysoké účinnosti sušení. V rámci centra Textil II. byla ve VUTS Liberec vyvinuta mikrovlnná sušárna textilií o výkonu 23 kW, která ke zvýšení účinku vysušování používá systém odrazné desky. Neabsorbovaná energie ve vysoušeném materiálu je pomocí této odrazné desky odrážena zpět do oblasti textilie. Určitým problémem je však účinnost generátorů mikrovlnného záření. Ta typicky dosahuje hodnoty kolem 65 procent. Zbytek, 35 procent energie, je pak k dispozici ve formě ohřátého vzduchu (kolem 38 °C ) z chlazení mikrovlnných generátorů (magnetronů). Ačkoliv se zdá, že tento nízkopotenciálový ohřátý vzduch se nedá efektivně využít pro sušení, bylo speciálním patentovaným způsobem dosaženo podstatného nárůstu efektivnosti sušárny. Nově vyvinutá sušárna je tedy kombinací dvou možných sušárenských systémů – mikrovlnného sušení a následné impaktní části. METODA HODNOCENI PŘIZE PRŮBĚŽNĚ UKLADANE NA PLOCHU Cílem textilní technologie je vytvořit z vláken zboží vhodné pro potřeby lidí. Je trvalá snaha o maximální zhodnocení vlákenné suroviny. Základní útvar, z kterého je vytvořena velká část textilního zboží, je příze. Stále se zdokonalují principy na výrobu příze a současně s tím i metody na hodnocení kvality příze. Použitím speciálních snímačů a při využití moderní výpočetní techniky je získáván stále dokonalejší popis vlastností příze a následně i textilního zboží. Popis povrchu příze, tj. geometrické parametry jsou jedním z důležitých ukazatelů. Speciálními měřicími metodami lze měřit průměr příze, chlupatost, rozložení vláken v průřezu příze, zákruty a ovinky vláken. Tyto metody proměřují v jednom okamžiku jeden konkrétní často velmi krátký úsek příze. Navrhujeme a zkoušíme zařízení a metodu, která umožní nové přístupy při snímání příze a hodnocení geometrických vlastností příze. Příze je průběžně navíjena na válcovou plochu zásobníku v ovinech, což umožňuje najednou v jednom okamžiku snímat desítky úseků příze umístěných vedle sebe. Na zásobníku je možné nastavovat hustotu zaplnění zásobníku, tj. rozteč ovinů přízí. Současné provedení umožňuje návin až 25 m příze na válcovou plochu s průměrem 100 mm, což představuje cca 60 ovinů příze vedle sebe. Navinutou přízi je možné snímat fotografováním nebo pomocí řádkové kamery. Získaná data jsou počítačově zpracována, např. za využití programového vybavení obrazové analýzy. Jestliže bude tato metoda komplexně vyhovovat, bude její rychlé zhodnocení velkého vzorku příze přínosem z hlediska statisticky. Jsou také snahy rozšířit možnosti hodnocení příze o objektivní vyjádření plošné nestejnoměrnosti reálné příze navinuté na ploše. To byl krátký výběr výsledků projektu VCT II na pracovištích ve VÚTS, Liberec, který ukazuje, že se jedná o nové pohledy na řešení problémů v textilním průmyslu a textilním strojírenství. Pomocí prostředků vzniklých při řešení projektu je možné navázat na tradiční výzkum v těchto oblastech. Nemenší význam má těsná spolupráce s TU Liberec. Přímou účastí při řešení společných úloh projektu se daří vychovávat a získávat mladé absolventy a doktorandy pro práci ve výzkumu a vývoji. ING. PAVEL ŽIŽKA