КОНТРОЛЬ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ И НЕПРЕРЫВНОСТИ НИТЕЙ В ТКАЦКОМ СТАНКЕ Российский патент 2023 года по МПК D03D51/28 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к области ткацких станков и, в частности, станков, в которых используют углеродные волокна для выполнения волокнистых усилений деталей из композиционного материала.

Уровень техники

Подготовка основы, называемая также снованием, является очень трудоемкой операцией, так как каждую карбоновую нить необходимо пропустить друг за другом в перфорированные планки, позволяющие упорядочить нити для ткачества, или в глазки ремизки и закрепить их на системе натяжения нитей на выходе ткацкого станка. Эта операция сопровождается ошибками, так как число размещаемых карбоновых нитей является очень большим, например, более сотни, при очень небольшом промежутке между каждой нитью.

Кроме того, даже при правильной подготовке основы во время ткачества одна или несколько нитей могут порваться. Разрыв одной карбоновой нити иногда трудно заметить в общей массе карбоновых нитей.

Во всех случаях плохая укладка нити в начале или разрыв нити в ходе ткачества имеет серьезные последствия, так как полученное волокнистое усиление не будет иметь все необходимые механические характеристики, что приводит к риску выбраковки и, следовательно, перерасходу сырья.

Раскрытие сущности изобретения

Следовательно, необходимо найти решение для контроля одновременно правильного позиционирования и целостности (непрерывности) карбоновых нитей в ткацком станке.

Для этого изобретением предложена ткацкая установка, содержащая ткацкий станок, предназначенный для выполнения тканой структуры путем переплетения между множеством нитей, при этом по меньшей мере часть нитей из множества нитей является карбоновыми нитями, при этом каждую из карбоновых нитей хранят отдельно на катушке из множества катушек хранения карбоновых нитей, присутствующих на входе ткацкого станка, согласно изобретению, ткацкая установка содержит множество пар из первого и второго электрических контактов, присутствующих между катушками хранения и ткацким станком, при этом каждая пара из первого и второго электрических контактов присутствует на пути карбоновой нити, при этом первый и второй контакты каждой пары предназначены для вхождения в электрический контакт с определенной карбоновой нитью, при этом контакты каждой пары из первого и второго контактов соединены также со схемой обнаружения разомкнутой цепи.

Благодаря паре электрических контактов, присутствующей на пути каждой нити, заявленная ткацкая установка может контролировать подготовку основы в ткацком станке перед ткачеством, а также целостность каждой нити основы во время ткачества. Действительно, что касается подготовки нитей основы, если одна или несколько их них плохо позиционированы, ошибку обнаруживает соответствующая схема или соответствующие схемы обнаружения разомкнутой цепи, что позволяет оператору поправить каждую плохо позиционированную нить перед запуском ткацкого станка. Точно так же, если во время ткачества одна или несколько нитей разрываются, это обнаруживает соответствующая схема или соответствующие схемы обнаружения разомкнутой цепи, что позволяет сразу произвести вмешательство.

Согласно первому частному отличительному признаку заявленной ткацкой установки, первый и второй электрические контакты каждой пары из первого и второго контактов присутствуют соответственно вблизи катушки хранения карбоновой нити и вблизи входа ткацкого станка. Это позволяет контролировать весь путь карбоновых нитей до их входа в ткацкий станок.

Согласно второму частному отличительному признаку заявленной ткацкой установки, каждый контакт множества пар из первого и второго электрических контактов содержит подвижный во вращении электропроводящий элемент, при этом каждый электропроводящий элемент предназначен для вхождения в контакт с одной нитью из множества карбоновых нитей. Это значительно ограничивает износ нитей во время их прохождения по электрическим контактам.

Согласно третьему частному отличительному признаку заявленной ткацкой установки, она дополнительно содержит систему контроля, соединенную со схемой обнаружения разомкнутой цепи, и устройство управления, выполненное с возможностью выдавать сигнал остановки ткацкого станка или сигнал ошибки в ответ на обнаружение разомкнутой цепи между электрическими контактами по меньшей мере одной пары из первого и второго электрических контактов. Таким образом, установка может автоматически контролировать ткацкий станок в случае происшествия на одной или нескольких нитях основы.

Согласно четвертому частному отличительному признаку заявленной ткацкой установки, схема обнаружения разомкнутой цепи является электрической схемой низкого напряжения. Это позволяет избегать возможного появления электрических дуг в установке.

Объектом изобретения является также способ контроля позиционирования и непрерывности карбоновых нитей в заявленной ткацкой установке, содержащей ткацкий станок, предназначенный для выполнения тканой структуры путем переплетения между множеством нитей, при этом по меньшей мере часть нитей из множества нитей является карбоновыми нитями, при этом каждую из карбоновых нитей хранят отдельно на катушке из множества катушек хранения карбоновых нитей, присутствующих на входе ткацкого станка, согласно изобретению, способ включает контроль присутствия каждой карбоновой нити между катушками хранения и ткацким станком путем обнаружения одной или нескольких разомкнутых цепей.

Заявленный способ позволяет контролировать правильное позиционирование карбоновых нитей в конце подготовки основы и исправлять возможные ошибки позиционирования до запуска станка, что обеспечивает надлежащее ткачество. Кроме того, во время ткачества заявленный способ позволяет обнаруживать разрыв нити основы в реальном времени и, следовательно, быстро предпринять надлежащие меры в случае необходимости.

Согласно первому частному отличительному признаку заявленного способа ткачества, контроль присутствия каждой карбоновой нити включает в себя соединение каждой карбоновой нити со схемой обнаружения разомкнутой цепи, при этом соединение содержит установление первого электрического контакта на карбоновой нити вблизи катушки хранения карбоновой нити и установление второго электрического контакта на этой же карбоновой нити вблизи входа ткацкого станка.

Согласно второму частному отличительному признаку заявленного способа ткачества, установление первого и второго электрических контактов осуществляют соответственно с первым и вторым подвижными во вращении электропроводящими элементами.

Согласно третьему частному отличительному признаку заявленного способа ткачества, он дополнительно содержит остановку ткацкого станка или передачу сигнала ошибки в ответ на обнаружение отсутствия карбоновой нити между катушками хранения и ткацким станком.

Согласно четвертому частному отличительному признаку заявленного способа ткачества, схема обнаружения разомкнутой цепи является электрической схемой низкого напряжения.

Краткое описание чертежей

Единственная фиг. 1 иллюстрирует схематичный вид в перспективе ткацкой установки согласно варианту осуществления изобретения.

Осуществление изобретения

Изобретение в целом применяется для ткацких станков, используемых с целью получения волокнистых структур с нитями из углеродных волокон, при этом нити хранятся на входе ткацкого станка в катушках и разматываются до выхода из ткацкого станка. В частности, изобретение применяется к ткацким станкам жаккардового типа, используемым, в частности, для получения волокнистых структур или тканей путем двухмерного (2D) и трехмерного (3D) или многослойного переплетения между слоями нитей основы и слоями нитей утка.

На фиг. 1 очень схематично показана ткацкая установка 400 согласно варианту осуществления изобретения. Ткацкая установка 400 содержит ткацкий станок 100, в котором на основу подают карбоновые нити (нити, состоящие из углеродных волокон). Для большей ясности на фиг. 1 показаны только 6 карбоновых нитей основы 210-215, каждая из которых соответственно хранится на 6 катушках 220-225. Катушки находятся в стойке, называемой также шпульником (на фиг. 1 не показан). Классически ткацкий станок 100 содержит от входа к выходу первый навой 110, веретено или коромысло 120 (которое может быть заменено одним или несколькими сетками), ремиз 130, бердо 140, челнок или рапиру 150 и второй навой или валик 160, предназначенный для приема нитей утка и для наматывания тканой структуры. Ремиз 130 оснащен ремизками 131, содержащими глазки (не показаны), через которые проходят нити основы 210-215, при этом ремизки 131 перемещаются в восходящем или нисходящем направлении, создавая проход или зев по оси пути челнока 150, предназначенного для проведения нити утка 230.

Согласно изобретению, ткацкая установка 400 дополнительно содержит множество пар из первого и второго электрических контактов, присутствующих между катушками хранения и ткацким станком, при этом пары контактов являются частью системы 300 контроля позиционирования и непрерывности нитей. В частности, в описанном примере установка содержит 6 пар из первого и второго электрических контактов 301 и 302, 303 и 304, 305 и 306, 307 и 308, 309 и 310, 311 и 312, предназначенных для вхождения в электрический контакт соответственно с карбоновыми нитями основы 210, 211, 212, 213, 214 и 215. Предпочтительно первые электрические контакты 301, 303, 305, 307 и 309 расположены вблизи катушек 220-225, тогда как вторые электрические контакты предпочтительно расположены вблизи входа ткацкого станка 100, чтобы покрывать основную часть пути нитей основы до их ткачества в ткацком станке. Каждая пара электрических контактов соединена со схемой обнаружения разомкнутой цепи, более подробно описанной ниже.

В данном изобретении предпочтительно используют проводящие свойства углеродных волокон, образующих карбоновые нити. Действительно, поскольку углеродные волокна состоят из графитовых областей, они обладают электрическими свойствами графита. Графит является анизотропным материалом, обладающим очень хорошей электропроводностью в направлении графеновых плоскостей. Поскольку графитовые области ориентированы в продольном направлении волокон, последние имеют хорошие термические и электрические свойства в направлении нити.

Удельное электрическое сопротивление волокна уменьшается, если ее графитный характер увеличивается, и значения меняются от 900 мкОм⋅см для волокна с высоким модулем (350-500 ГПа) до 1650 мкОм⋅см для волокон, имеющих менее высокие модули (200-300 ГПа).

Таким образом, присутствие каждой нити основы на входе ткацкого станка можно контролировать непрерывно (то есть до и во время ткачества), благодаря паре электрических контактов, присутствующей на пути каждой нити. Электрические контакты каждой пары могут быть статичными, то есть каждый из них представляет собой неподвижный элемент с проводящей поверхностью, по которой скользит карбоновая нить. Согласно другому отличительному признаку изобретения, каждый электрический контакт может быть образован подвижным во вращении электропроводящим элементом, что позволяет минимизировать усилия трения на карбоновых нитях и снизить риски повреждения указанных нитей. В описанном примере первый и второй электрические контакты 301 и 302, 303 и 304, 305 и 306, 307 и 308, 309 и 310, 311 и 312 каждой пары выполнены в виде ролика из электропроводящего металлического материала, например, такого как медь. Таким образом, прохождение карбоновой нити между ее катушкой хранения и ткацким станком вызывает вращение двух роликов, образующих пару из первого и второго электрических контактов, что позволяет сохранять постоянный электрический контакт с карбоновой нитью, не подвергая ее воздействию слишком больших усилий.

Система 300 контроля позиционирования и непрерывности нитей содержит множество схем обнаружения разомкнутой цепи, каждая из которых соединена с определенной парой из первого и второго электрических контактов.

Для большей ясности на фиг. 1 показана только одна схема 230 обнаружения разомкнутой цепи, при этом схема 230 соединена с первым и вторым электрическими контактами 301 и 302, присутствующими на пути карбоновой нити 210. Пять других схем обнаружения разомкнутой цепи соединены соответственно с парами из первого и второго электрических контактов 303 и 304, 305 и 306, 307 и 308, 309 и 310, 311 и 312.

Схема 230 обнаружения разомкнутой цепи содержит генератор 231 напряжения, последовательно соединенный с резистором 232. Схема 230 содержит также вольтметр 233, соединенный параллельно с резистором 232. Измерение напряжения, произведенное вольтметром 233, передается на устройство 250 контроля, например, компьютер, через аналого-цифровой преобразователь 234.

Электрические контакты каждой пары контактов позволяют замкнуть схему обнаружения разомкнутой цепи. В случае отсутствия или потери контакта карбоновой нити по меньшей мере с одним электрическим контактом пары электрических контактов схема становится разомкнутой, и измеряемое вольтметром напряжение становится нулевым.

Устройство 250 контроля содержит вход, выделенный для каждого сигнала измерения напряжения, выдаваемого схемой обнаружения разомкнутой цепи, который идентифицируют, чтобы иметь возможность определить, какая карбоновая нить разорвалась или плохо уложена, в случае обнаружения разомкнутой цепи.

Описанная выше схема 230 обнаружения разомкнутой цепи является лишь примером выполнения такой схемы. Специалист может без труда предусмотреть другие структуры для выполнения схемы обнаружения разомкнутой цепи.

В случае обнаружения одной или нескольких разомкнутых цепей устройство контроля может передать сигнал ошибки, чтобы предупредить оператора об аномалии. Кроме того, устройство контроля может быть соединено с устройством управления ткацкого станка для передачи в него сигнала остановки в случае обнаружения разомкнутой цепи, соответствующего разрыву карбоновой нити, чтобы прервать ткачество и минимизировать потерю сырья.

Данное изобретение позволяет одновременно контролировать правильное позиционирование нитей до запуска ткацкого станка, а также их целостность или непрерывность в ходе ткачества.

Изобретение относится к ткацкой установке (400), содержащей ткацкий станок (100), для выполнения тканой структуры путем переплетения множества нитей, при этом часть нитей из множества нитей является карбоновыми нитями (210, 211, 212, 213, 214, 215), каждую из которых хранят отдельно на катушке из множества катушек (220, 221, 222, 223, 224, 225) хранения карбоновых нитей, присутствующих на входе ткацкого станка, при этом установка содержит множество пар из первого и второго электрических контактов (301, 302; 303, 304; 305, 306; 307, 308; 309, 310; 311, 312), присутствующих между катушками (220, 221, 222, 223, 224, 225) хранения и ткацким станком (100), при этом первый и второй контакты каждой пары предназначены для вхождения в электрический контакт с определенной карбоновой нитью, при этом контакты каждой пары из первого и второго контактов соединены также со схемой (230) обнаружения разомкнутой цепи. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Ткацкая установка (400), содержащая ткацкий станок (100), предназначенный для выполнения тканой структуры путем переплетения между множеством нитей, при этом по меньшей мере часть нитей из множества нитей является карбоновыми нитями (210, 211, 212, 213, 214, 215), при этом каждая из карбоновых нитей хранится отдельно на одной катушке из множества катушек (220, 221, 222, 223, 224, 225) хранения карбоновых нитей, находящихся на входе ткацкого станка, отличающаяся тем, что содержит множество пар из первого и второго электрических контактов (301, 302; 303, 304; 305, 306; 307, 308; 309, 310; 311, 312), находящихся между катушками (220, 221, 222, 223, 224, 225) хранения карбоновых нитей и ткацким станком (100), при этом каждая пара из первого и второго электрических контактов присутствует на пути карбоновой нити, при этом первый и второй контакты каждой пары предназначены для вхождения в электрический контакт с карбоновой нитью, при этом контакты каждой пары из первого и второго контактов соединены также со схемой (230) обнаружения разомкнутой цепи.

2. Установка по п. 1, в которой первые электрические контакты (301, 303, 305, 307, 309, 311) множества пар из первого и второго электрических контактов присутствуют со стороны множества катушек (220, 221, 222, 223, 224, 225) хранения карбоновых нитей, тогда как вторые электрические контакты (302, 304, 306, 308, 310, 312) множества пар из первого и второго электрических контактов присутствуют со стороны входа ткацкого станка (100).

3. Установка по п. 1 или 2, в которой каждый контакт множества пар из первого и второго электрических контактов (301, 302; 303, 304; 305, 306; 307, 308; 309, 310; 311, 312) содержит подвижный во вращении электропроводящий элемент, при этом каждый электропроводящий элемент предназначен для вхождения в контакт с карбоновой нитью (210, 211, 212, 213, 214, 215).

4. Установка по любому из пп. 1-3, дополнительно содержащая систему (250) контроля, соединенную со схемой (230) обнаружения разомкнутой цепи, и устройство управления, выполненное с возможностью выдавать сигнал остановки ткацкого станка (100) или сигнал ошибки в ответ на обнаружение разомкнутой цепи между электрическими контактами по меньшей мере одной пары из первого и второго электрических контактов.

5. Установка по любому из пп. 1-4, в которой схема (230) обнаружения разомкнутой цепи является электрической схемой низкого напряжения.

6. Способ контроля позиционирования и непрерывности карбоновых нитей в ткацкой установке (400) по любому из пп. 1-5, содержащей ткацкий станок (100), предназначенный для выполнения тканой структуры путем переплетения между множеством нитей, при этом по меньшей мере часть нитей из множества нитей является карбоновыми нитями (210, 211, 212, 213, 214, 215), при этом каждую из карбоновых нитей хранят отдельно на одной катушке из множества катушек (220, 221, 222, 223, 224, 225) хранения карбоновых нитей, присутствующих на входе ткацкого станка, отличающийся тем, что содержит этап, на котором контролируют присутствие каждой карбоновой нити между катушками хранения и ткацким станком путем обнаружения одной или нескольких разомкнутых цепей.

7. Способ по п. 6, в котором на этапе контроля присутствия каждой карбоновой нити осуществляют соединение каждой карбоновой нити со схемой (230) обнаружения разомкнутой цепи, при этом при осуществлении указанного соединения устанавливают первый электрический контакт на карбоновой нити (210; 211; 212; 213; 214; 215) со стороны катушки (220; 221; 222; 223; 224; 225) хранения карбоновой нити и устанавливают второй электрический контакт на этой же карбоновой нити со стороны входа ткацкого станка (100).

8. Способ по п. 7, в котором осуществляют установление первого и второго электрических контактов соответственно с первым и вторым подвижными во вращении электропроводящими элементами.

9. Способ по любому из пп. 6-8, дополнительно содержащий этап, на котором останавливают ткацкий станок (100) или передают сигнал ошибки в ответ на обнаружение отсутствия карбоновой нити между катушками (220, 221, 222, 223, 224, 225) хранения и ткацким станком.

10. Способ по любому из пп. 7-9, в котором в качестве схемы (230) обнаружения разомкнутой цепи используют электрическую схему низкого напряжения.