RU219562U1 - Иглопробивная машина - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области обработки материалов, в частности, к иглопробивным машинам.

Технический результат, достигаемый решением, заключается в повышении прочности нетканого материала.

Указанный технический результат достигается благодаря тому, что разработана иглопробивная машина, содержащая:

- корпус, в котором расположены валики для перемещения нетканого полотна через корпус;

причём в корпусе установлены игольная плита и ее привод,

характеризующаяся тем, что в игольной плите содержатся иглы с зазубринами разного калибра.

Description

Область техники, к которой относится полезная модель

Полезная модель относится к области обработки материалов, в частности, к иглопробивным машинам.

Уровень техники

Одна из основных операций при производстве нетканого материала - пробивание его иглами, которое обеспечивает связь волокон и слоев материала друг с другом.

Известна иглопробивная машина (RU 21600 U1, опубл. 2002.01.27), содержащая смонтированные на основе игольный стол с вертикально расположенными иглами, очистительный и подкладочный столы, установленные под игольным столом, питающее устройство, механизм приемки, привод и средство регулировки положения очистительного и подкладочного столов, отличающаяся тем, что она снабжена средством жесткого крепления очистительного и подкладочного столов к остову машины и соединения между собой, кинематически связанным со средством регулировки положения очистительного и подкладочного столов.

Однако в данном решении не раскрывается использования игл разного калибра, что обеспечивает более надежное соединение волокон материала.

Известна иглопробивная машина (RU 118637 U1, опубл. 2012.07.27), известное решение относится к области производства нетканых материалов, в частности, к иглопробивным машинам для проработки иглами волокнистых конструкций при изготовлении каркасов тормозных дисков для самолетов или наземных транспортных средств. Иглопробивная машина содержит опорную плиту, расположенную с возможностью пошагового перемещения в вертикальном направлении. Над указанной опорной плитой установлена с возможностью возвратно-поступательного перемещения в вертикальном направлении иглопробивная головка, в которой смонтированы рядами множество вертикально расположенных крючковых игл. При этом иглы выполнены, по меньшей мере, двух разных длин, расположены в иглопробивной головке с чередованием по длине как в одном ряду, так и в соседних рядах, при этом иглы в соседних рядах расположены со смещением. Иглы различной длины, расположенные в иглопробивной головке с чередованием по длине, проникают в волокнистый материал на различную глубину, тем самым обеспечивая уплотнение слоев по всей их толщине и получение волокнистой конструкции, которая имеет равномерную структуру по толщине и повышенную стойкость против расслоения, то есть разъединения слоев под действием усилий сдвига, которым могут подвергаться тормозные диски.

Однако в данном решении не раскрывается использования игл разного калибра (диаметра), что обеспечивает более надежное соединение волокон материала.

Известна, выбранная в качестве прототипа, иглопробивная машина, оснащенная устройством для измерения глубины проникания игл (RU 2279499 C2, опубл. 2006.07.10). Известное решение относится к иглопробивной машине для проработки иглами текстильной конструкции, изготавливаемой из множества наложенных друг на друга слоев, содержащей подвижный в вертикальном направлении иглопробивной стол, иглопробивную головку, имеющую определенное число крючковых игл, расположенных над указанным иглопробивным столом, и приводные средства для сообщения иглопробивной головке вертикального возвратно-поступательного движения, определяющего нижнюю точку, соответствующую максимальному прониканию игл в указанную текстильную конструкцию. Машина по изобретению дополнительно содержит измерительное средство, расположенное в указанной иглопробивной головке и предназначенное для измерения положения верхней поверхности указанной текстильной конструкции при нахождении иглопробивной головки в нижней точке, соответствующей максимальному прониканию игл. Это измерительное средство предпочтительно расположено в средней плоскости иглопробивной головки, перпендикулярной направлению подачи текстильной конструкции. Изобретение обеспечивает измерение действительной глубины проникания игл с учетом деформации прорабатываемой конструкции при выполнении операций иглопробивки различных слоев, образующих текстильную конструкцию.

Однако в данном решении не раскрывается использования игл разного калибра (диаметра), что обеспечивает более надежное соединение волокон материала.

Раскрытие полезной модели

В одном аспекте полезной модели раскрыта иглопробивная машина, содержащая:

- корпус, в котором посредством сборочных операций закреплены валики для перемещения нетканого полотна через корпус;

причём в корпусе посредством сборочных операций установлены игольная плита и ее привод,

характеризующаяся тем, что в игольной плите содержатся иглы с зазубринами разного калибра.

В дополнительных аспектах полезной модели раскрыто, что иглы с зазубринами расположены на игольной плите хаотично; расположение зазубрин соседних по ходу движения полотна рядов игл игольной плиты изменяется на 30 градусов, при этом каждая игла содержит три равномерно размещённые грани с зазубринами; каждый следующий ряд игл повернут на 30 градусов относительно предыдущего, при этом каждые 4 ряда направление поворота изменено на противоположное; угол наклона игл составляет от 75 до 85 градусов; игольная плита выполнена с возможностью смещения вместе с полотном при прокалывании полотна; калибр игл составляет 32 и 36, причем калибр 32 устанавливается в игольной плите на стороне ближней к месту подачи полотна и в количестве 1/3 от общего количества игл; в игольной плите содержатся иглы с разным шагом зазубрин.

Основной задачей решаемой заявленной полезной моделью является повышение прочности обрабатываемого нетканого материала.

Сущность полезной модели заключается в том, что в иглопробивной машине игольная плита содержит иглы разного калибра, такое решение позволяет лучше связать волокна друг с другом, что положительно влияет на прочность получаемого нетканого материала. Преимущество использования игл разного калибра в том, что кроме размера лезвия, они имеют разный размер зазубрины. В заявленном решении на входе - иглы с большей зазубриной, на выходе - с меньшей зазубриной. В начале пробивки материала иглами происходит захват больших пучков волокон, а на выходе происходит захват меньших пучков. При этом иглы с меньшей зазубриной не захватывают образованные связи, сделанные иглой с большей зазубриной, так как место захвата отличается из-за отличия в калибре и, кроме того, согласно решению происходит поворот лезвия, что также изменяет место захвата.

Технический результат, достигаемый решением, заключается в повышении прочности нетканого материала.

Краткое описание чертежей:

Фиг. 1 показывает схематично игольную плиту с иглами разного калибра.

Осуществление полезной модели

Для производства нетканого материала волокна определенного вида раскладывают слоем необходимой толщины, чтобы соединить их между собой используют специальные иглы с зазубринами, которые пробивают волокна и спутывают их. В результате получается нетканый материал различной плотности и предназначения, что зависит от исходного сырья и его обработки.

В заявленном решении речь идет о материале, который может использоваться для строительства и ремонта железных дорог, для балластировки нефте- и газопроводов, для строительства и ремонта автомобильных дорог федерального уровня.

К такому материалу предъявляются повышенные требования по прочности.

Весь цикл изготовления нетканого иглопробивного полотна содержит следующие операции:

- подготовка волокна, на которой осуществляют разрыхление и смешение волокон определенной длины и толщины;

- смешивание волокон с формированием волокнистой смеси, в которой однородно присутствуют волокна разных составов по полимеру, прочности и длине;

- холстообразование и формирование из текстильных волокон волокнистой ватки-прочеса (слоя волокон с определенной плотностью сгущения и с определенной их ориентацией);

- преобразование волокнистой ватки-прочеса в волокнистый холст определенной ширины и с заданным количеством слоёв в зависимости от требуемой поверхностной плотности материала с определённым углом раскладки и перекрытия соседних слоёв;

- скрепление волокнистого холста или преобразование волокнистого холста в полотно, которое производится за счет иглопробивания (которое может осуществляться в несколько этапов) на иглопробивных машинах;

- термоскрепление иглопробивного полотна для придания ему дополнительных параметров толщины и прочности (производится в каландрирующем устройстве);

- резка продольная и поперечная, намотка готового полотна в рулон требуемых размеров.

На качество и прочностные характеристики, поверхностную плотность иглопробивного полотна влияют следующие факторы: распределение волокон в ватке-прочесе и волокнистом холсте, глубина и плотность прокалывания при иглопробивании, тип используемой иглы, способ и параметры термоскрепления полотна.

Глубина прокалывания – это расстояние между верхней плоскостью подкладочного стола и первой зазубриной иглы в нижней мертвой точке. Глубину регулируют одновременным подъемом или опусканием подкладочного и очистительного столов. Изменение глубины прокалывания влияет на толщину материала, но при этом возрастает количество сгустков волокон, выступающих на поверхности материала в местах прокола игл. Толщина готового полотна также уменьшается с увеличением плотности прокалывания, так как это связано с увеличением плотности материала. Этого можно достичь также посредством увеличения частоты ударов игольной плиты. Бесконечное увеличение плотности прокалывания невозможно, так как это может привести к потере прочности материала. Уменьшение прочности иглопробивного полотна может быть вызвано двумя причинами: обрывом волокон и вытяжкой холста.

Иглопробивное полотно может дополнительно термоскрепляться с помощью термокаландра или термопечи.

В заявленном решении описывается иглопробивная машина, работа которой в значительной степени влияет на прочность получаемого материала. Акцент в данном решении сделан на конструкции игольной плиты. Другие, влияющие на качество и прочность полотна, факторы не рассматриваются подробно.

В рамках заявленного технического решения могут быть получены полотна из полипропиленового, полиэфирного волокна или их смеси.

Волокна, используемые для производства нетканого полотна, должны быть предварительно подобраны соответствующим образом, а именно:

- определены титр (толщина) и длина волокна,

- определен тип полимера, из которого изготовлено волокно (полипропилен, полиэфир),

- определено количество извитков и прочностные характеристики и удлинения волокна.

В заявленном решении для повышения прочности выходного продукта используют гофрированное волокно.

В рамках заявленного решения рассматривается лишь процесс и устройство для иглопробивания нетканого материала. Наилучшие результаты достигаются со специально подобранными волокнами, однако предложенный подход к иглопробиванию обеспечивает повышение прочности и в других используемых в уровне техники материалах.

Иглопробивная машина представляет собой конструктивно и функционально единое устройство, собранное на предприятии изготовителе посредством сборочных операций. Если конкретные сборочные операции не раскрыты в описании, то они могут быть подобраны специалистом в данной области техники без приложения творческих усилий. Те сборочные операции, которые были отдельно исследованы и имеют существенное влияние на работу заявленного устройства раскрыты отдельно.

Иглопробивная машина содержит:

- корпус, в котором установлены все элементы машины;

- входные валики для захвата и перемещения волокна в рабочую зону внутри корпуса;

- выходные валики для захвата и перемещения из рабочей зоны машины обработанного волокна;

- игольную плиту с установленными в ней иглами, предназначенную для пробивания волокна и скрепления его благодаря конструкции игл;

- привод игольной плиты для перемещения игольной плиты по заданной траектории, чтобы обеспечить пробивание волокна;

- подкладочный стол, который поддерживает холст и служит для регулирования глубины прокалывания;

- очистительный стол, который служит для очистки игл при их движении из волокон.

Иглы игольной плиты состоят из трех участков:

- основание;

- средняя часть;

- рабочая зона.

Эти участки имеют разный диаметр и разную форму. Рабочая часть имеет вытянутую форму и треугольное сечение, содержит зазубрины на ребрах. Другие части имеют круглое сечение. На работу иглы влияет ее длина, длина рабочей части, количество зубьев, их размер, форма, шаг.

Иглы устанавливаются в игольную плиту при настройке машины, на качество работы влияет множество факторов, один из которых - калибр иглы.

Исторически сложилось, что толщина иглы определена калибром. Чем выше значение калибра, тем тоньше игла. Точные размеры иглы, соответствующие калибру, указаны в таблице ниже:

Авторами было выявлено, что использование в игольной плите игл с зазубринами разного калибра повышает прочность нетканого полотна. Возможны варианты, в которых полотно последовательно проходит несколько иглопробивных машин с разными настройками и разными иглами, в настоящей заявке описывается иглопробивная машина для первого самого важного с точки зрения обеспечения прочности полотна этапа.

Работа предложенного устройства

Предварительно подготовленное волокно (требуемой толщины, длины, ширины, фактуры) направляют в иглопробивную машину, оно захватывается входными роликами и за счет силы трения перемещается внутрь иглопробивной машины, по мере прохождения через нее волокно пробивается множеством игл игольной пластины, при прохождении игл через волокно отдельные волокна спутываются, зацепляются друг с другом и этим обеспечивается прочность получаемого материала. По мере движения через иглопробивную машину материал попадает на выходные ролики, которые за счет сил трения перемещают его дальше, выводя из иглопробивной машины.

Варианты осуществления

Предпочтительно использовать следующее сырье: штапельное волокно из полиэфира или полипропилена.

Режим чесания и преобразования прочеса предпочтительно должен быть установлен таким образом, чтобы ориентация волокон на входе в зону иглопробивания была такой, что на одну часть волокон по длине приходилось две части волокон по ширине материала.

Этот эффект может быть достигнуть набором параметров скорости вращения валов и движения волокнистого материала, подбором технологической оснастки чесальной машины (одежда валов), обработкой поверхности транспортеров удерживающими элементами.

Количество проколов предпочтительно 50-70 штук на кв.см. Иглы на иглопробивной машине используются двух типов: предпочтительно 32 калибр на входе с коротким шагом и 36 калибр на выходе.

Зазубрины на лезвии иглы располагаются с разным расстоянием и шагом от острия: 6,3 мм стандартное расстояние и 3,2 мм укороченное расстояние. Укороченный шаг позволяет увлекать большее количество волокон при большом расстоянии между подкладочным и очистительным столом. Это особенно актуально для первой иглопробивной машины с предварительным иглопробиванием, так как не скреплённый волокнистый холст имеет значительную толщину и очень важно при небольшой глубине прокалывания (4-6 мм) и большом расстоянии между столами (25-27 мм) произвести скрепление большого количества материала и уменьшить толщину.

Пробивные иглы - это стандартное изделие, но установить их можно в желаемой последовательность по ходу движения материала при иглопробивании. Также можно установить определенные значения глубины проникновения иглы в материал и значение вытяжки между входом и выходом материала, так это влияет на количество образованных связей при минимальном разрушение ранее образованных связей.

Предпочтительно хаотичное расположение игл на игольной пластине, так как в таком случае уменьшается вероятность, что упорядоченные в результате чесания и преобразования прочеса волокна, будут иметь периодически повторяющиеся слабо скрепленные области.

Для этой же цели в одном из вариантов осуществления расположение зазубрин соседних по ходу движения полотна рядов игл игольной плиты изменяется на 30 градусов, при этом каждая игла содержит три равномерно размещённые грани с зазубринами. То есть иглы поворачиваются от ряда к ряду (термин «ряд» применяется здесь и в отношении рядов, и в отношении хаотичных последовательностей игл, в которых элементы ряда находятся не на ровной прямой, а лишь смещены относительно друг друга по направлению движения волокна), чтобы зазубрины захватывали волокна с разных направлений.

Чтобы уменьшить периодичность в одном из вариантов каждый следующий ряд игл повернут на 30 градусов относительно предыдущего, при этом каждые 4 ряда направление поворота изменено на противоположное. То есть, повернувшись на 120 градусов и заняв ориентацию, которая была у иглы первого ряда, последующие иглы поворачиваются в противоположном направлении. Хотя это тоже обеспечивает некоторую периодичность, но она в два раза более длинная, по сравнению с вариантом без обратного поворота.

Для более прочного и надежного соединения волокон в одном из вариантов иглы установлены в игольной плите под углом от 75 до 85 градусов к плоскости игольной плиты. Такое решение позволяет захватывать и соединять больше волокон, но требует расширения отверстий в подкладочном столе.

В одном из вариантов отверстия в подкладочном столе имеют форму овала вытянутого по направлению движения волокна, при этом игольная плита при прокалывании волокна движется по направлению его движения, что позволяет меньше повреждать и растягивать обрабатываемый материал. Такая функциональная возможность может быть обеспечена приводом игольной плиты, который движет ее по круговой или овальной траектории. Также возможен более сложный вариант с движением по треугольной траектории при пробивании волокна, этот вариант может быть реализован с помощью микроконтроллера или через создание соответствующей кинематической связи, что не раскрывается здесь подробно, так как не относится к сущности заявляемого решения.

В одном из вариантов осуществления калибр игл составляет 32 и 36, причем калибр 32 устанавливается в игольной плите на стороне ближней к месту подачи полотна и в количестве 1/3 от общего количества игл. На фиг. 1 показана игольная пластина 101 с установленными в ней более толстыми иглами 102 и менее толстыми иглами 103.

Установка именно одной трети части игл с калибром 32 в месте входа материала в иглопробивную машину обусловлено тем, что необходимо произвести предварительное скрепление большей части материла при минимальной разбалансировке нагрузки на игольную плиту, так как игла с калибром 32 требует большего усилия на пробив в сравнении с калибром 36. Если возникнет существенная разбалансировка, то это может повлиять на качество скрепления материала.

Варианты осуществления не ограничиваются описанными здесь вариантами осуществления, специалисту в области техники на основе информации, изложенной в описании, и знаний уровня техники станут очевидны и другие варианты осуществления полезной модели, не выходящие за пределы сущности и объема данной полезной модели.

Под функциональной связью элементов следует понимать связь, обеспечивающую корректное взаимодействие этих элементов друг с другом и реализацию той или иной функциональности элементов. Частными примерами функциональной связи может быть связь с возможностью обмена информацией, связь с возможностью передачи электрического тока, связь с возможностью передачи механического движения, связь с возможностью передачи света, звука, электромагнитных или механических колебаний и т.д. Конкретный вид функциональной связи определяется характером взаимодействия упомянутых элементов, и, если не указано иное, обеспечивается широко известными средствами, используя широко известные в технике принципы.

Элементы, упомянутые в единственном числе, не исключают множественности элементов, если отдельно не указано иное.

Элементы предложенного устройства находятся в общем корпусе, связаны друг с другом конструктивно и функционально посредством монтажных (сборочных) операций.

Несмотря на то, что примерные варианты осуществления были подробно описаны и показаны на сопроводительных чертежах, следует понимать, что такие варианты осуществления являются лишь иллюстративными и не предназначены ограничивать более широкую полезная модель, и что данная полезная модель не должна ограничиваться конкретными показанными и описанными компоновками и конструкциями, поскольку различные другие модификации могут быть очевидны специалистам в соответствующей области.

Claims (10)

1. Иглопробивная машина, содержащая:

- корпус, в котором закреплены валики для перемещения нетканого полотна через корпус;

причём в корпусе установлены игольная плита и ее привод,

характеризующаяся тем, что в игольной плите содержатся иглы разного калибра, имеющие зазубрины, причем иглы содержат зазубрины с разным шагом.

2. Машина по п. 1, в которой иглы с зазубринами расположены на игольной плите хаотично.

3. Машина по п. 1, в которой расположение зазубрин соседних по ходу движения полотна рядов игл игольной плиты изменено на 30 градусов поворотом иглы.

4. Машина по п. 3, в которой иглы в каждом следующем ряду игл повернуты на 30 градусов относительно предыдущего, при этом через каждые 4 ряда направление поворота игл изменено на противоположное.

5. Машина по п. 4, в которой угол наклона игл составляет от 75 до 85 градусов.

6. Машина по п. 4, в которой игольная плита выполнена с возможностью смещения вместе с полотном при прокалывании полотна.

7. Машина по п. 1, в которой калибр игл составляет 32 и 36, причем калибр 32 устанавливается в игольной плите на стороне, ближней к месту подачи полотна, и в количестве 1/3 от общего количества игл.