Механічний ткацький верстат

Механічний ткацький верстат — механізований варіант ручного ткацького верстата. Його винахід був одним з ключових моментів у механізації ткацтва під час ранньої Промислової революції. Перший зразок механічного ткацького верстата розроблений 1784 року Едмундом Картрайтом, і збудований у наступному році. Знадобилося ще 47 років, перш ніж розробка Кенворті і Буллоу зробила ткацтво повністю автоматизованим.

Механічний ткацький верстат. Музей науки і техніки Каталонії, Тарраса.

Історія

Перші проєкти автоматизованих ткацьких верстатів розроблені в 1678 р. Ж.-Б. Деженном і в 1745 р. Ж. Вокансоном, але розвитку вони не отримали й були забуті. У 1733 році англійським винахідником Джоном Кеєм (1704—1779) запатентований летючий човник, який полегшив процес прокладання утокової нитки, зробивши перший крок до автоматизації процесу ткання в цілому. Проте, операції з піднімання й опускання ремізок, прибивання утоку лядою і намотовування готової тканини на передній навій, а також снування залишалися ручними.

У 1785 р. Едмунд Картрайт запатентував верстат з водяним приводом, покликаний пришвидшити процес ткання — попередник сучасного механічного верстата. Перший варіант верстата був з вертикальним розташуванням основи. Недосконалість конструкції завадила практичній реалізації винаходу. Наступного року Картрайт запатентував вдосконалений верстат: з горизонтальним розташуванням основи, подачею її зі шпулярника замість навою та автоматичним шліхтуванням (проклеюванням ниток основи). Штовхачі летючого човника приводилися в рух кулачками на вертикальних валах, з'єднаних з горизонтальним головним валом. Ідеї Картрайта були використані спочатку братами Ґрімшоу з Манчестера, які 1790 р. збудували ткацьку фабрику в Манчестері з використовуванням парової енергії, але вона була знищена пожежею (за деякими даними, влаштованою ткачами-конкурентами). Ще кілька десятиліть забрав ряд послідовних вдосконалень, які врешті-решт привели до появи справжнього автоматичного верстата. Своєрідним підсумком 25-річного періоду нововпроваджень і вдосконалень став верстат Робертса, створений 1822 року і впроваджений у широке використовування в 1830.

Кресленик верстата Робертса.

Основні етапи розвитку механічного ткацького верстата

• 1790: Ґрімшоу з Манчестера — механізація шліхтування (проклеювання ниток основи).
• 1789, 1790: Остін — механізація шліхтування.
• 1803: Томас Джонсон з Бредбері — шліхтувальна рама.
• 1802: Вільям Редкліфф із Стокпорта — поліпшений механізм намотування основи.
• 1803: Джон Тодд з Бернлі — ремізний валик і новий принцип розсування ниток основи, ничельниці ремізок були прикріплені до педалей, урухомлених кулачками на другому валу.
• 1803: Вільям Горрокс зі Стокпорта — хоча рама верстата залишалася дерев'яною, висяча ляда урухомлювалася кулачками на першому валу, ремізки — кулачками на другому, механізм намотування основи був позичений у Редкліффа.
• 1806: Пітер Марсленд — поліпшення процесу ходу ляди.
• 1810: Вільям Коттон — поліпшення процесу подачі основи.
• 1813: Вільям Горрокс — верстат Горрокса, зміни в ході ляди, вдосконалення верстата Марсленда.
• 1813: Пітер Еварт — застосування пневматики.
• 1815: Джозеф і Пітер Тейлори — подвійна ляда з нижнім кріпленням для важких тканин.
• 1815: Пол Муді — випуск першого механічного верстата в Північній Америці (експорт верстатів з Англії був заборонений).
• 1820: Джон Кепрон із синами — впровадження механічних верстатів для вовняного виробництва у Аксбриджі, Массачусетс.
• 1821: Вільям Горрокс — система зволожування основи й утоку під час роботи, поліпшення ефективності шліхтування.
• 1830: Річард Робертс — верстат Робертса, зубчасте колесо і ексцентрики для урухомлення кількох ремізок.
• Стенфорд, Прітчард та Вілкінсон — запатентовано спосіб зупинки в разі обривання ниток утоку чи основи, не був використаний.
• Вільям Дікінсон з Блекберна — блекбернський верстат, сучасний механізм верхнього бою.

Ланкаширський верстат. Музей науки і промисловості, Манчестер.

Подальші поліпшення

• 1834: Горнбі, Кенворті та Буллоу з Блекберна — відкидне бердо.
• 1834: Джон Ремсботтом і Річард Голт з Тодмордена — новий пристрій автоматичної зупинки човника.
• 1835: Джеймс Буллоу з Блекберна — вдосконалений пристрій автоматичної зупинки човника та механізми намотування і подачі основи.
• 1836: Ендр'ю Паркінсон — поліпшений розширник (шпарутка)
• 1841: Вільям Кенворті та Джеймс Буллоу — лоткова і валкова шпарутка (стала стандартною), проста система зупинки.

На цьому етапі верстат став майже повністю автоматичним, лише заміну шпуль на човниках мусили проводити вручну. На верстаті Картрайта один ткач працював зі швидкістю 120—130 проходів човника за хвилину, у той час як один оператор міг працювати на чотирьох ланкаширських верстатах Кенворті й Буллоу, що робили 220—260 проходів за хвилину, отже продуктивність підвищилася в більш ніж 8 разів.

Обойма із запасними цівками («батарея Нортропа»). Музей мистецтв і ремесел, Париж.

Приблизно в 1843 році з'явилися кареткові верстати, призначені для вироблення тканин зі складними переплетеннями.

У 1890-х роках Джеймс Генрі Нортроп винайшов механізм, що автоматично заміняв цівку в човнику. Верстат Нортропа уможливлював проводити ткання без зупинки для заміни цівок: коли в човнику закінчувалася утокова нитка, механізм викидав порожню цівку і надівав нову зі спеціальної обойми («батареї Нортропа»).

Механічні верстати XVIII — початку XX століття використовували човник для прокладання утокової нитки. У 1927 році з'явився швидший і ефективніший безчовниковий верстат. Первісно ексклюзивними правами на нього володіла швейцарська компанія Sulzer. У теперішній час застосовуються рапірні, пневматичні і гідравлічні ткацькі верстати.

Будова

Каретковий верстат 1890-х років.

Механічний верстат включає в себе такі механізми: механізм подачі основи, механізм утворення зіва, механізм прокладання утоку, механізм прибивання утоку й механізм прийому готової тканини. Допоміжні механізми: механізм розширення полотна (шпарутка), механізми автоматичної зупинки (у разі обриву нитки основи або утоку та в деяких інших випадках).

Механізм подачі основи

Механізм подавання основи може бути навійним і безнавійним. У першому разі нитки основи намотуються на спеціальний вал — навій. Операція з намотування основи на навій (снування) здійснюється снувальними машинами. При безнавійному способі подачі основи нитки подають у верстат зі шпулярника.

Механізм утворення зіва

Зівоутворювальний механізм призначений для вертикального розсування ниток основи з метою утворення проміжку (зіва), через який має пройти утокова нитка. Складається з ремізок і пристроїв їх підйому та опускання. У верстатах для найпростішого, полотняного переплетення присутні дві ремізки, педалі яких приводяться в дію колінвалом. Для складніших переплетень застосовують кареткові верстати, що містять більше число ремізок, зі складною почерговістю підйому-опускання. Нарешті, для найскладніших переплетень використовують жаккардові верстати з програмованим переміщенням ремізок.

Механізм прокладання утоку

Механізм прокладання утокової нитки може бути човниковим і безчовниковим. При човниковому способі прокладання утокова нитка намотується на цівку човника, який переміщається в зіві. На безчовникових верстатах нитка просилюється між нитками основи за допомогою струменя повітря (пневматичні верстати), води (гідравлічні верстати), рапірами (рапірні верстати) або мікрочовниками-мікропрокладачами.

Механізм прибивання утоку

Верстат 1939 року випуску в музею «Ткацька фабрика Мюллера».

Механізм прибивання (ущільнення) утокової нитки містить у собі бердо, яке на багатьох типах верстатів закріплене в рамі-ляді. У ляд сучасних верстатів бердо розміщується, як правило, у верхній частині, а вісь хитання — внизу. Для приведення ляди в поступальний рух використовується два шатуни з приводом від колінчастого вала, приєднані до верхньої частини рами. На верстатах для виготовлення махрових тканин використовують «ламані» (складені з двох рухомо з'єднаних ланок) шатуни, що уможливлює змінювати їхню довжину для утворення петельок на тканині. Періодична зміна довжини («ламання») керується кулачком на осі хитання ляди (інший варіант — застосування ексцентриків на одному з пальців шатуна).

Окрім шатунного механізму, для надання ляді поступального руху використовуються також кулісний, ексцентриковий і кулачковий механізми.

На пневматичних і кругових ткацьких верстатах ляди відсутні: на перших бердо урухомлюється стисненим повітрям, у других — воно є нерухомим елементом.

Робота верстата в музею «Ткацька фабрика Мюллера»: проходи човника, підйом і опускання реміз, прибивання утоку лядою.

Механізм прийому готової тканини

Для змотування тканини служить передній навій (також відомий як товарний валик), вал якого споряджений храповим механізмом і пов'язаний передачею з механізмом утворення зіва й прибивання утоку. Тканина огинає зверху вал-магель, спускається донизу й намотується на навій.

Допоміжні механізми

Щоб ширина тканини була однаковою по всій її довжині, виткану тканину розтягують спеціальними розширниками — шпарутками. Якщо на ручних верстатах шпарутки мають вигляд розсувної лінійки, то шпарутки механічних складаються з двох валиків на обох краях полотна, споряджених пластинками з шипами, що входять у тканину. Окрім обертального руху, ці пластинки можуть здійснювати і поступальний рух вздовж валика. При русі тканини до товарного навою пластинки обертаються і зміщуючись від центру верстата, розтягують тканину до країв.

Для автоматичної зупинки в разі обриву основної нитки використовується пристрій — основоспостерігач. Ламелярний основоспостерігач складається з поперечних рейок, споряджених ламелями — довгими металевими пластинками з двома отворами. Видовженим отвором ламель надівається на рейку, а через круглий проходить нитка основи між ремізками і заднім навоєм. У кожну рейку вставлена струмопровідна шина, з'єднана з електромагнітним реле і відділена від рейки шаром діелектрику. У випадку обривання нитки ламель падає на рейку, замикає контакти рейки і шини, вмикаючи реле і викликаючи зупинку верстата. Існують безламелярні основоспостерігачі: в одних роль ламелей виконують верхні частини металевих ничельниць ремізок, в інших використовуються фотоелектричні пристрої зі звичайним світловим чи лазерним променем.

Література

• Ткацкое производство // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп. т.). — СПб., 1890—1907. (рос. дореф.)
• Станок Картрайта. telarian.ru. Плетущая паутину, или сайт о ткачестве. Архів оригіналу за 30 листопада 2020. Процитовано 16 квітня 2020.
• Механический ткацкий станок Робертса. telarian.ru. Плетущая паутину, или сайт о ткачестве. Архів оригіналу за 4 грудня 2020. Процитовано 16 квітня 2020.
• Ann M Collier. A Handbook of Textiles. — Pergamon Press, 1970. — 258 с. — ISBN 0-08-018057-4. (англ.)
• Hills, Richard Leslie (1993), Power from Steam: A History of the Stationary Steam Engine, Cambridge University Press, с. 244, ISBN 9780521458344, архів оригіналу за 10 грудня 2019, процитовано 14 квітня 2020 (англ.)
• Jenkins, Geraint (1972), Geraint Jenkins (ред.), The wool textile industry in Great Britain, London & Boston: Routledge Keegan Paul, ISBN 0-7100-69790 (англ.)
• Richard Marsden.  — George Bell & Sons, 1895. — 584 с. Архівовано з джерела 29 червня 2018 (англ.)
• Mass, William (1990), The Decline of a Technology Leader:Capability, strategy and shuttleless Weaving (PDF), Business and Economic History, ISSN 0894-6825, архів оригіналу (PDF) за 15 жовтня 2012, процитовано 14 квітня 2020 (англ.)
• Miller, I; Wild, C (2007), Rachel Newman (ред.), A & G Murray and the Cotton Mills of Ancoats, Lancaster: Oxford Archeology North, ISBN 978-0-904220-46-9 (англ.)