Un fabricante mejora un 15 % la productividad de la tejeduría con la solución y los servicios de Siemens Digital Industries Software

Mejora de la productividad

Picanol es un fabricante líder de telares que ha trabajado con Siemens Digital Industries Software para aumentar la productividad y mejorar los niveles de ruido y vibración de sus telares de pinzas de última generación. También se han utilizado los servicios de ingeniería de Simcenter y el portfolio de Simcenter para optimizar el nuevo mecanismo de tracción de las pinzas del próximo telar de pinzas de Picanol.

Los servicios de ingeniería de Simcenter han utilizado evaluaciones dinámicas en la solución de simulación de movimiento del portfolio de Simcenter para que Picanol reduzca las fuerzas máximas internas, evite el desgaste de los cojinetes, disminuya el peso de las piezas oscilantes y prolongue la resistencia a la fatiga de las piezas clave. De este modo, Picanol ha logrado acelerar considerablemente el movimiento de las pinzas en su recorrido por los hilos de urdimbre, lo que se ha traducido en un aumento del 15 % de la productividad de la tejeduría.

Desarrollar maquinaria de calidad

Las tejedurías industriales que funcionan ininterrumpidamente con cientos de telares Picanol suministran una parte notable de la producción mundial diaria de tejidos. Picanol es uno de los principales fabricantes de telares. Actualmente, tiene más de 110 000 unidades en funcionamiento con unos 2600 clientes en todo el mundo. Los pequeños y grandes fabricantes de tejidos utilizan la maquinaria de tejeduría de Picanol para crear tejidos de alta calidad con eficiencia, pocas interrupciones y cambios fáciles a fin de mantener una alta productividad.

Los gustos y las preferencias de la moda cambian con frecuencia; por eso, los fabricantes exigen la máxima flexibilidad. Para responder con eficiencia a unos requisitos de tejido que evolucionan con rapidez, los telares de pinzas de Picanol están diseñados para tratar con flexibilidad tiradas cortas, diferentes estilos, diseños coloridos y diversos tejidos, como algodón, gasa, crepé, lana, vidrio y fibra de aramida DuPont™ Kevlar®.

«En última instancia, todo es cuestión de dinero», afirma Kristof Roelstraete, director de Desarrollo de telares de pinzas de Picanol. «Cuantas más máquinas pueda manipular un solo tejedor, menor será el coste de propiedad total para el fabricante de tejidos. Nuestra estrategia consiste en desarrollar maquinaria de alta calidad y fiabilidad operativa, lo que se traduce en tejidos de calidad superior y paradas de tejeduría muy puntuales.

»Además, el diseño modular y el control electrónico de los telares de pinzas facilitan los procedimientos de cambio cuando el telar se prepara para un nuevo artículo. A fin de mantener la máxima productividad y flexibilidad de nuestros telares de pinzas, hemos desarrollado e introducido una serie de revolucionarios avances técnicos. Un ejemplo es el motor Sumo de tracción directa, que se controla electrónicamente, se detiene o ralentiza de inmediato si es necesario y reduce un 10 % el consumo total de energía».

Aprovechar una asociación estratégica

Picanol se asoció con Siemens Digital Industries Software para investigar el rendimiento de radiación acústica de los telares de pinzas. Picanol y los servicios de ingeniería de Simcenter pudieron profundizar en las fuentes de ruido mediante análisis modales operativos, análisis de movimiento y deflexión operativos, así como mediciones de intensidad acústica y radiación de ruido.

Las mediciones confirmaron que la máxima radiación de ruido se producía en torno a los 1200 hercios, una frecuencia que perturba las conversaciones en las inmediaciones del telar. Se comprendió que la naturaleza del sonido excesivo a esta frecuencia era de origen puramente cinemático y que coincidía con el ruido generado por el contacto de las ruedas dentadas. Las pruebas también indicaron que, durante el funcionamiento, la alineación y la pretensión de los cojinetes tendían a evolucionar de manera poco favorable.

«En el desarrollo del sucesor del modelo GamMax, Picanol decidió cooperar con Siemens Digital Industries Software», afirma Roelstraete. «Las iniciativas de ingeniería efectuadas al principio del desarrollo nos permitieron aumentar la productividad de nuestros telares y, al mismo tiempo, mantener el ruido y la vibración en niveles aceptables. En este sentido, un elemento clave es el vanguardista mecanismo de tracción de las pinzas, que aumentó de forma drástica la velocidad de operación y, en consecuencia, elevó considerablemente la radiación acústica. El movimiento circular de este mecanismo impulsa el movimiento lineal bidireccional de las pinzas, un componente especializado que transporta el hilo longitudinal a través de los hilos transversales estirados del tejido que se teje.

»Los servicios de ingeniería de Simcenter ajustaron el diseño del mecanismo de la tracción de las pinzas y lograron reducir de manera notable la radiación acústica. Esto supuso un complejo reto de ingeniería porque los actuales telares de pinzas industriales mueven sin parar la pinza de un lado a otro hasta 25 000 veces por hora. Las asombrosas aceleraciones de pinza que se dan en el proceso de tejido superan incluso la aceleración de los pistones de los motores de los monoplazas de fórmula 1».

Mejorar el rendimiento mediante la simulación

Las fuerzas extremas resultantes de este movimiento a alta velocidad ejercen una gran presión sobre todo el mecanismo de tracción de las pinzas. Los servicios de ingeniería de Simcenter modelaron el ensamble de tracción de las pinzas. Al mismo tiempo, optimizaron las características de rendimiento del subsistema para intentar reducir el peso del ensamble, evitar el desgaste de los componentes, eliminar los efectos de la resistencia a la fatiga y reducir la radiación acústica.

En el nuevo diseño de ensamble compacto de pinzas de Picanol, la rueda de tracción aplica un movimiento circular a su conexión con un elemento de horquilla. Este elemento de horquilla sujeta una pieza transversal que solo puede pivotar en un plano fijo. Mediante el movimiento oscilante del elemento de horquilla, el travesaño (y la rueda de la pinza) pivota en sentido horario y antihorario, empuja la pinza y tira de ella mediante hilos transversales a gran velocidad.

Para reducir las agresivas fuerzas dinámicas implicadas, los ingenieros aplicaron un modelado rígido a fin de reubicar el centro de gravedad de las piezas móviles del ensamble. Estas acciones incluían modificaciones de posición, tamaño, forma y peso de las piezas.

Las piezas del ensamble de pinzas se deforman ligeramente durante el funcionamiento, por lo que se creó un modelo dinámico multicuerpo de todo el mecanismo de tracción de las pinzas. Al modelar componentes clave como cuerpos flexibles mediante análisis de elementos finitos (FEA), automáticamente se tuvieron en cuenta los efectos de la deflexión y la resonancia al simular los casos de carga dinámica del ensamble.

Durante el funcionamiento, la deflexión de las piezas modificaba ligeramente la ubicación y orientación de los cojinetes, lo que introducía una ligera desalineación y fuerzas axiales en los cojinetes. La ejecución de simulaciones con la solución de movimiento del portfolio de Simcenter permitió a Picanol establecer el rendimiento óptimo de los cojinetes.

La solución de simulación de movimiento del portfolio de Simcenter ha sido la base para conseguir considerables en durabilidad, ruido y vibración. Esto se ha logrado aumentando la rigidez de los cojinetes y de la carcasa, lo que mejorado la alineación de los cojinetes y ha aplicado la pretensión adecuada a los cojinetes. Las simulaciones dinámicas de movimiento también ayudaron a Picanol a recortar las fuerzas radiales de los cojinetes mediante una mayor reducción del peso de las piezas móviles y oscilantes.

La solución de simulación de movimiento del portfolio de Simcenter ayudó a reducir las fuerzas de los cojinetes radiales mediante una mayor reducción del peso de las piezas móviles y oscilantes.

Aumentar la resistencia a la fatiga

Picanol utilizó simulaciones generadas con la solución de movimiento del portfolio de Simcenter para evaluar la resistencia a la fatiga de las piezas de la tracción de las pinzas. A partir de las cargas internas dinámicas simuladas, los ingenieros pudieron recuperar los valores máximos de tensión local para cada componente modelado mediante FEA. Los puntos problemáticos de durabilidad se identificaron en ubicaciones con variaciones de tensión que se aproximaban o superaban el límite de resistencia del material. Para prolongar la vida útil de los componentes clave, era necesario reposicionar y redimensionar los orificios funcionales de estas piezas. Es imprescindible mantener elevados estándares de durabilidad para que los telares funcionen casi sin parar durante un periodo de 7 a 10 años sin que haya piezas que fallen debido a una insuficiente resistencia a la fatiga.

Otra característica importante del rendimiento es el ruido que irradian los telares. Una de las principales fuentes de ruido es la transmisión de piñón y cremallera que se utiliza como parte del ensamble de tracción de las pinzas. La cremallera dentada de la rueda de pinzas pivotante acciona el movimiento lineal de la pinza. Cada vez que la pinza invierte su dirección, la tolerancia entre los dientes de la cremallera y el piñón provoca una excitación por impacto, que se caracteriza por un ancho de banda de alta frecuencia. La excitación recorre sistemáticamente los cojinetes e inicia vibraciones en la estructura de la carcasa que, a su vez, irradian ruido.

Para resolver este problema, Picanol creó un modelo multicuerpo en la solución de simulación de movimiento del portfolio de Simcenter que tenía en cuenta la tolerancia de los engranajes y las cremalleras o piñones, así como la rigidez de contacto variable de los dientes que se agarran dinámicamente entre sí. Esto permitió deducir las cargas dinámicas de los cojinetes mediante simulación multicuerpo y aplicarlas al modelo de elementos finitos de la carcasa. A continuación, se tomó el valor promedio de las vibraciones superficiales resultantes como medida del ruido radiado. A partir de los resultados de la simulación, Picanol redujo la radiación sonora con el incremento de la amortiguación de la estructura de la carcasa y mediante engranajes más caros fabricados con tolerancias menores y técnicas de acabado de dientes de mayor calidad.

Se identificaron puntos problemáticos de durabilidad en las ubicaciones que se afrontaban variaciones de tensión que alcanzaban o superaban los límites de resistencia del material.

Facilitar mejoras considerables

«La combinación de una simulación virtual realista y unos profundos conocimientos en materia de pruebas marca una gran diferencia al diseñar mejores telares», afirma Roelstraete. «En el proceso de desarrollo en curso, la excelencia técnica nos ayudó a aumentar un 15 % la productividad de nuestros telares de pinzas de última generación. Esta subida del rendimiento se tradujo en una mayor velocidad de la máquina y menores tiempos de inactividad, la posibilidad de tejer una mayor variedad de tejidos, una mayor flexibilidad al pasar de un artículo a otro y una reducción de los costes de tejeduría.

»Agradecemos enormemente la contribución de Siemens Digital Industries Software. Las avanzadas pruebas indicaron con precisión cómo se podía mejorar aún más el rendimiento de la máquina. Por su parte, la simulación del proceso en las fases iniciales optimizó el funcionamiento real de nuestro nuevo mecanismo de tracción de las pinzas.

«La solución de simulación de movimiento del portfolio de Simcenter ha sido la base para conseguir considerables en duración, ruido y vibración. Como resultado, hemos eliminado al menos un paso en la iteración del prototipo completo, lo que ha reducido la duración del desarrollo y los gastos».