Un'azienda aumenta del 15% la produttività dei propri macchinari tessili grazie alle soluzioni e ai servizi Siemens Digital Industries Software

Miglioramento della produttività

Picanol, azienda leader nella produzione di macchinari tessili, ha collaborato con Siemens Digital Industries Software per aumentare la produttività e migliorare gli standard di rumorosità e vibrazioni dei propri macchinari tessili a pinza di nuova generazione. I servizi di Simcenter Engineering e il portfolio Simcenter sono stati utilizzati anche per ottimizzare il nuovo meccanismo di azionamento a pinza del futuro telaio a pinza di Picanol.

Simcenter Engineering ha utilizzato valutazioni dinamiche integrate nella soluzione di simulazione cinematica offerta dal portfolio Simcenter per permettere a Picanol di ridurre le forze interne di picco, limitare l'usura dei cuscinetti, alleggerire le parti oscillanti e prolungare la durata a fatica delle parti chiave. Questo ha permesso a Picanol di accelerare significativamente il movimento della pinza mentre attraversa i fili di ordito, con un aumento della produttività del 15%.

Sviluppo di attrezzature di qualità

Gli stabilimenti tessili industriali, attivi 24 ore su 24 e dotati di centinaia di telai Picanol, contribuiscono in modo significativo alla produzione mondiale giornaliera di tessuti. Picanol, azienda leader nella produzione di macchinari tessili, conta più di 110.000 telai attivi presso circa 2.600 clienti in tutto il mondo. Aziende di tutte le dimensioni si affidano ai telai Picanol per realizzare tessuti di alta qualità in modo efficiente, con poche interruzioni e cambi di produzione rapidi per mantenere alta la produttività.

Nel mondo della moda, gusti e preferenze cambiano frequentemente, quindi i produttori necessitano della massima flessibilità. Per rispondere in modo efficace alle esigenze in continua evoluzione del settore tessile, i macchinari Picanol sono progettati per gestire in modo flessibile produzioni limitate, stili differenti, fantasie colorate e una vasta gamma di tessuti, tra cui cotone, voile, crepe, lana, fibra di vetro e fibra aramidica DuPont™ Kevlar®.

"In ultima analisi, è tutta una questione di denaro", afferma Kristof Roelstraete, responsabile dello sviluppo dei macchinari tessili a pinza presso Picanol. "Più macchine un singolo tessitore riesce a gestire, minori sono i costi complessivi di gestione per il produttore di tessuti. La nostra strategia è quella di sviluppare macchinari affidabili e di alta qualità, capaci di assicurare prodotti di qualità superiore e ridurre al minimo le interruzioni durante la tessitura.

"Inoltre, il design modulare e il controllo elettronico delle macchine tessili a pinza consentono una conversione rapida e intuitiva quando il telaio viene configurato per un nuovo articolo. Per garantire i massimi livelli di produttività e flessibilità dei nostri macchinari tessili a pinza, abbiamo sviluppato e introdotto numerose innovazioni tecniche rivoluzionarie. Un esempio è il motore Sumo a trasmissione diretta brevettato, controllato elettronicamente, che si arresta o rallenta all'istante in caso di necessità e riduce il consumo energetico totale del 10%".

I vantaggi di una partnership strategica

Picanol ha collaborato con Siemens Digital Industries Software per analizzare le prestazioni di emissione acustica dei telai a pinza. Grazie al supporto di Simcenter Engineering, è stato possibile analizzare nel dettaglio l'origine del rumore durante il funzionamento, utilizzando analisi modali operative, analisi del movimento e della deformazione e misurazioni dell'intensità e della propagazione del suono.

Le misurazioni hanno confermato che la massima emissione sonora si verificava intorno ai 1.200 Hertz, una frequenza che interferisce con le conversazioni nell'area circostante il telaio. Si è capito che questo rumore eccessivo aveva un'origine esclusivamente cinematica, legata al contatto tra gli ingranaggi. Inoltre, i test hanno rilevato un peggioramento progressivo dell'allineamento e del precarico dei cuscinetti durante l'uso.

"Per lo sviluppo del successore del GamMax, Picanol ha scelto di collaborare con Siemens Digital Industries Software", spiega Roelstraete. "Grazie al lavoro ingegneristico congiunto avviato già nelle fasi iniziali, siamo riusciti ad aumentare la produttività dei nostri macchinari tessili, mantenendo rumore e vibrazioni entro soglie accettabili. Un elemento chiave è stato il nuovo meccanismo di azionamento della pinza, che ha incrementato sensibilmente la velocità operativa, con un inevitabile aumento della rumorosità. Il moto circolare di questo meccanismo genera il movimento lineare bidirezionale della pinza, il componente dedicato al trasporto del filo longitudinale attraverso i fili trasversali tesi del tessuto.

Simcenter Engineering ha ottimizzato il design del meccanismo di azionamento della pinza, riuscendo a ridurre in modo significativo la rumorosità. Una sfida ingegneristica complessa, considerato che le moderne macchine tessili a pinza industriali muovono la pinza avanti e indietro fino a 25.000 volte all'ora. Le accelerazioni in gioco durante il processo di tessitura sono talmente elevate da superare perfino quelle dei pistoni dei motori di un'auto di Formula 1".

Prestazioni migliori grazie alla simulazione

Le forze estreme generate dal moto ad alta velocità esercitano forti sollecitazioni sull'intero meccanismo di azionamento della pinza. Simcenter Engineering ha modellato l'assieme del meccanismo di azionamento della pinza e ottimizzato le caratteristiche prestazionali dei sottosistemi, allo scopo di ridurre il peso complessivo, prevenire l'usura dei componenti e l'insorgere di danni da fatica e limitare la rumorosità.

Nel nuovo design compatto dell'assieme pinza progettato da Picanol, la ruota motrice imprime un movimento circolare al punto di connessione con un elemento a forcella. Quest'ultimo sostiene un traversino che può ruotare solo su un piano fisso. Con il movimento oscillatorio della forcella, il traversino (insieme alla ruota della pinza) si muove alternativamente in senso orario e antiorario, permettendo alla pinza di spostarsi velocemente tra i fili trasversali del tessuto.

Per ridurre le intense forze dinamiche coinvolte, gli ingegneri hanno applicato una modellazione rigida per spostare il centro di gravità delle parti mobili dell'assieme. Ciò ha comportato variazioni a livello di posizione, dimensioni, forma e peso delle parti.

Poiché durante il funzionamento le parti dell'assieme del meccanismo di azionamento della pinza si deformano leggermente, è stato creato un modello dinamico multi-body dell'intero meccanismo. Modellando i componenti chiave come corpi flessibili attraverso l'analisi a elementi finiti (FEA), sono stati inclusi automaticamente gli effetti di deformazione e risonanza nelle simulazioni dei carichi dinamici dell'assieme meccanico.

Durante il funzionamento, la leggera deformazione delle parti modificava la posizione e l'orientamento dei cuscinetti, causando un lieve disallineamento e forze assiali. Grazie alle simulazioni eseguite con la soluzione di simulazione cinematica offerta dal portfolio Simcenter, Picanol ha potuto individuare le condizioni ottimali per garantire il corretto funzionamento dei cuscinetti.

La soluzione di simulazione cinematica offerta dal portfolio Simcenter ha permesso di ottenere importanti miglioramenti in termini di durabilità, rumorosità e vibrazioni. Questo risultato è stato raggiunto incrementando la rigidità di cuscinetti e alloggiamenti, perfezionando l'allineamento dei cuscinetti e applicando una pretensione adeguata. Le simulazioni cinematiche dinamiche hanno inoltre consentito a Picanol di contenere le forze radiali sui cuscinetti riducendo ulteriormente il peso delle parti mobili e oscillanti.

La soluzione di simulazione cinematica offerta dal portfolio Simcenter ha contribuito a ridurre le forze radiali sui cuscinetti, alleggerendo ulteriormente le parti mobili e oscillanti.

Prolungamento della vita a fatica

Picanol ha utilizzato simulazioni realizzate con la soluzione di simulazione cinematica offerta dal portfolio Simcenter per valutare la vita a fatica delle parti del meccanismo di azionamento della pinza. Dai carichi dinamici interni simulati, gli ingegneri hanno ottenuto i valori massimi di stress locale per ogni componente modellato con analisi a elementi finiti (FEA). Sono stati individuati punti critici di durabilità in corrispondenza di aree soggette a variazioni di stress che si avvicinavano o superavano il limite di resistenza specifico del materiale. Per prolungare la durata dei componenti chiave, è stato necessario riposizionare e ridimensionare i fori funzionali di queste parti. Garantire standard elevati di durabilità è essenziale per assicurarsi che i macchinari tessili funzionino in modo continuo per 7–10 anni senza guasti legati a una vita a fatica insufficiente.

Un'altra caratteristica prestazionale importante è il rumore emesso dai macchinari tessili. Tra le principali sorgenti di rumore vi è la trasmissione a cremagliera e pignone impiegata nel sistema di azionamento della pinza. La cremagliera dentata integrata nella ruota basculante della pinza trasmette il moto lineare alla pinza stessa. A ogni inversione di marcia della pinza, il gioco tra cremagliera e pignone provoca un'eccitazione da impatto, caratterizzata da una banda di frequenze elevata. L'eccitazione si propaga sistematicamente attraverso i cuscinetti, innescando vibrazioni nell'alloggiamento, che si traducono a loro volta in emissioni sonore.

Per risolvere il problema, Picanol ha creato un modello multi-body dedicato utilizzando la soluzione di simulazione cinematica offerta dal portfolio Simcenter, tenendo conto sia della tolleranza tra ingranaggi e cremagliera/pignone, sia della rigidezza di contatto variabile tra i denti durante l'ingaggio dinamico. Questo ha permesso a Picanol di determinare i carichi dinamici dei cuscinetti attraverso una simulazione multi-body e di applicarli al modello a elementi finiti dell'alloggiamento. A questo punto, si è preso il valore medio delle vibrazioni superficiali generate come parametro per valutare il rumore emesso. Le simulazioni hanno mostrato che Picanol è riuscita a ridurre la rumorosità incrementando lo smorzamento della struttura dell'alloggiamento e impiegando ingranaggi di qualità superiore, caratterizzati da tolleranze ridotte e finiture dei denti più precise, anche se più costosi.

Sono stati individuati punti critici di durabilità nelle aree soggette a variazioni di stress che raggiungevano o superavano i limiti di resistenza specifici del materiale.

Promuovere miglioramenti sostanziali

"La combinazione tra simulazioni virtuali realistiche e approfondite competenze nei test rappresenta un elemento chiave per progettare macchinari tessili migliori", afferma Roelstraete. "Durante il processo di sviluppo continuo, l'eccellenza tecnica ci ha consentito di aumentare la produttività dei nostri macchinari tessili a pinza di nuova generazione del 15%. Questo risultato è stato raggiunto grazie a una maggiore velocità dei macchinari, a tempi di inattività ridotti, alla capacità di tessere una più ampia varietà di tessuti, a una maggiore flessibilità nei cambi articolo e a costi di tessitura più contenuti.

"Siamo molto grati per il contributo di Siemens Digital Industries Software. Test avanzati hanno evidenziato con precisione le possibilità di miglioramento delle prestazioni dei macchinari, mentre le simulazioni di processo svolte in fase iniziale hanno ottimizzato il funzionamento pratico del nuovo meccanismo di azionamento della pinza.

"La soluzione di simulazione cinematica offerta dal portfolio Simcenter ha permesso di ottenere importanti miglioramenti in termini di durabilità, rumorosità e vibrazioni. Di conseguenza, abbiamo eliminato almeno una fase di iterazione completa del prototipo, riducendo sia la durata che i costi di sviluppo".