Глава 7. Катком по ткани

Но отделка тканей жива не химией единой. Значительную долю эффектов в отделку вносит и механика. Поэтому было бы ошибкой сводить всю отделку к «химической технологии волокнистых материалов», как называется наука о белении, крашении и тому подобных химических способах отделки.

Если попристальней вглядеться, то около тридцати процентов операций с тканью осуществляется чисто механически. Это отжим из ткани влаги, отсос и иные виды удаления влаги, отделка между прижатыми друг к другу валами (каландрирование), глажение,  тиснение, декатирование, правка утка и многие другие операции. Не говоря уж об операциях, которые ничего нового в саму ткань не вносят, но без которых никак не обойтись: браковка готовой ткани, накатка и раскатка рулонов ткани в поточных линиях.

Очень многие процессы отделочного производства сопровождаются пропиткой ткани всевозможными растворами или промывкой чистой водой,  обработкой жидким аммиаком, органическими растворителями. Намоченная, например, при отбелке или крашении ткань не может во влажном виде идти на следующую операцию или хранение;- оставлять влажной ткань в рулонах или тележках на некоторое время - значит испортить её окончательно. Поэтому возникает необходимость отжать влагу из ткани. Отжатая ткань может потом досушиваться в сушильных машинах. Таким образом, полный цикл удаления влаги из ткани складывается из двух последовательных операций: отжима и сушки.
О сушке мы поговорим позднее, сейчас же рассмотрим отжим или процесс механического влагоудаления.

Влага в намоченной ткани находится в двух состояниях: свободном и связанном. Понятия эти весьма относительны и чёткой границы между состояниями нет. Многие из вас стирали бельё, (да все, наверняка, хотя бы видели, как стирали другие), так представьте себе, что вы вынимаете ткань после стирки из таза с водой. Вода с ткани течёт, потом начинает течь всё медленнее, и вам приходится выкручивать ткань, чтобы влагоудаление продолжалось.

Потом вам и этим путём не удаётся отжать ни капли влаги. Вы кладёте ткань в центрифугу и, бешено вращая корзину центрифуги, центробежными силами продолжаете выгонять из ткани влагу.

Наконец, и это не помогает. Вы приблизились к пределу, далее которого никакие механические ухищрения не помогут вам выжать ни слезинки из ткани. Так вот, влага, которую можно выжать механически, называется свободной. «Свобода» эта, как видно из созерцания тяжёлого труда человека, стирающего бельё - весьма относительная: пока отожмёшь, сам взмокнешь.
 
Ну, а та влага, которую отжать не удаётся - это влага связанная. Её можно удалить другими путями, о которых мы поговорим в других главах.
 
А как же удаляют свободную влагу? Ведь не выкручивать же руками бесконечную ленту из миллионов метров ткани! Нет, не надо выкручивать. Применяют тот же принцип, что и на старых стиральных машинах, когда их ещё не снабжали центрифугами: два вала, прижатые друг к другу, из которых по крайней мере один снабжён эластичным покрытием, чаще всего резиновым.

В стиральной машине валы вращаются вручную, а в текстильных отделочных машинах - двигателем. Ткань заправляется в зону контакта валов или, как говорят текстильщики, «в жало валов». Откуда это выражение, неизвестно, это история. Может быть, от того, что там ткань «жмётся» валами, а может быть, от того,  что сотни тысяч рабочих рук это «жало», подобно жалу змеи, искалечило и оторвало за долгую эту историю. Сейчас же ненасытное жало немного усмирили, поставив ограждения, но всё равно, свою дань оно продолжает взимать. Даже один из авторов описанного нами ранее одного из затворов стал его жертвой, и ему кроме инженерного, научного мужества пришлось проявить и чисто человеческое.

Почему же ткань валами отжимается? На этот вопрос однозначного ответа нет. Есть две точки зрения. Ну, во-первых, не подлежит сомнению, что влагу из ткани удаляют поля сил, возникающих в зоне контакта валов. Если два цилиндра с параллельными осями прижать друг к другу какой-то внешней силой, то в месте контакта цилиндров поверхности их деформируются, образуется не линия, а целая поверхность контакта. Если мы мысленно разрежем цилиндры перпендикулярно их осям, то на разрезе в зоне контакта можем отметить силы, действующие со стороны одного вала на другой.

Какие это силы? Во-первых, сила нормального давления, а во-вторых, - ей перпендикулярная растягивающая сила. В отношении последней - всё ясно, она ткань только растягивает в длину. Поэтому на отделочную фабрику поступает сто метров ткани, а готовой получается сто десять, потом, правда, при первой же стирке изделие из этой ткани усаживается, рукава и подол становятся короче.

Но как действует сила нормального давления? А тут всё зависит от того, как она в действительности распределена, эта сила, по зоне контакта. У этой зоны есть начало и есть конец, пункт, где входящая в зону контакта ткань вступает в соприкосновение с материалом валов и где это соприкосновение теряется, то есть происходит качественный переход: не было соприкосновения и вдруг стало, и наоборот.

То, что от начала зоны контакта к её центру нормальное давление растёт, это ясно. Но каково значение его в начале? Вот здесь и рождаются две точки зрения на физику валкового отжима влаги из ткани.

Замерить усилие каким-либо прибором пока нельзя, не изобрели пока такого прибора, чтобы он и точно мерил,  и не имел сам физических размеров, ни длины, ни ширины, ни высоты, чтобы не влиять на измеряемую величину. А раз замерить нельзя, значит надо пока решать задачу теоретически.

Контактная задача решалась ещё знаменитым немецким учёным Герцем,  но решалась на доступном тогда уровне, грубо приближённо. Герц получил тогда распределение нормальных давлений по эллиптическому закону: в середине зоны контакта максимум, а в начале и конце нули. Для большинства машиностроительных деталей, работающих в условиях контакта, когда размеры зоны контакта пренебрежительно малы, например, подшипники качения, колёса и рельсы железнодорожного транспорта, это решение достаточно точно, тем более, что машиностроителя интересует только величина максимума нормального давления, она определяет прочность детали, скажем, зуба шестерни. А то, что творится на границе контакта, его не волнует.

Интерес к этому вопросу появился только в связи с задачами типа отжима влаги из ткани. И тут выяснилась неприемлемость приближённого решения Герца. Действительно,  о какой бесконечной малости длины зоны контакта идёт речь, если при диаметре вала 210 мм она достигает значения в 30 мм! Да и другие допущения Герца в этом случае неприемлемы.

Попытки решить задачу контакта без этих допущений (а это было в свое время предметом диссертации вашего покорного слуги), сразу же выявили наличие на границе контакта цилиндров нормального давления,  отличного oт нуля. А это уже качественно меняет дело.

Как объясняли явление отжима контактирующими валами исходя из решения Герца? Ткань - это капиллярно-пористое тело, во влажной ткани поры заняты влагой. Когда ткань попадает в зону контакта валов, давление на неё, а, следовательно, и гидростатическое давление в её порах, растёт плавно от нуля к максимуму. Поэтому влага из ткани удаляется путём фильтрации сквозь капиллярную структуру в направлении вдоль нее. Это так называемая «фильтрационная» теория отжима.

Посмотрим, что же происходит на самом деле, когда давление на границе контакта не равно нулю. Ткань с влагой в своих порах подходит к границе контакта валов, и тут встречает пусть небольшой, но резко выраженный силовой порог. Граничное нормальное усилие разделяет ткань и жидкость, и некоторая часть влаги, не связанной гигроскопически с тканью, удаляется. Механизм этого явления таков:

Ткань при внезапном приложении поперечного усилия изменяет свой объём, так как она состоит из вещества, имеющего коэффициент Пуассона меньше 0,5, то есть обладающего свойством уменьшать свой объём при сжатии. А у жидкости же этот коэффициент равен 0,5, она при сжатии объёма уменьшить не может, как говорят, жидкости несжимаемы, на чем, кстати, основана вся гидравлика. Поэтому жидкость, располагавшаяся ранее в микрообъёме ткани, вследствие уменьшения этого микрообъёма не может вместиться туда, влага как бы не может без потерь «перепрыгнуть» своеобразный ударный силовой барьер на входе в зону контакта.
 
Да и сопротивление истечению жидкости, когда ткань ещё не зажата между валами, невелико. Поэтому основная часть жидкости теряется именно на границе, ещё до входа в «жало» валов. Далее отжим носит фильтрационный характер. По мере дальнейшего продвижения по зоне контакта ткань дополнительно теряет влагу, но менее интенсивно, чем на входе, так как в зоне контакта резко возросли сопротивления проходу жидкости вдоль зажатого намертво полотна, практически они совершенно несравнимы с сопротивлениями на входе.

Правда, дополнительное обезвоживание в зоне контакта продолжается только до той точки, где сопротивление «до входа» становится равным сопротивлению «до выхода». Эта точка расположена чуть вдвинуто относительно центра контакта в сторону «входа», так как сопротивление влажной ткани выше, чем менее влажной, и жидкость лучше устремляется в «сухую» сторону, где поры менее забиты влагой.
 
Быстрое снятие нагрузки на выходе ткани из зоны контакта не влияет на обезвоживание, а лишь вызывает появление незначительного, быстро заполняемого вакуума в микрообъёме ткани. Этим явлением пользуются для интенсификации пропитки или промывки ткани, ставя пару отжимных валов под уровнем жидкости. Тогда вместо воздуха ткань на выходе из зоны контакта валов впитывает нужную жидкость.

Изложенная теория носит название «сепарационной» теории отжима, она предложена мною как практический вывод из проведенного мною в диссертационной работе «негерцевского» решения контактной задачи. К сожалению, последующие репрессии в мой адрес и связанные с этим трудности в общении с официальной наукой (советские журналы перестали публиковать, а выхода на иностранные тогда не было) не позволили этой теории распространиться достойно ее истинности.

А истинность той или другой теории можно легко проверить на опыте. Пусть ткань с одним и тем же содержанием влаги с некоторой скоростью отжимается прижатыми друг к другу валами до некоторой конечной влажности. Увеличим скорость вдвое. Тогда, если исходить из фильтрационной теории, скорость потока жидкости, фильтрующейся вдоль ткани, зажатой между валами, увеличивается тоже примерно вдвое. При этом, если учесть, что течение жидкости носит турбулентный характер, сопротивление потоку жидкости возрастает пропорционально кубу скорости, то есть в 8 раз.
Соответственно уменьшится количество жидкости, удаляемой с ткани, то есть существенно возрастает влажность ткани после отжима.

А что произойдёт по сепарационной теории? Да почти ничего. Поскольку сепарация влаги на границе контакта не отягощается сколь либо серьёзным сопротивлением, так как влага беспрепятственно вытекает и падает под действием силы тяжести, увеличение скорости сдерживает её незначительно. В основном оно действует на последующую «дофильтрацию», доля которой совсем невелика. Поэтому с ростом скорости в пределах, применяемых на практике, влажность ткани после отжима изменится даже не пропорционально первой степени скорости, не говоря уже о кубе, т.е. третьей степени.

Как же решает этот вопрос практика? Она полностью подтверждает выводы сепарационной теории. Фильтрация вдоль ткани - процесс медленный и основой явления отжима влаги служить не может.

Сколько же влаги можно отжать из ткани валами? Это зависит от вида ткани. Льняные, например, отжимаются лучше, до влажности 50% по отношению к абсолютно сухому весу, а хлопчатобумажные хуже - до 70-80%. Это если один из валов выполнен из нержавеющей стали, а другой покрыт резиной или, как говорят, обрезинен.

А что означают эти величины? Отжим обходится в гроши, а вот последующая сушка - это уже десятки рублей. Поэтому выгодно отжать посильнее, а сушить поменьше. Для этого в новейших отжимных валковых машинах применяются валы не обрезиненные, а наборные из особого материала «нипротекс». Этот материал выпускается как и ткань в виде полотна и представляет собой клеевой нетканый материал: слой из химических волокон, пропитанный мономером каучука. Из него вырубают диски с отверстиями, которые одевают (набирают) на стальную ось, и сжимают весь набор на прессе, закрепляя потом с обеих торцов стальными дисками. Такую предварительно напряжённую конструкцию снимают с пресса и ставят на токарный станок, где обтачивают по форме вала.

Полученный вал, будучи установлен на отжимную машину, обладает чудесным качеством: дополнительно к обычному валковому сепарационному отжиму влаги из ткани он ещё, благодаря пористости своей структуры, действует как губка, впитывая влагу из ткани во время ее прохода по зоне контакта и отдавая её в зоне входа ткани, где вместе с тканью и сам вал сепарирует влагу из своих пор. Иными словами, вал такой конструкции забирает из ткани ту влагу, которая при обрезиненном вале вынуждена была бы «дофильтровываться», и отдаёт её уже сепарационно.

В таком отжимном устройстве фильтрация вообще сведена к нулю. С таким валом уже можно отжимать хлопчатобумажную ткань до влажности 59-65%. А это экономит тепло при последующей сушке.

Для ряда процессов можно и вовсе обойтись без сушки. Например, если потом ткань идёт не на склад, а на последующую пропитку какой-то жидкостью. Тогда можно прямо отжатую ткань направлять на следующую поточную линию. Такой приём получил название «мокрый по мокрому».
 
Но хорошо отжать - это ещё не всё! Надо ещё отжать равномерно по всей ширине ткани. А ткани сейчас выпускают очень широкие, до двух с половиной метров. Если отжать ткань по ширине полотна неравномерно, то она будет иметь разный оттенок окраски, разную жесткость, капиллярность и тому подобное. Отсюда ясна важность проблемы равномерного отжима.

Валы, отжимающие ткань, прижимаются друг к другу при помощи пневмоцилиндров за цапфы. Для того, чтобы отжим был успешным, на ткани надо создать удельное давление до ста килограммов на каждый сантиметр ширины ткани. От таких сил валы изгибаются, давление на ткань становится неравномерным, - по краям больше, в середине меньше. Становится, соответственно, неравномерным и отжим.

Раньше с этим явлением боролись только одним способом: увеличивали изгибную жёсткость вала. Но тот, кто изучал сопротивление материалов, знает, что осевой момент инерции сечения круглого вала, изготовленного из полой трубчатой заготовки, определяющий его изгибную жесткость, пропорционален разности четвертых степеней наружного и внутреннего диаметров. Эта закономерность оставляет только один путь повышения жёсткости вала на изгиб: увеличение его наружного диаметра.

Действительно, намного ли увеличишь жёсткость, увеличив толщину стенки трубы даже вдвое? На сорок - семьдесят процентов, не больше. А если вдвое увеличить диаметр, жёсткость возрастёт в шестнадцать раз! Вот и увеличивали диаметр.

Но кроме тяжести и неудобства в ремонте, перерасхода металла, это ведёт ещё к одному неприятному последствию: не надо забывать, что отжимает-то влагу из ткани не удельное давление на единицу ширины ткани, а нормальное давление на единицу площади зоны контакта, то граничное давление, которое встречает ткань на «пороге» жала валов и вызывает сепарацию влаги. А это давление от роста диаметров валов при том же удельном давлении падает. Это происходит от того, что удельное давление распределяется по зоне контакта, а её длина у больших по диаметру валов больше, значит, на долю единицы площади зоны контакта валов достаётся нормального давления меньше.

И положение оказывалось безвыходным, пока не были изобретены так называемые малопрогибные валы. Как они работают?

Есть много весьма остроумных конструкций, заставляющих вал диаметром двести
миллиметров прогибаться от нагрузки в отжимной машине на считанные микроны, что не под силу обычному валу даже диаметром один метр.

Вот простейшая. В трубу вала вставляют стальной стержень, связывая его со средней частью трубы сваркой. Вал получается немного тяжелее, но и прогиб оси его рабочей поверхности уменьшается аж втрое!

Применяют и другой приём: трубу вала ставят на два подшипника, расположенные внутри неё и сидящие на сплошной оси. Это позволяет увеличить жёсткость почти в пять раз. Чтобы подшипники сильно не изнашивались и, в то же время, не вырабатывались в одном месте, ось вращают почти синхронно с трубой вала.

Полностью устранить прогиб вала можно «взвесив» его в гидравлический подушке. Но наиболее интересный приём - это использование в качестве источника силы, прижимающей валы друг к другу, нашей земной атмосферы. Просто в качестве отжимной машины применяют уже известную вам валковую вакуумную камеру. Здесь прижим валов друг к другу идеально равномерен: атмосфера одинаково давит на всю их поверхность.

Однако, в прогресс технологии валкового отжима и вообще обработки ткани валами наряду с открытием неравенства нулю граничного давления контакта внесло изобретение «беспрогибного» вала Ю.Р.Зельдина, В.Н.Евдокимова и В.А.Кузнецова (см. иллюстрацию в начале главы). Такой вал если и прогибается, то только в пределах погрешности измерения. Именно эти валы и стали в итоге применяться в машинах.

Вал содержит не одну, а две стальных трубы, связанные мощными приваренными к ним торцами. Внутренняя труба сидит своей средней частью на оси вала. Размеры рассчитаны таким образом, что прогибы системы «ось - внутренняя труба - внешняя труба», направленные в разные стороны, попросту компенсируют друг друга. И геометрическая ось наружной (рабочей) трубы под действием давления со стороны второго рабочего вала перемещается параллельно себе, оставаясь прямолинейной! Таким образом равномерность валковой обработки по ширине ткани становится идеальной.

Так производится отжим влаги из ткани валами.

Но можно отжимать и другим путём. Мы уже упоминали о центрифуге. Но такой отжим хорош только для отдельных кусков ткани, в поточной линии центрифугу не применишь. Применяют отсос влаги из ткани при помощи вакуумного насоса. Если ткань не терпит сжатия с поверхности, например, шёлковая креповая, то валами её отжимать нельзя, поступают так: к движущейся влажной ткани подводят сопло со щелью на всю ширину ткани, в котором создают разрежение. Сопло подобно трубе пылесоса всасывает влагу из ткани. Такие машины, называемые вакуум-отсосными, применяются довольно широко. Но влагоудаление на них обходится значительно дороже, чем в случае валковых машин, которые в смысле рентабельности абсолютные чемпионы.

Только ли всасыванием можно удалить влагу? Нет, и выдуванием тоже. Обнаружено, что если перегретый водяной пар разогнать до скорости выше скорости звука, он способен весьма эффективно «выбивать» влагу из ткани.

Идея эта перспективна, но технически трудноосуществима. Правда, одна фирма из ФРГ на последней международной выставке такую машину демонстрировала, но поверить в её длительную надёжность пока трудно. Дело в том, что для получения эффективной сверхзвуковой струи требуется сопло со щелью на всю ширину ткани сечением всего 20 микрон (0,02 мм). А такая щель легко засоряется чем угодно: пар, как ни фильтруй его, содержит и частицы, собранные им «по дороге» со стенок труб, вентилей, и возгоняемые соли аммония, вызывающие белую «накипь», и многое другое. Да и неравномерность тепловых деформаций еще никто не отменял. Поэтому этот интересный вид отжима влаги из ткани пока серьёзного применения не находит.

Как бороться с засорением щели? А заодно и с температурными деформациями её. Может быть, подскажет кто-нибудь из вас?

Кроме описанных выше способов отжима влаги из ткани, основанных на применении тонких законов физики, практикам-отделочникам давно уже известен простейший способ: если на отжимаемую влажную ткань наложить сухую, и пропустить этот слоеный пирог через то же валковое отжимное устройство, то влажность ткани можно снизить существенно. Но куда потом девать ту, бывшую сухую, взявшую на себя часть влаги? Хорошо ещё, если эту ткань надо пропитывать по технологии тем же самым раствором, что и только что отжатую. А если это просто вода? Что, и эту ткань сушить? Тогда вместо экономии получишь убыток.

Но изобретательская мысль и тут нашла выход. Сухую ткань заменяют цилиндрическим «пресс-папье», - вращающимся полым цилиндром с сетчатой поверхностью, на которую намотан хорошо впитывающий воду материал. Часть поверхности этого цилиндрического пресс-папье закрыта бесконечным резиновым ремнем, а внутри цилиндра под этим ремнем создаётся разрежение. Влажная ткань проходит под ремень, отдаёт свою влагу «промокашке», которая, в свою очередь, передаёт её в отсасывающую магистраль. Этот способ отжима очень эффективен, особенно для тканей из гидрофобных синтетических волокон. Но для его осуществления надо внутри части цилиндра, покрытой ремнем, создавать приличный вакуум, порядка 0,9 кгс/см кв., а это, учитывая вращение цилиндра, требует внутри него хороших уплотнений. Пока эта задача не решается. Известные из бумагоделательной промышленности отсосные валы громоздки и ненадежны. Кто предложит хорошую конструкцию?

Мы показали, как отжимают влагу из ткани на фабриках. Но каким же все-таки из описанных способов лучше всего отжимать?

Это с какой стороны взглянуть. Как ни автоматизируй, а отделка ткани все же остаётся в какой-то мере искусством, и хотя сейчас секреты мастерства отделочники не таят за семью замками в своих лабораториях, а делятся ими на страницах своего журнала «Текстильная промышленность», но всё же технологи на конкретных фабриках для своих тканей выбирают ту технологию, которая им, исходя из их опыта и знаний, кажется наиболее подходящей.

Одни горячо ратуют за вакуум-отсос, другим нет ничего лучше валов. И часто практически для одних, и тех же тканей. Интересно в этом отношении складывались обстоятельства в смежных отраслях: хлопчатобумажной и шёлковой. Сначала, когда обе отрасли перерабатывали те волокна, которые дали названия этим отраслям, все было правильно. Хлопок рождал свои «секреты», шёлк - свои. Приемы мастеров учитывали свойства этих таких разных волокон.

Но вот появилась синтетика и вообще химические волокна, всё больше вытесняющие как шёлк, так и хлопок. А «искусство» в каждой отрасли оставалось своим: лавсан с вискозой на хлопчатобумажной фабрике отжимали валами, а такой же лавсан с вискозой на шёлковом комбинате - валами не дай бог, только отсосом! Нет, искусство есть искусство.

Вот в производстве шерстяных тканей, которые уже тоже даже далеко не «полушерстяные», поначалу было встречено в штыки появившееся в хлопчатобумажной промышленности прогрессивное предложение отжимать усиленно ткань нипротексовыми валами, а затем без сушки отправлять её на следующую химическую обработку. Экономия энергии при этом получается огромная, но шерстяники из многолетнего опыта знали, что шерсть валами укатывается, ткань теряет объемность, и становится похожей на мешковину.

Много пришлось потрудиться учёным - создателям новой валковой отжимной машины, чтобы доказать возможность обработки полушерстяных камвольных тканей валами.
 
Но вернёмся к валам, прижатым друг к другу. Есть в отделочном производстве такая машина, которая без валов обойтись совсем не может. Это - каландр. Его задача уплотнить ткань, придать ей матовый или глянцевый вид.

Делается это так. Друг к другу прижимаются три вала: посредине изнутри полый шлифованный снаружи вал из нержавеющей стали, а с двух сторон от него два наборных вала, только изготовленных не из нипротекса, а из так называемой «шерстяной бумаги» - бумаги с примесью шерстяного волокна. Не слишком хорошей шерсти, конечно, а вторичной регенерированной, полученной раздиром отслуживших свой век шерстяных вещей. Металлический вал изнутри обогревается так, чтобы температура его поверхности достигала 200 градусов, и приводится во вращение. Ткань проходит два «жала» и подвергается там обработке, именуемой «каландрирование».

Интересно, что первые каландры для отделки ситцев были установлены на иваново-вознесенских фабриках ещё в 1792 году. Конечно, это были машины с приводом от водяного колеса или от конной тяги.

Различают три вида отделки, которые можно получить на каландре: матовая, когда делают только то, о чем мы писали выше; глянцевая, когда во вращение приводят не только металлический вал, но и наборные, а скорости поверхностей валов делаются разные, чтобы металлический вал подобно бесконечному утюгу скользил по шерстяной поверхности наборного вала; и серебристая отделка, это когда вместо гладкого металлического вала ставят вал с насечкой или гравюрой на поверхности, эта гравюра отпечатывается на ткани, создавая неповторимый эффект в отражательной способности поверхности полотна.

В каландре кроме равномерности прижима валов друг к другу по всей ширине ткани важную роль играют ещё два фактора: во-первых, металлический вал должен быть нагрет по всей ширине ткани равномерно, а во-вторых, привод машины должен обеспечивать возможность вращения этого вала со скольжением относительно наборных валов, регулируемым в зависимости от ткани, причём надёжно и без разрушений деталей.

Это весьма непростые задачи. Достаточно сказать, что первая из них наконец-то только что решена, а вторая, увы, пока нет.

Нагреть вал диаметром двести миллиметров и длиной два с лишним метра, бешено вращающийся и огибаемый весьма теплоёмкой тканью, необычайно трудно, Да и допускаемое отклонение от номинальной температуры не должно превышать одного градуса! Нужен такой теплоноситель, который в единице своего объёма содержал бы просто фантастическое количество тепла и обладал бы колоссальной подвижностью.

За историю развития каландров что только не пробовали пропускать через внутреннюю полость металлического вала! Долгое время выпускали машины с обогревом вала паром от фабричной магистрали. Но давление его не велико, поэтому температура вала была не выше 120 градусов, что не давало возможности получить качественную отделку ткани.

Устраивали циркуляцию через вал нагретого металла, органического растворителя, насыщенных солевых растворов, - но они не обладали требуемой теплоёмкостью и не давали равномерного нагрева. Встраивали в вал электронагреватели, электролизную ванну, но результат был тот же: температура какая хочешь, а равномерности никакой.
Причём,  как только пустишь ткань, картина распределения температуры по валу резко менялась.

Много неудач и заблуждений пришлось преодолеть, пока нужный теплоноситель не был найден. Им оказался водяной насыщенный пар под давлением в 25-30 раз выше атмосферного. Такой пар обладает необходимой подвижностью, а каждый килограмм его несёт в себе в виде скрытой теплоты парообразования почти семьсот килокалорий! Равного ему теплоносителя в природе нет. До требуемой температуры 200 градусов такой пар может мгновенно согреть втрое большее, нежели он сам, количество воды (при соответствующем давлении, конечно).

Но, если получить пар необычайно просто: ставь маленький электрический котелок рядом с каландром, и получай сколько душе угодно, - то подать его внутрь вращающегося с огромной скоростью вала, да ещё и отвести оттуда конденсат отработанного пара - это проблема ещё та. На неподвижном валу всё решается просто, а тут никак.  Ненадёжное уплотнение ввода пара в вал и отвода конденсата при таких давлениях может стать источником смертельной опасности для людей. И многие годы ушли на то, чтобы создать такое уплотнение,  которое ни у одного инспектора по охране труда не может вызвать опасений.

С приводом валов дело сложнее. Сначала просто соединяли все валы шестернями так, чтобы соотношение между числами зубьев шестерён не было пропорционально соотношениям диаметров валов. Конечно, никакого регулирования с целью установления оптимального скольжения при этом нет. Но хоть так-то бы работало! Нет же, эти шестерни ломало так, как будто они передавали мощность в пять раз больше мощности, потребляемой всем каландром от электродвигателя! Не один десяток лет прошел, пока не поняли, что так оно и есть, больше-таки мощность.

Специалисты других отраслей скажут, чего же тут думать было, всё это сейчас хорошо «разжёвано» в литературе! Но не надо забывать, что это только сейчас. А чтобы эта литература появилась, нужны были огорчения и разочарования, потери и находки не только автомобилистов, тракторостроителей,  но и машиностроителей-отделочников, внёсших свой посильный вклад в теорию так называемой «циркулирующей мощности».

Оказывается, если в машине имеется кинематически замкнутый контур, мощность, циркулирующая в этом контуре может быть очень большой, несмотря на то, что вся машина имеет незначительную потребляемую мощность.

Например, у каландра потребляемая мощность равна всего восьми киловаттам, а в контуре привода глажения «ходят» тридцать шесть киловатт!

Разработка теории позволила правильно рассчитать шестерни.  Механизм стал работать надёжно.
Но регулировать скольжение на шестернях нельзя, числа зубьев у них постоянные, а вариаторов, не обладающих собственной погрешностью, на такие мощности нет. Как при помощи простого и малогабаритного механизма регулировать скольжение между валами отделочного каландра? Может, подскажет кто-то из вас, уважаемые читатели?

Однако, в практике отделочных фабрик применяются не только процессы, каким-то образом изменяющие предмет обработки - ткань, но и такие,  которые на свойства ткани не влияют вовсе. Это операции браковки.  Применяемые для этой цели контрольно-мерильные машины осуществляют автоматизированный контроль качества ткани, прошедшей цикл отделки.

Раньше для определения качества готовой ткани, вырезания брачных кусков, которые должны направляться на исправление брака, если это возможно, или переводиться в пониженный сорт, применялась ручная браковка. Браковщица раскладывала ткань на столе, определяла на глаз её качество, промеривала деревянным метром и разделяла бесконечное полотно ткани на куски.

Ручная браковка была непроизводительной и тяжёлой работой. Зрение браковщиц быстро утомлялось, качество браковки снижалось, а о том, какое профессиональное заболевание косило браковщиц - и говорить нечего. А браковать надо было миллиарды метров ткани в год!

Появившийся на смену этому дедовскому способу механизированный способ контролирования и измерения несколько облегчил труд. Стали выпускаться контрольно-мерильные машины, у которых ткань уже стала перемещаться двигателем, а измерение длины ткани велось специальным механизмом, состоящий из ролика, огибаемого тканью, и счётчика числа оборотов этого ролика.

Расчёт простой: ролик вращается от ткани, число его оборотов пропорционально длине прошедшей по ролику ткани. Следовательно, проградуируй счётчик оборотов в метрах - и меряй на здоровье.

Но не тут-то было. Когда такими машинами оснастили всю отрасль,  вдруг стали твориться неожиданные и необъяснимые казусы. Промеряют ткань на фабрике, упакуют и отправят в торговую сеть или на швейную фабрику, а оттуда шлют рекламацию, что ткани в кусках меньше, чем обозначено на ярлыке. Например, только хлопчатобумажная фабрика «Большая Ивановская мануфактура» (БИМ) в 1966 году по внутрикусковой недостаче получила 839 рекламаций, и вынуждена была заплатить штраф почти двадцать пять тысяч рублей. А ведь такие же рекламации поступали и на предприятия,  выпускающие очень дорогие ткани, например, натуральный шёлк или тонкие шерстяные костюмные ткани. Можно себе представить суммы ежегодных штрафов, которые выплачивали они.
 
В чём же было дело? А просто-напросто в невнимательном отношении к науке - физике твёрдого тела.

Поглядим пристальнее на ролик, вращающийся вместе с огибающей его тканью. Ролик сделал один оборот. Сколько при этом ткани прошло по нему? «Пи», умноженное на диаметр ролика? Неверно! В этом-то и скрывалась ошибка.  Ткань, огибая ролик, изгибается. При этом соблюдаются все законы сопромата: средняя линия в длине не меняется, в то время как внутренние волокна сжаты, а наружные растянуты.
Значит, с поверхностью ролика контактируют сжатые волокна ткани!

Вот потому показания счётчика не совпадают с измерением ткани деревянным метрам на столе.
Что делать? Брать поправку на половину толщины ткани, и вычислять длину ткани за один оборот ролика как произведение «Пи» на диаметр ролика плюс толщина ткани? Но ведь что ни ткань, то своя толщина. Более того, одна и та же ткань, обработанная чуть-чуть по-другому, например, сильнее «укатанная» на каландре, уже имеет другую толщину. Толщина ткани меняется непрерывно и даже мизерное пренебрежение этим изменением при огромных объёмах производства выливается в тысячи метров. А по стране ошибка в измерении всего на один процент - это более ста миллионов метров ткани, где-то «плавающий» и не учтённой! Вот было раздолье для жуликов!

И никакой инспектор ОБХСС их поймать не мог: эти миллионы то ли существовали, то ли нет, куда захочешь - туда их и определишь.

Все понимали, что дальше так продолжаться не может, но сделать ничего не могли. Рекламации на «недовложения» продолжались,  а проверить их истинность не представлялось возможным. Фабрики безмолвно оплачивали вероятные хищения ткани на базах и у потребителя.

Положение изменилось с изобретением нового механизма измерения длины ткани. Действие его очень просто. Его может любой из вас приспособить для измерения длины любых длинномерных изделий на вашем производстве: бумаги, фибры, канатов, корда, и тому подобное. Ткань измеряется не одним, а сразу двумя роликами, на одном из которых ткань изгибается в одну, а на другом в другую сторону!!
 
Счётчик же снабжён дифференциалом, суммирующим числа оборотов обоих роликов. Погрешность измерения при этом уменьшается до 0,2 процента! Правда, от более чем 10 миллиардов метров, вырабатываемых в стране в год, это составляет, все равно,  немалую величину - более двух миллионов метров, но всё же не сотни миллионов!

Вследствие повышения точности измерения ткани на фабрике отпала необходимость держать в швейной промышленности и в торговле целый штат людей, только тем и занятых, что бесконечно перемеривали ткани. Кроме того, сократились командировки представителей фабрик по претензиям заказчиков. В результате каждая новая контрольно-мерильная машина в год экономит 700 рублей.

Правда, сейчас этот новый принцип измерения длины ткани заменяется новейшим. Ничто не стоит на месте. И вот парадокс, «на новом витке» развития от измерения двумя роликами с различным но знаку изгибом ткани на них отказались!

Все совершилось буквально пока готовилась эта книга, никак не предугадать путей развития техники! Вот вам и пример относительности ценности любой технической идеи. Что сегодня верх совершенства – завтра, глядишь, ничего не стоит.

Дело в том,  что для замера двумя роликами требуется,  чтобы эти ролики приводила в движение сама ткань, а как быть с легко растяжимыми трикотажными полотнами и легкими тканями? Ведь меряя так, их неизбежно вытянешь!

И вот новейшая контрольно-мерильная машина уже строится по принципу «активных роликов». Не ткань ведёт ролики, а наоборот, ролики ведут ткань. Первый по ходу ткани ролик имеет опережение по скорости на 5-6%, чтобы устранить влияние колебаний натяжения ткани на входе, а все последующие (а их четыре) приводятся так, что каждый последующий опережает предыдущего на 0,2-0,5%, чтобы ткань на этих роликах была слегка, но с гарантией натянута, По такой системе без осложнений идут самые чувствительные полотна. Счет метрам прошедшего через систему полотна производят так: считают число оборотов второго или третьего по ходу ткани ролика, но не просто так, а через механизм тонкой коррекции, позволяющий менять передаточное отношение от ролика к счётчику.
 
Здесь уже влияние толщины ткани не исключишь - ведь скорости роликов заданы произвольно. Требуется предварительно для каждого артикула ткани находить своё положение переключателя механизма коррекции. Новая система опять обрела свойство «грешить». Как совместить достоинства обеих систем? Может, это будет сделано на очередном витке развития, а пока только увеличивают диаметр роликов: ведь на фабриках не любят перенастраивать машины.

Но, несмотря на то, что одна из технологических операций контроля решена, сама-то браковка осталась «на глазок». И на новой элегантной машине по-прежнему имеется просмотревшей стол,  по которому движется ткань, и который требует безотрывного взгляда работницы. Хоть стол теперь и удобно установлен (эргономисты старались), и изнутри подсвечен люминесцентными лампами, опять же мягкий свет сверху, - но всё же требуются глаза и опыт. Опытная браковщица различает такой малозаметный брак, которого мы, простые смертные, не увидим, хоть гляди на него всю жизнь. От «верного глаза» зависит успех работы. Человек незаменим….

А так ли это? Неужели тут никак техника не потеснит нашу монополию? Разберёмся, чем же мы всё же лучше машины. Ещё Норберт Винер, отец кибернетики, говорил: «Главное из преимуществ мозга перед машиной - способность оперировать с нечётко очерченными понятиями. Наш мозг свободно воспринимает стихи, романсы, картины, содержание которых любая вычислительная машина должна была бы отбросить как нечто аморфное».

И это справедливо. Хотя так ли уж требует неконкретного мышления браковка ткани? Ткань - не совсем картина, хотя порой весьма художественно выполнена. Ведь все виды брака могут быть разложены на в общем-то стандартные составляющие: перекосы структуры,  изменение оттенка окраски, ткацкие и прядильные пороки вроде узлов на нитях, всевозможные масляные и грязные пятна и тому подобное. А эти виды пороков,  каждый по отдельности могут регистрироваться автоматом, который в случае наличия того или иного порока маркирует ткань в этом месте. Браковка станет объективной, не будут портить глаза тысячи работниц, и последний бастион человеческой незаменимости в отделочном производстве падёт.

Хотя проблема создания «автоматического контролёра» очень сложна, но такие машины уже начали появляться на мировом рынке.  «Когда ничто не даёт должного эффекта, значит, вам нужен лазер!», - утверждает журнал «Изобретатель и рационализатор». И, заметьте, не без основания.  «Чутьё» лазера выше, чем у ищейки, ни одна нерегулярность в каком-либо свойстве объекта от него не укроется. Утверждают,  что даже изменение всего в три молекулы им может быть зарегистрировано.

Этим свойством лазера и воспользовались американские инженеры, создавшие автоматическую контрольно-мерильную машину. В системе, использующей три лазера, каждый длиной 560 мм, контролируется ткань, непрерывно движущаяся с огромной скоростью - 229 м/мин.  Лазерный луч направляется на 18-гранную зеркальную поверхность,  вращающуюся с угловой частотой 3600 рад/мин» (около 600 оборотов в минуту), и луч появляется на ткани в виде непрерывной красной линии. При обнаружении дефекта происходит маркировка черной краской условного знака на кромке ткани. Счётчик регистрирует тип дефекта и его место на рулоне ткани, а оператор исправляет дефект если это возможно.

Автоматическая контрольно-мерильная машина имеет электронный «мозг» - миникомпьютер, который воспринимает информацию от лазера, сравнивает со стандартом и принимает решение о соответствии данного участка ткани допустимым нормам.

Такой автомат улавливает почти два десятка различных пороков ткани, причем улавливаются все дефекты размером не менее 0,013 миллиметра! Где уж тут угнаться за электронным браковщиком «намётанному глазу». Глазу оператора остается смотреть на экран дисплея, где память компьютера приводит все характеристики ткани: виды брака, их местоположение, сортность ткани, если брак не вырезать, и если его всё же вырезать.  Нажал кнопку - и копия таблицы с экрана выводится,  уже отпечатанная на картонной карточке. Вложил в рулон ткани эту карточку - и вся браковка.

Сейчас такие машины проектируют на рабочие скорости до 800 м/мин. Это стало возможно благодаря применению голографии.  Правда, дороговаты пока автоматические контролёры: по 250000 долларов каждый (для сравнения- обычная контрольно-мерильная машина стоит всего три тысячи рублей), Но ведь глаза работниц в рублях-долларах не оценишь. И, несомненно, лазеры, компьютеры и голография всё же со временем вытеснят человека с «намётанным» воспалённым глазом из браковочного цеха.

Не обходится дело,  правда,  без курьезов.  Конечно,  фирма «Форд Аэроспейс», создавшая «электронного браковщика» попутно,  работая по программе НАСА, фирма солидная, но, оказывается,  работы в этом же направлении велись и у нас. 

Вот старый журнал попался,  за 1976-й год. Средней величины статья. На мелованной бумаге речь идёт об…. «электронной браковщике». Оказывается, корреспондент тогда видел машину в работе, пощёлкал фотокамерой со всех сторон, поговорил с авторами о технических подробностях.

И вот, вкратце, что там написано (простите за разухабистый стиль в начале):
«В тесноте производственных помещений стояло что-то вроде пианино, помесь с телевизором. Эту штуку заряжали тканью, как фотоаппарат плёнкой, включали, и рулон, быстро перематываясь, демонстрировал под ярким светом люминесцентной лампы всё богатство узоров и красок.

-Ищем брак: механические дефекты, цветовые и другие.  Несколько в стороне расположились приборы. Из одного рывками выползала лента с одинадцатизначными рядами цифр.
Машина называется системой контроля ткани. Она записывает анкетные данные проверяемого материала.
 
Проблема «точного аршина» давняя... Вначале решили заменить механические устройства электростатическими и тем избавили контроль от погрешностей и прочих неудобств старых способов. Измеряемое полотно транспортируется барабаном, как бы разрезанным перпендикулярно оси. Между половинками на той оси свободно вращается измерительный ролик. На его и на ткань подаются разноимённые электрические заряды, вырабатываемые генератором высокого напряжения. Полотно, надёжно «приклеенное» к ролику зарядами разных знаков, не проскальзывает ни на миллиметр. На сбегающей стороне полотну сообщается заряд, нейтрализующий первый, и ткань «отлипает».

Точность измерения высока потому, что зависит лишь от диэлектрической проницаемости и толщины ткани (подчёркнуто нами, - не додумались всё же до замера двумя роликами, чтобы толщина ткани исключалась!).  При переходе на ткань другого сорта можно сделать соответствующую переналадку».

Так или иначе, «автоматические браковщики» будут, от этого никуда не уйти.

Интересны также машины для «питания» технологических машин и поточных линий тканью. Ведь для того, чтобы самая «космическая» линия могла работать, в неё непрерывно надо подавать полотно ткани, а после обработки непрерывно отбирать.

Ткань - тело, как говорится, длинномерное. Она легко изгибается, легко сжимается, - вернее, нагрузки продольного сжатия совсем не терпит, зато сопротивляется растяжению. Эти свойства и определяют принцип «питающих» машин.

Это накатные и раскатные машины. Они накатывают полотно в рулон и раскатывают этот рулон,  образуя вновь бесконечное полотно.

Раньше, когда скорости отделочных машин были невелики, хватало рулона диаметром до одного метра. В таком рулоне умещалось не более трёх тысяч метров ткани, и это всех устраивало.
Такие рулоны раскатывались перед поточной линией, причём между рулоном и линией устанавливался накопитель ткани, чаще всего в виде простого лотка, в котором ткань укладывалась складками. Когда рулон кончался, устанавливали следующий, подшивали его начало к концу предыдущего, а линия в это время выбирала ткань из накопителя. Процесс примитивный.

А вот выборка ткани, намотка её в рулон на выходе линии, куда интереснее. Различают два способа намотки: осевой, когда ткань не терпит давления на свою поверхность (например, креповая ткань), и приходится приводить во вращение ось, на которую наматывают ткань; и периферический, когда на ткань давить можно, и рулон наматывается, прижимаясь к равномерно вращающемуся вспомогательному валу. 

Осевые накатные машины редки, так как тканей, не терпящих прикосновения, мало, а сами машины дороги из-за того, что линия-то ведь работает на постоянной скорости и, следовательно, ткань на рулон поступает равномерно, следовательно, угловая скорость рулона из-за этого должна по мере намотки падать, что требует сложной схемы привода.
 
Периферические машины проще и дешевле: в них не требуется регулирование скорости по мере намотки, так как во вращение приводится не ось рулона, а валик, прижимающийся к периферии рулона и приводящий последний во вращение фрикционно.

Пока рулоны были маленькие - проблем с их наматыванием не было. На осевых машинах следили, чтобы натяжение ткани перед рулоном поддерживалось постоянным, а на периферических кроме того делали так, чтобы рулон лежал на приводном валике и прижимался собственным весом. Но скорости машин растут, и трёх тысяч метров в рулоне стало не хватать: слишком уж частыми стали смены рулона, рабочему никак не отойти, работа у раскатки и у накатки стала тяжёлой. Потому увеличили диаметр рулона вдвое, до двух метров, что дало возможность разместить в нём вчетверо больше ткани - до двенадцати тысяч метров.

И тут началось непредвиденное. Наматывать большой рулон на машинах старой конструкции оказалось невозможно. Вроде бы всё работало нормально, рулон вращался, ткань на него наматывалась, а готовый рулон получайся брачный. В его середине ткань комкалась, приобретая заломы и складки, которые трудно, а подчас совсем невозможно расправить при последующих обработках. А как быть, когда эта линия последняя, и после неё - только браковка? Тогда заломы так и останутся на ткани.
 
Стали разбираться, в чём же дело, и выяснили следующее. В рулоне каждый последующий виток ткани давит на предыдущие, снижая натяжение ткани в них. Пока рулон был невелик, это было не столь заметно, а в большом рулоне витков стало вдвое больше, и внутренние витки стали уже не растянутыми, а сжатыми. Но ткань продольному сжатию совсем не сопротивляется, поэтому внутренние витки, как только натяжение в них вследствие давления наружных витков становилось отрицательным, теряли устойчивость и сминались, по той же схеме, что и медный вакуумный сосуд Герике.
 
Как избежать этого явления? Или большие рулоны нельзя использовать в принципе? А если наматывать по-другому? Ведь раньше заботились о том, чтобы только натяжение ткани перед входом на рулон было постоянным. А натяжение в витках рулона при этом получалось разным: в центре меньше, к периферии больше.

Что если сделать обратное: при осевой намотке следить за постоянством натяжения внутри рулона, а на входе что получится? Будет образовываться равноплотный рулон, у которого натяжение ткани во всех витках одинаково! Натяжение перед рулоном при этом следует уменьшать с ростом диаметра, причём весьма значительно: если натяжение ткани в начале намотки равно 50 килограммам, то в конце должно быть не больше 2 килограммов. Неудобно?
Действительно.  Намотка рулонов большого диаметра осевым способом, если вспомнить, что осевые машины вообще сложны и дороги, дополнительно усложняется.
 
А вот периферические машины могут быть построены весьма эффективно. Дело в том, что входное натяжение ткани при^периферическом способе намотки не играет сколь либо значительной роли в деле формирования натяжения в витках рулона. Там первую скрипку играет сила прижима рулона к вращающемуся валику. Работает так называемый эффект укатки.

Если вспомнить наши рассуждения по поводу контакта прижатых друг к кругу отжимных валов, то там мы отмечали появление в зоне контакта растягивающего усилия. Оно же возникает и при контакте валика с рулоном. Но если при отжиме растягивающее усилие никакой «положительной функции» не несёт, то при намотке совсем наоборот, функция эта изрядна и весьма.

При вращении контактирующей пары валик-рулон вследствие упругого гистерезиса равнодействующая растягивающих усилий в зоне контакта рулона с роликом не будет равна нулю, как в статике, и будет направлена в ту же сторону, что и входное натяжение ткани, то есть будет «работать» так же, как и последнее.

Иными словами, изменение растягивающего усилия при периферической намотке рулона ткани эквивалентно изменению входного натяжения при осевой намотке, причём безразлично, что вращать, валик или ось рулона. А растягивающим усилием можно управлять, изменяя, а точнее,  уменьшая силу прижима валика к рулону по мере намотки.

Это, согласитесь, куда проще, чем менять входное натяжение. Но, если с ростом диаметра наматываемого рулона сила прижима к нему валика должна уменьшаться, схема машины кардинально изменилась. Ведь если в схеме старой машины рулон прижимался к валику собственным весом, который с ростом диаметра растёт, эта схема вообще не пригодна. Нужен обратный закон изменения силы прижима.

Поэтому в машине для больших рулонов ось рулона выполнена жёстко закреплённой в подшипниках на передвижной тележке, фиксируемой при намотке прочно, а валик, контактирующий с периферией рулона, установлен на поворотных рычагах, снабжённых пневмоцилиндрами для прижима валика к рулону. Изменяя давление воздуха в этих пневмоцилиндрах, и осуществляют равноплотную намотку рулона.

Всё вроде бы решено. Но - вот беда, в каждом конкретном случае закон уменьшения силы прижима свой. Как при этом сделать машину простой и надёжной? Да, накатная машина для рулонов большого диаметра ещё ждёт своего изобретателя.
 
...... Мы с Вами вышли из цеха, где ткань не обрабатывают ни химией, ни каким-либо экзотическим средством. Это было королевство чистой механики.

Теперь вслед за тканью, отжатой механически от избытка влаги, пройдём туда, где царит суровая Сахара с её палящим солнцем, от которого некуда укрыться, с бурными ветрами, иссушающими всё на своём пути. Посетим душное марево амазонских джунглей. Царство тепла, сухости и пара:
\
..... И кругозор сияющий затмился
Угрюмой и тяжёлой пеленой.
Стеснённый пара волнами седыми,
Я в сумрак погружался вместе с ними....

Гёте. «Фауст». Посвящение