一种基于牵伸区内纤维分布均衡的自调匀整方法与流程

本发明属纺纱技术领域，涉及一种基于牵伸区内纤维分布均衡的自调匀整方法，特别是涉及一种应用于纺纱工艺的罗拉牵伸过程中的基于牵伸区内纤维分布均衡的自调匀整方法。

背景技术：

自调匀整是一种控制牵伸过程中须条条干不匀的方式，如图1所示，其匀整原理为，当输入须条中的纤维根数发生变化时，需要合理调整罗拉的运转速度，改变牵伸倍数的大小，降低牵伸后输出须条截面内纤维根数的波动。传统的匀整方式，根据输入不匀的变化，不断地调整某对罗拉的运转速度，在牵伸的同时进行匀整控制，其匀整原理如图1所示。其中v1和v2分别为前后罗拉的表面速度，w1和w2分别为输出和输入须条的线密度。

假设δq为牵伸区内须条存量的瞬间变化量，传统匀整方式的牵伸基本方程可以表示为：

w2*v2±δq＝w1*v1；

输入和输出须条的线密度越稳定，须条的牵伸过程越平稳，则δq的数值变化就越小。在理想的牵伸条件下，前后罗拉的运转速度保持不变，且输入须条的线密度恒定，则在单位时间内输入和输出牵伸区的须条重量相等，此时牵伸区内须条的存储量恒定(δq＝0)。在上述理想条件下的牵伸过程为一种稳态的牵伸过程，此时的牵伸倍数即为额定牵伸倍数，可以表示为

但在实际的各道纺纱工序中，由于须条本身的质量问题以及加工过程中所产生附加不匀的存在，须条的线密度不可能恒定不变。如果输入须条的线密度变化为：

w2＝w0+δw；

其中，w0表示输入须条线密度的额定值，δw表示输入须条线密度的偏差值。根据公式，输出须条线密度和输入须条线密度偏差值的关系为：

如果希望保证输出须条的线密度不变提高须条的条干质量，就需要调整前罗拉或后罗拉的运转速度，改变牵伸倍数为：

此公式说明了输入须条线密度的偏差值δw与牵伸倍数e(t)之间的关系，也就是传统匀整方式的自调匀整方程。再根据实际牵伸工序中的机械情况，选择需要调整前罗拉速度或者后罗拉速度，其调速方程分别为：

或

显然，上述这种传统匀整方式仅适用于描述稳态下须条的牵伸过程。因此，传统匀整方式存在着如下几点问题：

首先，该模型忽略了须条在牵伸区内部发生的变化。公式中仅仅考虑了输入须条线密度的偏差值δw对输出须条均匀度的影响，关于须条在牵伸区内的变化情况只提出了须条存量δq的概念。但实际上，须条在通过整个牵伸区的运动过程是十分复杂的，其在牵伸区内变化情况也不是一个单一的过程，因此将牵伸区内部的须条看作是一个整体，且不做任何研究来讨论自调匀整过程是不准确的。

其次，该模型忽略了每根纤维在牵伸过程中的变化。传统匀整模型将须条看作是一个整体，其牵伸基本方程只给出前罗拉或者后罗拉根据输入须条线密度偏差值的变化情况，而不考虑其中每根纤维在牵伸中的运动过程，尤其是当罗拉速度发生改变时对纤维运动的影响。但实际上，在罗拉速度发生变化时，牵伸区内纤维的运动状态一定会发生相应的改变。例如，当前罗拉速度因为输入须条线密度的减小而提高到v时，牵伸区内部一定同时存在着三种速度运动的纤维：1)受前罗拉控制立即发生变速的前纤维，运动速度为v；2)既不受前罗拉控制又不受后罗拉控制，但已经变速了的快速浮游纤维，运动速度为v1；3)还没有变速的慢速纤维，运动速度为v2。因此，罗拉速度的变化对牵伸区内纤维运动状态的影响是明显的，也必然会引起各种类型纤维的分布情况发生变化，从而对输出条干不匀造成影响。

最后，该模型仅仅是一个简单比例的静态控制方程。虽然该匀整方程可以被称作数学模型，但它只是简单地描述了一个稳态牵伸过程，仅采用须条线密度的变化来体现牵伸规律，并没有考虑其他任何的动态过程。例如，由不同类型或性质纤维组成的须条，即使其线密度相同，在经过同样的牵伸工序后，输出须条的线密度也肯定是不同的。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有匀整方式的不足，提供一种基于牵伸区内纤维分布均衡的自调匀整方法，特别是提供一种应用于纺纱工艺的罗拉牵伸过程中的基于牵伸区内纤维分布均衡的自调匀整方法。本发明方案可以用于各种类型或性质组成的须条，进行牵伸过程中的自调匀整。

本发明首先将牵伸区内的纤维按受控制程度，分为前纤维、后纤维和浮游纤维三类，前纤维为被前罗拉所握持的纤维，后纤维为被后罗拉所握持的纤维，浮游纤维为不被罗拉牵伸或者说是控制的处于浮游状态的纤维；然后根据输入不匀大小，同时调节前后罗拉转速，以改变牵伸区内前后纤维的分布情况，维持浮游纤维根数及其分布不变，达到输出须条线密度稳定的目的。

本发明的一种基于牵伸区内纤维分布均衡的自调匀整方法，将牵伸区内的纤维按纤维受罗拉控制情况分为前纤维(m1)、后纤维(m2)和浮游纤维(mf)。则在须条牵伸过程中的某个时刻t，存在于牵伸区内的纤维总根数n(t)可以表示为：

n(t)＝m1(t)+mf(t)+m2(t)；

与传统匀整方式的基本方程相同，出入牵伸区的纤维根数与前后罗拉速度也会存在着如下的等式关系：

m2(t)*v2(t)-m1(t)*v1(t)＝δn(t)；

其中，δn(t)为在牵伸区内须条存量的瞬时变化值。同样，如果希望须条的牵伸过程保持稳定(稳态牵伸)，就需要使牵伸区内的纤维总根数n(t)恒定不变，即δn(t)＝0。

由上可知，牵伸区内纤维总根数的波动值由如下三个部分组成：

δn(t)＝δm1(t)+δmf(t)+δm2(t)；

其中，δm1(t)为前纤维根数的瞬时变化值，δmf(t)为浮游纤维根数的瞬时变化值，δm2(t)为后纤维根数的瞬时变化值。为了使牵伸区内浮游纤维根数以及输出纤维根数稳定，则要保证δmf(t)＝0和δm1(t)＝0。

当输入牵伸区内的纤维根数变化为δm2(t)时，先假设后罗拉速度不变，仅调整前罗拉速度，以改变前纤维的分布形式，弥补牵伸区内纤维总根数的波动。

本发明的一种基于牵伸区内纤维分布均衡的自调匀整方法，通过调整前罗拉与后罗拉的速度实现；

当前t时刻前罗拉的速度v1(t)调整为：

e0为额定牵伸倍数，为初始时刻前后罗拉设定值v1(0)和v2(0)之比，即

调整前罗拉速度，目的是控制前纤维分布形式，来弥补牵伸区内纤维总根数的波动；

当前t时刻后罗拉速度v2(t)调整为：

调整后罗拉速度，以减小输入牵伸区内纤维根数的波动，控制其转化为慢速浮游纤维的比例，使后纤维分布形式稳定，从根本上降低和缓解条干不匀的形成；

其中：

v1(t-1)为(t-1)时刻前罗拉的速度；

v2(t-1)为(t-1)时刻后罗拉的速度；

m1(t-1)为(t-1)时刻牵伸区内前纤维根数；

m2(t-1)为(t-1)时刻牵伸区内后纤维根数；

δm2(t)为t时刻牵伸区内后纤维根数的波动值，δm2(t)＝m2(t)-m2(t-1)，m2(t)为t时刻牵伸区内后纤维根数；

所述自调匀整方法将末道并条工序的输出条干不匀控制在2％以下(正常为2.26％-3.27％左右)，将粗纱工序的输出条干不匀控制在3.5％以下(正常4％-5.2％左右)。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种基于牵伸区内纤维分布均衡的自调匀整方法，所述m1(t-1)的值为依据离散牵伸模型的统计值，离散牵伸模型可以统计某时刻下，牵伸区内各类纤维的纤维根数及其分布情况，因此，只要在自调匀整过程中不断地采用离散牵伸模型，就可以获得每个时刻下，牵伸区内前纤维根数的变化情况。

如上所述的一种基于牵伸区内纤维分布均衡的自调匀整方法，所述m2(t-1)的值为依据离散牵伸模型的统计值，离散牵伸模型可以统计某时刻下，牵伸区内各类纤维的纤维根数及其分布情况，因此，只要在自调匀整过程中不断地采用离散牵伸模型，就可以获得每个时刻下，牵伸区内后纤维根数的变化情况。

如上所述的一种基于牵伸区内纤维分布均衡的自调匀整方法，所述前纤维根数或后纤维根数是指牵伸区内部纤维的数量，前后罗拉均能够变速调整，传统匀整模型中单罗拉变速的情况，只考虑了输入和输出纤维根数的变化情况，未能考虑牵伸区内部纤维分布情况，其匀整方式单一，匀整能力有限，本发明中前后罗拉同时调速匀整，可以增强自调匀整能力，均衡牵伸区内各类纤维的分布情况，将输入不匀消除在牵伸区内；

同等牵伸工艺下，纤维长度越长，须条内纤维间的头端距离越小，牵伸区内各类纤维的根数越少，但纤维的长度不能大于罗拉的握持距离，否则会导致纤维在牵伸过程中被拉断。过小的纤维长度会导致牵伸区内浮游纤维根数过多，不利于对牵伸过程的控制；

同等牵伸工艺下，输入须条线密度越大，输入须条越粗，则牵伸区内各类纤维的根数越多，输入须条线密度增大，若牵伸倍数不变，会导致牵伸区内前后纤维的根数同比例增大，输出须条变粗；

同等牵伸工艺下，牵伸倍数增大，输入须条线密度不变，牵伸区内的后纤维根数不变，但会导致前纤维根数减少，输出须条变细。

如上所述的一种基于牵伸区内纤维分布均衡的自调匀整方法，所述自调匀整方法适用于纺纱工艺中的并条牵伸工序、粗纱牵伸工序或细纱牵伸工序。

如上所述的一种基于牵伸区内纤维分布均衡的自调匀整方法，所述自调匀整方法适用于不同类型或性质的纤维所组成的须条进行牵伸的过程，如涤棉混纺、毛麻混纺等。

如上所述的一种基于牵伸区内纤维分布均衡的自调匀整方法，所述须条是指由纤维按一定规律排列而成的集合体，包括但不限于棉条、纱条、条子和粗纱。

如上所述的一种基于牵伸区内纤维分布均衡的自调匀整方法，所述自调匀整方法适用的初始条干不匀只有由于须条内纤维排列所产生的随机不匀，根据实际纺纱过程中采用的输入须条条干不匀情况，可以在离散牵伸模型中添加输入不匀，来统计牵伸区内各类纤维根数的变化情况。

如上所述的一种基于牵伸区内纤维分布均衡的自调匀整方法，所述自调匀整方法中条干不匀的统计值是指一定须条长度片段内纤维根数的变异系数，根据离散牵伸模型中的统计数据，可给出不同长度片段下的输入和输出条干不匀。

如上所述的一种基于牵伸区内纤维分布均衡的自调匀整方法，所述一定须条长度片段的长度为1cm、1m、5m或10m。

有益效果

将牵伸区内纤维进行分类，细化了输入不匀在牵伸区内的匀整过程，调整前后罗拉速度来均衡牵伸区内各类纤维的分布形式，消除输入纤维根数波动对牵伸区内纤维分布造成的影响，使须条的牵伸自调匀整方式更加合理，对输入不匀的匀整效果更好，输出条干不匀更小，以提高输出须条的条干质量。

附图说明

图1为传统匀整原理示意图；

图2为具体实施例1的输出须条重量波动曲线；

图3为具体实施例2的输出须条重量波动曲线；

图4为具体实施例3的输出须条重量波动曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

本发明实施例选取六根粗纱同时喂入到牵伸区内，其线密度分别为3.96g/5m、3.88g/5m、1.93g/5m、2.59g/5m、3.14g/5m和2.17g/5m。设定牵伸装置的额定牵伸倍数为10倍，额定前后罗拉转速分别为18.60r/min和1.86r/min，则牵伸后输出须条线密度的额定值应该为3.53g/10m。当牵伸过程达到稳定状态时，突然拉断其中线密度为3.96g/5m的粗纱，对前后罗拉的转速做出相应的调整，最后比较输出须条重量的波动情况。具体实现步骤为：

(1)根据试验条件参数，确定匀整方案，模型中，初始前后罗拉速度分别为18.60r/min和1.86r/min，(t-1)时刻，在离散牵伸模型中，统计出后纤维的根数m2(t-1)＝16509，前纤维的根数m1(t-1)＝1652，此时前后罗拉速度分别为v1(t-1)＝18.60r/min和v2(t-1)＝1.86r/min，t时刻，拉断线密度为3.96g/5m的粗纱，再次利用离散牵伸模型，统计牵伸区内后纤维根数变化δm2(t)＝-3700，则可以计算出，此时前后罗拉的速度应该调整为v1(t)＝16.67r/min和v2(t)＝2.15r/min；

(2)将六根粗纱同时喂入牵伸装置，前后罗拉保持额定转速，待牵伸过程稳定后，拉断线密度为3.96g/5m的粗纱，当被拉断粗纱截面到达牵伸区内的须条匀整点处，同时改变前后罗拉转速进行匀整；

(3)对牵伸后获得的须条进行切断称重，将其连续地剪切成40mm长的片段，分别测量每段须条的重量值，统计数据制成输出须条重量波动曲线，如图2所示，从图中可以看出，采用本发明的自调匀整方法匀整须条牵伸过程条干不匀较低，输出须条的整齐度更优。

实施例2

采用矩形波模拟突然的、大幅度的不匀输入情况，矩形波周期为1s，模拟单根输入须条线密度为2.7g/m，六根须条同时输入牵伸区内并合时，突然拉断三根输入须条，对前后罗拉进行调速匀整的过程。在仿真过程中实时统计牵伸区内各类纤维根数的波动情况，根据本发明所述的公式计算前后罗拉的速度变化，其对矩形波输入不匀的匀整效果如图3所示，图中同时给出了匀整前后条干不匀的变化情况(cv值)，从图中可以看出，，采用本发明的自调匀整方法匀整须条牵伸过程条干不匀较低，输出须条的整齐度更优。

实施例3

采用正弦波模拟连续变化的不匀输入情况，其周期为1s，模拟六根须条同时喂入牵伸区内进行并合(单根须条线密度额定值2.7g/m)，其线密度呈正弦周期性波动时，前后罗拉调速匀整的过程。在仿真过程中实时统计牵伸区内各类纤维根数的波动情况，根据本发明所述的公式计算前后罗拉的速度变化，其对矩形波输入不匀的匀整效果如图4所示，图中同时给出了匀整前后条干不匀的变化情况(cv值)，从图中可以看出，采用本发明的自调匀整方法匀整须条牵伸过程条干不匀较低，输出须条的整齐度更优。