本发明属于纺纱领域，涉及一种基于开松强度的梳棉自调匀整方法及其装置。
背景技术
在传统的梳棉机中，纤维经给棉装置喂入和梳理件的反复梳理后形成生条，其中，在梳棉的过程中，纤维在梳棉机通道内的断面粗细不匀，这种包含着各种形式的不匀，波形复杂且可能会导致梳理过程中的不均匀梳理，从而导致产品梳理质量的不稳定，此外，如果对其间的纤维不匀不加控制，也会导致生条定量波动，进而导致其后各项工序的负担，最后，这些不匀都将出现在成纱中，且不匀的最初长度都将随着各工序的牵伸倍数而放大，因此会使得最终生成的纱线的强力低，断头率高，均匀度差，品质下降。
常用的梳棉自调匀整方法主要包括开环、闭环和混合环自调匀整，主要如下：
1)开环：如图1所示，通过检测条子或棉层的线密度，再控制喂入速度，调整输出条子的线密度，该方法针对性强，对短片段不匀效果优，但不能对牵伸过程中的不匀进行补偿；
2)闭环：如图2所示，先匀整后检测，但不能匀整波长等于或小于匀整点到检测点距离的不匀波；
3)混合环：开环与闭环兼顾。
上述三种方式的相同点在于，通过检测棉层厚度作为处理信号，所涉及的检测点基本相同，包括给棉罗拉与给棉板之间或凹凸检测罗拉，所涉及的匀整点基本相同，包括给棉罗拉速度或前罗拉速度或输出罗拉或圈条器速度，然而上述匀整方式中，开环匀整只能针对随机不匀进行调节，清除一定范围内的不匀波，即能够调整短片段不匀；闭环匀整只能匀整波长小于或等于两点间距离的不匀波，因此存在匀整死区，主要针对长片段不匀进行调整；混合环匀整中，能够通过开闭环的结合克服上述两种方式的缺点，但是装置复杂，造价昂贵。
因此，研究一种安装简便无需或极少对梳棉机机型结构改变，同时能够克服开环或闭环匀整方式中对匀整片段长度的局限的梳棉自调匀整方法及其装置是目前亟待解决的问题。
技术实现要素：
本发明的目的是克服现有技术中存在的梳棉自调匀整方法对调整长短片段不匀的局限性及混合型自调匀整装置结构复杂的问题，提供一种安装简便且对长短片段的不匀都能进行调整的基于开松强度的梳棉自调匀整方法及其装置。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
基于开松强度的梳棉自调匀整方法，通过开松强度的波动反馈调整相应给棉量，使开松强度保持相对恒定，实现输出纤维均匀度的优化；
所述通过开松强度的波动反馈调整相应给棉量是指先通过开松强度的波动反馈得到给棉罗拉速度的改变量，然后通过给棉罗拉速度的改变量的反馈调整相应给棉量；
所述开松强度的波动是指开松强度的改变量；
所述给棉罗拉速度的改变量的计算公式如下所示：
式中，δvt为给棉罗拉速度的改变量，单位为r/min，δf为开松强度的改变量，单位为n，p为初始参数，取值范围为±0.2n，g为喂入原料的品级值，k为相关系数，单位为min2·n/(r2·mm)，l为纤维长度，单位为mm，vd为道夫的输出速度，单位为r/min。
刺辊开松过程中，表面对棉层传递冲量并克服纤维间摩擦力，产生强相互作用力。棉卷喂入梳棉机时，单位时间内纤维量的波动将影响锯齿因开松纤维而克服的纤维间的相互作用力，以及锯齿与纤维间的相互摩擦力；且刺辊剥取并带动的纤维量也发生改变，刺辊回转受到阻力改变，相应功率也相应发生波动。当棉层中纤维或纤维束含量增多(降低)时，驱动刺辊回转的电机需要提供更多(更少)的冲量并克服更大(更小)摩擦力，因此，当喂入同批次的棉卷时，可以通过检测刺辊开松强度，反映喂入梳棉机的纤维量，以此来调节喂入速度，保证梳棉机输出部位的纤维输出速度。此时，通过本发明方法的调节作用，使刺辊处开松的纤维量趋于一致，纤维量基本不变时，表明单位时间内经过刺辊处开松的的纤维根数不变，因此，纤维开松的程度也就基本一致，输出的纤维在棉结含量、杂质和短绒含量上随时间的变化也能保持相对恒定，因此，实现输出纤维在重量和质量上的相对稳定。
作为优选的技术方案：
如上所述的基于开松强度的梳棉自调匀整方法，所述开松强度的波动是指开松强度在基准值上下的波动，所述基准值为正常负载状态下一段时间内的开松强度平均值，所述开松强度是指纤维在刺辊处开松时受到的作用力，即纤维在梳棉机的刺辊处开松时，横向联系的大的纤维团或纤维块扯被散成小块、小束甚至单纤维的受力。
如上所述的基于开松强度的梳棉自调匀整方法，所述通过给棉罗拉速度的改变量的反馈调整相应给棉量是指通过给棉罗拉速度的改变量的反馈调整相应给棉罗拉速度，具体如下：
当开松强度产生波动时，为使开松强度恒定，给棉速度必须进行调整，例如当开松强度增大时，说明单位时间内开松的纤维量变大，此时应该降低给棉速度，从而使开松区间内的纤维量逐渐回落；
考虑开松过程稳定，调整相应给棉速度为：
vt'＝(vt-δvt)；
式中，vt"为相应给棉罗拉速度，v为调整前的给棉罗拉速度，vt'为理论实时给棉罗拉速度，vt为实际实时给棉罗拉速度，δvt为给棉罗拉速度的改变量，相应给棉罗拉速度、调整前的给棉罗拉速度、理论实时给棉罗拉速度和实际实时给棉罗拉速度的单位均为r/min；m和n为1～10内的正整数，m和n为控制给棉罗拉速度调节其快慢的参数，m和n的取值与喂入原料的品级值有关，喂入原料的品级值g越小(品级值越小，品级越高)，m/n越小：
式中，k1为相关参数，取值范围为0.5～2。
如上所述的基于开松强度的梳棉自调匀整方法，棉卷经过给棉罗拉后首先通过给棉板喂入刺辊，高速回转的刺辊通过表面包覆的金属锯条将给棉板上的纤维剥取走，同时将70～80％纤维束开松成更小的纤维束或单纤维，该过程是梳棉机中唯一一处纤维以握持状态受作用的位置，梳理件与纤维间的强相互作用力，是通过刺辊表面对棉层传递冲量并克服摩擦实现的。对梳棉机而言，在空开车状态时，各部件表面锯条仅受到空气阻力的作用，在喂入纤维后，回转件除需要克服空气阻力外，还受到因开松纤维而克服的纤维间的相互作用力，以及使纤维从非常低速的给棉板上剥离且转变为随之高速运动的状态，这些使机件功率与空车状态时有所不同。当喂入同批次的棉卷时，可以通过检测刺辊驱动电机的功率变化，反映喂入梳棉机的纤维量波动，以此来调节喂入速度，保证梳棉机输出部位的纤维输出速度，因此，所述开松强度的波动通过连续检测刺辊的功率波动获得，其过程具体如下：
功率与开松强度之间的关系满足：
f＝(n－n0)×999.6/vl；
式中，f为实时开松强度，单位为n，n为实时刺辊负荷功率，单位为kw，n0为刺辊空转功率，单位为kw，vl为刺辊表面线速度，单位为m/s；
则根据上述关系可知，开松强度的改变量与刺辊功率改变量之间的对应关系为：
δf＝999.6×δn/vl；
式中，δn为刺辊负荷功率的改变量，单位为kw，n为实时刺辊负荷功率，单位为kw，vl为刺辊表面线速度，单位为m/s，
如上所述的基于开松强度的梳棉自调匀整方法，使开松强度保持相对恒定是指开松强度的波动范围控制在±5％以内。
本发明还提供了一种如上所述的基于开松强度的梳棉自调匀整方法的梳棉自调匀整装置，包括刺辊、道夫、刺辊驱动电机、功率检测装置、模拟/数据转换器芯片、cpu运算处理器、速度调节器、给棉罗拉电机和给棉罗拉；
所述刺辊驱动电机与刺辊连接，所述功率检测装置分别与刺辊驱动电机和模拟/数据转换器芯片通过导线连接，cpu运算处理器分别与模拟/数据转换器芯片和速度调节器通过导线连接，所述速度调节器、给棉罗拉电机和给棉罗拉顺序连接即速度调节器与给棉罗拉电机连接，给棉罗拉电机与给棉罗拉连接。
作为优选的技术方案：
如上所述的基于开松强度的梳棉自调匀整装置，所述功率检测装置为功率检测标准仪或数字功率计，所述速度调节器为变频器。
如上所述的基于开松强度的梳棉自调匀整装置，所述梳棉自调匀整装置还包括锡林、喇叭口和圈条器，所述cpu运算处理器还分别与显示屏和键盘通过导线连接。
本发明通过开松强度的波动反馈调整相应给棉量的具体过程如下所示：
开车前，在空车状态下开车测定刺辊驱动电机空载功率，此外，操作人员输入正常喂棉状态下一段时间的刺辊负荷功率的平均值；
开车后，功率检测装置采集刺辊驱动电机的实时功率，即实时刺辊负荷功率并其转换为电压信号传递给模拟/数据转换器芯片，模拟/数据转换器芯片将电压信号调理转换为可供cpu运算处理器读取的采集数据，cpu运算处理器读取数据且对其进行计算得到实时开松强度并将其显示在显示屏上，同时将实时刺辊负荷功率与刺辊负荷功率的平均值比较并计算得到开松强度的改变量，然后根据得到的开松强度的改变量计算得到给棉速度的改变量从而得到需相应调整的给棉速度信号并将其传递给速度调节器，速度调节器按照该速度调节给棉罗拉的给棉速度，给棉罗拉速度的变化导致梳棉机内纤维量的变化，进而使开松强度保持相对恒定，实现了输出纤维均匀度的优化。
有益效果：
(1)本发明的基于开松强度的梳棉自调匀整方法的装置，无具体测量点，是对刺辊驱动电机的实际功率进行测定和转换，结构简单，安装简便；
(2)本发明的基于开松强度的梳棉自调匀整方法，以开松强度对纤维集合体的均匀度进行表征，相比于传统的利用纤维集合体厚度进行表征方法，其检测点为纤维初次进入开松区间的受力强度，更能直接反应梳棉机内均匀度，同时检测点数据通过电机信号实时获得，反应迅速且误差小；
(3)本发明的基于开松强度的梳棉自调匀整方法，克服了传统开闭环自调匀整装置的对调整片段的长短限制，克服了混合环自调匀整装置的复杂性的缺陷，有极好的推广价值；
(4)本发明的基于开松强度的梳棉自调匀整方法，通过测定刺辊驱动电动机功率来表征开松强度，检测数据是对单位时间内所有进入梳棉机的纤维的开松强度进行检测，对梳棉机运作情况反应更具有代表性。
附图说明
图1为现有技术中梳棉自调匀整的开环方法的流程示意图；
图2为现有技术中梳棉自调匀整的闭环方法的流程示意图；
图3为本发明的基于开松强度的梳棉自调匀整方法的流程示意图。
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
基于开松强度的梳棉自调匀整方法的梳棉自调匀整装置，包括刺辊、道夫、刺辊驱动电机、功率检测装置、模拟/数据转换器芯片、cpu运算处理器、速度调节器、给棉罗拉电机和给棉罗拉；
刺辊驱动电机与刺辊连接，功率检测装置分别与刺辊驱动电机和模拟/数据转换器芯片通过导线连接，cpu运算处理器分别与模拟/数据转换器芯片和变频器通过导线连接，变频器与给棉罗拉电机连接，给棉罗拉电机与给棉罗拉连接，其中，功率检测装置为功率检测标准仪；
梳棉自调匀整装置还包括锡林、喇叭口和圈条器；cpu运算处理器还分别与显示屏和键盘通过导线连接。
利用上述装置的梳棉自调匀整方法，如图3所示，具体如下：
(1)开车前，操作人员通过键盘输入梳棉机在正常负荷状态下一段时间内的刺辊负荷功率的平均值
(2)纤维经给棉罗拉喂入、刺辊开松、锡林梳理、道夫处凝聚、喇叭口处成条和圈条器圈条后完成梳理工艺，梳理时，通过开松强度的波动反馈调整相应给棉量的过程具体为：
(2.1)功率检测标准仪采集刺辊驱动电机的实时功率即实时刺辊负荷功率并其转换为电压信号传递给模拟/数据转换器芯片，模拟/数据转换器芯片将电压信号调理转换为可供cpu运算处理器读取的采集数据；
(2.2)cpu运算处理器读取数据且对其进行计算得到实时开松强度并将其显示在显示屏上，实时开松强度f的计算公式如下所示：
f＝(n－n0)×999.6/vl；
式中，f为实时开松强度，单位为n，n为实时刺辊负荷功率，单位为kw，n0为刺辊空转功率，单位为kw，vl为刺辊表面线速度，单位为m/s，其中，vl为13.92m/s，n为0.593-0.612kw，实时功率在一直变化，本发明通过检测刺辊实时功率的波动进行调节，从而使开松强度保持相对恒定；
同时将实时刺辊负荷功率与刺辊负荷功率的平均值比较并计算得到开松强度的改变量，开松强度的改变量的计算公式如下所示：
δf＝999.6×δn/vl；
式中，δn为刺辊负荷功率的改变量，单位为kw，n为实时刺辊负荷功率，单位为kw，vl为刺辊表面线速度，单位为m/s，
(2.3)cpu运算处理器根据开松强度的改变量计算得到给棉速度的改变量；
给棉罗拉速度的改变量的计算公式如下所示：
式中，δf为开松强度的改变量，单位为n，p为初始参数，p是为降低零漂等因素影响而引入的参数，g为喂入原料的品级值，k为给棉罗拉速度变量与开松强度变量之间的相关系数，k的取值与纤维性能和生条线密度有关，纤维性能越优，生条线密度越大，k取值越大，单位为min2·n/(r2·mm)，l为纤维长度，单位为mm，vd为道夫的输出速度，单位为r/min，其中p为0.01n，g为3，k为0.0024min2·n/(r2·mm)，l为30mm，vd为40r/min；
(2.4))cpu运算处理器通过给棉罗拉速度的改变量的反馈得到相应给棉罗拉速度并将其得到的相应给棉罗拉速度信号传递给变频器，相应给棉罗拉速度的计算公式具体如下：
vt'＝(vt-δvt)；
式中，vt"为相应给棉罗拉速度，v为调整前的给棉罗拉速度，vt'为理论实时给棉罗拉速度，vt为实际实时给棉罗拉速度，δvt为给棉罗拉速度的改变量，相应给棉罗拉速度、调整前的给棉罗拉速度、理论实时给棉罗拉速度、实际实时给棉罗拉速度和给棉罗拉速度的改变量的单位均为r/min；
其中，m为3，n为7，v为50.23-55.17r/min，vt为50.23-55.17r/min；
(2.5)变频器将相应给棉罗拉速度信号传递给给棉罗拉电机，给棉罗拉电机控制给棉罗拉按照相应给棉罗拉速度给棉；
(3)最终统计所有时间的开松强度值，开松值范围为[15.31-16.88]n，与要求开松强度值即基准值16.08n的±5％范围内，实现了输出纤维均匀度的优化。
本发明的基于开松强度的梳棉自调匀整方法及其装置，克服了传统开闭环自调匀整装置的对调整片段的长短限制，克服了混合环自调匀整装置的复杂性的缺陷，相比于传统的利用纤维集合体厚度进行表征方法，其以开松强度对纤维集合体的均匀度进行表征，其检测点为纤维初次进入开松区间的受力强度，更能直接反应梳棉机内均匀度，同时检测点数据通过电机信号实时获得，反应迅速且误差小。
实施例2
基于开松强度的梳棉自调匀整方法的梳棉自调匀整装置，其结构和调整方法同实施例1，不同之处在于，其中，功率检测装置为数字功率计。
本发明的基于开松强度的梳棉自调匀整方法及其装置，克服了传统开闭环自调匀整装置的对调整片段的长短限制，克服了混合环自调匀整装置的复杂性的缺陷，相比于传统的利用纤维集合体厚度进行表征方法，其以开松强度对纤维集合体的均匀度进行表征，其检测点为纤维初次进入开松区间的受力强度，更能直接反应梳棉机内均匀度，同时检测点数据通过电机信号实时获得，反应迅速且误差小。
实施例3
基于开松强度的梳棉自调匀整方法的梳棉自调匀整装置，包括刺辊、道夫、刺辊驱动电机、功率检测装置、模拟/数据转换器芯片、cpu运算处理器、速度调节器、给棉罗拉电机和给棉罗拉；
刺辊驱动电机与刺辊连接，功率检测装置分别与刺辊驱动电机和模拟/数据转换器芯片通过导线连接，cpu运算处理器分别与模拟/数据转换器芯片和变频器通过导线连接，变频器与给棉罗拉电机连接，给棉罗拉电机与给棉罗拉连接，其中，功率检测装置为功率检测标准仪；
梳棉自调匀整装置还包括锡林、喇叭口和圈条器；cpu运算处理器还分别与显示屏和键盘通过导线连接。
利用上述装置的梳棉自调匀整方法，具体如下：
(1)开车前，操作人员通过键盘输入梳棉机在正常负荷状态下一段时间内的刺辊负荷功率的平均值
(2)纤维经给棉罗拉喂入、刺辊开松、锡林梳理、道夫处凝聚、喇叭口处成条和圈条器圈条后完成梳理工艺，梳理时，通过开松强度的波动反馈调整相应给棉量的过程具体为：
(2.1)功率检测标准仪采集刺辊驱动电机的实时功率即实时刺辊负荷功率并其转换为电压信号传递给模拟/数据转换器芯片，模拟/数据转换器芯片将电压信号调理转换为可供cpu运算处理器读取的采集数据；
(2.2)cpu运算处理器读取数据且对其进行计算得到实时开松强度并将其显示在显示屏上，实时开松强度f的计算公式如下所示：
f＝(n－n0)×999.6/vl；
式中，f为实时开松强度，单位为n，n为实时刺辊负荷功率，单位为kw，n0为刺辊空转功率，单位为kw，vl为刺辊表面线速度，单位为m/s，其中vl为14.18m/s，n为0.36-0.40kw；
同时将实时刺辊负荷功率与刺辊负荷功率的平均值比较并计算得到开松强度的改变量，开松强度的改变量的计算公式如下所示：
δf＝999.6×δn/vl；
式中，δn为刺辊负荷功率的改变量，单位为kw，n为实时刺辊负荷功率，单位为kw，vl为刺辊表面线速度，单位为m/s，
(2.3)cpu运算处理器根据开松强度的改变量计算得到给棉速度的改变量；
给棉罗拉速度的改变量的计算公式如下所示：
式中，δf为开松强度的改变量，单位为n，p为初始参数，p是为降低零漂等因素影响而引入的参数，g为喂入原料的品级值，k为给棉罗拉速度变量与开松强度变量之间的相关系数，k的取值与纤维性能和生条线密度有关，纤维性能越优，生条线密度越大，k取值越大，单位为min2·n/(r2·mm)，l为纤维长度，单位为mm，vd为道夫的输出速度，单位为r/min，其中p为0.02n，g为3，k为0.003min2·n/(r2·mm)，l为32mm，vd为44r/min；
(2.4))cpu运算处理器通过给棉罗拉速度的改变量的反馈得到相应给棉罗拉速度并将其得到的相应给棉罗拉速度信号传递给变频器，相应给棉罗拉速度的计算公式具体如下：
vt'＝(vt-δvt)；
式中，vt"为相应给棉罗拉速度，v为调整前的给棉罗拉速度，vt'为理论实时给棉罗拉速度，vt为实际实时给棉罗拉速度，δvt为给棉罗拉速度的改变量，相应给棉罗拉速度、调整前的给棉罗拉速度、理论实时给棉罗拉速度、实际实时给棉罗拉速度和给棉罗拉速度的改变量的单位均为r/min；
其中，m为3，n为7，v为54.49-58.87r/min，vt为54.49-58.87r/min；
(2.5)变频器将相应给棉罗拉速度信号传递给给棉罗拉电机，给棉罗拉电机控制给棉罗拉按照相应给棉罗拉速度给棉；
(3)最终统计所有时间的开松强度值，开松值范围为[25.50-28.14]n，与要求开松强度值26.8n的±5％范围内，实现了输出纤维均匀度的优化。
实施例4
基于开松强度的梳棉自调匀整方法的梳棉自调匀整装置，包括刺辊、道夫、刺辊驱动电机、功率检测装置、模拟/数据转换器芯片、cpu运算处理器、速度调节器、给棉罗拉电机和给棉罗拉；
刺辊驱动电机与刺辊连接，功率检测装置分别与刺辊驱动电机和模拟/数据转换器芯片通过导线连接，cpu运算处理器分别与模拟/数据转换器芯片和变频器通过导线连接，变频器与给棉罗拉电机连接，给棉罗拉电机与给棉罗拉连接，其中，功率检测装置为功率检测标准仪；
梳棉自调匀整装置还包括锡林、喇叭口和圈条器；cpu运算处理器还分别与显示屏和键盘通过导线连接。
利用上述装置的梳棉自调匀整方法，具体如下：
(1)开车前，操作人员通过键盘输入梳棉机在正常负荷状态下一段时间内的刺辊负荷功率的平均值
(2)纤维经给棉罗拉喂入、刺辊开松、锡林梳理、道夫处凝聚、喇叭口处成条和圈条器圈条后完成梳理工艺，梳理时，通过开松强度的波动反馈调整相应给棉量的过程具体为：
(2.1)功率检测标准仪采集刺辊驱动电机的实时功率即实时刺辊负荷功率并其转换为电压信号传递给模拟/数据转换器芯片，模拟/数据转换器芯片将电压信号调理转换为可供cpu运算处理器读取的采集数据；
(2.2)cpu运算处理器读取数据且对其进行计算得到实时开松强度并将其显示在显示屏上，实时开松强度f的计算公式如下所示：
f＝(n－n0)×999.6/vl；
式中，f为实时开松强度，单位为n，n为实时刺辊负荷功率，单位为kw，n0为刺辊空转功率，单位为kw，vl为刺辊表面线速度，单位为m/s，其中vl为14.17m/s，n为0.684-0.714kw；
同时将实时刺辊负荷功率与刺辊负荷功率的平均值比较并计算得到开松强度的改变量，开松强度的改变量的计算公式如下所示：
δf＝999.6×δn/vl；
式中，δn为刺辊负荷功率的改变量，单位为kw，n为实时刺辊负荷功率，单位为kw，vl为刺辊表面线速度，单位为m/s，
(2.3)cpu运算处理器根据开松强度的改变量计算得到给棉速度的改变量；
给棉罗拉速度的改变量的计算公式如下所示：
式中，δf为开松强度的改变量，单位为n，p为初始参数，p是为降低零漂等因素影响而引入的参数，g为喂入原料的品级值，k为给棉罗拉速度变量与开松强度变量之间的相关系数，k的取值与纤维性能和生条线密度有关，纤维性能越优，生条线密度越大，k取值越大，单位为min2·n/(r2·mm)，l为纤维长度，单位为mm，vd为道夫的输出速度，单位为r/min，其中p为0.03n，g为4，k为0.003min2·n/(r2·mm)，l为30mm，vd为45r/min；
(2.4))cpu运算处理器通过给棉罗拉速度的改变量的反馈得到相应给棉罗拉速度并将其得到的相应给棉罗拉速度信号传递给变频器，相应给棉罗拉速度的计算公式具体如下：
vt'＝(vt-δvt)；
式中，vt"为相应给棉罗拉速度，v为调整前的给棉罗拉速度，vt'为理论实时给棉罗拉速度，vt为实际实时给棉罗拉速度，δvt为给棉罗拉速度的改变量，相应给棉罗拉速度、调整前的给棉罗拉速度、理论实时给棉罗拉速度、实际实时给棉罗拉速度和给棉罗拉速度的改变量的单位均为r/min；
其中，m为5，n为5，v为69.73-78.33r/min，vt为69.73-78.33r/min；
(2.5)变频器将相应给棉罗拉速度信号传递给给棉罗拉电机，给棉罗拉电机控制给棉罗拉按照相应给棉罗拉速度给棉；
(3)最终统计所有时间的开松强度值，开松值范围为[17.87-19.70]n，与要求开松强度值18.76n的±5％范围内，实现了输出纤维均匀度的优化。