交变牵伸五通道纺纱装置及变支变比变捻纱线的纺制方法与流程

本发明涉及纺织工程中纺纱技术领域，尤其是涉及一种交变牵伸五通道纺纱装置及变支变比变捻纱线的纺制方法。

背景技术：

近几年大量涌现的花式纱、色纺纱和竹节纱，这些纱线与传统纱线相比，主要特征是纺纱过程中结构参数发生了动态变化。传统纺纱设备很难适应花式纱、色纺纱和竹节纱的纺纱生产。如何提升纺纱生产的柔性，更好地加工出结构参数动态变化的纱线，实现纺纱的柔性加工已成为改造提升纺纱机的重要课题。

纺纱生产系统的柔性化主要包含三个方面：一是纺纱过程中成型纱线的色彩能否任意变化并生产全色谱混色纱？——需构建纱线色彩调控机理；二是纺纱过程中成型纱线粗细度能否任意变化？——需构建纱线粗细度调控机理；三是纺纱过程中成型纱线的捻度能否随粗细度变化进行调整(捻系数恒定)？—需构建捻度调控机理；四是成型纱线的色彩、粗细度、捻度能否任意变化？——需构建纺纱成型过程中纱线色彩、粗细和捻度的调控机理。解决这些问题，是实现纺纱智能化的关键环节。

现有技术存在的问题总结如下：

1、现有的赛络纺纱技术，不能在线调控成纱线密度、混纺比和捻度；

2、虽然可以改变成纱线密度，但不能精准调控成纱线密度、混纺比和捻度；

3、主要通过调节后罗拉的转速来调控线密度及混纺比，当一个通道的混纺比在75％—100％范围内变化时，另一个通道的混纺比在25％—0％范围内变化，其后区牵伸比(即后罗拉和中罗拉之间的速比)将在1.35—∞范围内变化，由此导致所纺纱线的条干均匀性大为恶化，容易断裂。

在某通道(例如第二通道)混纺比k1＝0％时，其后区牵伸比eh1＝∞，此时该通道后罗拉的速度为零，而中、前罗拉仍保持原有的转速，被中罗拉握持的快速纤维与被后罗拉握持的静止纤维分离形成牵伸奇点，出现在后牵伸区的牵伸奇点是随机分布在中、后罗拉之间的任意一点，该点距离中罗拉钳口距离0≤δ≤lh(lh等于中、后罗拉的隔距)。当下一时刻混纺比由0％开始递增时，被后罗拉握持的粗纱头端必须由奇点位置再次喂入中罗拉钳口才能使后区牵伸发挥作用。由于牵伸奇点距离前罗拉钳口的距离0≤δ≤lh，故粗纱头端被喂入中罗拉钳口的时间就存在不确定因素，如果配合不好，要么产生粗细节，要么导致纺纱断头，使双通道纺纱成为一个不稳定的过程，影响纺纱的可靠性及成纱质量。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种交变牵伸五通道纺纱装置及变支变比变捻纱线的纺制方法，以解决现有技术中存在的至少一个技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种交变牵伸五通道纺纱装置，包括:用于第一组份粗纱通过的第一通道、用于第二组份粗纱通过的第二通道、用于第三组份粗纱通过的第三通道、用于第四组份粗纱通过的第四通道和用于第五组份粗纱通过的第五通道；

所述第一通道上依次设置有第一后罗拉、第一中罗拉和前罗拉，所述第一后罗拉和所述第一中罗拉之间通过第一传动齿轮组连接，第一传动齿轮组用于保持第一中罗拉与第一后罗拉之间的牵引比(线速度比值)恒定且不大于1.4；

所述第二通道上依次设置有第二后罗拉、第二中罗拉和所述前罗拉；所述第二后罗拉和所述第二中罗拉之间通过第二传动齿轮组连接，第二传动齿轮组用于保持第二中罗拉与第二后罗拉之间的牵引比(线速度比值)恒定且不大于1.4；

所述第三通道上依次设置有第三后罗拉、第三中罗拉和所述前罗拉；所述第三后罗拉和所述第三中罗拉之间通过第三传动齿轮组连接，第三传动齿轮组用于保持第三中罗拉与第三后罗拉之间的牵引比(线速度比值)恒定且不大于1.4；

所述第四通道上依次设置有第四后罗拉、第四中罗拉和所述前罗拉；所述第四后罗拉和所述第四中罗拉之间通过第四传动齿轮组连接，第四传动齿轮组用于保持第四中罗拉与第四后罗拉之间的牵引比(线速度比值)恒定且不大于1.4；

所述第五通道上依次设置有第五后罗拉、第五中罗拉和所述前罗拉；所述第五后罗拉和所述第五中罗拉之间通过第五传动齿轮组连接，第五传动齿轮组用于保持第五中罗拉与第五后罗拉之间的牵引比(线速度比值)恒定且不大于1.4；

同一通道的中罗拉和后罗拉相对所述前罗拉同步变速，不同通道的中罗拉和后罗拉相对前罗拉交替变速,前罗拉相对锭子产生速度变化，通过对五组粗纱的交变牵伸和成型纱线的交变加捻，实现成型纱线的支数变化、比例变化和捻度变化。

本发明中，中罗拉和后罗拉之间形成一级牵伸单元(即第一牵伸区或后区)，前罗拉和中罗拉构成二级牵伸单元(即第二牵伸区或前区)，同一通道的中、后罗拉速比恒定且小于1.4，以及相对前罗拉同步变速，不同通道的中、后罗拉相对前罗拉交替变速，实现对三组粗纱的交变牵伸。二级牵伸eq为动态的主牵伸，中罗拉的速度相对前罗拉是变化的。

尤为重要的，一级牵伸为预牵伸，一级牵伸比eh为常数c为定常牵伸，一级牵伸的牵伸比eh＝c≤1.4，可保证粗纱的连续性，在第一牵伸区不会产生牵伸奇点。同时，预牵伸过程可以使粗纱内部纤维伸直张紧和取向，从而做好主牵伸过程中滑移的准备，减少主牵伸过程中的断头率或奇点率。

其中优选地，每个通道中的所述中罗拉上方设置有中上皮辊，所述纺纱装置还包括套在中上皮辊和上销上并与中罗拉保持同步运动的上皮圈、套在中罗拉和下销上并与中罗拉保持同步运动的下皮圈；上皮圈和下皮圈的握持钳口距离前罗拉钳口线的距离小于3mm。

进而使得当五个通道中的一个通道中粗纱的混纺比k＝0％时，该通道粗纱的的二级牵伸比eq＝∞时，该通道粗纱在第二牵伸区形成牵伸奇点，该牵伸奇点与所述前罗拉钳口之间的距离δ≤3mm，当k逐步增大时，随着后罗拉和中罗拉的同步启动，由上、下皮圈握持的须条被瞬时喂入前罗拉钳口进行二级牵伸，故位于二级牵伸区的牵伸奇点不会影响纺纱的稳定性。而现有技术中后罗拉与中罗拉的隔距一般大于25mm，在该第一牵伸区的牵伸奇点位置随机分布在中、后罗拉之间，当牵伸奇点距离中罗拉钳口超过3mm时，牵伸奇点再次被喂入中罗拉钳口的时间就存在不确定因素，如果配合不好，要么产生粗细节，要么导致纺纱断头，使纺纱成为一个不稳定的过程，影响纺纱的可靠性及成纱质量。

进一步地，还包括后罗拉轴和中罗拉轴；在所述后罗拉轴的周向上，所述第一后罗拉相对固定地套装在所述后罗拉轴上，所述第二后罗拉、第三后罗拉、第四后罗拉和第五后罗拉可相对转动地套装在所述后罗拉轴上；

在所述中罗拉轴的周向上，所述第二中罗拉相对固定地套装在所述中罗拉轴上，所述第一中罗拉、所述第三中罗拉、所述第四中罗拉和所述第五中罗拉可相对转动地套装在所述中罗拉轴上；

所述后罗拉轴和所述中罗拉轴用于分别调控所述第一组份粗纱和所述第二组份粗纱的喂入(进给)速度。

进一步地，所述第一传动齿轮组包括依次啮合传动的第一主动齿轮、第一过桥齿轮和第一被动齿轮；第一主动齿轮与所述第一后罗拉同轴心固定连接，所述第一被动齿轮与所述第一中罗拉同轴心固定连接；

所述第二传动齿轮组包括依次啮合传动的第二主动齿轮、第二过桥齿轮和第二被动齿轮；第二主动齿轮与所述第二中罗拉同轴心固定连接，所述第二被动齿轮与所述第二后罗拉同轴心固定连接；

所述第三传动齿轮组包括依次啮合传动的第三主动齿轮、第三过桥齿轮和第三被动齿轮；第三主动齿轮与所述第三中罗拉同轴心固定连接，所述第三被动齿轮与所述第三后罗拉同轴心固定连接；

所述第四传动齿轮组包括依次啮合传动的第四主动齿轮、第四过桥齿轮和第四被动齿轮；第四主动齿轮与所述第四中罗拉同轴心固定连接，所述第四被动齿轮与所述第四后罗拉同轴心固定连接；

所述第五传动齿轮组包括依次啮合传动的第五主动齿轮、第五过桥齿轮和第五被动齿轮；第五主动齿轮与所述第五中罗拉同轴心固定连接，所述第五被动齿轮与所述第五后罗拉同轴心固定连接。

进一步地，还包括第一辅助轴；

在周向上，所述第三过桥齿轮相对固定地套装在所述第一辅助轴上；所述第一过桥齿轮、第二过桥齿轮、第四过桥齿轮和第五过桥齿轮可相对转动地活套在所述第一辅助轴上。

进一步地，还包括分别与所述第一辅助轴平行设置的第二辅助轴和第三辅助轴，第二辅助轴上固定套装有与所述第四过桥齿轮啮合传动的传动齿轮；第三辅助轴上固定套装有与所述第五过桥齿轮啮合传动的传动齿轮。

由此，通过后罗拉轴、中罗拉轴、第一辅助轴、第二辅助轴和第三辅助轴可分别控制第一组份粗纱、第二组份粗纱、第三组份粗纱、第四组份粗纱和第五组份粗纱的喂入速度。

具体而言，所述第一后罗拉、第一中罗拉、第二后罗拉、第二中罗拉、第三后罗拉、第三中罗拉、第四后罗拉、第四中罗拉、第五后罗拉和第五中罗拉均为嵌套式罗拉；第一后罗拉通过键固定套装后罗拉轴上，第二后罗拉、第三后罗拉、第四后罗拉和第五后罗拉可转动地活套在所述后罗拉轴上；

第二中罗拉通过键固定套装中罗拉轴上，第一中罗拉、第三中罗拉、第四中罗拉和第五中罗拉可转动地活套在所述中罗拉轴上；所述第三过桥齿轮通过键固定套装在所述第一辅助轴上；所述第一过桥齿轮、第二过桥齿轮、第四过桥齿轮和第五过桥齿轮可转动地活套在所述第一辅助轴上。

当然，不同通道上的后罗拉和中罗拉的驱动方式不限于上述方式，例如在每个通道上的后罗拉或中罗拉上设置用于皮带传动的皮圈，皮圈通过皮带传动机构与伺服电机连接；或者，每个通道上的后罗拉或中罗拉上分别独立地设置传动齿轮结构，后通过减速机构与伺服电机连接。又如，第一辅助轴、第二辅助轴和第三辅助轴还可同轴心设置，第三过桥齿轮、第四过桥齿轮和第五过桥齿轮分别固定套装在第一辅助轴、第二辅助轴和第三辅助轴上，可分别通过第一辅助轴、第二辅助轴和第三辅助轴直接控制第三组份粗纱、第四组份粗纱和第五组份粗纱的喂入速度。

进一步地，所述第一后罗拉、第一中罗拉、第二后罗拉、第二中罗拉、第三后罗拉、第三中罗拉、第四后罗拉、第四中罗拉以及前罗拉上方分别对应设置有上皮辊，上皮辊与下方的罗拉配合用于夹持住纱线。

进一步地，还包括控制系统和伺服驱动系统；

所述伺服驱动系统包括伺服驱动器和伺服电机；

所述控制系统包括控制器(优选为plc可编程控制器)和转速传感器；

所述控制器依次通过伺服驱动器与所述伺服电机连接；

所述伺服电机包括：用于驱动所述后罗拉轴转动的第一伺服电机、用于驱动所述中罗拉轴转动的第二伺服电机、用于驱动所述第一辅助轴转动的第三伺服电机、用于驱动所述第二辅助轴转动的第四伺服电机、用于驱动所述第三辅助轴转动的第五伺服电机以及用于驱动所述前罗拉转动的前伺服电机；

所述转速传感器包括：用于监测所述后罗拉轴转速的第一传感器、用于监测所述中罗拉轴转速的第二传感器、用于监测所述第一辅助轴转速的第三传感器、用于监测所述第二辅助轴转速的第四传感器、用于监测所述第三辅助轴转速的第五传感器以及用于监测所述前罗拉转速的前传感器。

本发明中的控制器依次通过伺服驱动器与伺服电机控制五个纱线通道上五个组份粗纱的喂入速度，转速传感器实时监测五组粗纱实际喂入速度，并将监测值反馈给控制器，控制器可根据监测值调整五个纱线通道上控制信号的大小。

进一步地，还包括加捻机构，所述加捻机构还包括异型管和网格圈；第一组份粗纱、第二组份粗纱、第三组份粗纱、第四组份粗纱和第五组份粗纱的五根须条经过前罗拉后通过异型管的集聚槽集聚成一根须条，再经环锭加捻、卷绕形成纱线。

进一步地，所述加捻机构包括钢领板和锭子；

控制器通过伺服驱动器以及伺服电机控制所述钢领板转动，控制器通过变频器与交流电机与锭子连接；以及还包括用于监控所述锭子转速的第六传感器。

进一步地，还包括设置在异型管上方的阻捻皮辊；所述前罗拉上方设置有前上皮辊，阻捻皮辊通过第六传动齿轮组跟随着所述前上皮辊同向转动。

进一步地，所述第六传动齿轮组包括依次啮合传动的第六主动齿轮、第六过桥齿轮和第六被动齿轮；第六主动齿轮与所述前上皮辊同轴心固定连接，所述第六被动齿轮与所述阻捻皮辊同轴心固定连接。

其中，所述第六传动齿轮组的传动比为0.741-0.909，进而实现所述阻捻皮辊与前上皮辊之间牵伸倍率为1.1-1.35，通过集聚区的微牵伸倍率提高须条集聚效应，进一步提升纱线内纤维的伸直度和取向度。

另外，控制系统还包括一系列指令和模块化程序。

进一步地，所述控制系统还包括第一比较模块，所述第一比较模块分别与所述第一传感器、第二传感器、第三传感器、第四传感器、第五传感器以及所述控制器连接，所述第一比较模块用于监测所述中罗拉轴、所述后罗拉轴、所述第一辅助轴、所述第二辅助轴和所述第三辅助轴之间转速比，所述控制器根据所述第一比较模块反馈的数值调控所述中罗拉轴、所述后罗拉轴、第一辅助轴、第二辅助轴和第三辅助轴中的一个或若干个的转速，进而调控所述第一组份粗纱、第二组份粗纱、第三组份粗纱、第四组份粗纱和第五组份粗纱的混纺比。

为精确而快速地实现纱线混纺比调控，本发明直接根据第一比较模块反馈的数值进行调控，即使由于各种误差原因导致中罗拉轴、后罗拉轴、第一辅助轴、第二辅助轴或第三辅助轴转速分别超出设定误差范围，只要保证第一比较模块反馈的后罗拉轴、中罗拉轴、第一辅助轴、第二辅助轴和第三辅助轴五者的转速比值(即第一组份粗纱、第二组份粗纱、第三组份粗纱、第四组份粗纱和第五组份粗纱的喂入速度比值)在设定误差范围内，即可继续生产而不需要额外调整后罗拉轴、中罗拉轴、第一辅助轴、第二辅助轴或第三辅助轴的实际转速。相比现有技术，需要同时监控不同通道中的中罗拉和后罗拉等多个参数相比，本发明只需要监控一个参数，放宽了中罗拉和后罗拉调控精度，增加了系统控制的冗余，而突出了不同通道上罗拉转速比值的重要性，控制器处理的工作量大大降低的同时还大大提高了纱线的混纺比控制精度，另外，避免了生产过程中的停机或调整时间，设备的生产效率提高30％以上。

进一步地，所述控制系统还包括第二比较模块，所述第二比较模块分别与所述第一传感器、前传感器和所述控制器连接；

所述第二比较模块用于监测所述后罗拉轴与所述前罗拉之间的转速比，进而监测所述第一组份粗纱的牵伸比，所述控制器根据所述第二比较模块反馈的数值调控所述后罗拉轴或者所述前罗拉转速，进而调控所述第一组份粗纱的牵伸比。

进一步地，所述控制系统还包括第三比较模块，所述第三比较模块分别与所述第二传感器、前传感器和所述控制器连接；

所述第三比较模块用于监测所述中罗拉轴与所述前罗拉之间的转速比，进而监测所述第二组份粗纱的牵伸比，所述控制器根据所述第三比较模块反馈的数值调控所述中罗拉轴或者所述前罗拉转速，进而调控所述第二组份粗纱的牵伸比。

进一步地，所述控制系统还包括第四比较模块，所述第四比较模块分别与所述第三传感器、前传感器和所述控制器连接；

所述第四比较模块用于监测所述第一辅助轴与所述前罗拉之间的转速比，进而监测所述第三组份粗纱的牵伸比，所述控制器根据所述第四比较模块反馈的数值调控所述第一辅助轴或者所述前罗拉转速，进而调控所述第三组份粗纱的牵伸比。

进一步地，所述控制系统还包括第五比较模块，所述第五比较模块分别与所述第四传感器、前传感器和所述控制器连接；

所述第五比较模块用于监测所述第二辅助轴与所述前罗拉之间的转速比，进而监测所述第四组份粗纱的牵伸比，所述控制器根据所述第五比较模块反馈的数值调控所述第二辅助轴或者所述前罗拉转速，进而调控所述第四组份粗纱的牵伸比。

进一步地，所述控制系统还包括第六比较模块，所述第六比较模块分别与所述第五传感器、前传感器和所述控制器连接；

所述第六比较模块用于监测所述第三辅助轴与所述前罗拉之间的转速比，进而监测所述第五组份粗纱的牵伸比，所述控制器根据所述第六比较模块反馈的数值调控所述第三辅助轴或者所述前罗拉转速，进而调控所述第五组份粗纱的牵伸比。

为精确而快速地实现纱线混纺比调控，本发明直接根据第二比较模块反馈的数值对第一组份粗纱的牵伸比进行监控，其中即使由于各种误差原因导致后罗拉轴与前罗拉的转速分别超出设定误差范围，只要保证第二比较模块反馈的后罗拉轴与前罗拉转速比值在设定误差范围内，即可继续生产而不需要额外调整后罗拉轴与前罗拉的实际转速。控制器处理的工作量大大降低的同时还大大提高了纱线的牵伸比以及线密度的控制精度。第三比较模块、第四比较模块、第五比较模块和第六比较模块的作用类似，不再赘述。

其中比较模块可以是现有技术，可以是现有的比较器或者集成比较电路，或者为控制器cup中以软件形式存在的比较模块。

所述传感器形式也很多，例如可以是光电编码器或者霍尔转速传感器等。

采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明提供的一种交变牵伸五通道纺纱装置，构思精巧，大大减少了纱线的断头率或奇点率，牵伸加捻过程更加稳定，大大降低了工人的劳动强度。

另外，依托plc协调控制辅助轴、后罗拉、中罗拉相对前罗拉速度的交互变化，通过对五根粗纱的交变牵伸实现纱线粗细和混纺比在线变化。依托plc协调控制前罗拉与锭子速度交互变化，实现成纱捻度在线变化。由此纺制变支、变比、变捻的纱线。

另外，本发明还公开了一种变支变比变捻纱线的纺制方法，其包括五通道牵伸系统，其中，同一通道的中、后罗拉速比恒定且小于1.4，中、后罗拉相对前罗拉同步变速，前罗拉相对锭子产生速度变化，通过对五组粗纱的交变牵伸和成型纱线的交变加捻，实现成型纱线的支数变化、比例变化和捻度变化。

以下具体介绍本实施中交变式牵伸四通道数控纺纱系统成型纱线的结构参数

设五根粗纱的线密度分别为ρ1、ρ2、ρ3、ρ4、ρ5。在交变式牵伸数控纺纱系统中，前罗拉、中罗拉、后罗拉、第一辅助轴、第二辅助轴及第三辅助轴的速度是时间的函数，分别用vq(t)、vh(t)、vz(t)、vf1(t)、vf2(t)、vf3(t)来表示，所纺纱线的线密度、混纺比及捻度也为时间的函数分别用py(t)、k1(t)、k2(t)、k3(t)、k4(t)、k5(t)、tw(t)表示。

1、各通道喂入粗纱的速度

五个通道对应的五个嵌套后罗拉分别由后罗拉轴、中罗拉轴、第一辅助轴、第二辅助轴及第三辅助轴，且其喂入粗纱的速度分别为：vh(t)、vz(t)/c、vf1(t)、vf2(t)、vf3(t)。

2、各通道牵伸倍数

如图1所示，中第一通道的中罗拉与后罗拉之间、第二通道的中罗拉与后罗拉之间、第三通道的中罗拉与后罗拉之间、第四通道的中罗拉与后罗拉之间以及第五通道的中罗拉与后罗拉之间均由对应的过桥齿轮连接。设第一通道的后区牵伸比、前区牵伸比和总牵伸比分别为：eh1、eq1、e1；第二通道的后区牵伸比、前区牵伸比和总牵伸比分别为：eh2、eq2、e2；第三通道的后区牵伸比、前区牵伸比和总牵伸比分别为：eh3、eq3、e3；第四通道的后区牵伸比、前区牵伸比和总牵伸比分别为：eh4、eq4、e4；第五通道的后区牵伸比、前区牵伸比和总牵伸比分别为：eh5、eq5、e5。

则第一通道的后区牵伸比、前区牵伸比和总牵伸比分别为：

eh1＝vz(t)/vh(t)＝c(1)

eq1＝v(t)q/vz(t)(2)

e1＝vq(t)/vh(t)(3)

式(1)(2)(3)说明，第一通道的后区牵伸倍数式是常数，第一通道的前区牵伸倍数和总牵伸倍数可通过plc调控后罗拉和前罗拉速度实现。

第二通道的后区牵伸比、前区牵伸比和总牵伸比分别为：

eh2＝vz(t)/[vz(t)/c]＝c(4)

eq2＝vq(t)/vz(t)(5)

e2＝c*vq(t)/vz(t)(6)

式(4)(5)(6)说明，第二通道的后区牵伸倍数式是常数，第二通道的前区牵伸倍数和总牵伸倍数可通过plc调控辅助罗拉1和前罗拉速度实现。

第三通道的后区牵伸比、前区牵伸比和总牵伸比分别为：

eh3＝vz(t)/vf1(t)＝c(7)

eq3＝v(t)q/vz(t)(8)

e3＝vq(t)/vf1(t)(9)

式(7)(8)(9)说明，第三通道的后区牵伸倍数式是常数，第三通道的前区牵伸倍数和总牵伸倍数可通过plc调控辅助罗拉2和前罗拉速度实现。

第四通道的后区牵伸比、前区牵伸比和总牵伸比分别为：

eh4＝vz(t)/vf2(t)＝c(10)

eq4＝vq(t)/vz(t)(11)

e4＝vq(t)/vf2(t)(12)

式(10)(11)(12)说明，第四通道的后区牵伸倍数式是常数，第四通道的前区牵伸倍数和总牵伸倍数可通过plc调控中罗拉和前罗拉速度实现。

第五通道的后区牵伸比、前区牵伸比和总牵伸比分别为：

eh5＝vz(t)/vf3(t)＝c(13)

eq5＝vq(t)/vz(t)(14)

e5＝vq(t)/vf3(t)(15)

式(13)(14)(15)说明，第五通道的后区牵伸倍数式是常数，第五通道的前区牵伸倍数和总牵伸倍数可通过plc调控中罗拉和前罗拉速度实现。

3、所纺纱线的混纺比

五个通道输入粗纱纤维在纱线中的混纺比分别为：

4、所纺纱线的线密度为：

5、所纺纱线的捻度：

设锭子转速为ns，纱管卷绕半径为dx，则环锭加捻形成的纱线捻度为：

tw(t)＝(ns/vq-1/πdx)≈ns/vq(22)

由上述分析可知，通过plc控制后罗拉轴、中罗拉轴、第一辅助轴、第二辅助轴、第三辅助轴、前罗拉及锭子的速度，就可以调控纺纱的线密度ρy(t)、混纺比k1(t)、k2(t)、k3(t)、k4(t)、k5(t)及捻度tw(t)，使其按照设定的规律变化，实现对所纺纱线结构参数的调控。

纺纱时，当成型纱线的支数、混纺比及捻度都随时间在线变化，就形成了变支、变比、变捻的纱线。设牵伸罗拉和锭子的转速分别为vf1(t)、vf2(t)、vf3(t)、vh(t)、vz(t)、vq(t)、ns(t)，所纺纱线的线密度、混纺比、捻度也为时间的函数可表达为ρy(t)、k1(t)、k2(t)、k3(t)、k4(t)、k5(t)、tw(t)。如果已知纱线上某点p的ρy(tp)、k1(tp)、k2(tp)、k3(tp)、k4(tp)、k5(tp)、tw(tp)带入式(16)-(22)可得后罗拉、第一辅助轴、第二辅助轴、第三辅助轴及中罗拉在对应时刻的速度及此时所纺纱线的结构参数如下：

由此可知，通过plc控制第一辅助轴、第二辅助轴、第三辅助轴、后罗拉轴、中罗拉轴、前罗拉轴及锭子的速度vf1(t)、vf2(t)、vf3(t)、vh(t)、vz(t)、vq(t)、ns(t)，即可实现在线控制成型纱线的线密度ρy(tp)、混纺比k1(tp)、k2(tp)、k3(tp)、k4(tp)、k5(tp)及捻度ns(t)按照指定规律变化，从而纺制变支、变比、变捻的纱线。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的交变牵伸五通道纺纱装置的示意图；

图2为实施例1中纺纱装置中牵引部分的传动关系示意图；

图3为实施例1中第一至三辅助轴之间的传动关系示意图；

图4为本发明实施例1提供的交变牵伸五通道纺纱装置的侧视图；

图5为本发明实施例1中交变牵伸五通道纺纱装置的电路原理图；

图6为本发明实施例2中纺纱装置比较模块的电路连接图。

附图标记：

y1-第一组份粗纱；y2-第二组份粗纱；y3-第三组份粗纱；y4-第四组份粗纱；y5-第五组份粗纱；41-第一后罗拉；42-第二后罗拉；43-第三后罗拉；44-第四后罗拉；45-第五后罗拉；51-第一过桥齿轮；52-第二过桥齿轮；53-第三过桥齿轮；54-第四过桥齿轮；55-第五过桥齿轮；61-第一中罗拉；62-第二中罗拉；63-第三中罗拉；64-第四中罗拉；65-第五中罗拉；70-前罗拉；4-后罗拉轴；5-第一辅助轴；6-中罗拉轴；7-前罗拉轴；8-异型管；9-第二辅助轴；10-第三辅助轴；94-传动齿轮；105-传动齿轮；411-第一主动齿轮；421-第二被动齿轮；431-第三被动齿轮；441-第四被动齿轮；451-第五被动齿轮；611-第一被动齿轮；621-第二主动齿轮；631-第三主动齿轮；641-第四主动齿轮；651-第五主动齿轮；p4-后上皮辊；p6-中上皮辊；p7-前上皮辊；p8-第六过桥齿轮；p9-阻捻皮辊；q1-上皮圈；q2-下皮圈；x1-上销；x2-下销。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第二”、“第一”、“第一”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1-3所示，本实施例提供的一种交变牵伸五通道纺纱装置，包括:用于第一组份粗纱y1通过的第一通道a1b1c1d1e、用于第二组份粗纱y2通过的第二通道a2b2c2d2e、用于第三组份粗纱y3通过的第三通道a3b3c3d3e和用于第四组份粗纱y4通过的第四通道a4b4c4d4e和用于第五组份粗纱y5通过的第五通道a5b5c5d5e。

第一通道上依次设置有第一后罗拉41、第一中罗拉61和前罗拉70，第一后罗拉41和第一中罗拉61之间通过第一传动齿轮组连接，第一传动齿轮组用于保持第一中罗拉61与第一后罗拉41之间的牵引比(线速度比值)恒定且不大于1.4；其中，第一通道a1b1c1d1e上包括：牵伸区a1b1c1和集聚区c1d1e，依次由第一后罗拉41、第一中罗拉61、前罗拉70、异型管8完成对第一组份粗纱y1的牵伸集聚。

第二通道上依次设置有第二后罗拉42、第二中罗拉62和前罗拉70；第二后罗拉42和第二中罗拉62之间通过第二传动齿轮组连接，第二传动齿轮组用于保持第二中罗拉62与第二后罗拉42之间的牵引比(线速度比值)恒定且不大于1.4；其中，第二通道a2b2c2d2e上包括：牵伸区a2b2c2和集聚区c2d2e，依次由第二后罗拉42、第二中罗拉62、前罗拉70、异型管8完成对第二组份粗纱y2的牵伸集聚。

第三通道上依次设置有第三后罗拉43、第三中罗拉63和前罗拉70；第三后罗拉43和第三中罗拉63之间通过第三传动齿轮组连接，第三传动齿轮组用于保持第三中罗拉63与第三后罗拉43之间的牵引比(线速度比值)恒定且不大于1.4；其中，第三通道a3b3c3d3e上包括：牵伸区a3b3c3和集聚区c3d3e，依次由第三后罗拉43、第三中罗拉63、前罗拉70、异型管8完成对第三组份粗纱y3的牵伸集聚。

第四通道上依次设置有第四后罗拉44、第四中罗拉64和前罗拉70；第四后罗拉44和第四中罗拉64之间通过第四传动齿轮组连接，第四传动齿轮组用于保持第四中罗拉64与第四后罗拉44之间的牵引比(线速度比值)恒定且不大于1.4；其中，第四通道a4b4c4d4e上包括：牵伸区a4b4c4和集聚区c4d4e，依次由第四后罗拉44、第四中罗拉64、前罗拉70、异型管8完成对第四组份粗纱y4的牵伸集聚。

第五通道上依次设置有第五后罗拉45、第五中罗拉65和前罗拉70；第五后罗拉45和第五中罗拉65之间通过第五传动齿轮组连接，第五传动齿轮组用于保持第五中罗拉65与第五后罗拉45之间的牵引比(线速度比值)恒定且不大于1.4；其中，第五通道a5b5c5d5e上包括：牵伸区a5b5c5和集聚区c5d5e，依次由第五后罗拉55、第五中罗拉65、前罗拉70、异型管8完成对第五组份粗纱y5的牵伸集聚。

同一通道的中罗拉和后罗拉相对前罗拉70同步变速，不同通道的中罗拉和后罗拉相对前罗拉70交替变速,前罗拉70相对锭子产生速度变化，通过对五组粗纱的交变牵伸和成型纱线的交变加捻，实现成型纱线的支数变化、比例变化和捻度变化。

一级牵伸为预牵伸，一级牵伸比eh为常数c为定常牵伸，一级牵伸的牵伸比eh＝c≤1.4，可保证粗纱的连续性，在第一牵伸区不会产生牵伸奇点。同时，预牵伸过程可以使粗纱内部纤维伸直张紧和取向，从而做好主牵伸过程中滑移的准备，减少主牵伸过程中的断头率或奇点率。

如图4所示，上皮辊包括：后上皮辊p4、中上皮辊p6和前上皮辊p7。异型管8上方设置有阻捻皮辊p9；前罗拉70上方设置有前上皮辊p7，阻捻皮辊p9通过第六传动齿轮组跟随着前上皮辊p7同向转动。其中，第六传动齿轮组包括依次啮合传动的第六主动齿轮(未示出)、第六过桥齿轮p8和第六被动齿轮(未示出)；第六主动齿轮与前上皮辊同轴心固定连接，第六被动齿轮与阻捻皮辊p9同轴心固定连接。第六传动齿轮组的传动比为0.741-0.909。进而实现阻捻皮辊与前上皮辊之间牵伸倍率为1.1-1.35，通过集聚区的微牵伸倍率提高须条集聚效应，进一步提升纱线内纤维的伸直度和取向度。

如图4所示，每个通道中的中罗拉上方分别设置有一个中上皮辊p6，纺纱装置还包括套在中上皮辊p6和上销x1上并与中罗拉保持同步运动的上皮圈q1、套在中罗拉和下销x2上并与中罗拉保持同步运动的下皮圈q2；上皮圈q1和下皮圈q2的握持钳口距离前罗拉钳口线的距离小于3mm。进而使得当五个通道中的一个通道中粗纱的混纺比k＝0％时，该通道粗纱的的二级牵伸比eq＝∞时，该通道粗纱在第二牵伸区形成牵伸奇点，该牵伸奇点与前罗拉70钳口之间的距离δ≤3mm，当k逐步增大时，随着后罗拉和中罗拉的同步启动，由上、下皮圈握持的须条被瞬时喂入前罗拉70钳口进行二级牵伸，故位于二级牵伸区的牵伸奇点不会影响纺纱的稳定性。

在后罗拉轴4的周向上，第一后罗拉41相对固定地套装在后罗拉轴4上，第二后罗拉42、第三后罗拉43、第四后罗拉44和第五后罗拉45可相对转动地套装在后罗拉轴4上；前罗拉70固定套装在前罗拉轴7上。在中罗拉轴6的周向上，第二中罗拉62相对固定地套装在中罗拉轴6上，第一中罗拉61、第三中罗拉63、第四中罗拉64和第五中罗拉65可相对转动地套装在中罗拉轴6上；后罗拉轴4和中罗拉轴6用于分别调控第一组份粗纱和第二组份粗纱的喂入(进给)速度。

第一传动齿轮组包括依次啮合传动的第一主动齿轮411、第一过桥齿轮51和第一被动齿轮611；第一主动齿轮411与第一后罗拉41同轴心固定连接，第一被动齿轮611与第一中罗拉61同轴心固定连接；第二传动齿轮组包括依次啮合传动的第二主动齿轮621、第二过桥齿轮52和第二被动齿轮421；第二主动齿轮621与第二中罗拉62同轴心固定连接，第二被动齿轮421与第二后罗拉42同轴心固定连接。

第三传动齿轮组包括依次啮合传动的第三主动齿轮431、第三过桥齿轮53和第三被动齿轮631；第三主动齿轮631与第三中罗拉63同轴心固定连接，第三被动齿轮431与第三后罗拉43同轴心固定连接。

第四传动齿轮组包括依次啮合传动的第四主动齿轮641、第四过桥齿轮54和第四被动齿轮441；第四主动齿轮641与第四中罗拉64同轴心固定连接，第四被动齿轮441与第四后罗拉44同轴心固定连接；第五传动齿轮组包括依次啮合传动的第五主动齿轮651、第五过桥齿轮55和第五被动齿轮451；第五主动齿轮651与第五中罗拉65同轴心固定连接，第五被动齿轮451与第五后罗拉45同轴心固定连接。

在周向上，第三过桥齿轮53相对固定地套装在第一辅助轴5上；第一过桥齿轮51、第二过桥齿轮52、第四过桥齿轮54和第五过桥齿轮55可相对转动地活套在第一辅助轴5上。本实施例还包括分别与第一辅助轴5平行设置的第二辅助轴9和第三辅助轴10，第二辅助轴9上固定套装有与第四过桥齿轮54啮合传动的传动齿轮94；第三辅助轴10上固定套装有与第五过桥齿轮55啮合传动的传动齿轮105。由此，通过后罗拉轴4、中罗拉轴6、第一辅助轴5、第二辅助轴9和第三辅助轴10可分别控制第一组份粗纱、第二组份粗纱、第三组份粗纱、第四组份粗纱和第五组份粗纱的喂入速度。

具体而言，上述后罗拉和中罗列均为嵌套式罗拉；第一后罗拉41通过键固定套装后罗拉轴4上；第一后罗拉41上设置有环形滑槽，第四后罗拉44通过轴承可转动地套装在第一后罗拉41的环形滑槽上。第四后罗拉44上同样设置有环形滑槽，第三后罗拉43通过轴承可转动地套装在第四后罗拉44的环形滑槽上。第二后罗拉42通过轴承可转动地活套在后罗拉轴4上；第二后罗拉42上设置有环形滑槽，第五后罗拉45通过轴承可转动地套装在第二后罗拉42的环形滑槽上。

第二中罗拉62通过键固定套装中罗拉轴6上，第二中罗拉62上设置有环形滑槽，第五中罗拉65通过轴承可转动地套装在第二中罗拉62的环形滑槽上。第一中罗拉61通过轴承可转动地活套在中罗拉轴6上；第一中罗拉61上设置有环形滑槽，第四中罗拉64通过轴承可转动地套装在第一中罗拉61的环形滑槽上。第四中罗拉64上同样设置有环形滑槽，第三中罗拉63通过轴承可转动地套装在第四中罗拉64的环形滑槽上。

如图5所示，本实施例还包括控制系统和伺服驱动系统；伺服驱动系统包括伺服驱动器和伺服电机；控制系统包括控制器和转速传感器；控制器依次通过伺服驱动器与伺服电机连接；伺服电机包括：用于驱动后罗拉轴4转动的第一伺服电机、用于驱动中罗拉轴6转动的第二伺服电机、用于驱动第一辅助轴5转动的第三伺服电机、用于驱动第二辅助轴9转动的第四伺服电机、用于驱动第三辅助轴10转动的第五伺服电机以及用于驱动前罗拉70转动的前伺服电机；转速传感器包括：用于监测后罗拉轴4转速的第一传感器、用于监测中罗拉轴6转速的第二传感器、用于监测第一辅助轴5转速的第三传感器、用于监测第二辅助轴9转速的第四传感器、用于监测第三辅助轴10转速的第五传感器以及用于监测前罗拉70转速的前传感器。

本发明中的控制器依次通过伺服驱动器与伺服电机控制五个纱线通道上五个组份粗纱的喂入速度，转速传感器实时监测五组粗纱实际喂入速度，并将监测值反馈给控制器，控制器可根据监测值调整五个纱线通道上控制信号的大小。

加捻机构还括异型管、网格圈、钢领板和锭子；第一组份粗纱、第二组份粗纱、第三组份粗纱、第四组份粗纱和第五组份粗纱的五根须条经过前罗拉70后通过异型管的集聚槽集聚成一根须条，再经环锭加捻、卷绕形成纱线。控制器通过伺服驱动器以及伺服电机控制钢领板转动，控制器通过变频器与交流电机与锭子连接；以及还包括用于监控锭子转速的第六传感器。

另外，控制系统还包括一系列指令和模块化程序。

传感器形式也很多，例如可以是光电编码器或者霍尔转速传感器等。

已知五根粗纱的线密度分别为ρ1、ρ2、ρ3、ρ4、ρ5，要求所纺纱线的线密度、混纺比及捻度随时间变化。设纱线的线密度、混纺比及捻度为时间的变量，分别可用ρy(t)、k1(t)、k2(t)、k3(t)、k4(t)、k5(t)、tw(t)表示。

1、前罗拉速度vq(t)

假定以锭速ns进行纺纱，则根据捻度可得到前罗拉速度为：

vq(t)＝ns/tw(t)(35)

纺纱时锭子转速ns是按照设定规律运行的，不属于调控量。当纱线捻度变化时，可使前罗拉速度满足上式变化以实现捻度的变化。

2、后罗拉速度vh(t)

由已知条件可得到甲通道的总牵伸比为：

则后罗拉速度

vh(t)＝ρy(t)*k1(t)*vq(t)/ρ1(37)

3、中罗拉速度vz(t)

由已知条件可得到第二通道的总牵伸比为：

则中罗拉速度

vz(t)＝c*ρy(t)*k2(t)*vq(t)/ρ2(39)

4、第一辅助轴的速度vf1(t)

由已知条件可得到第三通道的总牵伸比为：

则第一辅助轴的速度

vf1(tp)＝ρy(tp)*k3(tp)*vq(tp)/ρ3(41)

5、第二辅助轴速度vf2(t)

由已知条件可得到第四通道的总牵伸比为：

则第二辅助轴的速度为：

vf2(tp)＝ρy(tp)*k4(tp)*vq(tp)/ρ4(43)

6、第三辅助轴速度vf3(t)

由已知条件可得到第五通道的总牵伸比为：

则第三辅助轴速度为：

vf3(tp)＝ρy(tp)*k5(tp)*vq(tp)/ρ5(45)

上述分析表明，当所纺纱线的ρy(t)、k1(t)、k2(t)、k3(t)、k4(t)、k5(t)、tw(t)均随时间而变化时，通过式(36)-(45)可分别求得对应时刻的前罗拉速度vq(t)、中罗拉速度vz(t)、后罗拉速度vh(t)、第一辅助轴速度vf1(t)、第二辅助轴速度vf2(t)和第三辅助轴速度vf3(t)，由此纺制线密度、混纺比及捻度均变化的纱线，如式下面公式所示。

在本实施例中，由各通道喂入粗纱的纤维种类分别为：棉粗纱、麻粗纱、细羊毛粗纱、绢丝粗纱、黏胶粗纱，各粗纱线密度均为4.5克/10米，各牵伸通道通过过桥齿连接的中、后罗拉的牵伸比c＝1.25，如果纺纱锭速为16000转/分。要求通过原料的配比变化、粗细变化、捻度变化在纱线的不同片段体现出棉型风格、毛型风格、绢丝型风格和化纤型风格等。

在各个时间段纺制如表1中线密度、混纺比和捻度均变化的纱线，如表1所示：

表1.棉型、毛型、麻型、绢型和化纤型纱线的几何规格参数

将表1中各参数带入上述公式中，可得各时段纺制变支、变比、变捻纱线的纺纱工艺参数，如表2所示。

表2.变支、变比、变捻纱线的纺纱工艺参数

通过表2中的纺纱工艺参数和三通道数码环锭细纱机纺制线密度、混纺比及捻度均变化的纱线。通过对所纺纱线进行测试其线密度、混纺比、捻度在纱线上的分布情况如表3所示。通过对数据分析，可以知道，所纺纱线的各项结构参数与设定值接近，且通过变支、变比和变捻的手段，在一根纱线上实现了棉型、麻型、毛型、绢型、化纤型、混合型等多种风格，为织物风格的创新提供了有效手段。

表3.变支、变比、变捻纱线的支数、混纺比及捻度的分布情况

实验统计证明，纱线在第一牵伸区的断头率为零，粗细突变的不稳定点出现的概率比现有技术下降了72％，同时，纱线在第二牵伸区的断头率下降43％，粗细突变的不稳定点出现的概率比现有技术下降了31％。

实施例2

本实施例与实施例1结构基本相同，不同之处在于：

如图6所示，控制系统还包括第一比较模块，第一比较模块分别与第一传感器、第二传感器、第三传感器、第四传感器、第五传感器以及控制器连接，第一比较模块用于监测中罗拉轴、后罗拉轴、第一辅助轴、第二辅助轴和第三辅助轴之间转速比，控制器根据第一比较模块反馈的数值调控中罗拉轴、后罗拉轴、第一辅助轴、第二辅助轴和第三辅助轴中的一个或若干个的转速，进而调控第一组份粗纱、第二组份粗纱、第三组份粗纱、第四组份粗纱和第五组份粗纱的混纺比。

为精确而快速地实现纱线混纺比调控，本发明直接根据第一比较模块反馈的数值进行调控，即使由于各种误差原因导致中罗拉轴、后罗拉轴、第一辅助轴、第二辅助轴或第三辅助轴转速分别超出设定误差范围，只要保证第一比较模块反馈的后罗拉轴、中罗拉轴、第一辅助轴、第二辅助轴和第三辅助轴五者的转速比值(即第一组份粗纱、第二组份粗纱、第三组份粗纱、第四组份粗纱和第五组份粗纱的喂入速度比值)在设定误差范围内，即可继续生产而不需要额外调整后罗拉轴、中罗拉轴、第一辅助轴、第二辅助轴或第三辅助轴的实际转速。相比现有技术，需要同时监控不同通道中的中罗拉和后罗拉等多个参数相比，本发明只需要监控一个参数，放宽了中罗拉和后罗拉调控精度，增加了系统控制的冗余，而突出了不同通道上罗拉转速比值的重要性，控制器处理的工作量大大降低的同时还大大提高了纱线的混纺比控制精度，另外，避免了生产过程中的停机或调整时间，设备的生产效率提高30％以上。

控制系统还包括第二比较模块，第二比较模块分别与第一传感器、前传感器和控制器连接；第二比较模块用于监测后罗拉轴与前罗拉之间的转速比，进而监测第一组份粗纱的牵伸比，控制器根据第二比较模块反馈的数值调控后罗拉轴或者前罗拉转速，进而调控第一组份粗纱的牵伸比。控制系统还包括第三比较模块，第三比较模块分别与第二传感器、前传感器和控制器连接；第三比较模块用于监测中罗拉轴与前罗拉之间的转速比，进而监测第二组份粗纱的牵伸比，控制器根据第三比较模块反馈的数值调控中罗拉轴或者前罗拉转速，进而调控第二组份粗纱的牵伸比。

控制系统还包括第四比较模块，第四比较模块分别与第三传感器、前传感器和控制器连接；第四比较模块用于监测第一辅助轴与前罗拉之间的转速比，进而监测第三组份粗纱的牵伸比，控制器根据第四比较模块反馈的数值调控第一辅助轴或者前罗拉转速，进而调控第三组份粗纱的牵伸比。控制系统还包括第五比较模块，第五比较模块分别与第四传感器、前传感器和控制器连接；第五比较模块用于监测第二辅助轴与前罗拉之间的转速比，进而监测第四组份粗纱的牵伸比，控制器根据第五比较模块反馈的数值调控第二辅助轴或者前罗拉转速，进而调控第四组份粗纱的牵伸比。控制系统还包括第六比较模块，第六比较模块分别与第五传感器、前传感器和控制器连接；第六比较模块用于监测第三辅助轴与前罗拉之间的转速比，进而监测第五组份粗纱的牵伸比，控制器根据第六比较模块反馈的数值调控第三辅助轴或者前罗拉转速，进而调控第五组份粗纱的牵伸比。

为精确而快速地实现纱线混纺比调控，本发明直接根据第二比较模块反馈的数值对第一组份粗纱的牵伸比进行监控，其中即使由于各种误差原因导致后罗拉轴与前罗拉的转速分别超出设定误差范围，只要保证第二比较模块反馈的后罗拉轴与前罗拉转速比值在设定误差范围内，即可继续生产而不需要额外调整后罗拉轴与前罗拉的实际转速。控制器处理的工作量大大降低的同时还大大提高了纱线的牵伸比以及线密度的控制精度。第三比较模块、第四比较模块、第五比较模块和第六比较模块的作用类似，不再赘述。

其中比较模块可以是现有技术，可以是现有的比较器或者集成比较电路，或者为控制器cup中以软件形式存在的比较模块。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。