[发明专利]实现匀张力纺纱的纺纱张力在线调控方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种实现匀张力纺纱的纺纱张力在线调控方法，属于纺纱技术领域。

背景技术

环锭纺纱是对粗纱进行牵伸、加捻、卷绕工艺的纱线形成过程，纺纱过程中的纺纱张力是指经牵伸的纱条在加捻段、气圈段、卷绕段所受到的张力。通常将纱条由后喇叭口(或后罗拉钳口)至前罗拉钳口的这段区域称为纱条的牵伸区，由前罗拉钳口至导纱钩的这段区域称为纱条的加捻区；由导纱钩至钢丝圈的这段高速旋转的弧形纱条称为纱条的气圈区；由钢丝圈到高速旋转锭子上的卷绕点这段区域称为纱条的卷绕区。环锭纺纱过程中广义的纺纱张力是指纱条在加捻区、气圈区和卷绕区所受到的张力，分别被称为加捻区纱条张力、气圈区纱条张力和卷绕区纱条张力，也可分别简称为纺纱张力、气圈张力和卷绕张力。狭义的纺纱张力是特指在加捻段纱条所受的张力；气圈张力又分为气圈顶部张力和气圈底部张力。一般在锭子一个回转的加捻过程、纱管一个层级的卷绕过程和一落纱的纺纱过程中，纺纱张力都是动态变化的。由于环锭纺纱系统是一个高速旋转的柔性、非线性加工系统，故纺纱过程纱条所受张力的变化是一个及其复杂的力学和非线性数学问题。

由于在纱线和织物的生产过程中，纱线张力值过大或张力动值超出允许范围，直接后果是造成纺纱断头，影响细纱的产量、质量及工人看台能力,因此在生产过程中测量纱线动态张力，对纱线张力值及其变化进行均衡性控制，对降低断头、提升纱线及织物的生产质量、效率具有重要意义。另一方面，由于纺纱张力与纺纱速度成正比，对纺纱张力大小及其波动性进行有效调控将成为实现高速高效纺纱及黑灯纺纱的一个必要条件,研究纺纱张力的变化规律及其调控手段，是环锭纺纱技术进步进程中的一个重要课题。

国内外研究者对于上述问题的研究主要集中在以下两点：①建立力学模型，结合微分几何对纺纱过程中纱条张力及其变化规律进行数学解析，以期对纺纱张力及其变化进行预测；②结合数字化测量技术对纺纱张力进行在线即时测量，以验证理论模型，进一步通过调控纺纱速度达成匀张力纺纱，实现高效、高速、高品质纺纱。

上世纪80年代，华东纺织工学院机械系陈人哲教授创立了纱线力学理论，以纺纱的加捻—卷绕过程中形成的气圈为研究对象，建立模型和数学解析方法，对气圈张力、气圈形态的形成及其控制进行了完美地解析，能对气圈张力及其影响因素进行定量分析，对气圈形态变化等进行准确预测。但上述理论是建立在理论模型的基础上，需要实验手段进行验证。

在以匀张力纺纱为目的的在线调控纺纱张力技术方面，由于现有理论和测试手段无法确切知道在纺纱过程的某个瞬间，加捻段纱条张力、气圈段纱条张力和卷绕段纱条张力的大小及其变化，为了减少细纱机纺纱过程中的断头，目前常用两种办法进行纺纱张力调控：①采用4/6极双速电机。在纺纱开始阶段由于气圈高度大，采用6级低速运行，到中纱、大纱阶段采用4级高速运行；②采用变频器控制电机的运行速度，根据细纱纺纱过程中，断头分布规律，分段设定车速，大小纱时断头多，速度设定慢些，中纱时速度加快。上述两种纺纱速度(也称为锭子的回转速度)的调速方法只是考虑了在纺一落纱中，将气圈高度分为几个阶段，通过控制锭子的速度(纺纱速度)按照预先设定好的规律进行调速，已达到降低纺纱张力及纺纱断头率的目的。

实际的纺纱过程中，导纱钩及钢领板有升降运动，同时气圈高度及形态、纱管卷绕半径等时刻都在变化，由此导致在锭子一个回转的加捻过程中、纱管一个层级的卷绕过程中和一落纱的纺纱过程中，纱条所受张力都是动态变化的，这些变化都会导致纺纱张力的变化。因此，影响纺纱张力变化的因素应该包含锭子速度、气圈高度及形态、纱条细度、纲领板的位置及管纱卷绕半径、钢丝圈重量等因素，纺纱过程中纱条所受纺纱张力的变化是上述诸多因素非线性耦合及相互作用形成的结果。由于现有的调速理论是按照预设的速度进行调速，也就是按照平均值进行调速，不是依据纺纱过程中纱条所受到的真实的动态张力进行调速，虽然可以部分降低纺纱张力平均值，但无法调控纺纱张力的动态值，存在速度调控与纺纱张力变化不同步的问题。同时，现有的调速理论以速度为调控手段，没有考虑气圈高度及形态、纱条细度、钢领板的位置及管纱卷绕半径、钢丝圈重量等因素对纺纱张力变化的影响，因此无法实现严格意义上的匀张力纺纱。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种实现匀张力纺纱的纺纱张力在线调控方法，能够对环锭纺纱过程中纱条的动态张力进行非接触测量，并通过调控纺纱速度将瞬时、动态的纺纱张力(加捻段纱条张力、气圈段纱条张力、卷绕段纱条张力)及其变化，控制在合理范围，以减少纺纱张力波动、降低纺纱断头、提升成纱质量。