基于离散理论的须条牵伸与匀整模型研究

摘要

牵伸是使纤维集合体（如条子、粗纱等）的线密度有规律地降低到规定要求的主要加工手段，涉及并条、粗纱、细纱等多道纺纱工序，对最终成纱质量有重要的影响。须条的牵伸过程及其不匀，一直是牵伸理论研究中关键的问题，对改进牵伸工艺，提高半制品的均匀度有着重要意义。但目前对于牵伸区内须条和纤维运动行为的研究还不是很深入，大都只是定性的描述，较少给出定量性的研究，故牵伸中的匀整问题也未能获得较满意的结果。为此，本文借助于离散理论建模仿真单纤维运动状态，来模拟整根须条的动态牵伸过程，从而量化了牵伸过程中的各项数据，揭示了须条被抽长拉细的过程中牵伸区内纤维和须条的运动规律，分析了牵伸过程中条干不匀的产生机理，并从平衡牵伸区内纤维分布的角度实现了对须条的自调匀整，以提高牵伸后的须条质量。 本文从分析单根纤维的动态行为入手，在离散系统中建立了牵伸基础模型，以仿真须条的牵伸过程。为了体现须条的动态牵伸情况，细化了牵伸区内纤维的运动状态，建立了牵伸改进模型。然后通过对牵伸区内各类纤维根数、占比及其分布形式的研究，阐述了须条被抽长拉细过程中条干不匀的产生机理。最后，将对牵伸区内的研究分析结论应用于须条的自调匀整中，建立了离散匀整模型。该模型从使牵伸区内纤维分布稳定均衡的角度，提出了同时调整前后罗拉速度，降低输出条干不匀的方法。论文的具体研究内容分为八章论述，各章节的主要内容如下： 第一章为绪论，说明了论文的研究背景与意义，分析了牵伸问题研究中所涉及领域的研究成果、特点和不足，并介绍了课题的研究方法和研究内容。 第二章为牵伸基础模型的建立、仿真与验证。首先利用离散理论提出了一种建模仿真须条牵伸过程的方法，并在一定的假设条件下,通过对单纤维运动行为的分析，建立了仿真须条动态牵伸的基础模型。然后，采用离散仿真语言 GPSSWorld 编程实现了该牵伸基础模型的仿真，通过仿真结果与试验数据的比对，验证了模型的正确性及离散建模方式的可行性。最后，通过进一步的仿真说明了利用离散理论建模的特点和优势，以及牵伸基础模型的可扩展性。 第三章以输出条干不匀值为评价指标，分析了在离散系统中建立牵伸模型的影响因素，并指明了模型中各仿真参数的选取原则。将实际须条中的条干不匀组成进行了分类，同时也比较了常见的条干不匀测量指标，结合牵伸基础模型的特点确定了本文输出条干不匀值的评价指标。将模型的仿真结果与乌斯特公报以及Martindale的极限不匀理论值比较，说明了牵伸基础模型中所模拟须条的条干不匀组成。利用牵伸基础模型，给出了不同原料性质和牵伸工艺参数对输出条干不匀值的影响，并指明了模型中主要仿真参数及变量的选择方法。 第四章将牵伸区内纤维的运动状态细化，建立了一个牵伸改进模型，用于展示须条的动态牵伸过程以及研究牵伸区内纤维的分布。通过模拟须条的变细曲线、牵伸区内各类纤维的分布以及截面内纤维根数的波动情况，展示了模型仿真须条牵伸过程的动态特性。通过并条机上获取的牵伸试验数据与模型仿真结果的比对，验证了该牵伸改进模型的正确性。最后，采用第三章的仿真参数，通过分析牵伸区内部各类纤维根数、占比及其分布形式的变化，揭示了须条牵伸过程中条干不匀的产生机理，为离散匀整模型的建立提供了理论依据。 第五章从平衡牵伸区内纤维分布的角度建立了离散匀整模型。在引入纤维通量的概念和说明传统匀整模型中所存在问题的基础上，利用牵伸改进模型的分析结论，阐述了离散匀整模型的匀整原理、过程和优势。为了模拟不同类型的输入不匀情况，分别选用了矩形波、正弦波和随机波作为模型的输入不匀形式。先在假设牵伸区内浮游纤维根数恒定的前提下，建立了基础匀整模型，用于分析前后罗拉同时变速匀整时，不同调速方案的特点以及需要提升的问题。然后，充分利用浮游区的“缓冲”能力，建立了一个离散匀整模型，使模型的匀整能力得到了提升。 第六章主要是对第五章所提出的离散匀整模型进行试验验证，并分析牵伸过程中粗细节的产生原因。搭建了一个能够同时调整前后罗拉转速，对输入须条进行匀整的牵伸装置。该牵伸装置采用人机界面输入牵伸工艺参数，可编程控制器存储匀整模型并将计算结果分别传递给两个伺服电机，以控制前后罗拉速度。通过拉断匀整试验结果的比对，验证了离散匀整模型的正确性和优势。通过改变断纱方式和匀整位置，分析了输出须条上粗细节的形成原因，为合理选择自调匀整系统的延迟时间提供了理论和试验依据。 本文利用离散理论建模，仿真纤维通过牵伸区的运动行为，模拟须条的动态牵伸过程，研究牵伸区内部纤维分布的变化规律，分析输出条干不匀的产生机理，推导离散匀整模型以提高牵伸后的须条质量。 本文的主要贡献有： （1）提出了一种仿真须条动态牵伸过程的新方法。通过采用离散理论建模的方式，从模拟单根纤维的运动行为入手，来仿真整个须条被抽长拉细的过程。本文所建立的牵伸模型，属于以时间为主导的模型，在仿真过程中计算纤维从进入牵伸区开始，每个运动状态的变化和时长，完整地描绘出任意一根纤维经过牵伸区运动状态的变化过程。另外，该建模方式的可扩展性强、计算效率高、输出结果类型丰富，可模拟纺纱中的各道牵伸工序。 （2）揭示了牵伸过程中，须条在牵伸区内部发生的变化情况。鉴于大多数牵伸模型只将须条看作是一个整体，不能分析和研究牵伸区内部各种变化的问题。本文着重展示了牵伸区内须条被抽长拉细的动态过程，并研究了牵伸区内任意截面、类型纤维的根数及其分布形式的变化。通过分析不同牵伸工艺参数对牵伸区内纤维动态行为，以及各类纤维根数、占比和分布形式的影响，阐明了牵伸不匀的产生机理。 （3）从平衡牵伸区内各类型纤维分布的角度，建立了离散匀整模型，以降低输出须条的条干不匀。首先，假设牵伸区内浮游纤维根数恒定，建立了基础匀整模型，讨论了模型的匀整原理及优势。然后，根据牵伸改进模型的研究结论，推导了前后罗拉速度变化与牵伸区内各类型纤维分布之间的关系，建立了离散匀整模型。从匀整过程中粗细节的成因分析中，给出了自调匀整系统延迟时间选取的理论和试验依据。 （4）本文所建立的牵伸模型，能够将须条牵伸过程中的数据量化统计。针对前人的研究多数大都定性研究牵伸过程的情况，本文提出的建模方法能够定量地描述牵伸问题，使研究结果更具实际意义。 本文利用离散理论主要研究了牵伸区内部须条和纤维的运动问题，为牵伸过程中条干不匀的产生机理及自调匀整的研究，提供了理论依据，具有应用价值，也能为纺织加工过程中相关的随机过程建模提供借鉴。

目录

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摘要

第一章 绪论

第二章 基于离散系统牵伸基础模型的建立与仿真

第三章 牵伸模型的仿真参数选取与影响分析

第四章 牵伸区内纤维运动状态及其分布模拟

第五章 离散匀整模型的建立和仿真模拟

第六章 离散匀整模型的试验验证

第七章-结论与展望

附录一

附录二

攻读博士学位期间发表学术论文情况

致谢