并条牵伸中牵伸力与纤维运动的研究

摘要

牵伸涉及到纺织加工的多道工序。牵伸后的纱条质量是评定牵伸效果的主要指标，因此对于牵伸的研究是以获得好的成纱质量为目的的。牵伸力是牵伸理论研究中的关键问题，牵伸力及其不匀不但能反映牵伸过程的顺利程度，也能间接反映输出纱条的成纱质量。通过静态牵伸模拟动态牵伸，进行牵伸力的间接研究，据此可预测不同原料和不同定量下的后区工艺配置。这为合理优化后区工艺提供了理论基础。围绕输出纱条质量，本课题就牵伸力和纤维变速点这两个牵伸中的关键问题进行了研究。
　　 本文研制出一套牵伸力在线测量系统，这为牵伸力的研究提供了硬件支持。基于拉伸仪器的静态牵伸，研究拉伸力与牵伸力的关系，通过建立拉伸伸长与牵伸倍数的关系模型，完成静态牵伸对动态牵伸的模拟。通过大量的纤维变速点实验数据，研究影响纤维变速点的因素，通过拟合的方法建立纤维变速点分布的模型。
　　 本文共分为五章内容：
　　 论文的第一章主要是课题研究的背景与意义，介绍了多年来牵伸力的研究；用于表征牵伸力的测量仪，及其所使用的方法、手段和存在的问题。介绍了纤维变速点的测量方法和一些研究方法，及历史研究中存在的问题。
　　 论文的第二章在对比分析几种具有代表性牵伸力测量仪器优缺点的基础上，提出了本课题研制的牵伸力在线测量系统。本套牵伸力在线测量系统用于并条机时，可利用广泛存在于并条机前牵伸区内的上托式压力棒，这也突出了其贴近生产实际的优点。本套牵伸力在线测量系统主要由上托式压力棒、称重传感器、数字显示仪、计算机和五位仪表通讯软件等部分组成。详细地阐述了牵伸力在线测量系统的组成结构、工作流程和工作原理。对电阻应变片式称重传感器的工作原理阐述，消除了电阻应变片式称重传感器并联时的偏载问题。并对所采集的牵伸力时频信号进行了正交小波滤波。对牵伸力在线测量系统进行了受力分析，并经实验验证了其线性关系的存在。
　　 论文的第三章研究了并条中牵伸力的影响因素，并对牵伸力与牵伸力不匀和输出纱条条干不匀之间关系进行了研究。实验表明喂入纤维条定量与牵伸力值有着很好的线性关系，且粘胶纤维条的牵伸力值要比棉纤维的大，这是纤维性能的不同而引起的；随着牵伸倍数的增加，牵伸力有个先迅速上升再缓慢下降的过程，牵伸力与牵伸力不匀和输出纱条条干不匀有着相反的变化趋势，牵伸力的最大值对应着牵伸力不匀和输出纱条条干不匀的最小值；随着罗拉表面速度的增加，牵伸力也随之增加，牵伸力不匀和输出纱条条干不匀有所下降。牵伸力不匀和输出纱条条干不匀之间有着相同的变化趋势。
　　 在论文的第三章，还进行了基于拉伸测量仪器的静态牵伸的研究。将拉伸测量仪器的上下夹持头当作罗拉牵伸的前后罗拉对，把仪器的拉伸变细过程视为不同牵伸倍数时的牵伸。建立了拉伸伸长与牵伸倍数关系模型，并经实验验证了其有效性，据此将拉伸力与拉伸伸长关系转换为拉伸力与牵伸倍数关系。拉伸力-牵伸倍数曲线和牵伸力-牵伸倍数曲线都可以用Freundlich方程进行拟合，它们有着相似的变化规律，这也是以拉伸模拟的牵伸的基础。在拉伸力和牵伸力的低牵伸倍数区域，拉伸力和牵伸力最大值所对应的牵伸倍数具有很好的一致性。且拉伸力最大值所对应的牵伸倍数，是与拉伸的须条定量有关系的。随着须条定量的增加，这个牵伸倍数也是随之增加，但不会无限地增加，而是会无限地接近一个数值。就本文的粘胶纤维而言，这个牵伸倍数是1.48倍；使用本文中棉纤维原料时，这个牵伸倍数是1.43。因此，可根据须条静态拉伸时的拉伸力最大值所对应的牵伸倍数，确定某一原料和须条定量的后牵伸倍数的工艺设置，从而达到输出纱条条干最均匀的目的。此处依据了大的牵伸力对应着小的输出纱条条干不匀的规律。经实验验证，这种方法是可行的。
　　 在论文的第四章，对并条牵伸中的变速点进行了研究。阐述了变速点与输出纱条条干不匀之间的关系，分析了影响变速点的因素。通过实验，从实际的角度研究了喂入定量和牵伸倍数对纤维变速点的平均位置和纤维变速点不匀的影响。研究发现，在牵伸倍数一定时，随着喂入定量的增加，变速点位置向前钳口靠近，变速点不匀(CV值)随着下降，输出纱条条干不匀也相应降低；在喂入定量一定时，随着牵伸倍数的增加，变速点位置向前钳口靠近，变速点不匀(CV值)上升，输出纱条条干不匀亦上升。基于纤维变速点的实验数据，用拟合的方法提出Lorentzian分布与纤维变速点分布相符。用不同工况的纤维变速点分布实验数据对Lorentzian分布、Exp3P2分布、LogNormal分布和抛物线分布进行比较，确定Lorentzian分布是适合用于描述纤维变速点分布的。在论文的第五章，对本课题所研究的结论进行了归纳和总结，指出论文的不足之处，并对今后的研究工作提出看法与展望。
　　 从研制牵伸力在线测量系统入手，开发了一套牵伸力在线测量系统，提供了一种贴近于生产实际的测量方法，并基于此进行了牵伸力的研究。基于拉伸仪器进行了静态牵伸模拟，可根据拉伸力最大值对应牵伸倍数来确定后牵伸区牵伸倍数的设置。并与牵伸力测量结果进行对比，二者具有极好的趋势一致性。从实验角度研究了纤维变速点的影响因素及分布，基于大量实验数据基础上，提出了符合纤维变速点分布的Lorentzian分布。这些研究在一定程度上丰富了牵伸理论，并可为生产实践提供参考。