賽絡(luò)紡粗紗斷紗在線檢測(cè)

李 強(qiáng)， 楊 藝， 劉基宏， 高 娜

(生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(江南大學(xué))， 江蘇 無錫 214122)

賽絡(luò)紡粗紗斷紗在線檢測(cè)

李 強(qiáng)， 楊 藝， 劉基宏， 高 娜

(生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(江南大學(xué))， 江蘇 無錫 214122)

為解決賽絡(luò)紡生產(chǎn)過程中粗紗斷紗難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)的問題，利用光電轉(zhuǎn)換原理檢測(cè)粗紗斷紗前后紗線經(jīng)過檢測(cè)頭所形成的方波信號(hào)，對(duì)方波信號(hào)寬度值變化特點(diǎn)進(jìn)行橫向與縱向?qū)Ρ?。結(jié)果發(fā)現(xiàn),粗紗斷紗前后二者數(shù)值差異明顯，由此可判斷是否存在粗紗斷紗現(xiàn)象，在FA507B細(xì)紗機(jī)上紡制線密度為29.2 tex的精梳純棉賽絡(luò)紗進(jìn)行驗(yàn)證。研究結(jié)果表明：考慮紗線粗細(xì)、表面毛羽、氣圈形態(tài)變化等因素的影響，當(dāng)賽絡(luò)紡粗紗斷紗后，單個(gè)方波的寬度較斷股前增加0.3～0.4倍,通過此變化可間接判斷賽絡(luò)紡粗紗斷紗情況，為后續(xù)開發(fā)賽絡(luò)紡粗紗斷紗檢測(cè)裝置提供理論依據(jù)。

賽絡(luò)紡； 粗紗斷紗； 氣圈； 方波； 在線檢測(cè)

賽絡(luò)紡是采用雙根或多根粗紗以一定間距平行喂入，在平衡狀態(tài)下經(jīng)共同牽伸區(qū)牽伸，最后在同一錠子上加捻成紗的新型環(huán)錠紡紗形式[1-2]。由于賽絡(luò)紗成紗結(jié)構(gòu)特殊,同時(shí)具有股線和單紗的優(yōu)點(diǎn)，用其織成的織物布面毛羽少,硬挺度好，因而受到用戶青睞[3]。但賽絡(luò)紡存在一個(gè)很大的問題，即在紡紗過程中，單根粗紗發(fā)生斷裂而不能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，易出現(xiàn)“跑單紗”現(xiàn)象，從而導(dǎo)致最終成紗中出現(xiàn)大量的長(zhǎng)細(xì)節(jié)，成紗質(zhì)量差，給企業(yè)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，因此，避免賽絡(luò)紡生產(chǎn)過程中“跑單紗”現(xiàn)象已成為該技術(shù)發(fā)展過程中必須解決的問題[4]。

目前國(guó)際上使用較多的是由澳大利亞CSIRO研究機(jī)構(gòu)研發(fā)的賽絡(luò)紡打斷裝置，但由于其價(jià)格昂貴，國(guó)內(nèi)僅少數(shù)廠家引進(jìn)了此裝置[5]。中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所于1988—1997年開發(fā)改進(jìn)了一種國(guó)產(chǎn)新型賽絡(luò)紡打斷裝置，通過檢測(cè)粗紗斷紗后受力變化判別賽絡(luò)紡粗紗是否斷紗，此裝置缺點(diǎn)是當(dāng)紡不同紗線線密度時(shí)需改變?cè)O(shè)定受力，操作繁瑣且靈敏度較低,有時(shí)1根單紗發(fā)生斷頭后,未斷紗條產(chǎn)生的橫向力撥不動(dòng)倒塊,故存在一定的漏切和誤切現(xiàn)象，打斷成功率較低[6-7]。本文通過光電式檢測(cè)裝置采集賽絡(luò)紡粗紗斷紗后氣圈頸部信號(hào)波形，并通過波形的變化判別賽絡(luò)紡粗紗是否存在斷紗。

1 斷紗檢查原理

利用示波器可將紡紗過程中氣圈波形信號(hào)轉(zhuǎn)化成示波器方波信號(hào)的原理，示波器上每1個(gè)周期的方波信號(hào)即為紗線紡紗過程中，紗線經(jīng)過檢測(cè)頭反射給光敏三極管的一次遮擋信號(hào)[8]，故1個(gè)周期內(nèi)方波的寬度即為紗線經(jīng)過檢測(cè)頭遮擋光路的時(shí)間，分析方波寬度值的變化即為分析紗線遮擋光路時(shí)間的變化。

紡紗過程中，當(dāng)賽絡(luò)紡1根粗紗斷紗后，所紡紗線的粗細(xì)、表面毛羽、氣圈形態(tài)等發(fā)生變化。利用光電式檢測(cè)探頭檢測(cè)賽絡(luò)紡紗過程中粗紗斷紗前后紗線經(jīng)過檢測(cè)探頭前方所形成的方波信號(hào)寬度的變化，即可判斷是否存在有粗紗斷紗現(xiàn)象。

2 實(shí)驗(yàn)方案

2.1 檢測(cè)裝置

賽絡(luò)紡紗過程中，將檢測(cè)探頭安裝在葉子板下方，并將其與示波器相連。實(shí)驗(yàn)用檢測(cè)探頭由紅外發(fā)光管、光敏三極管、濾波電容、放大器、閾值比較器構(gòu)成，檢測(cè)裝置采用5 V電壓供電，低電壓供電安全可靠[9]。檢測(cè)時(shí)由紅外發(fā)光管持續(xù)發(fā)出紅外光，紅外光經(jīng)高速旋轉(zhuǎn)的細(xì)紗反射后，被光敏三極管吸收，光敏三極管通過1個(gè)外接的TDS2024c示波器記錄并顯示方波信號(hào)。

紗線每回轉(zhuǎn)1次，反射給光敏三極管1次遮擋信號(hào)，示波器上就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)方波周期，故可在示波器上直接觀測(cè)到外界條件變化帶來的氣圈波形變化，檢測(cè)流程如圖1所示。

2.2 實(shí)驗(yàn)裝置

在經(jīng)改造后加裝有雙喇叭口粗紗喂入裝置的FA507B多功能花式細(xì)紗機(jī)上進(jìn)行賽絡(luò)紡粗紗斷紗實(shí)驗(yàn)，選用精梳純棉粗紗紡制29.2 tex的賽絡(luò)紗，實(shí)驗(yàn)室溫濕度分別保持25 ℃、65%。具體紡紗工藝參數(shù)見表1所示。

表1 紡紗工藝參數(shù)Tab.1 Spinning process parameters

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 方波信號(hào)測(cè)試結(jié)果

實(shí)驗(yàn)紡制29.2 tex賽絡(luò)紗，在粗紗斷紗前后2種不同紡紗狀態(tài)下對(duì)鋼領(lǐng)板所處不同位置時(shí)進(jìn)行波寬檢測(cè)，二者除進(jìn)入牽伸區(qū)的粗紗根數(shù)不同，其他工藝參數(shù)保持一致。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 鋼領(lǐng)板所處不同位置時(shí)方波寬度Tab.2 Square wave width at different positions of steel collar plate

由表2中數(shù)據(jù)分析可知，當(dāng)鋼領(lǐng)板運(yùn)動(dòng)到最高位置時(shí)，賽絡(luò)紡粗紗斷紗前與斷紗后方波信號(hào)差別最明顯，即一個(gè)周期的方波寬度最寬，紗線通過檢測(cè)頭的時(shí)間最長(zhǎng)。進(jìn)一步處理表2中數(shù)據(jù)，得到29.2 tex賽絡(luò)紗粗紗斷紗前后方波信號(hào)對(duì)比如圖2所示。

分析圖表可得，當(dāng)賽絡(luò)紡粗紗斷紗后，一個(gè)方波周期較斷紗前變大，約增加0.3～0.4倍，且斷股后1個(gè)方波最小周期亦大于斷股前任意時(shí)刻方波周期，從而可設(shè)定光電式檢測(cè)賽絡(luò)紡粗紗斷紗氣圈方波信號(hào)閾值。

3.2 影響因素分析

3.2.1 直徑變化分析

賽絡(luò)紡1根粗紗斷紗后所紡紗線與正常紡賽絡(luò)紗外觀結(jié)構(gòu)存在差異，本文利用顯微鏡觀測(cè)29.2tex賽絡(luò)紗粗紗斷紗前后成紗形態(tài)[10]，如圖3所示。圖中左為斷紗前所紡紗線，右為斷紗后所紡紗線，所用顯微鏡放大倍數(shù)400倍。

紗線理論直徑為

(1)

當(dāng)喂入粗紗出現(xiàn)1根斷紗時(shí)，斷紗前后的直徑關(guān)系為：

(2)

式中：Nt為細(xì)紗線密度，tex；δy為細(xì)紗體積密度，g/cm3；d1、d2分別為斷紗前、后紗線的直徑。

但實(shí)驗(yàn)測(cè)得29.2tex精梳純棉賽絡(luò)紗實(shí)際外觀直徑為0.235mm，當(dāng)1根粗紗斷紗后，所紡紗線外觀直徑變?yōu)?.217mm，故由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，實(shí)際測(cè)得賽絡(luò)紡在2種狀態(tài)下所紡細(xì)紗外觀直徑相差不大，變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論值。

為分析其原因，本文對(duì)粗紗斷紗前后紗線毛羽指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果如表3所示。

表3 粗紗斷紗前后毛羽測(cè)試Tab.3 Hairiness test before and after roving breakage

表中：S1+2為10 m內(nèi)1 mm、2 mm毛羽根數(shù)；S3為10 m內(nèi)3 mm毛羽根數(shù)。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，賽絡(luò)紡粗紗斷紗后所紡紗線毛羽明顯增多[11]。故實(shí)際紡紗過程中，由于賽絡(luò)紡單根粗紗斷紗后毛羽增多，則在毛羽的影響下，粗紗斷紗前后外觀直徑比例相應(yīng)減小，所以僅考慮紗線外觀直徑對(duì)檢測(cè)探頭光路遮擋的影響，2種狀態(tài)下成紗經(jīng)過檢測(cè)探頭的時(shí)間相接近。

3.2.2 氣圈形態(tài)變化分析

根據(jù)紗線理論直徑計(jì)算公式可知，粗紗斷紗后，單根粗紗成紗變輕，此時(shí)鋼絲圈質(zhì)量相對(duì)所紡紗線偏重，鋼絲圈質(zhì)量變大，紗線張力就加大，氣圈形態(tài)越緊縮，氣圈半徑較正常賽絡(luò)紡氣圈半徑變小[12]。

當(dāng)賽絡(luò)紡出現(xiàn)1根粗紗斷紗時(shí)，其他紡紗條件保持不變，原有鋼絲圈相對(duì)斷紗后成紗質(zhì)量偏重，氣圈形態(tài)會(huì)發(fā)生變化。一方面，紗條離心力和紗管承受的張力達(dá)到的平衡被破壞，氣圈形態(tài)顯著偏離正常氣圈的工作范圍，氣圈形態(tài)趨于錐形平直狀，半徑變??；另一方面，斷紗后，紗線張力明顯增大，氣圈受到較大的控制，缺少一定的彈性，不易膨脹而擴(kuò)大，形態(tài)比較緊縮，氣圈凸形變小，即氣圈半徑變小。建立氣圈波形示意圖如圖4所示。

圖中r1為粗紗斷紗前正常賽絡(luò)紡時(shí)檢測(cè)頭檢測(cè)位置水平面氣圈半徑，D1為對(duì)應(yīng)弧長(zhǎng)；r2為單根粗紗斷紗后檢測(cè)頭檢測(cè)位置水平面氣圈半徑，D2為對(duì)應(yīng)弧長(zhǎng)。

綜合上述因素：由r1、r2關(guān)系可知，賽絡(luò)紡粗紗斷紗后氣圈半徑r2明顯小于r1，而氣圈經(jīng)過檢測(cè)頭某點(diǎn)時(shí)的線速度v=wr，由于賽絡(luò)紡粗紗斷紗后錠速不變，故ω不變，所以得出粗紗斷紗后氣圈經(jīng)過檢測(cè)頭某點(diǎn)時(shí)的線速度關(guān)系為：

(8)

(9)

即理論推導(dǎo)出賽絡(luò)紡粗紗斷紗后1個(gè)方波周期值大于斷紗前1個(gè)方波周期值，且上述理論及計(jì)算結(jié)果適用于所有紗線線密度。

4 結(jié) 論

通過實(shí)驗(yàn)論證，賽絡(luò)紡紗過程中，當(dāng)1根粗紗斷紗后，成紗毛羽增多，由于毛羽的影響，2種狀態(tài)下所紡細(xì)紗外觀直徑相差不大，氣圈半徑變小。通過光電式檢測(cè)探頭檢測(cè)賽絡(luò)紡過程中粗紗斷紗前后紗線經(jīng)過檢測(cè)頭前方所形成的方波信號(hào)寬度的變化，可判斷是否存在粗紗斷紗現(xiàn)象。研究結(jié)果表明，考慮紗線粗細(xì)、表面毛羽、氣圈形態(tài)變化等因素的影響，當(dāng)賽絡(luò)紡粗紗斷紗后，單個(gè)方波的寬度較斷紗前增加0.3～0.4倍。依此規(guī)律可準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)到賽絡(luò)紡技術(shù)紡紗過程出現(xiàn)的粗紗斷紗現(xiàn)象，為后續(xù)設(shè)計(jì)自動(dòng)化賽絡(luò)紡粗紗斷紗檢測(cè)裝置提供了理論依據(jù)。

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Online detection of roving strand broken in siro-spinning

LI Qiang, YANG Yi, LIU Jihong, GAO Na

(KeyLaboratoryofEco-Textiles(JiangnanUniversity),MinistryofEducation,Wuxi,Jiangsu214122,China)

To solve the problem that roving strand broken of siro-spinning is difficult to be discovered in time during the process of production, the square wave signal is checked in this paper by using the principle of photoelectric detection, which is caused by the yarn running the front of detection probe before and after roving strand breaking. A clearly difference exists between each wave signal width values before and after the roving strand breaking by the transverse and longitudinal comparison to change features of each wave signal width values, which can be used to judge whether a roving break phenomenon occurs. In this paper, experiments spinning the fineness of 29.2 tex combed cotton siro-spinning yarn were carried out on the FA507B spinning frame to validate the conclusion. The results showed that considering the influence of such factors as the yarn thickness, surface hairiness, change of balloon shape, the width of a single square wave increased by 0.3-0.4 times after roving strand is broken. The case of siro-spinning roving strand breaking can be indirectly judged by this change, thus it can provide theory basis for subsequent development of siro-spinning roving break stocks detection device.

siro-spinning; roving strand breaking; balloon; square wave; online detection

2015-08-13

2016-06-12

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助(JUSRP51417B)；江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目(PAPD)

李強(qiáng)(1989—)，男，碩士生。主要從事紡紗新技術(shù)的研究。劉基宏，通信作者，E-mail: liujihongtex@hotmail.com。

10.13475/j.fzxb.20150802305

TS 111.9

A