采用多項(xiàng)式擬合的細(xì)紗機(jī)雙區(qū)與三區(qū)牽伸纖維分布對(duì)比

張曉娟， 徐伯俊， 劉新金

(江南大學(xué) 紡織服裝學(xué)院， 江蘇 無(wú)錫 214122)

采用多項(xiàng)式擬合的細(xì)紗機(jī)雙區(qū)與三區(qū)牽伸纖維分布對(duì)比

張曉娟， 徐伯俊， 劉新金

(江南大學(xué) 紡織服裝學(xué)院， 江蘇 無(wú)錫 214122)

為探究牽伸倍數(shù)提高及牽伸區(qū)個(gè)數(shù)改變對(duì)成紗條干的影響，以9.7 tex和7.3 tex棉紗為例，分別采用QFA1528三羅拉雙區(qū)牽伸細(xì)紗機(jī)和TH558四羅拉三區(qū)牽伸細(xì)紗機(jī)進(jìn)行紡紗實(shí)驗(yàn)，采用切斷稱重法和MatLab多項(xiàng)式擬合方法對(duì)前牽伸區(qū)內(nèi)纖維數(shù)量進(jìn)行擬合計(jì)算，得到快速纖維和慢速纖維的分布曲線，對(duì)比分析2種牽伸方式前牽伸區(qū)內(nèi)摩擦力界分布及纖維理論變速點(diǎn)的位置，從而探究牽伸方式對(duì)成紗質(zhì)量的影響。結(jié)果表明：對(duì)于9.7 tex棉紗，雙區(qū)牽伸使前區(qū)纖維理論變速點(diǎn)比三區(qū)牽伸細(xì)紗機(jī)前移，條干質(zhì)量較好；對(duì)于7.3 tex棉紗，三區(qū)牽伸可使進(jìn)入前牽伸區(qū)的須條結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，紗線綜合質(zhì)量提高。

雙區(qū)牽伸； 三區(qū)牽伸； 纖維分布； 切斷稱重法； 多項(xiàng)式擬合

現(xiàn)代棉紡企業(yè)為提高紡紗效率與企業(yè)效益，要求紡紗各工序?qū)崿F(xiàn)重定量、大牽伸的高效工藝。細(xì)紗機(jī)大牽伸是實(shí)現(xiàn)半制品重定量的保證，也是實(shí)現(xiàn)紡紗高效工藝的核心[1-2]。增加細(xì)紗機(jī)牽伸區(qū)的數(shù)量是實(shí)現(xiàn)細(xì)紗機(jī)大牽伸最可行的方法[3]。目前，行業(yè)內(nèi)已出現(xiàn)三羅拉四皮圈、四羅拉四皮圈、四羅拉雙皮圈等牽伸形式，都可在一定程度上提高牽伸倍數(shù)，但由于增加牽伸區(qū)導(dǎo)致牽伸區(qū)內(nèi)牽伸力及摩擦力界的分布改變，使得成紗條干惡化，所以各種大牽伸裝置并未得到產(chǎn)業(yè)化推廣。研究大牽伸裝置各牽伸區(qū)內(nèi)牽伸力及摩擦力界的分布成為引導(dǎo)牽伸裝置發(fā)展的重要理論指導(dǎo)。

牽伸區(qū)內(nèi)纖維數(shù)量、纖維性能及牽伸元件等均影響牽伸區(qū)內(nèi)摩擦力界的分布[4-6]，牽伸區(qū)內(nèi)摩擦力界與牽伸力大小成正相關(guān)關(guān)系，牽伸力不勻率影響成紗條干[7-8]。目前，已有學(xué)者采用牽伸力在線測(cè)試系統(tǒng)或有限元仿真模擬的方法研究牽伸力和摩擦力界分布[9-10]，但并未針對(duì)大牽伸或三區(qū)牽伸進(jìn)行研究。本文以9.7 tex和7.3 tex棉紗為例，分別采用QFA1528三羅拉雙區(qū)牽伸細(xì)紗機(jī)和TH558四羅拉三區(qū)牽伸細(xì)紗機(jī)紡紗，對(duì)前區(qū)須條采用切斷稱重法得到纖維變細(xì)曲線、前纖維分布曲線和后纖維分布曲線，然后運(yùn)用MatLab多項(xiàng)式擬合的方法對(duì)牽伸區(qū)內(nèi)纖維數(shù)量進(jìn)行擬合計(jì)算，得到快速纖維和慢速纖維的分布曲線，對(duì)比分析2種牽伸方式前牽伸區(qū)內(nèi)摩擦力界以及纖維變速點(diǎn)的分布，從而探討牽伸方式對(duì)成紗質(zhì)量的影響。

1 雙區(qū)牽伸機(jī)構(gòu)與三區(qū)牽伸機(jī)構(gòu)

本文的紡紗實(shí)驗(yàn)在加裝網(wǎng)格圈型緊密紡的QFA1528三羅拉雙區(qū)牽伸細(xì)紗機(jī)與TH558四羅拉三區(qū)牽伸細(xì)紗機(jī)上進(jìn)行，其牽伸區(qū)結(jié)構(gòu)分別如圖1所示。QFA1528細(xì)紗機(jī)的牽伸形式為傳統(tǒng)三羅拉雙區(qū)牽伸，TH558細(xì)紗機(jī)的牽伸形式為四羅拉雙皮圈三區(qū)牽伸，其總牽伸倍數(shù)可達(dá)250倍。

圖1 QFA1528細(xì)紗機(jī)與TH558細(xì)紗機(jī)牽伸區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Drafting structure diagram of QFA1528(a) and TH558 (b) ring spinning machine

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

采用QFA1528細(xì)紗機(jī)和TH558細(xì)紗機(jī)分別紡制9.7 tex和7.3 tex棉紗。采用定量為5.0 g/10 m 的半精梳純棉粗紗紡制9.7 tex棉紗，定量為4.0 g/10 m 的精梳純棉粗紗紡制7.3 tex棉紗。采用YG086C全自動(dòng)單紗強(qiáng)力儀測(cè)試紗線強(qiáng)力，用USTER TESTER 5條干測(cè)試儀測(cè)試紗線條干，用USTER ZWEIGLE HL400測(cè)試紗線毛羽。紗線測(cè)試前均在溫度為22 ℃，相對(duì)濕度為62%的恒溫恒濕條件下平衡24 h以上。

2.2 實(shí)驗(yàn)方案與數(shù)據(jù)處理

2.2.1 實(shí)驗(yàn)方案

在保證粗紗及細(xì)紗定量、后區(qū)牽伸倍數(shù)、前區(qū)羅拉隔距及鉗口隔距等參數(shù)相同的基礎(chǔ)上，采用切斷稱重法做2種牽伸形式下前牽伸區(qū)須條的變細(xì)曲線、前纖維分布曲線及后纖維分布曲線，用MatLab多項(xiàng)式擬合得出快速纖維和慢速纖維的分布曲線，通過(guò)對(duì)比快速纖維和慢速纖維分布，分析中區(qū)牽伸對(duì)前區(qū)纖維數(shù)量、摩擦力界分布及纖維理論變速點(diǎn)的影響，得到中區(qū)牽伸對(duì)成紗條干的影響。采用QFA1528細(xì)紗機(jī)和TH558細(xì)紗機(jī)分別紡制9.7 tex和7.3 tex棉紗，其工藝參數(shù)如表1、2所示。

表1 9.7 tex棉紗工藝參數(shù)Tab.1 Spinning parameters of 9.7 tex cotton yarn

表2 7.3 tex棉紗工藝參數(shù)Tab.2 Spinning parameters of 7.3 tex cotton yarn

2.2.2 數(shù)據(jù)處理

用切斷稱重法測(cè)得前牽伸區(qū)纖維質(zhì)量分布N(x)，即在機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，將搖架抬起，取下前區(qū)2個(gè)上膠輥，在須條上標(biāo)記出兩鉗口線位置，然后將須條剪下置于方格紙上，將須條剪成5mm長(zhǎng)的片段并稱量，得前牽伸區(qū)纖維質(zhì)量分布N(x)。用夾持須條梳理法測(cè)得前牽伸區(qū)前纖維質(zhì)量分布N1(x)和后纖維質(zhì)量分布N2(x)，即在機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，將搖架抬起，取下前區(qū)2個(gè)上膠輥，用夾子分別在前鉗口線和后鉗口線處夾住須條，然后將其拉開分為2個(gè)須條，并用梳子梳去須條中的浮游纖維，剩下的纖維即為前纖維和后纖維，再采用切斷稱重法將2個(gè)須條分別剪成5mm長(zhǎng)的片段并稱量，得前纖維質(zhì)量分布N1(x)和后纖維質(zhì)量分布N2(x)。根據(jù)測(cè)得的前牽伸區(qū)纖維質(zhì)量分布N(x)、前纖維質(zhì)量分布N1(x)和后纖維質(zhì)量分布N2(x)，得牽伸區(qū)內(nèi)浮游纖維質(zhì)量分布為F(x)=N(x)-N1(x)-N2(x)。按照前、后纖維比例，把牽伸區(qū)內(nèi)浮游纖維分成快速纖維與慢速纖維，然后分別與前、后纖維相加得到快速纖維質(zhì)量分布k(x)和慢速纖維質(zhì)量分布K(x)，其計(jì)算過(guò)程如下：

則可得每5mm長(zhǎng)的片段內(nèi)快速纖維數(shù)量和慢速纖維數(shù)量。

為減少實(shí)驗(yàn)誤差對(duì)纖維分布曲線的影響，采用最小二乘法進(jìn)行二次多項(xiàng)式擬合的方法求得N(x)、快速纖維分布函數(shù)k(x)和慢速纖維分布函數(shù)K(x)，即用MatLab中的p=polyfit(x,y,n)語(yǔ)句可求得多項(xiàng)式y(tǒng)(x)=p1xn+p2xn-1+…+pnx+pn+1，得纖維分布函數(shù)N(x)、快速纖維分布函數(shù)k(x)和慢速纖維分布函數(shù)K(x)，并分別計(jì)算x與N(x)、k(x)和K(x)的相關(guān)系數(shù)RN、Rk、RK，以得到與原始樣本符合程度較高的纖維分布函數(shù)。最后，以前區(qū)后羅拉嚙合線中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，以須條到中羅拉嚙合線中心的距離為x軸，以纖維數(shù)量為y軸繪制前牽伸區(qū)纖維分布函數(shù)曲線N(x)、快速纖維分布函數(shù)曲線k(x)和慢速纖維分布函數(shù)曲線K(x)。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.3.1 9.7 tex棉紗

圖2示出QFA1528細(xì)紗機(jī)紡9.7 tex棉紗的前牽伸區(qū)纖維數(shù)量分布函數(shù)曲線。圖中各纖維分布函數(shù)表達(dá)式為

相關(guān)系數(shù)RN=0.987、Rk=0.979、RK=0.984。

圖2 QFA1528紡9.7 tex棉紗前區(qū)纖維數(shù)量分布函數(shù)曲線Fig.2 Front drafting zone fiber distribution function curve of 9.7 tex cotton yarn spinning on QFA1528

圖3示出TH558細(xì)紗機(jī)紡9.7tex棉紗的前牽伸區(qū)纖維數(shù)量分布函數(shù)曲線，各纖維分布函數(shù)表達(dá)式為

相關(guān)系數(shù)RN=0.982、Rk=0.976、RK=0.987。

表3示出用QFA1528和TH558細(xì)紗機(jī)紡9.7tex棉紗的紗線性能指標(biāo)。

由圖2、3可得，當(dāng)QFA1528與TH558紡9.7tex棉紗后區(qū)牽伸倍數(shù)相同時(shí)，QFA1528前區(qū)后部慢速纖維數(shù)量較多，纖維間摩擦力之和較大，摩擦力界較強(qiáng)，纖維所受控制力強(qiáng)，有利于纖維變速點(diǎn)前移、集中。TH558紡9.7 tex棉紗時(shí)，纖維須條經(jīng)過(guò)后區(qū)牽伸后進(jìn)入中區(qū)，中區(qū)須條線密度較小，纖維間抱合力較弱，纖維運(yùn)動(dòng)過(guò)程中波動(dòng)較大，不利于前區(qū)大牽伸的條件下平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)和變速點(diǎn)的前移、集中。根據(jù)紡紗牽伸理論，快速纖維與慢速纖維交點(diǎn)視為纖維理論變速點(diǎn)，QFA1528紡9.7 tex棉紗時(shí)前區(qū)纖維理論變速點(diǎn)較TH558更靠近前羅拉，有利于纖維穩(wěn)定變速，使須條所受牽伸力穩(wěn)定，條干均勻度提高。

表3 9.7 tex棉紗性能指標(biāo)Tab.3 Yarn qualities of 9.7 tex cotton yarn

圖3 TH558紡9.7 tex棉紗前區(qū)纖維數(shù)量分布函數(shù)曲線Fig.3 Front drafting zone fiber distribution function curve of 9.7 tex cotton yarn spinning on TH558

由表3可看出:當(dāng)QFA1528與TH558紡9.7 tex棉紗時(shí)，3 mm及以上有害毛羽數(shù)量、斷裂強(qiáng)力大致一致；TH558紡9.7 tex棉紗條干均勻度較差，粗節(jié)、細(xì)節(jié)較多，棉結(jié)數(shù)量較少，但差距較小。

2.3.2 7.3 tex棉紗

圖4示出QFA1528細(xì)紗機(jī)紡7.3 tex棉紗的前牽伸區(qū)纖維數(shù)量分布函數(shù)曲線，各纖維分布函數(shù)表達(dá)式為

相關(guān)系數(shù)RN=0.972、Rk=0.985、RK=0.989。

圖4 QFA1528紡7.3 tex棉紗前區(qū)纖維數(shù)量分布函數(shù)曲線Fig.4 Front drafting zone fiber distribution function curve of 7.3 tex cotton yarn spinning on QFA1528

圖5示出TH558細(xì)紗機(jī)紡7.3 tex棉紗的前牽伸區(qū)纖維數(shù)量分布函數(shù)曲線，各纖維分布函數(shù)表達(dá)式為

相關(guān)系數(shù)RN=0.982、Rk=0.985、RK=0.991。

表4示出QFA1528和TH558細(xì)紗機(jī)紡7.3 tex棉紗的性能指標(biāo)。

由圖4、5可得，QFA1528與TH558紡7.3 tex棉紗后區(qū)牽伸倍數(shù)相同時(shí)，QFA1528紡7.3 tex棉紗時(shí)前區(qū)后部慢速纖維數(shù)量較多，纖維間摩擦力之和較大，摩擦力界較強(qiáng)，纖維所受控制力強(qiáng)，有利于纖維變速點(diǎn)前移、集中。TH558紡7.3 tex棉紗時(shí)，后區(qū)牽伸倍數(shù)較小，纖維須條進(jìn)入中區(qū)后，須條線密度較大，纖維間抱合力強(qiáng)，在中區(qū)的小牽伸下纖維伸直平行度提高，有利于須條在前區(qū)大牽伸的條件下抽長(zhǎng)拉細(xì)。QFA1528與TH558紡7.3 tex棉紗時(shí)前區(qū)理論纖維變速點(diǎn)位置大約一致，靠近前羅拉，纖維變速穩(wěn)定。

表4 7.3 tex棉紗性能指標(biāo)Tab.4 Yarn qualities of 7.3 tex cotton yarn

圖5 TH558紡7.3 tex棉紗前區(qū)纖維數(shù)量分布函數(shù)曲線Fig.5 Front drafting zone fiber distribution function curve of 7.3 tex cotton yarn spinning on TH558

由表4可看出：QFA1528與TH558紡7.3 tex棉紗時(shí)，3 mm及以上有害毛羽數(shù)量、斷裂強(qiáng)力大致一致；TH558紡7.3 tex棉紗條干CV值較小，粗節(jié)、細(xì)節(jié)較多，棉結(jié)數(shù)量較少，紗線綜合質(zhì)量較高。

綜上所述，對(duì)于9.7 tex棉紗，采用TH558三區(qū)牽伸細(xì)紗機(jī)與QFA1528雙區(qū)牽伸細(xì)紗機(jī)，紗線毛羽、斷裂強(qiáng)力大約一致，但TH558三區(qū)牽伸中，中區(qū)牽伸使得須條在前區(qū)牽伸中纖維理論變速點(diǎn)后移，不利于須條牽伸力的穩(wěn)定，使紗線條干較差；對(duì)于7.3 tex棉紗，采用TH558三區(qū)牽伸細(xì)紗機(jī)，使須條結(jié)構(gòu)在中區(qū)得到優(yōu)化，須條進(jìn)入前牽伸區(qū)時(shí)，纖維平行伸直度得到提高，紗線條干較QFA1528雙區(qū)牽伸好。

3 結(jié) 論

本文對(duì)QFA1528雙區(qū)牽伸細(xì)紗機(jī)與TH558三區(qū)牽伸細(xì)紗機(jī)分別紡制的9.7 tex和7.3 tex棉紗進(jìn)行對(duì)比，分析纖維分布、摩擦力界分布及纖維理論變速點(diǎn)，得出如下結(jié)論。

1)對(duì)于9.7 tex棉紗，TH558三區(qū)牽伸細(xì)紗機(jī)前區(qū)纖維理論變速點(diǎn)比QFA1528雙區(qū)牽伸細(xì)紗機(jī)后移，條干質(zhì)量較差。

2)對(duì)于7.3 tex棉紗，TH558三區(qū)牽伸細(xì)紗機(jī)使須條結(jié)構(gòu)在中區(qū)得到優(yōu)化，須條進(jìn)入前牽伸區(qū)時(shí)，纖維平行伸直度得到高，紗線條干較好。

3)對(duì)于7.3 tex及更低線密度的紗線，所需總牽伸倍數(shù)較大，增加中區(qū)牽伸區(qū)可分擔(dān)較大的牽伸倍數(shù)，并使進(jìn)入前牽伸區(qū)的須條結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，則三區(qū)牽伸紡制7.3 tex及更低線密度的紗線，可使?fàn)可旆峙涓雍侠?，紗線綜合質(zhì)量提高。

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Fiber distribution comparison of two draft zones ring spinning machine and three draft zones ring spinning machine based on polynomial fitting

ZHANG Xiaojuan, XU Bojun, LIU Xinjin

(CollegeofTextile&Clothing,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China)

In order to study the effect of draft ratio and number of draft zones on yarn evenness, this paper researched QFA1528 two draft zones ring spinning machine and TH558 three draft zones ring spinning machine. 9.7 tex and 7.3 tex cotton yarns were taken as examples, yarns were spun on the QFA1528 and TH558 ring spinning machine, respectively. Both cut-middles method and polynomial fitting method were used to analyze the faster fibers distribution and slower fibers distribution. Then, the friction field distribution in two kinds of spinning system were compared, and theoretical position of floating fibers accelerated points in the front drafting zone of two kinds of spinning system were compared. Next, the effect of draft ratio and number of draft zones on yarn quality can be concluded. The results indicate that for 9.7 tex cotton yarn, theoretical position of floating fibers accelerated points in two drafting zones system is more near to first roller nipper bite than that in three drafting zones system，and the yarns spun on two drafting zones system have better yarn evenness. For 7.3 tex cotton yarn, three draft zones can improve the sliver structure in front draft zone, and yarn quality can be improved.

two-zone draft; three-zone draft; fibers distribution; cut-middles method; polynomial fitting method

10.13475/j.fzxb.20150106006

2015-01-29

2015-11-12

紡織服裝產(chǎn)業(yè)河南省協(xié)同創(chuàng)新項(xiàng)目(hnfz14002)；江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(BK2012254)，江蘇省產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目(BY2014023-13，BY2012051，BY2013015-24)；江蘇省科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目(BA2014080)

張曉娟(1991—)，女，碩士生。研究方向?yàn)榄h(huán)錠紡超大牽伸細(xì)紗機(jī)的應(yīng)用。徐伯俊，通信作者，E-mail：wxxbj@sina.com。

TS 114.2

A