紗線波譜圖機(jī)理及實(shí)例分析

王學(xué)元

(中國(guó)紗線網(wǎng),杭州 311203)

紗線波譜圖是條干儀將紗線的質(zhì)量波動(dòng)通過(guò)系列分析計(jì)算后,轉(zhuǎn)換成頻譜圖形成的,這個(gè)分析計(jì)算過(guò)程被稱(chēng)作傅里葉分析。傅里葉理論認(rèn)為,任何周期性的函數(shù)都可以分解成系列正弦波的疊加。因此,通過(guò)傅里葉分析,紗線上任何周期性疵點(diǎn)都可以簡(jiǎn)化成系列正弦波的頻譜,直觀地展現(xiàn)在波譜圖上。

1 紗線波譜圖的形成機(jī)理

筆者以連桿機(jī)構(gòu)的方式演示周期性函數(shù)分解成正弦波疊加的原理。

1.1 正弦波

為便于對(duì)正弦波形成過(guò)程的理解,假設(shè)有1個(gè)兩連桿機(jī)構(gòu)OPE,O點(diǎn)為固定點(diǎn),P為連接點(diǎn),E點(diǎn)為端點(diǎn),P點(diǎn)繞O點(diǎn)按逆時(shí)針以角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng),讓E點(diǎn)在一張以與P點(diǎn)等線速直線運(yùn)動(dòng)的白紙上畫(huà)線,就可以得到1個(gè)正弦波波形,那么這個(gè)正弦波包絡(luò)曲線內(nèi)的面積一定與圓的面積相等,見(jiàn)圖1。

圖1 正弦波形成示意

紗線生產(chǎn)過(guò)程中,有圓周運(yùn)動(dòng)的器材專(zhuān)件,如果出現(xiàn)彎曲、偏心等問(wèn)題,會(huì)造成紗條粗細(xì)不勻,并以正弦特性規(guī)律變化,那么條干測(cè)試儀就會(huì)通過(guò)對(duì)其特征進(jìn)行計(jì)算分析,并在波譜圖上展現(xiàn)出來(lái)。

1.2 非正弦波

羅拉粘花、膠輥損傷、膠圈破洞、齒輪缺齒等會(huì)形成周期性非正弦形態(tài)的疵點(diǎn),條干測(cè)試儀通過(guò)傅里葉分解后會(huì)將其簡(jiǎn)化成系列正弦波的疊加,筆者以矩形波為例簡(jiǎn)要說(shuō)明。

在兩連桿機(jī)構(gòu)連接1根連桿PD,令PD繞連接點(diǎn)P以角速度3ω運(yùn)行(即在原來(lái)正弦波的基礎(chǔ)上疊加其3次諧波),則E點(diǎn)的運(yùn)行軌跡如圖2所示。

圖2 正弦波疊加3次諧波

圖3 正弦波疊加3次、5次、7次諧波

用同方法在原來(lái)正弦波的基礎(chǔ)上疊加3次、5次、7次諧波后,就會(huì)形成如圖3所示的軌跡。如此不斷疊加其奇次諧波,最終會(huì)疊加成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的矩形波,也就是說(shuō),1個(gè)矩形波可以分解成1個(gè)正弦波與其奇次諧波的疊加。

如果在1個(gè)正弦波的基礎(chǔ)上,同方法疊加2次、3次、4次諧波,就會(huì)形成一個(gè)近似三角形波。如此不斷疊加其偶次諧波和奇次諧波,最終會(huì)疊加成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的三角形波。因此,1個(gè)三角形波可以分解成1個(gè)正弦波與其奇次諧波和偶次諧波的疊加。

按照這種思路,可將復(fù)雜的波形分解成簡(jiǎn)單的正弦波的組合。任何非正弦的周期性波形經(jīng)過(guò)傅里葉分解后,得到的所有正弦波的包絡(luò)曲線內(nèi)的面積之和(即多連桿機(jī)構(gòu)端點(diǎn)運(yùn)行軌跡所包圍的面積),與非正弦波包絡(luò)曲線內(nèi)的面積必然是相等的。也就是說(shuō)非正弦波紗疵經(jīng)傅里葉分解轉(zhuǎn)變成系列正弦波后,通過(guò)頻譜的形式體現(xiàn)出來(lái),但并不影響對(duì)紗疵大小的度量和判斷,甚至通過(guò)主波及其諧波的相應(yīng)關(guān)系,還可以更方便地判斷出紗疵的形態(tài)特點(diǎn)。

1.3 波譜圖的形成

1個(gè)矩形波可以分解成1個(gè)正弦波與其奇次諧波的疊加,設(shè)想將這些被分解出來(lái)的正弦波依次在三維空間中展開(kāi),就會(huì)得到不同含義的投影圖,俯視圖可以得到每個(gè)正弦波的相位,左視圖可以得到包含振幅大小的頻域圖像(見(jiàn)圖4),這個(gè)頻域圖像就是條干儀獲得紗線波譜圖的理論基礎(chǔ)[1]。波譜圖的縱坐標(biāo)表示紗條不勻的相對(duì)振幅,橫坐標(biāo)表示紗條不勻的波長(zhǎng)。

圖4 矩形波三維不同方位的視圖

2 根據(jù)諧波類(lèi)型判斷疵點(diǎn)類(lèi)型

在條干儀中,波長(zhǎng)表示的是周期性疵點(diǎn)重復(fù)出現(xiàn)的距離,頻率f與波長(zhǎng)λ的關(guān)系為f＝v/λ(v為紗線試驗(yàn)速度)。由于波譜儀中每個(gè)頻道的頻率都是固定的,因此在一定的試驗(yàn)速度下,一旦出現(xiàn)正弦波疵點(diǎn),波譜儀就會(huì)在相應(yīng)的頻道上形成一個(gè)凸起的“煙囪”,如果出現(xiàn)的周期性疵點(diǎn)是非正弦波類(lèi)型,波譜儀就會(huì)通過(guò)傅里葉分解方法,將其轉(zhuǎn)化成系列的正弦波,然后在相應(yīng)的頻道上形成凸起的“煙囪”。

假設(shè)主波以角速度ω運(yùn)行,那么,各次諧波分別以角速度2ω,3ω,4ω,5ω,6ω,7ω,…,nω(n為自然數(shù))運(yùn)行。經(jīng)計(jì)算,當(dāng)主波分別運(yùn)行到0,π/2,π,3π/2,2π等相位時(shí),其各次諧波的相位見(jiàn)表1。

表1 非正弦波的各次諧波與主波的相位關(guān)系

從表1可以看出,偶次諧波與主波的相位差為π/2的整數(shù)倍,而奇次諧波與主波的相位差為π的整數(shù)倍,也就是說(shuō),如果主波和諧波同時(shí)從0位開(kāi)始運(yùn)行,當(dāng)主波運(yùn)行π個(gè)相位后,偶次諧波的相位不會(huì)與主波相位重合,而奇次諧波的相位卻會(huì)與主波相位重合。

因此,在分析波譜圖時(shí),可以借助主波在波譜圖上表現(xiàn)出來(lái)的形態(tài),研判紗線疵點(diǎn)的形態(tài)特征。如對(duì)稱(chēng)性的周期性疵點(diǎn)(波形對(duì)稱(chēng)于縱坐標(biāo)的偶函數(shù),如矩形波),只出現(xiàn)奇數(shù)諧波而無(wú)偶次諧波;非對(duì)稱(chēng)性周期性疵點(diǎn)同時(shí)出現(xiàn)奇數(shù)和偶數(shù)高次諧波。

以上分析可知,對(duì)稱(chēng)性非正弦波的疵點(diǎn)經(jīng)傅里葉分解后,不可能具有偶次諧波。因此,如果波譜圖有系列諧波,且不存在偶次諧波,那么紗疵就肯定是對(duì)稱(chēng)性的非正弦波疵點(diǎn)。而非對(duì)稱(chēng)性波形的疵點(diǎn)經(jīng)傅里葉分解后,諧波必然既有偶次諧波,又有奇次諧波。因此,如果波譜圖有系列諧波,且存在偶次諧波和奇次諧波,那么紗疵就肯定是非對(duì)稱(chēng)性的疵點(diǎn)。

3 根據(jù)諧波的包跡線形態(tài)判斷疵點(diǎn)形態(tài)特點(diǎn)

對(duì)于形態(tài)類(lèi)別相同的疵點(diǎn)而言,如果疵點(diǎn)出現(xiàn)的頻率不同,分解出的正弦波形態(tài)也不同;而形態(tài)類(lèi)型相同的疵點(diǎn)即使出現(xiàn)的頻率相同,只要疵點(diǎn)的形態(tài)(長(zhǎng)度、粗度)不同,分解出的諧波形態(tài)(各次諧波的振幅、諧波振幅與主波振幅的比例關(guān)系等)也不同。因此,可以根據(jù)波譜圖的特點(diǎn)分析和判斷紗線疵點(diǎn)的特征,作為尋找紡紗設(shè)備或紡紗工藝不良的有效手段。

以矩形波為例:假設(shè)有1個(gè)振幅為A m、脈沖寬度為τ、重復(fù)周期為T(mén)的矩形機(jī)械波,見(jiàn)圖5。

圖5 周期性矩形波

那么,其傅里葉級(jí)數(shù)為:

該機(jī)械波經(jīng)過(guò)傅里葉分解的n振幅次諧波的振幅為:

這種機(jī)械波在波譜圖上會(huì)出現(xiàn)主波及其奇數(shù)次諧波,主波及各次諧波的振幅、波長(zhǎng)等與疵點(diǎn)的粗細(xì)程度A m、疵點(diǎn)間距T以及疵點(diǎn)長(zhǎng)度τ有關(guān)。主波及各次諧波振幅大小正比于疵點(diǎn)粗細(xì)程度A m及疵點(diǎn)長(zhǎng)度τ,反比于疵點(diǎn)間距T。因此,在疵點(diǎn)長(zhǎng)度τ不變的情況下,疵點(diǎn)間距T越大,各次諧波的振幅a n越小。當(dāng)疵點(diǎn)間距T不變的情況下,疵點(diǎn)粗細(xì)程度A m及疵點(diǎn)長(zhǎng)度τ越大,各次諧波的振幅a n越大。從傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)式中可以看出各種波形圖包含的諧波類(lèi)型及諧波與主波振幅的比例關(guān)系。如鋸齒波既有偶次諧波,也有奇次諧波,諧波的振幅以1/n的規(guī)律收斂;對(duì)稱(chēng)性三角波只有奇次諧波,諧波的振幅以1/n2的規(guī)律收斂。

4 頻道的波長(zhǎng)

在條干儀中,每個(gè)頻道的頻率是由固裝于儀器內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)決定的,因此各頻道的頻率f固定不變,第一個(gè)頻道的頻率值為297.742 Hz,相鄰兩個(gè)頻道之間按等比進(jìn)行遞減,遞減比例為2的1/5次方(普通波譜圖),即相鄰兩頻道的頻率差異約為15%。每個(gè)頻道表示的波長(zhǎng)由檢測(cè)時(shí)須條的運(yùn)行線速度決定,因此,其存在關(guān)系為:λ＝v/f。其中:λ為波長(zhǎng)/m,f為頻率/Hz,v為須條的測(cè)試速度/(m·s-1)。由此數(shù)據(jù)關(guān)系計(jì)算出常用測(cè)試速度下,各頻道所代表的頻道中心波長(zhǎng)值[2],見(jiàn)表2。

5 諧波的確認(rèn)和諧波標(biāo)尺的制作

在波譜圖上,有時(shí)候會(huì)有好幾個(gè)凸起的“煙囪”,這時(shí)就要確認(rèn)每個(gè)“煙囪”是單獨(dú)的機(jī)械波,還是某個(gè)機(jī)械波的諧波。諧波與主波位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系與橫坐標(biāo)標(biāo)尺數(shù)字的關(guān)系是相互對(duì)應(yīng)的。

表2 常用測(cè)試速度下各頻道所代表的頻道中心波長(zhǎng)值

5.1 測(cè)量法

a) 根據(jù)條干儀型號(hào)打印相應(yīng)波譜圖,依次測(cè)量波譜圖橫坐標(biāo)1 cm到2 cm,3 cm,4 cm,5 cm,…的距離(或1 m到2 m,3 m,4 m,5 m,…的距離),并分別記錄下相對(duì)應(yīng)的第1組數(shù)值。

b) 當(dāng)波譜圖上出現(xiàn)較多“煙囪”時(shí),分別測(cè)量最右邊的“煙囪”到其它“煙囪”的距離,并記錄下對(duì)應(yīng)的第2組數(shù)據(jù);然后分別測(cè)量右邊第2個(gè)“煙囪”到其它“煙囪”的距離,并記錄下對(duì)應(yīng)的第3組數(shù)據(jù);直到測(cè)完最后一組數(shù)據(jù)。

c) 對(duì)照各組數(shù)據(jù)與第1組數(shù)據(jù)系列是否有相同情況,如果某些數(shù)值相同,應(yīng)該考慮這兩個(gè)“煙囪”之間是否存在主波與諧波的關(guān)系。如果某些“煙囪”到最右邊“煙囪”的距離分別與1 cm到3 cm,5 cm,7 cm,…的距離是相同的,那么這些“煙囪”很可能分別是最右邊“煙囪”的3次、5次、7次諧波。如果各組數(shù)據(jù)都未與第1組的數(shù)據(jù)相同,說(shuō)明這些“煙囪”是獨(dú)立的機(jī)械波,不存在諧波。

5.2 數(shù)頻道法

普通波譜圖上相鄰兩個(gè)頻道之間代表的波長(zhǎng)是按2的1/5次方等比遞減的,即波長(zhǎng)相差1倍的兩個(gè)頻道之間,被安排了5個(gè)頻道。而精細(xì)波譜圖頻道個(gè)數(shù)是普通波譜圖頻道個(gè)數(shù)的2倍或4倍,但波譜分析范圍的總長(zhǎng)度不變,這說(shuō)明波長(zhǎng)相差1倍的兩個(gè)頻道之間,被安排了10個(gè)或20個(gè)頻道(在特定儀器打印的波譜圖上安排的具體的頻道個(gè)數(shù),可以通過(guò)點(diǎn)查20 cm到40 cm、50 cm到1 m、1 m到2 m等合適的位置之間的頻道個(gè)數(shù)確定)。

5.2.1 頻道個(gè)數(shù)的計(jì)算

以波長(zhǎng)相差1倍的兩個(gè)頻道之間被安排5個(gè)頻道的波譜圖為例,諧波到主波之間的頻道個(gè)數(shù)與它是幾次諧波成正比,它們之間的關(guān)系式為:5log2n,式中的n為諧波次數(shù)。

根據(jù)這個(gè)關(guān)系式,可以計(jì)算出各次諧波到主波之間的頻道個(gè)數(shù),見(jiàn)表3。

表3 各次諧波到主波之間的頻道個(gè)數(shù)

由表3可知,隨著諧波次數(shù)的增加,相鄰諧波之間的頻道個(gè)數(shù)逐漸減少,直至并列在一起。對(duì)于安排5個(gè)頻道的波譜圖而言,5次諧波之后各次諧波的頻道將會(huì)并列在一起。例如:當(dāng)?shù)?0個(gè)頻道出現(xiàn)主波的波長(zhǎng)為7984.03 cm時(shí),計(jì)算各諧波的波長(zhǎng)及其在波譜圖上出現(xiàn)的頻道序號(hào),見(jiàn)表4。

表4 諧波位置出現(xiàn)在頻道上的序號(hào)對(duì)照

從表4可以看出,第60個(gè)頻道主波的5次諧波在第48個(gè)頻道上,6次諧波在第47個(gè)頻道上,5次諧波以后的高次諧波都集聚在一起,這就是波譜圖上出現(xiàn)“諧波集聚”的原因,也是某些條干儀配置精細(xì)波譜圖,在波長(zhǎng)相差1倍的2個(gè)頻道之間安排10個(gè)或20個(gè)頻道的原因之一,因?yàn)樵趩挝婚L(zhǎng)度上安排的頻道個(gè)數(shù)越多,越容易區(qū)分高次諧波的精確位置。

波長(zhǎng)相差1倍的兩個(gè)頻道之間安排10個(gè)或20個(gè)頻道的波譜圖,各個(gè)諧波與主波之間頻道個(gè)數(shù)的關(guān)系式分別為:10log2n、20log2n,計(jì)算結(jié)果略。

5.2.2 數(shù)頻道法的使用

根據(jù)波譜圖的上述特點(diǎn),我們也可以采用數(shù)頻道的方法確認(rèn)某個(gè)“煙囪”是不是諧波。

a) 根據(jù)所使用的條干儀型號(hào),打印一份相對(duì)應(yīng)的波譜圖,查看波譜圖橫坐標(biāo)上每單位長(zhǎng)度上(如10 cm～20 cm或1 m～2 m等)被安排了幾個(gè)頻道(一般普通波譜圖安排5個(gè);精細(xì)波譜圖顯示的頻道較多,會(huì)安排10個(gè)或20個(gè))。

b) 當(dāng)波譜圖上出現(xiàn)較多的“煙囪”時(shí),分別數(shù)出最右邊的“煙囪”到其它各“煙囪”之間的頻道個(gè)數(shù),并記錄下一組數(shù)據(jù)。然后分別數(shù)出右邊第2個(gè)“煙囪”到其它各“煙囪”之間的頻道個(gè)數(shù),并記錄下另一組數(shù)據(jù),直到測(cè)完最后一組數(shù)據(jù)。

c) 觀察各組數(shù)據(jù)是否符合表3或表4的計(jì)算結(jié)果,如果某些“煙囪”符合上述計(jì)算結(jié)果,就應(yīng)該考慮這兩個(gè)“煙囪”之間是否存在主波與諧波的關(guān)系。

5.3 自制諧波標(biāo)尺法

5.3.1 諧波標(biāo)尺的制作

一個(gè)個(gè)測(cè)量“煙囪”間距或點(diǎn)數(shù)頻道個(gè)數(shù),操作比較麻煩,特別是頻道較多的波譜圖,測(cè)量點(diǎn)數(shù)容易出錯(cuò)。為方便操作,可以自制諧波標(biāo)尺。

a) 根據(jù)條干儀型號(hào),打印相應(yīng)波譜圖,依次測(cè)量波譜圖橫坐標(biāo)1 cm到2 cm,3 cm,4 cm,5 cm,…的距離(或1 m到2 m,3 m,4 m,5 m,…的距離),并分別記錄下相對(duì)應(yīng)的數(shù)值。

b) 做一塊寬度合適的透明塑料薄板,在其右端刻畫(huà)出一個(gè)起點(diǎn),標(biāo)記為1,從這個(gè)點(diǎn)開(kāi)始依次往左,測(cè)量出第一步記錄下的1 cm到2 cm,3 cm,4 cm,5 cm,…的距離,并分別刻畫(huà)出標(biāo)記,依次標(biāo)記為2,3,4,5,…,制作好的諧波標(biāo)尺刻度與波譜圖的橫坐標(biāo)方向正好相反。

5.3.2 諧波標(biāo)尺的使用方法

a) 當(dāng)波譜圖上出現(xiàn)較多的“煙囪”時(shí),將諧波標(biāo)尺的刻度1對(duì)準(zhǔn)波譜圖上最右側(cè)的“煙囪”,如果其左側(cè)的“煙囪”正好對(duì)著諧波標(biāo)尺上的某個(gè)刻度,則這個(gè)“煙囪”就有可能是最右側(cè)“煙囪”的諧波。圖6中,左側(cè)的3個(gè)“煙囪”分別對(duì)著標(biāo)尺的2,3,4,那么它們可能就是最右側(cè)這個(gè)“煙囪”的2次諧波、3次諧波和4次諧波。

圖6 諧波標(biāo)尺的使用方法

b) 經(jīng)檢查,如果最右側(cè)這個(gè)“煙囪”沒(méi)有諧波,還可以繼續(xù)將諧波標(biāo)尺往左側(cè)移動(dòng),依次檢查其它“煙囪”有無(wú)諧波。

5.4 諧波驗(yàn)證需要注意的事項(xiàng)

波譜圖單獨(dú)使用時(shí)也存在缺陷,使用不當(dāng)也容易造成誤導(dǎo),因此,在用波譜圖分析紗線質(zhì)量問(wèn)題時(shí),還須注意以下幾個(gè)方面。

a) 非周期性的疵點(diǎn)無(wú)法在波譜圖上直觀顯示。如果紗線疵點(diǎn)不是以周期性或近似周期性的形態(tài)出現(xiàn),即使紗線疵點(diǎn)很多、條干很差,也不會(huì)在波譜圖上直觀地顯示。因此,經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)某些管紗的波譜圖看起來(lái)很正常,但條干值卻很差,這很有可能就是因?yàn)榧喚€上存在著非周期性疵點(diǎn)的原因。

b) 周期性疵點(diǎn)是否連續(xù)性出現(xiàn)無(wú)法直觀地顯現(xiàn)。由于波譜圖只顯示了周期性疵點(diǎn)的波長(zhǎng)和相對(duì)振幅,因此,只要疵點(diǎn)在檢測(cè)長(zhǎng)度內(nèi)出現(xiàn)的次數(shù)達(dá)到某一規(guī)定數(shù)值,不論它是連續(xù)性出現(xiàn)、間隙性出現(xiàn),還是只在某段內(nèi)出現(xiàn),都會(huì)在波譜圖對(duì)應(yīng)的頻道上顯示出同樣的圖形。

c) 周期性疵點(diǎn)的相位無(wú)法直觀地顯現(xiàn)。某些機(jī)械缺陷會(huì)造成粗節(jié)和細(xì)節(jié)相伴出現(xiàn),但缺陷的部位和性質(zhì)不同,有時(shí)粗節(jié)和細(xì)節(jié)出現(xiàn)的先后順序也不同,但只要粗節(jié)、細(xì)節(jié)的形態(tài)(長(zhǎng)度、粗細(xì)程度)相同,那么波譜圖上顯示的圖形都是一樣的。

d) 疵點(diǎn)形態(tài)的具體細(xì)節(jié)無(wú)法直觀顯現(xiàn)。有時(shí)候一個(gè)波譜圖上有多個(gè)“煙囪”或“山包形”凸起,那么這些波是各自獨(dú)立的疵點(diǎn),還是有主波與諧波的關(guān)聯(lián)性關(guān)系?單從波譜圖上無(wú)法準(zhǔn)確辨別,還需要其它信息輔助確認(rèn)。

e) 波長(zhǎng)不斷變化的非一致性疵點(diǎn),在波譜圖上無(wú)法體現(xiàn)出變化的具體情況。有時(shí)候,在須條上會(huì)有多個(gè)波長(zhǎng)的周期性疵點(diǎn),條干儀經(jīng)傅里葉分解后,在波譜圖上會(huì)將每個(gè)波長(zhǎng)在相應(yīng)的頻道上顯示,但每個(gè)波長(zhǎng)在須條上的具體分布狀態(tài)卻無(wú)法準(zhǔn)確地表示出來(lái)。如圖7所示的3種波形,雖然在須條上的狀態(tài)差異十分明顯,但其所包含的4個(gè)疵點(diǎn)的波長(zhǎng)和振幅確實(shí)都相同,因此表現(xiàn)到波譜上的圖形是相同的。

圖7 不同疵點(diǎn)在波譜圖顯示相同的狀態(tài)

因此,為了提高紗疵分析的準(zhǔn)確性,必須使用曲線圖、DR圖、長(zhǎng)度—變異曲線等工具輔助分析。

6 幾種非正弦周期性疵點(diǎn)波譜圖實(shí)例分析

在紗線波譜圖上,由機(jī)械問(wèn)題造成最常見(jiàn)的疵點(diǎn)類(lèi)型主要有:正弦波、三角波、鋸齒波、單向脈沖波和正負(fù)脈沖波等。

6.1 正弦波形態(tài)的疵點(diǎn)

在紡紗設(shè)備上,如果某個(gè)做圓周運(yùn)轉(zhuǎn)的部件出現(xiàn)了偏心和彎曲等問(wèn)題,會(huì)造成須條呈現(xiàn)出正弦波動(dòng)狀態(tài)的粗細(xì)不勻。此類(lèi)疵點(diǎn)在波譜圖上表現(xiàn)為一個(gè)獨(dú)立的機(jī)械波,其波長(zhǎng)與故障部件的周長(zhǎng)成倍數(shù)關(guān)系。

6.2 非正弦性質(zhì)的周期性疵點(diǎn)

非正弦性質(zhì)的周期性疵點(diǎn)可分為對(duì)稱(chēng)性和非對(duì)稱(chēng)性?xún)深?lèi),其諧波排列狀態(tài)、諧波振幅的包跡線(指同一機(jī)械波形成的主波及各次諧波頂點(diǎn)的連線)形狀取決于周期性不勻的波形特點(diǎn)。

6.2.1 對(duì)稱(chēng)性非正弦波周期性疵點(diǎn)

對(duì)稱(chēng)性非正弦波周期性疵點(diǎn)的常見(jiàn)類(lèi)型有矩形波疵點(diǎn)和三角波疵點(diǎn)等,其在波譜圖上會(huì)出現(xiàn)主波及奇次諧波。在實(shí)際紡紗工藝流程中,出現(xiàn)完全對(duì)稱(chēng)性非正弦波周期性疵點(diǎn)的機(jī)會(huì)較少,但在特定的情況下,也有可能會(huì)形成這種疵點(diǎn)。

6.2.1.1 案 例 一

某企業(yè)的技術(shù)人員在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)一管紗的波形異常,在15 cm～18 cm,5 cm～6 cm和3 cm～4 cm處分別有一個(gè)雙柱波。經(jīng)上機(jī)檢查發(fā)現(xiàn),該錠位的絨輥軸彎曲繞花,絨輥在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的線速度出現(xiàn)周期性變化,造成絨輥上吸附的短絨也逐漸出現(xiàn)厚薄變化,這兩個(gè)因素疊加后造成絨輥每轉(zhuǎn)動(dòng)一周,前膠輥受到的摩擦阻力形成一個(gè)類(lèi)似三角波的周期性變化。該絨輥直徑為50 mm,其產(chǎn)生疵點(diǎn)的波長(zhǎng)為5 cm×3.14＝15.7 cm,與波譜圖上機(jī)械波的波長(zhǎng)吻合。將絨輥換掉后重新紡紗試驗(yàn),波譜圖恢復(fù)正常,確認(rèn)該疵點(diǎn)是由于絨輥軸彎曲繞花造成的。

6.2.1.2 案 例 二

某企業(yè)A186G型梳棉機(jī)的波譜圖如圖8所示。

圖8 生條異常波譜圖

上車(chē)檢查發(fā)現(xiàn),其傳動(dòng)小壓輥的皮帶張力輪位置不正,每轉(zhuǎn)動(dòng)1周皮帶產(chǎn)生1次松緊變化和位置擺動(dòng),影響對(duì)小壓輥的傳動(dòng)效率,使生條產(chǎn)生1個(gè)三角波形態(tài)的粗細(xì)變化。調(diào)整張力皮帶輪后,波譜圖恢復(fù)正常。

6.2.2 非對(duì)稱(chēng)性非正弦波周期性疵點(diǎn)

6.2.2.1 單向脈沖波

傳動(dòng)齒輪齒缺損,在傳動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生打頓,在須條上會(huì)形成粗節(jié)或細(xì)節(jié)。且同齒輪連續(xù)缺齒的數(shù)量不同,羅拉頓挫的時(shí)間就不同,形成粗細(xì)節(jié)的大小也不同。如果是間隔性多個(gè)齒形缺損,有幾個(gè)齒型缺損部位,在波譜圖上就會(huì)形成幾個(gè)周期性單向脈沖波,在波譜圖上就會(huì)形成幾組主波與諧波。在分析波譜圖時(shí),要注意主波與諧波的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

以直徑為250 mm前羅拉的18齒軸頭齒輪齒型損傷為例:若該齒輪損傷1個(gè)齒,理論計(jì)算該齒輪缺陷輸出機(jī)械波的主波波長(zhǎng)為250 mm×3.14＝785 mm,該羅拉輸出疵點(diǎn)長(zhǎng)度約為785 mm/18＝43.6 mm,在波譜圖上會(huì)形成一組以785 mm為主波波長(zhǎng)的包含偶次諧波和奇數(shù)諧波的圖形;若該齒輪損傷2個(gè)齒,那么理論計(jì)算該齒輪缺陷輸出的疵點(diǎn)長(zhǎng)度仍為785 mm/18＝43.6 mm,但齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)1周會(huì)頓挫2次,輸出2個(gè)疵點(diǎn),因此會(huì)有兩個(gè)主波,波長(zhǎng)分別為250 mm×3.14×13/18＝567 mm和250 mm×3.14×5/18＝218 mm,在波譜圖上會(huì)形成2組分別以567 mm和218 mm為主波波長(zhǎng)的包含偶次諧波和奇數(shù)諧波的圖形。

有時(shí)由于齒輪嚙合不良或齒嚴(yán)重磨損,齒輪在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中還會(huì)逐齒打頓,此時(shí)形成的機(jī)械波主波波長(zhǎng)就是該齒輪每轉(zhuǎn)動(dòng)1個(gè)齒所輸出的須條長(zhǎng)度。

在紡紗流程中,可以產(chǎn)生類(lèi)似疵點(diǎn)的問(wèn)題主要有:膠圈與須條接觸區(qū)域損傷;鍵或鍵槽損傷;牙齒槽隙塞嵌雜物;梳棉機(jī)錫林、道夫、刺輥針布局部損傷;羅拉溝槽損傷;齒形帶齒形缺損;精梳機(jī)棉網(wǎng)搭接不良,等。

圖9是某企業(yè)使用FA506A型細(xì)紗機(jī)生產(chǎn)R 18.4 tex品種時(shí)出現(xiàn)的疵點(diǎn)案例。

圖9 FA506A型細(xì)紗機(jī)牽伸系統(tǒng)

傳動(dòng)出現(xiàn)的機(jī)械波

該品種的細(xì)紗工藝:ZD/ZE＝52/81,ZM/ZH＝29/27,ZJ/ZK＝25/81;總牽伸倍數(shù)為27.66,后區(qū)牽伸倍數(shù)為1.136。根據(jù)FA506A型細(xì)紗機(jī)牽伸系統(tǒng)傳動(dòng)圖,計(jì)算各部位的機(jī)械波波長(zhǎng)可知,約為1.9 m的機(jī)械波應(yīng)該是出現(xiàn)在中羅拉及中羅拉頭部。經(jīng)上車(chē)檢查,發(fā)現(xiàn)中羅拉軸頭齒輪有一個(gè)齒斷裂。更換新的中羅拉軸頭齒輪后測(cè)試,波譜圖恢復(fù)正常。

6.2.2.2 鋸 齒 波

紡紗過(guò)程中,如果機(jī)械部件運(yùn)行速度或須條的張力出現(xiàn)不對(duì)稱(chēng)性波動(dòng),可能會(huì)造成鋸齒波特性的疵點(diǎn)。如細(xì)紗機(jī)的卷繞成型機(jī)構(gòu)采用非1∶1的成型凸輪時(shí),由于鋼領(lǐng)板的上升速度與下降速度不同,紗線在卷繞過(guò)程中受到的張力變化及鋼絲圈對(duì)紗線的摩擦力都會(huì)形成不對(duì)稱(chēng)的變化曲線,可能造成紗線上毛羽呈類(lèi)似鋸齒波的變化曲線[3],其波譜圖上就會(huì)出現(xiàn)偶次諧波和奇次諧波。

6.2.2.3 雙向脈沖波

牽伸部件運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定,如前膠輥損傷可能會(huì)在紗線上形成1個(gè)細(xì)節(jié)和1個(gè)粗節(jié)連續(xù)出現(xiàn)、間隔規(guī)律的雙向脈沖周期性疵點(diǎn)。

這種疵點(diǎn)的波譜圖除主波外,還有偶次諧波和奇次諧波。但比較特殊的是主波幅度會(huì)小于諧波的幅度,波幅最大的諧波次數(shù),就代表了主波波長(zhǎng)與疵點(diǎn)本身長(zhǎng)度(指粗節(jié)和細(xì)節(jié)的總長(zhǎng)度)的比例。如波幅最大的諧波為5次諧波,那么粗、細(xì)節(jié)的總長(zhǎng)度就等于主波波長(zhǎng)的1/5,如果主波長(zhǎng)度為1 m,那么粗、細(xì)節(jié)總長(zhǎng)度就約為20 cm(也就是說(shuō)波幅最大的諧波所在的頻道位置所代表的波長(zhǎng),就等于粗、細(xì)節(jié)的總長(zhǎng)度)。

粗紗膠輥損傷后生產(chǎn)細(xì)紗時(shí)的曲線圖和波譜圖,見(jiàn)圖10和圖11。

圖10 粗紗膠輥損傷后生產(chǎn)細(xì)紗的曲線圖

圖11 粗紗膠輥損傷后生產(chǎn)細(xì)紗的波譜圖

從曲線圖10可明顯看到存在雙向脈沖波,主波波長(zhǎng)約為3.5 m。從波譜圖11可以看出主波約為3.5 m,其左側(cè)分別存在2次、3次、4次,…諧波;且在30 cm～60 cm形成了諧波集聚,看上去像是牽伸波,振幅最高的是8次諧波,其所在的頻道代表波長(zhǎng)約為48 cm。所以,紗的粗、細(xì)節(jié)長(zhǎng)度約為48 cm,這一點(diǎn)在絡(luò)筒機(jī)上通過(guò)電清統(tǒng)計(jì)的事件報(bào)告也可以得到證實(shí)。

7 結(jié)語(yǔ)

波譜圖分析需要細(xì)心,應(yīng)結(jié)合曲線圖、DR圖、長(zhǎng)度—變異曲線圖等仔細(xì)分辨圖形的特征,根據(jù)有無(wú)諧波、諧波類(lèi)型和諧波包跡線形態(tài)等特點(diǎn),認(rèn)真辨別疵點(diǎn)的類(lèi)型,并通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐進(jìn)行驗(yàn)證。