關(guān)于轉(zhuǎn)杯紡紗工藝相關(guān)參數(shù)的優(yōu)化研究

康 輝

（經(jīng)緯智能紡織機(jī)械有限公司，山西 晉中 030601）

0 引言

轉(zhuǎn)杯紡紗是自由端紡紗方法之一，它具有速度快、產(chǎn)量高、流程短、成本低、成紗強(qiáng)力好和條干均勻等優(yōu)點(diǎn)［1］。紡織業(yè)作為我國(guó)傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)的基石，對(duì)轉(zhuǎn)杯紡紗產(chǎn)品的需求量逐漸加大，質(zhì)量要求不斷提高［2］。因此，研究轉(zhuǎn)杯紡紗工藝參數(shù)對(duì)成紗質(zhì)量的影響有重要意義［3］。實(shí)踐表明，在轉(zhuǎn)杯紡紗過(guò)程中，影響成紗質(zhì)量的參數(shù)主要有轉(zhuǎn)杯速度、捻系數(shù)、長(zhǎng)絲牽伸倍數(shù)、分梳輥速度、棉條定量、卷繞張力和溫濕度等。筆者選取長(zhǎng)絲牽伸倍數(shù)（代號(hào)為“A”）、捻系數(shù)（代號(hào)為“B”）和轉(zhuǎn)杯速度（代號(hào)為“C”）這3個(gè)具有代表性的工藝參數(shù)，通過(guò)Box－Benhnken方法建立預(yù)測(cè)模型，并使用Design－Expert軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析以優(yōu)化轉(zhuǎn)杯紡紗參數(shù)，從而得到最優(yōu)工藝參數(shù)組合。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1．1 實(shí)驗(yàn)儀器與材料

實(shí)驗(yàn)主要的儀器與材料見(jiàn)表1。

表1 實(shí)驗(yàn)儀器與材料

1．2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

將適用于轉(zhuǎn)杯紡紗的工藝參數(shù)：長(zhǎng)絲牽伸倍數(shù)、捻系數(shù)和轉(zhuǎn)杯速度作為優(yōu)化變量，將評(píng)價(jià)成紗質(zhì)量的主要參數(shù)：斷裂伸長(zhǎng)率和條干不勻率作為響應(yīng)變量。實(shí)驗(yàn)采用Box－Benhnken（BBD）方法確定因素水平，該方法是響應(yīng)曲面法中常用的一種，它能夠在最少的運(yùn)行次數(shù)中提取盡量多的實(shí)驗(yàn)變量效應(yīng)和實(shí)驗(yàn)總體誤差信息［4］。依據(jù)以往單因素實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，確定工藝參數(shù)的變化范圍：A 為1．11 倍～1．17 倍，B為440～460，C 為120．0kr／min～142．8kr／min。

選取的各因素水平編碼見(jiàn)表2。按照響應(yīng)面法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，采用不同編碼值的轉(zhuǎn)杯紡紗工藝參數(shù)組合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)獲得數(shù)據(jù)，具體實(shí)驗(yàn)方案與結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 轉(zhuǎn)杯紡紗工藝參數(shù)因素水平編碼

2 優(yōu)化部分

2．1 轉(zhuǎn)杯紡紗工藝預(yù)測(cè)模型的建立與優(yōu)化

利用Design－Expert軟件，對(duì)表3中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸方差分析，分別建立斷裂伸長(zhǎng)率和條干不勻率的預(yù)測(cè)模型，結(jié)果分別見(jiàn)表4和表5。其中，p 值表示研究對(duì)象的顯著性，p＜0．05表示模型達(dá)到了較為顯著的水平，p＞0．1表示模型不顯著［5］。

表3 實(shí)驗(yàn)方案與實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表4 斷裂伸長(zhǎng)率的方差分析

表5 條干不勻率的方差分析

由表4可知，A，C，AB，AC 對(duì)斷裂伸長(zhǎng)率的影響較為顯著（p＜0．05），而對(duì)于其余因素的影響不顯著（p＞0．1）；比較均方值的大小可知，影響斷裂伸長(zhǎng)率的參數(shù)主次排序?yàn)镃＞A＞B，交互作用主次順序?yàn)锳C＞AB＞BC。

由表5可知，A，C 對(duì)條干不勻率影響較為顯著（p＜0．05），而對(duì)于其余因素影響不顯著（p＞0．1）；比較均方值的大小可知，影響條干不勻率的參數(shù)主次排序?yàn)镃＞A ＞B，交互作用主次順序?yàn)锳C＞AB＞BC。最終的響應(yīng)回歸預(yù)測(cè)模型建立如下：

2．2 參數(shù)優(yōu)化與驗(yàn)證

在Design－Expert軟件中對(duì)轉(zhuǎn)杯紡紗工藝的響應(yīng)曲面模型方程進(jìn)行分析，通過(guò)優(yōu)化分析模塊的分析功能對(duì)響應(yīng)目標(biāo)的最優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行搜索，得到工藝參數(shù)的最優(yōu)組合：長(zhǎng)絲牽伸倍數(shù)為1．11、捻系數(shù)為450、轉(zhuǎn)杯速度為131．4kr／min，此時(shí)的斷裂伸長(zhǎng)率為17．17%、條干不勻率為11．42%。根據(jù)數(shù)據(jù)分析得到的最優(yōu)工藝參數(shù)組合，再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到斷裂伸長(zhǎng)率為17．38%、條干不勻率為11．29%，即斷裂伸長(zhǎng)率的相對(duì)誤差為1．22%，條干不勻率的相對(duì)誤差為1．14%。說(shuō)明該優(yōu)化方法是準(zhǔn)確可靠的，對(duì)轉(zhuǎn)杯紡紗工藝成紗質(zhì)量的優(yōu)化具有一定的參考價(jià)值。

3 結(jié)論

筆者所做實(shí)驗(yàn)是根據(jù)轉(zhuǎn)杯紡紗工藝參數(shù)對(duì)成紗質(zhì)量的影響，選取長(zhǎng)絲牽伸倍數(shù)、捻系數(shù)和轉(zhuǎn)杯速度3個(gè)參數(shù)，基于Box－Benhnken 方法建立了預(yù)測(cè)模型，判斷3個(gè)工藝參數(shù)對(duì)斷裂伸長(zhǎng)率和條干不勻率影響的顯著性；通過(guò)Design－Expert軟件獲得轉(zhuǎn)杯紡紗的最優(yōu)工藝參數(shù)組合為：長(zhǎng)絲牽伸倍數(shù)為1．11、捻系數(shù)為450、轉(zhuǎn)杯速度為131．4kr／min，為研究轉(zhuǎn)杯紡紗工藝提供了基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)依據(jù)。