CN104711730B - 双组份异同步二级牵伸纺制多彩竹节纱的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双组份分合式异同步二级牵伸纺制多彩竹节纱的方法，其具体包括牵伸和加捻系统包括前后设置的一级牵伸单元、二级牵伸单元和并合加捻单元；一级牵伸单元包括组合后罗拉、中罗拉；二级牵伸单元包括前罗拉和所述中罗拉；通过一级异步牵伸机构控制双组份混合比例及线密度动态变化，通过二级同步牵伸控制基准线密度的大小。本发明不仅能对其线密度变化（付着在基准纱上竹节的形状）实现精确控制，而且能对纱线颜色的变化（竹节及其基准纱的色彩）进行精准控制。同时，通过控制中罗拉以恒定的设定速度转动，保证了变线密度纱线的花型及色彩的可再现性，纺纱效果更加稳定。

Description

双组份异同步二级牵伸纺制多彩竹节纱的方法及装置

技术领域

本发明涉及到纺织工程中纺纱领域，特别涉及一种基于双组份异同步二级牵伸调控纺纱粗细度和混纺比的方法及装置，以及以此纺制的多彩竹节纱。

背景技术

纱线是由纤维平行取向经加捻形成的细长的纤维集合体。表达纱线粗细一般采用线密度的概念，纱线粗细度即为其线密度。当纤维不均匀分布在纱线长度方向时，其外观粗细(或线密度)就会发生变化，一般称为竹节纱，也称为粗细度变化的花式纱线。如果在粗细度变化的同时还能改变其混纺比，就可以形成粗细度和色彩均变化的花式纱线，我们把这种类型的纱线定义为粗细和混纺比均变化的多彩竹节纱。

目前环锭纺粗细变化竹节纱的生产方法，基本采用在中、后罗拉处分别喂入一根粗纱须条，通过后罗拉不均匀的喂入进行断续式纺纱来生产。如专利“一种断续纺工艺及其纱线”(授权号ZL01126398.9)，它的原理是把由后罗拉喂入的一根辅纱须条B，经中、后罗拉不均匀牵伸，再与另一根由中罗拉后点喂入的主纱须条A交汇再进入前牵伸区，经前、中罗拉牵伸后由前钳口输出，进入加捻区共同加捻形成纱线。由于辅纱是由后罗拉间隙式喂入与主纱汇合，在前区主牵伸倍数的作用下，主纱须条被均匀地拉细至一定的线密度，辅纱须条则依附在主纱须条上形成断续式不均匀的线密度分布。控制后罗拉不均匀喂入辅纱波动量的大小，就可以最终在纱线上形成竹节、点点等不同效果。

现有技术中的竹节纱纺纱工艺，有以下几个局限性：

①采用两种不同原料(或不同颜色)粗纱作为主辅纱须条时，无法随机在线调整纱线的混纺比(混色比)；

②纺纱过程中主、辅纱不能交换(主纱须条是纱线中连续分布的须条、辅纱须条是纱线中离散分布的须条)，由此导致纺制的竹节纱花型单调，可变因素少。

③竹节纱花型的再现性差。现有的改变纱线线密度的成纱方法，最终形成的竹节(粗细节)形状、点点的形状与纺纱机主轴速度有关。主轴速度不同形成的竹节(粗细节)形状、点点的形状及色彩会出现差异。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种双组份异同步二级牵伸纺制多彩竹节纱的方法，以此纺制多彩竹节纱和多彩。该方法将传统的双组份前后区同步牵伸改变为双组份分离式异步牵伸(下称一级异步牵伸)和双组份并合式同步牵伸(下称二级同步牵伸)，通过一级分离式异步牵伸控制双组份混合比例及纱线线密度的动态变化，通过二级并合式同步牵伸控制纱线的基准线密度的大小。通过本发明的双组份分合式异同步二级牵伸再并合加捻成纱的纺纱装置及工艺，可实现随机在线动态调控纺纱线线密度及混纺比的变化，突破原有竹节纱纺制过程中的三大技术瓶颈：①只能调节线密度的变化，不能调节其混纺比变化(或色彩变化)；②竹节纱线花型单一；③竹节花型的再现性差。

为实现上述目的，本发明公开的一种双组份异同步二级牵伸纺制多彩竹节纱的方法。具体包括：

1)牵伸和加捻系统包括前后设置的一级牵伸单元、二级牵伸单元和双组份并合加捻单元；

2)所述一级牵伸单元包括组合后罗拉、中罗拉；组合后罗拉包括同一根后罗拉轴上并排设置的第一后罗拉和第二后罗拉；第一后罗拉和第二后罗拉分别以线速度V_h1和V_h2转动；中罗拉以线速度V_z转动；

3)所述二级牵伸单元包括前罗拉和所述中罗拉；前罗拉以线速度V_q转动；

4)保持前罗拉和中罗拉线速度之比V_q/V_z恒定，其大小取决于纱线的基准线密度；

5)通过调整第一后罗拉和/或第二后罗拉的转速，同时实现纱线线密度或/和混纺比的在线动态调整。

进一步，设第一后罗拉和第二后罗拉所牵伸的第一组份粗纱和第二组份粗纱的线密度分别为ρ₁和ρ₂，由前罗拉输出再并合加捻后得到的纱线Y的线密度为ρ_y，则：

令ρ₁＝ρ₂＝ρ，调整第一后罗拉与第二后罗拉的线速度，使：

V_h1→V_h1+ΔV_h1，V_h2→V_h2+ΔV_h2

其中，ΔV_h1为第一后罗拉的速度变化量，ΔV_h2为第二后罗拉的速度变化量；

则实现纱线Y的线密度

且第一组份粗纱和第二组份粗纱的混纺比k₁和k₂分别为：

其中：k₁+k₂＝1；

由此，通过第一后罗拉与第二后罗拉的线速度的分别增量ΔV_h1，ΔV_h2，即实现调整纱线Y的线密度ρ_y及混纺比k₁、k₂的大小；

其中，由设定的线密度的变化及混纺比求出第一后罗拉与第二后罗拉的线速度的增量ΔV_h1，ΔV_h2，使纺出纱线的线密度的变化和混纺比达到规定的指标。

进一步，具体调整方法如下：

1)保持第二后罗拉线速度V_h2不变，仅增减第一后罗拉的线速度V_h1，则实现纱线Y中线密度的变化和组份比例的变化，调整后的纱线Y的线密度及混纺比如下式：

其中，e_q为二区牵伸比，V_z为中罗拉线速度，ρ粗纱线密度，Δρ_y为纱线Y的线密度变化量；

2)保持第一后罗拉线速度V_h1不变，仅增减第二后罗拉的线速度V_h2，则实现纱线Y中线密度的变化和组份比例的变化，调整后纱线Y的线密度及混纺比如下式：

3)同时连续调整第一后罗拉和第二后罗拉的转速，调整过程保证第一后罗拉和第二后罗拉的速度均大于零，则实现纱线Y中两种组份连续且不断变化，调整后的纱线Y的线密度ρ′_y以及混纺比为：

4)同时连续调整第一后罗拉和第二后罗拉的线速度，调整过程令第一后罗拉或第二后罗拉其中一个的线速度为零，且两者不同时为零，则实现纱线Y中一种组份的不连续，而另一种组份连续变化。

进一步，在连续的时间节点T₁、T₂、T₃、T₄、T₅中，同时连续调整第一后罗拉和第二后罗拉的线速度，调整过程令第一后罗拉或第二后罗拉其中一个的线速度为零，且两者不同时为零，调整后的纱线Y的线密度和混纺比分别为：

①当(T₁≤t≤T₂)时：

②当(T₂≤t≤T₃)时

k₁＝0

k₂＝1

③当(T₃≤t≤T₄)时

④当(T₄≤t≤T₅)时

k₁＝1

k₂＝0

双组份分合式异同步二级牵伸并合加捻纺纱系统工艺参数的计算

根据牵伸理论可得：

一级牵伸的牵伸比为：

其中，经一级牵伸后两根须条，即第一组份和第二组份须条的线密度分别为ρ₁′和ρ₂′。

一级牵伸区牵伸比为

二级牵伸区的牵伸比为：

其中，二级牵伸后第一组分和第二组份须条的线密度为ρ₁″和ρ₁″。

总牵伸比则为：

总当量牵伸比是纺纱中非常重要的参数，它是一级牵伸倍数与二级牵伸倍数的乘积。

根据本发明建立的纺纱模型可知，第一组分和第二组分粗纱ρ₁和ρ₂经两级牵伸和加捻形成纱线后，其混纺比k₁、k₂可表达如下：

由式⑹、⑺可知，纱线中两个组份的混纺比与后罗拉的运动速度V_h1、V_h2以及两根粗纱线密度ρ₁、ρ₂相关。一般ρ₁、ρ₂值为常量与时间无关，而V_h1、V_h2会随纺纱机设定的主轴速度有关，由于主轴速度关系到纺纱机产量，在不同的企业、纺制不同的原料及产品规格时会使用不同的主轴转速。这样，由式⑹、⑺确定的混纺比，即使粗纱ρ₁、ρ₂值不变，也会由于主轴速度的变化而导致V_h1、V_h2发生变化。由此导致混纺比的不确定性。

同理可得，两根粗纱须条经两级牵伸再汇合加捻后形成的纱线线密度为:

故得成纱后线纱线的线密度：

由式⑻可知，纱线的线密度与后罗拉的运动速度V_h1、V_h2以及两根粗纱线密度ρ₁、ρ₂相关。一般ρ₁、ρ₂值是常量与时间无关，而V_h1、V_h2会随纺纱机设定的主轴速度有关，由于主轴速度关系到纺纱机产量，在不同的企业、纺制不同的原料及产品规格时会使用不同的主轴转速。这样，由式⑻确定的线密度，即使粗纱ρ₁、ρ₂值不变，也会由于主轴速度的变化而导致V_h1、V_h2发生变化。由此导致线密度的不确定性。

由式⑴得：

由式⑵得：

将式⑼代入式⑶得后区的当量牵伸倍数

将式⑽代入式⑸得总的当量牵伸倍数

为了去除主轴速度不同导致的参数变化，设以下限定条件：

ρ₁＝ρ₂＝ρ ⑿

将式⑿代入式⑼得：

将式⑿⒀代入式⑽得：

将式⒁代入式⑸得：

将式⑿⒀⒁代入式⑹⑺得：

进一步，所述组合后罗拉和所述中罗拉之间设置有集合器，所述中罗拉保持速度不变，则彩色竹节纱的混纺或混色和粗细的动态变化依托所述一级牵伸单元完成，彩色竹节纱的基准线密度要依托所述二级牵伸单元完成。

进一步，所述中罗拉的速度V_z≤(V_h1+V_h2)。

通过控制后中罗拉的运行速度，而不考虑后面线密度调整工艺，从而切实保障了对纱线条干和混纺比变化更加精准的控制和可在现性，避免了线密度调整工艺对混纺工艺的影响。另外，通过控制中罗拉线速度V_z≤(V_h1+V_h2)，有效保证了对成纱条干变化和混纺比例的准确控制。

一种基于双组份二级牵伸纺制多彩竹节的装置包括控制系统和执行机构，执行机构包括双组份分合式异同步二级牵伸机构、加捻机构和卷绕成型机构；所述二级牵伸机构包括一级牵伸单元和二级牵伸单元；所述一级牵伸单元包括组合后罗拉、中罗拉；组合后罗拉包括同一根后罗拉轴上并排设置的第一后罗拉和第二后罗拉；所述二级牵伸单元包括前罗拉和所述中罗拉。

进一步，所述控制系统主要包括PLC可编程控制器、伺服驱动器、伺服电机等。

进一步，所述第一后罗拉固定设置在所述后罗拉轴上，所述第二后罗拉可转动设置在所述后罗拉轴上。

进一步，牵伸过程中，所述中罗拉的速度固定且不大于所述第一后罗拉和第二后罗拉的速度之和。

利用本发明的方法及装置生产出来的点点纱、竹节纱，对其条干变化及混色比例的控制会更加均匀和准确，通过控制中罗拉以恒定的设定速度转动，保证了准确实现动态变化的成纱条干和混纺比例，即使不同批次的纱线其条干和色差均不会产生明显的差异。下表为本发明技术效果与现有技术的对比。

由此可见本发明的技术效果显著。

附图说明

图1为二级牵伸纺纱装置的原理示意图；

图2为组合后罗拉结构示意图；

图3为二级牵伸纺纱装置的结构侧视图；

图4为实施例中二级牵伸中纱线的行进路径图；

图5为控制系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。

实施例1——形成不同规律多彩竹节纱的方法

双组份异同步二级牵伸纺制多彩竹节纱的方法具体包括：

1)如图1-4所示，牵伸和加捻系统包括前后设置的一级牵伸单元、二级牵伸单元和双组份并合加捻单元；

2)一级牵伸单元包括组合后罗拉、中罗拉；组合后罗拉包括同一根后罗拉轴上并排设置的第一后罗拉1和第二后罗拉2；第一后罗拉1和第二后罗拉2分别以线速度V_h1和V_h2转动；中罗拉5以线速度V_z的速度转动；9为集合器。

3)二级牵伸单元包括前罗拉7和中罗拉5；前罗拉以线速度Vq转动；

4)保持前罗拉和中罗拉线速度之比Vq/V_z恒定，其大小取决于纱线的基准线密度；

5)仅仅调整第一后罗拉和/或第二后罗拉的转速，同时实现纱线线密度或/和混纺比的调整。

具体调整线密度的方法为：

设第一后罗拉和第二后罗拉所对应的第一组份和第二组份粗纱的线密度分别为ρ₁和ρ₂，由前罗拉输出经加捻后得到的纱线Y的线密度为ρ_y，

令ρ₁＝ρ₂＝ρ，如果调整第一后罗拉与第二后罗拉的速度，使V_h1→V_h1+ΔV_h1；V_h2→V_h2+ΔV_h2，则实现纱线Y的线密度

且第一组份和第二组份的混纺比k₁和k₂分别为：

其中：k₁+k₂＝1；

1)保持第二后罗拉线速度V_h2不变，仅增减第一后罗拉的线速度V_h1，则实现纱线Y中线密度的变化和组份比例的变化。调整后的纱线Y的线密度及混纺比如下式：

其中，e_q为二级牵伸，V_z为中罗拉线速度，ρ粗纱线密度，Δρ_y为纱线Y的线密度变化量，ΔV_h1为第一后罗拉的速度变化量；

2)保持第一后罗拉线速度V_h1不变，仅增减第二后罗拉的线速度V_h2，则实现纱线Y中线密度的变化和组份比例的变化。调整后的纱线Y的线密度及混纺比如下式：

其中，ΔV_h2为第二后罗拉的速度变化量；

3)同时连续调整第一后罗拉和第二后罗拉的转速，调整过程保证第一后罗拉和第二后罗拉的速度均大于零，则实现纱线Y中两种组份连续且不断变化，调整后的纱线Y的线密度ρ′_y为：

4)同时连续调整第一后罗拉和第二后罗拉的线速度，调整过程令第一后罗拉或第二后罗拉其中一个的线速度为零(但不同时为零)，则实现纱线Y中一种组份的不连续，而另一种组份连续变化，则在时间节点T₁、T₂、T₃、T₄、T₅中调整后的纱线Y的线密度和混纺比分别为：

①当(T₁≤t≤T₂)时：

②当(T₂≤t≤T₃)时

k₁＝0

k₂＝1

③当(T₃≤t≤T₄)时

④当(T₄≤t≤T₅)时

k₁＝1

k₂＝0。

另外，还可以将集合器9设置在组合后罗拉和所述中罗拉之间，如果设定中罗拉线速度V_z保持不变，则所述的一级牵伸单元确定多彩竹节纱的混纺比和粗细度的增量变化，二级牵伸单元确定竹节纱的基准线密度。牵伸时，通过控制中罗拉以恒定的设定速度转动，保证了准确实现动态变化的成纱条干和混纺比例，即使不同批次的纱线其条干和色差均不会产生明显的差异。

实施例2

如图1-4所示，一种双组份异同步二级牵伸纺制多彩竹节纱的装置包括控制系统和执行机构，执行机构包括双组份分合式异同步二级牵伸机构、加捻机构和卷绕成型机构；二级牵伸机构包括一级牵伸单元和二级牵伸单元；一级牵伸单元包括组合后罗拉10、中罗拉5；组合后罗拉10包括同一根后罗拉轴上并排设置的第一后罗拉1和第二后罗拉2；二级牵伸单元包括前罗拉7和中罗拉5。3、4为与各个后罗拉对应的上皮辊，6为中罗拉的上皮辊，8为前罗拉对应的上皮辊。9为集合器，13和14分别为卷绕成型机构和导辊。

如图2所示，第一后罗拉2固定设置在后罗拉轴上，齿轮或皮带轮23转动带动第一后罗拉2运动；第二后罗拉1可转动设置在后罗拉轴上，并通过环圈21带动其转动。

纺纱时，两根粗纱须条11和12在牵伸和加捻过程中，用导纱杆和支撑辊定位，第一后罗拉1和第二后罗拉2以不同的速度V_h1和V_h2将纱线喂入一级牵伸区，纱线的行走路径如图4所示。平行运动至中罗拉握持点并以速度V_z引出，两根须条分别受到e_h1＝(V_z-V_h1)/V_h1、e_h2＝(V_z-V_h1)/V_h1的异步牵伸后须条线密度分别为ρ₁′和ρ₂′，然后进入二级牵伸区，在前罗拉表面速度V_q的同步牵伸作用下两根须条的线密度变为ρ₁″和ρ₁″，共同加捻形成纱线。则所述一级牵伸单元的功能是形成混纺比(或混色比)和线密度动态变化；所述二级牵伸单元的功能则是形成变密度纱线基准线密度。

如图5所示，控制系统主要包括PLC可编程控制器、伺服驱动器、伺服电机等。可编程控制器通过伺服驱动器控制电机带动罗拉、纲领板、锭子等工作。

以上结合附图仅描述了本申请的几个优选实施例，但本申请不限于此，凡是本领域普通技术人员在不脱离本申请的精神下，做出的任何改进和/或变形，均属于本申请的保护范围。

Claims (1)

1.一种双组份异同步二级牵伸纺制多彩竹节纱的方法，其特征在于，其具体包括：

1)牵伸和加捻系统包括前后设置的一级牵伸单元、二级牵伸单元和加捻单元；

2)所述一级牵伸单元包括组合后罗拉、中罗拉；组合后罗拉包括同一根后罗拉轴上并排设置的第一后罗拉和第二后罗拉；第一后罗拉和第二后罗拉分别以线速度V_h1和V_h2转动；中罗拉以线速度V_z转动；第一后罗拉固定设置在后罗拉轴上，齿轮或皮带轮转动带动第一后罗拉运动；第二后罗拉可转动设置在后罗拉轴上，并通过环圈带动其转动；所述组合后罗拉和所述中罗拉之间设置两个集合器，保证两根粗纱须条在一级牵伸区内完成平行分离式异步牵伸，在所述中罗拉和所述前罗拉之间设置一个集合器保证两根粗纱须条在二级牵伸区内完成交汇并合式同步牵伸，且所述中罗拉线速度由纱线基准线密度确定且保持不变，则所述一级牵伸单元的功能是形成混纺比和线密度动态变化；所述二级牵伸单元的功能则是形成变密度纱线基准线密度；所述中罗拉的速度V_z≤(V_h1+V_h2)；

3)所述二级牵伸单元包括前罗拉和所述中罗拉；前罗拉以线速度V_q转动；

4)保持前罗拉和中罗拉线速度V_q/V_z之比恒定，仅仅调整第一后罗拉和/或第二后罗拉的转速，可同时实现纱线线密度或/和混纺比的在线动态调整，设第一后罗拉和第二后罗拉所牵伸的第一组份粗纱和第二组份粗纱的线密度分别为ρ₁和ρ₂，由前罗拉输出经加捻后得到的纱线Y的线密度为ρ_y，

令ρ₁＝ρ₂＝ρ，如果使V_h1→V_h1+ΔV_h1；V_h2→V_h2+ΔV_h2，

则实现纱线Y的线密度

且第一组份粗纱和第二组份粗纱的混纺比k₁和k₂分别为：

其中：k₁+k₂＝1；

1)保持第二后罗拉线速度V_h2不变，仅增减第一后罗拉的线速度V_h1，则实现纱线Y中线密度的变化和组份比例的变化，调整后的纱线Y的线密度及混纺比如下式：

其中，e_q为二级牵伸比，V_z为中罗拉线速度，ρ粗纱线密度，Δρ_y为纱线Y的线密度变化量，ΔV_h1为第一后罗拉的速度变化量；

2)保持第一后罗拉线速度V_h1不变，仅增减第二后罗拉的线速度V_h2，则实现纱线Y中线密度的变化和组份比例的变化，调整后的纱线Y的线密度及混纺比如下式：

其中，ΔV_h2为第二后罗拉的速度变化量；

3)同时连续调整第一后罗拉和第二后罗拉的转速，调整过程保证第一后罗拉和第二后罗拉的速度均大于零，则实现纱线Y中两种组份连续且不断变化，调整后的纱线Y的线密度ρ′_y为：

4)同时连续调整第一后罗拉和第二后罗拉的线速度，调整过程令第一后罗拉或第二后罗拉其中一个的线速度为零，但不同时为零，则实现纱线Y中一种组份的不连续，而另一种组份连续变化，则在时间节点T₁、T₂、T₃、T₄、T₅中调整后的纱线Y的线密度和混纺比分别为：

①当T₁≤t≤T₂时：

②当T₂≤t≤T₃时

k₁＝0

k₂＝1

③当T₃≤t≤T₄时

④当T₄≤t≤T₅时

k₁＝1

k₂＝0。