CN105040206A - 四组份异同步牵伸调控纱线线密度及混纺比的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四组份异同步牵伸调控纱线线密度及混纺比的方法，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和二级牵伸单元；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；在基准线段的基准线速度基础上，增减组合后罗拉上的第一后罗拉、第二后罗拉、第三后罗拉和/或第四后罗拉的转速，实现第i段纱线Y的线密度或/和混纺比的在线动态调整。利用本发明的方法及装置生产出来的点点纱、竹节纱、大肚纱混色更加均匀和准确，通过控制中罗列的恒定的设定速度转动，保证了混纺效果更加稳定，即使不同批次的纱线色差也不会有明显的变化。

Description

四组份异同步牵伸调控纱线线密度及混纺比的方法及装置

技术领域

本发明涉及到纺织工程中纺纱领域，特别涉及一种四组份异同步牵伸调控纱线线密度及混纺比的方法及装置。

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。当纤维不均匀分布在纱线长度方向时，其线密度或外观的粗细就会发生变化，如果在纱线线密度变化的同时还能改变其混纺比，就可以形成线密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线密度变化的多彩纱线，具体可分为多彩竹节纱、多彩大肚纱、多彩点点纱。

目前环锭纺生产变线密度纱线的方法，基本采用中、后罗拉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变线密度纱线。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点点纱、竹节纱、大肚纱等不同效果。

已有的变线密度纱线的纺纱工艺有以下局限性：

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)；不能在调整纱线粗细变化的同时调整混纺比(混色比)的变化。

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)，由此导致纺纱纱线花型单调，可变因素少。

③花型的可再现性差。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四组份异同步牵伸调控纱线线密度及混纺比的在线动态调控，以此纺制多彩竹节纱和多彩点点纱的方法。该方法将传统的四组份前后区同步牵伸改变为四组份分离异步牵伸(下称一级异步牵伸)和四组份并合同步牵伸(下称二级同步牵伸)，通过一级异步牵伸控制四组份混合比例及纱线线密度的动态变化，通过二级同步牵伸控制纱线的当量线密度(或基准线密度)的大小。通过本发明的四组份分合异同步式二级牵伸再汇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，突破原有竹节纱和点点纱纺制过程中的三大技术瓶颈：①只能调节纱线线密度不能调节其混纺比(或色彩变化)；②纱线花型单一；③花型的可再现性差。

为实现上述目的，本发明公开的四组份异同步牵伸调控纱线线密度及混纺比的方法具体包括：

1)牵伸和加捻系统包括前后设置的一级牵伸单元和二级牵伸单元；

2)所述一级牵伸单元包括组合后罗拉、中罗拉；组合后罗拉具有四个转动自由度，其包括同一根后罗拉轴上并排设置的第一后罗拉、第二后罗拉、第三后罗拉和第四后罗拉；第一后罗拉、第二后罗拉、第三后罗拉和第四后罗拉分别以速度V_h1、V_h2、V_h3和V_h4运动；中罗拉以速度V_z的速度转动；所述二级同步牵伸单元包括前罗拉和所述中罗拉；前罗拉以表面线速度V_q转动；

设第一后罗拉、第二后罗拉、第三后罗拉和第四后罗拉所牵伸的第一组份粗纱、第二组份粗纱、第三组份粗纱和第四组份粗纱的线密度分别为ρ₁、ρ₂、ρ₃和ρ₄，前罗拉牵伸加捻后得到的纱线Y的线密度为ρ_y，

${\mathrm{\ρ}}_y=\frac{1}{V_q}(V_{h1}*{\mathrm{\ρ}}_1+V_{h2}*{\mathrm{\ρ}}_2+V_{h3}*{\mathrm{\ρ}}_3+V_{h4}*{\mathrm{\ρ}}_4)---\left(1\right);$

3)根据设定混纺比和/或线密度，将所述纱线Y分为n段，每段纱线Y的线密度和混纺比相同，而相邻两段的线密度或混纺比不同；牵伸第i段纱线Y时，第一后罗拉、第二后罗拉、第三后罗拉和第四后罗拉的线速度分别为V_h1i、V_h2i、V_h3i和V_h4i，其中i∈(1,2，…，n)；所述第一组份粗纱、第二组份粗纱、第三组份粗纱和第四组份粗纱经两级牵伸和加捻形成的第i段纱线Y后，其混纺比k_1i、k_2i、k_3i和k_4i可表达如下：

$k_{1i}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_1*V_{h1i}}{{\mathrm{\ρ}}_1*V_{h1i}+{\mathrm{\ρ}}_2*V_{h2i}+{\mathrm{\ρ}}_3*V_{h3i}+{\mathrm{\ρ}}_4*V_{h4i}}---\left(2\right)$

$k_{2i}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_2*V_{h2i}}{{\mathrm{\ρ}}_1*V_{h1i}+{\mathrm{\ρ}}_2*V_{h2i}+{\mathrm{\ρ}}_3*V_{h3i}+{\mathrm{\ρ}}_4*V_{h4i}}---\left(3\right)$

$k_{3i}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_3*V_{h3i}}{{\mathrm{\ρ}}_1*V_{h1i}+{\mathrm{\ρ}}_2*V_{h2i}+{\mathrm{\ρ}}_3*V_{h3i}+{\mathrm{\ρ}}_4*V_{h4i}}---\left(4\right)$

$k_{4i}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_4*V_{h4i}}{{\mathrm{\ρ}}_1*V_{h1i}+{\mathrm{\ρ}}_2*V_{h2i}+{\mathrm{\ρ}}_3*V_{h3i}+{\mathrm{\ρ}}_4*V_{h4i}}---\left(5\right)$

第i段纱线Y的线密度为：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{yi}}=\frac{V_z}{V_q}*(\frac{V_{h1i}}{V_z}*{\mathrm{\ρ}}_1+\frac{V_{h2i}}{V_z}{\mathrm{\ρ}}_2+\frac{V_{h3i}}{V_z}{\mathrm{\ρ}}_3+\frac{V_{h4i}}{V_z}{\mathrm{\ρ}}_4)\\ =\frac{1}{e_q}*(\frac{V_{h1i}}{V_z}*{\mathrm{\ρ}}_1+\frac{V_{h2i}}{V_z}{\mathrm{\ρ}}_2+\frac{V_{h3i}}{V_z}{\mathrm{\ρ}}_3+\frac{V_{h4i}}{V_z}{\mathrm{\ρ}}_4)\end{array}---\left(6\right)$

其中，为二级牵伸比；

4)设将n段纱线Y中线密度最小的一段定义为基准线段，该段的基准线密度为ρ₀，以及该段的第一后罗拉、第二后罗拉、第三后罗拉和第四后罗拉的基准线速度分别为V_h10、V_h20、V_h30和V_h40；该段的第一组份粗纱、第二组份粗纱、第三组份粗纱和第四组份粗纱的基准混纺比分别为k₁₀、k₂₀、k₃₀和k₄₀，

保持所述中罗拉的线速度恒定，

且V_z＝V_h10+V_h20+V_h30+V_h40(7)；

同时，令二级牵伸比恒定；

其中，第一后罗拉、第二后罗拉、第三后罗拉和第四后罗拉的基准线速度V_h10、V_h20、V_h30和V_h40根据第一组份粗纱、第二组份粗纱、第三组份粗纱和第四组份粗纱的材质、基准线密度ρ₀以及基准混纺比k₁₀、k₂₀、k₃₀和k₄₀提前设定；

5)牵伸混纺第i段纱线Y时，在已知第i段的设定线密度ρ_yi和设定混纺比k_1i、k_2i、k_3i和k_4i前提下，根据公式(2)-(7)计算出所述第一后罗拉、第二后罗拉、第三后罗拉和第四后罗拉的线速度V_h1i、V_h2i、V_h3i和V_h4i；

6)在基准线段的基准线速度V_h10、V_h20、V_h30和V_h40基础上，增减第一后罗拉、第二后罗拉、第三后罗拉和/或第四后罗拉的转速，实现第i段纱线Y的线密度或/和混纺比的在线动态调整。

进一步，设ρ₁＝ρ₂＝ρ₃＝ρ₄＝ρ，则公式(6)简化为：

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{yi}}=\frac{\mathrm{\ρ}}{e_q}*\frac{V_{h1i}+V_{h2i}+V_{h3i}+V_{h4i}}{V_z}---\left(8\right)$

根据公式(2)-(5)和(7)-(8)计算出所述第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉的线速度V_h1i、V_h2i、V_h3i和V_h4i；在基准线速度V_h10、V_h20、V_h30和V_h40的基础上，增减第一后罗拉、第二后罗拉、第三后罗拉和/或第四后罗拉的转速实现设定的第i段纱线Y线密度或/和混纺比。

进一步，在纱线Y从第i-1段转换到第i段的瞬间，设纱线Y的线密度在基准线密度的基础上增加动态增量△ρ_yi，即粗细变化△ρ_yi；为此所述第一后罗拉、第二后罗拉、第三后罗拉和第四后罗拉的线速度分别在基准线速度的基础上发生相应增量，即(V_h10+V_h20+V_h30+V_h40)→(V_h10+ΔV_h1i+V_h20+ΔV_h2i+V_h30+ΔV_h3i+V_h40+ΔV_h4i)时，纱线Y线密度的增量为：

${\mathrm{\Δ\ρ}}_{\mathrm{yi}}=\frac{\mathrm{\ρ}}{e_q*V_z}*({\mathrm{\ΔV}}_{h1i}+{\mathrm{\ΔV}}_{h2i}+{\mathrm{\ΔV}}_{h3i}+{\mathrm{\ΔV}}_{h4i});$

则纱线Y的线密度ρ_yi可表达如下：

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{yi}}={\mathrm{\ρ}}_{y0}+{\mathrm{\Δ\ρ}}_{\mathrm{yi}}={\mathrm{\ρ}}_{y0}+\frac{{\mathrm{\ΔV}}_{h1i}+{\mathrm{\ΔV}}_{h2i}+{\mathrm{\ΔV}}_{h3i}+{\mathrm{\ΔV}}_{h4i}}{V_z}*\frac{\mathrm{\ρ}}{e_q}---\left(9\right)$

令ΔV_i＝ΔV_h1i+ΔV_h2i+ΔV_h3i+ΔV_h4i，则(9)变为：

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{yi}}={\mathrm{\ρ}}_{y0}+\frac{{\mathrm{\ΔV}}_i}{V_z}*\frac{\mathrm{\ρ}}{e_q}---\left(10\right)$

通过控制所述第一后罗拉、第二后罗拉、第三后罗拉和第四后罗拉的线速度增量之和ΔV_i实现纱线Y的线密度变化。

进一步，令ρ₁＝ρ₂＝ρ₃＝ρ₄＝ρ，则在纱线Y从第i-1段转换到第i段的瞬间，纱线Y的混纺比，即公式(2)-(5)简化为：

$k_{1i}=\frac{V_{h10}+{\mathrm{\ΔV}}_{h1i}}{V_z+{\mathrm{\ΔV}}_i}---\left(11\right)$

$k_{2i}=\frac{V_{h20}+{\mathrm{\ΔV}}_{h2i}}{V_z+{\mathrm{\ΔV}}_i}---\left(12\right)$

$k_{3i}=\frac{V_{h30}+{\mathrm{\ΔV}}_{h3i}}{V_z+{\mathrm{\ΔV}}_i}---\left(13\right)$

$k_{4i}=\frac{V_{h40}+{\mathrm{\ΔV}}_{h4i}}{V_z+{\mathrm{\ΔV}}_i}---\left(14\right)$

通过控制所述第一后罗拉、第二后罗拉、第三后罗拉和第四后罗拉的线速度增量实现纱线Y的混纺比的调整；

其中,

ΔV_h1i＝k_1i*(V_z+ΔV_i)-V_h10

ΔV_h2i＝k_2i*(V_z+ΔV_i)-V_h20

ΔV_h3i＝k_3i*(V_z+ΔV_i)-V_h30

ΔV_h4i＝k_4i*(V_z+ΔV_i)-V_h40。

进一步，令V_h1i*ρ₁+V_h2i*ρ₂+V_h3i*ρ₃+V_h4i*ρ₄＝H，H为常数，则ΔV_i恒为0，由此，实现所述纱线Y的混纺比调整的同时保证线密度不变。

进一步，令ΔV_h1i、ΔV_h2i、ΔV_h3i和ΔV_h4i其中任意一个、两个或三个为零，其他不为零，则实现所述纱线Y中一种、两种或三种粗纱组份的变化，而其他粗纱组份不变化，调整后的混纺比为：

$k_{\mathrm{ki}}=\frac{V_{\mathrm{hk}0}+{\mathrm{\ΔV}}_{\mathrm{hki}}}{V_z+{\mathrm{\ΔV}}_i}$

$k_{\mathrm{ji}}=\frac{V_{\mathrm{hj}0}}{V_z+{\mathrm{\ΔV}}_i}$

其中，k，j∈(1,2,3,4)，且k≠j。

进一步，令ΔV_h1i、ΔV_h2i、ΔV_h3i和ΔV_h4i都不为零，则实现所述纱线Y中四种粗纱组份的变化。

进一步，令V_h1i、V_h2i、V_h3i和V_h4i其中一个、两个或三个为零，而其它不为零，则实现在第i段纱线Y中1-3种粗纱组份的不连续。

一种四组份异同步牵伸调控纱线线密度及混纺比的装置，其包括控制系统和执行机构，执行机构包括四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；组合后罗拉具有四个转动自由度，包括同一根后罗拉轴上并排设置的第一后罗拉、第二后罗拉、第三后罗拉和第四后罗拉；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，第一后罗拉、第二后罗拉、第三后罗拉和第四后罗拉中任一个固定设置在所述后罗拉轴上，其他三个后罗拉彼此独立转动地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、第二后罗拉、第三后罗拉和第四后罗拉的速度之和。

利用本发明的方法及装置生产出来的点点纱、竹节纱、混色更加均匀和准确，通过控制中罗列的恒定的设定速度转动，保证了混纺效果更加稳定，即使不同批次的纱线色差也不会有明显的变化。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

一种四组份异同步牵伸调控纱线线密度及混纺比的方法，其具体包括：

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和二级牵伸单元；

2)一级牵伸单元包括组合后罗拉、中罗拉3；组合后罗拉具有四个转动自由度，包括同一根后罗拉轴上并排设置的第一后罗拉6、第二后罗拉8、第三后罗拉10和第四后罗拉12；二级牵伸单元包括前罗拉1和中罗拉3。4为中罗拉3对应的上皮辊，5、7、9、11为与四个后罗拉对应的四个上皮辊。2为与前罗拉1相对应的上皮辊。O₁O′₁、O₂O′₂、O₃O′₃分别代表后罗拉、中罗拉、前罗拉的轴心线。中罗拉与后罗拉构成一级牵伸，前罗拉与中罗拉构成二级牵伸。15为卷绕成型机构，14为导辊，16为纱线Y。

如图2所示，具有四重嵌套的4自由度组合后罗拉，6、8、10和12四个活动后罗拉活套在同一心轴上，并分别由皮带轮20、24、30、32驱动。第一后罗拉、第二后罗拉、第三后罗拉和第四后罗拉分别以速度V_h1、V_h2、V_h3和V_h4运动；中罗拉以速度V_z的速度转动；二级同步牵伸单元包括前罗拉和中罗拉；前罗拉以表面线速度Vq转动；设第一后罗拉、第二后罗拉、第三后罗拉和第四后罗拉所牵伸的第一组份粗纱、第二组份粗纱、第三组份粗纱和第四组份粗纱的线密度分别为ρ₁、ρ₂、ρ₃和ρ₄，前罗拉牵伸加捻后得到的纱线Y的线密度为ρ_y。

四个同轴同外径的后罗拉分别与四个同轴同外径的后上皮辊对应，后区四对平行排列、上下对应的上下皮圈分别握持四根粗纱。纺纱时，四根粗纱须条在牵伸和加捻过程中，用导纱杆和喇叭口定位，使其按照图4所示路径行走。四根粗纱ρ₁、ρ₂、ρ₃、ρ₄由后罗拉钳口a₁、a₂、a₃、a₄以不同的速度喂入一级牵伸区，平行运动至中罗拉握持点b₁、b₂、b₃、b₄并以速度V_z引出，三根须条分别受到异步牵伸后须条线密度分别为ρ₁'、ρ₂'、ρ₃'和ρ₄'，然后进入二级牵伸区并交汇于前罗拉握持点c，在前罗拉表面速度V_q的同步牵伸作用下三根须条的线密度变为ρ₁″、ρ₁″、ρ₃″和ρ₄″，四根须条汇合于前罗拉钳口c处后再同轴加捻形成纱线Y。

${\mathrm{\ρ}}_y=\frac{1}{V_q}(V_{h1}*{\mathrm{\ρ}}_1+V_{h2}*{\mathrm{\ρ}}_2+V_{h3}*{\mathrm{\ρ}}_3+V_{h4}*{\mathrm{\ρ}}_4)---\left(1\right);$

3)根据设定混纺比和/或线密度，将所述纱线Y分为n段，每段纱线Y的线密度和混纺比相同，而相邻两段的线密度或混纺比不同；牵伸第i段纱线Y时，第一后罗拉、第二后罗拉、第三后罗拉和第四后罗拉的线速度分别为V_h1i、V_h2i、V_h3i和V_h4i，其中i∈(1,2，…，n)；所述第一组份粗纱、第二组份粗纱、第三组份粗纱和第四组份粗纱经两级牵伸和加捻形成的第i段纱线Y后，其混纺比k_1i、k_2i、k_3i和k_4i可表达如下：

$k_{1i}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_1*V_{h1i}}{{\mathrm{\ρ}}_1*V_{h1i}+{\mathrm{\ρ}}_2*V_{h2i}+{\mathrm{\ρ}}_3*V_{h3i}+{\mathrm{\ρ}}_4*V_{h4i}}---\left(2\right)$

$k_{2i}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_2*V_{h2i}}{{\mathrm{\ρ}}_1*V_{h1i}+{\mathrm{\ρ}}_2*V_{h2i}+{\mathrm{\ρ}}_3*V_{h3i}+{\mathrm{\ρ}}_4*V_{h4i}}---\left(3\right)$

$k_{3i}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_3*V_{h3i}}{{\mathrm{\ρ}}_1*V_{h1i}+{\mathrm{\ρ}}_2*V_{h2i}+{\mathrm{\ρ}}_3*V_{h3i}+{\mathrm{\ρ}}_4*V_{h4i}}---\left(4\right)$

$k_{4i}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_4*V_{h4i}}{{\mathrm{\ρ}}_1*V_{h1i}+{\mathrm{\ρ}}_2*V_{h2i}+{\mathrm{\ρ}}_3*V_{h3i}+{\mathrm{\ρ}}_4*V_{h4i}}---\left(5\right)$

第i段纱线Y的线密度为：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{yi}}=\frac{V_z}{V_q}*(\frac{V_{h1i}}{V_z}*{\mathrm{\ρ}}_1+\frac{V_{h2i}}{V_z}{\mathrm{\ρ}}_2+\frac{V_{h3i}}{V_z}{\mathrm{\ρ}}_3+\frac{V_{h4i}}{V_z}{\mathrm{\ρ}}_4)\\ =\frac{1}{e_q}*(\frac{V_{h1i}}{V_z}*{\mathrm{\ρ}}_1+\frac{V_{h2i}}{V_z}{\mathrm{\ρ}}_2+\frac{V_{h3i}}{V_z}{\mathrm{\ρ}}_3+\frac{V_{h4i}}{V_z}{\mathrm{\ρ}}_4)\end{array}---\left(6\right)$

其中，为二级牵伸比；

4)设将n段纱线Y中线密度最小的一段定义为基准线段，该段的基准线密度为ρ₀，以及该段的第一后罗拉、第二后罗拉、第三后罗拉和第四后罗拉的基准线速度分别为V_h10、V_h20、V_h30和V_h40；该段的第一组份粗纱、第二组份粗纱、第三组份粗纱和第四组份粗纱的基准混纺比分别为k₁₀、k₂₀、k₃₀和k₄₀，

保持所述中罗拉的线速度恒定，

且V_z＝V_h10+V_h20+V_h30+V_h40(7)；

同时，令二级牵伸比恒定；

其中，第一后罗拉、第二后罗拉、第三后罗拉和第四后罗拉的基准线速度V_h10、V_h20、V_h30和V_h40根据第一组份粗纱、第二组份粗纱、第三组份粗纱和第四组份粗纱的材质、基准线密度ρ₀以及基准混纺比k₁₀、k₂₀、k₃₀和k₄₀提前设定；

5)牵伸混纺第i段纱线Y时，在已知第i段的设定线密度ρ_yi和设定混纺比k_1i、k_2i、k_3i和k_4i前提下，根据公式(2)-(7)计算出所述第一后罗拉、第二后罗拉、第三后罗拉和第四后罗拉的线速度V_h1i、V_h2i、V_h3i和V_h4i；

6)在基准线段的基准线速度V_h10、V_h20、V_h30和V_h40基础上，增减第一后罗拉、第二后罗拉、第三后罗拉和/或第四后罗拉的转速，实现第i段纱线Y的线密度或/和混纺比的在线动态调整。

7)设ρ₁＝ρ₂＝ρ₃＝ρ₄＝ρ，则公式(6)简化为：

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{yi}}=\frac{\mathrm{\ρ}}{e_q}*\frac{V_{h1i}+V_{h2i}+V_{h3i}+V_{h4i}}{V_z}---\left(8\right)$

根据公式(2)-(5)和(7)-(8)计算出所述第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉的线速度V_h1i、V_h2i、V_h3i和V_h4i；在基准线速度V_h10、V_h20、V_h30和V_h40的基础上，增减第一后罗拉、第二后罗拉、第三后罗拉和/或第四后罗拉的转速实现设定的第i段纱线Y线密度或/和混纺比。

8)在纱线Y从第i-1段转换到第i段的瞬间，设纱线Y的线密度在基准线密度的基础上增加动态增量△ρ_yi，即粗细变化△ρ_yi；为此所述第一后罗拉、第二后罗拉、第三后罗拉和第四后罗拉的线速度分别在基准线速度的基础上发生相应增量，即(V_h10+V_h20+V_h30+V_h40)→(V_h10+ΔV_h1i+V_h20+ΔV_h2i+V_h30+ΔV_h3i+V_h40+ΔV_h4i)时，纱线Y线密度的增量为：

${\mathrm{\Δ\ρ}}_{\mathrm{yi}}=\frac{\mathrm{\ρ}}{e_q*V_z}*({\mathrm{\ΔV}}_{h1i}+{\mathrm{\ΔV}}_{h2i}+{\mathrm{\ΔV}}_{h3i}+{\mathrm{\ΔV}}_{h4i});$

则纱线Y的线密度ρ_yi可表达如下：

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{yi}}={\mathrm{\ρ}}_{y0}+{\mathrm{\Δ\ρ}}_{\mathrm{yi}}={\mathrm{\ρ}}_{y0}+\frac{{\mathrm{\ΔV}}_{h1i}+{\mathrm{\ΔV}}_{h2i}+{\mathrm{\ΔV}}_{h3i}+{\mathrm{\ΔV}}_{h4i}}{V_z}*\frac{\mathrm{\ρ}}{e_q}---\left(9\right)$

令ΔV_i＝ΔV_h1i+ΔV_h2i+ΔV_h3i+ΔV_h4i，则(9)变为：

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{yi}}={\mathrm{\ρ}}_{y0}+\frac{{\mathrm{\ΔV}}_i}{V_z}*\frac{\mathrm{\ρ}}{e_q}---\left(10\right)$

通过控制所述第一后罗拉、第二后罗拉、第三后罗拉和第四后罗拉的线速度增量之和ΔV_i实现纱线Y的线密度变化。

9)令ρ₁＝ρ₂＝ρ₃＝ρ₄＝ρ，则在纱线Y从第i-1段转换到第i段的瞬间，纱线Y的混纺比，即公式(2)-(5)简化为：

$k_{1i}=\frac{V_{h10}+{\mathrm{\ΔV}}_{h1i}}{V_z+{\mathrm{\ΔV}}_i}---\left(11\right)$

$k_{2i}=\frac{V_{h20}+{\mathrm{\ΔV}}_{h2i}}{V_z+{\mathrm{\ΔV}}_i}---\left(12\right)$

$k_{3i}=\frac{V_{h30}+{\mathrm{\ΔV}}_{h3i}}{V_z+{\mathrm{\ΔV}}_i}---\left(13\right)$

$k_{4i}=\frac{V_{h40}+{\mathrm{\ΔV}}_{h4i}}{V_z+{\mathrm{\ΔV}}_i}---\left(14\right)$

通过控制所述第一后罗拉、第二后罗拉、第三后罗拉和第四后罗拉的线速度增量实现纱线Y的混纺比的调整；

其中,

ΔV_h1i＝k_1i*(V_z+ΔV_i)-V_h10

ΔV_h2i＝k_2i*(V_z+ΔV_i)-V_h20

ΔV_h3i＝k_3i*(V_z+ΔV_i)-V_h30

ΔV_h4i＝k_4i*(V_z+ΔV_i)-V_h40。

10)令V_h1i*ρ₁+V_h2i*ρ₂+V_h3i*ρ₃+V_h4i*ρ₄＝H，H为常数，则ΔV_i恒为0，由此，实现所述纱线Y的混纺比调整的同时保证线密度不变。

11)令ΔV_h1i、ΔV_h2i、ΔV_h3i和ΔV_h4i其中任意一个、两个或三个为零，其他不为零，则实现所述纱线Y中一种、两种或三种粗纱组份的变化，而其他粗纱组份不变化，调整后的混纺比为：

$k_{\mathrm{ki}}=\frac{V_{\mathrm{hk}0}+{\mathrm{\ΔV}}_{\mathrm{hki}}}{V_z+{\mathrm{\ΔV}}_i}$

$k_{\mathrm{ji}}=\frac{V_{\mathrm{hj}0}}{V_z+{\mathrm{\ΔV}}_i}$

其中，k，j∈(1,2,3,4)，且k≠j。

12)令ΔV_h1i、ΔV_h2i、ΔV_h3i和ΔV_h4i都不为零，则实现所述纱线Y中四种粗纱组份的变化。

13)令V_h1i、V_h2i、V_h3i和V_h4i其中一个、两个或三个为零，而其它不为零，则实现在第i段纱线Y中1-3种粗纱组份的不连续。

实施例2

一种四组份异同步牵伸纺制多彩竹节纱的装置包括控制系统和执行机构，执行机构包括四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；

如图1和2所示，一级牵伸单元包括组合后罗拉15、中罗拉3；组合后罗拉15具有四个转动自由度，包括同一根后罗拉轴21上并排设置的第一后罗拉6、第二后罗拉8、第三后罗拉10和第四后罗拉12；二级牵伸单元包括前罗拉1和中罗拉3。4为中罗拉3对应的上皮辊，5、7、9、11为与四个后罗拉对应的四个上皮辊。2为与前罗拉1相对应的上皮辊。23、26和27为轴承。

如图2所示，具有四重嵌套的4自由度组合后罗拉，6、8、10和12四个活动后罗拉活套在同一心轴21上，并分别由皮带轮30、32、20、24驱动。四个后罗拉依次相邻设置，其驱动机构皮带轮30、32、20、24设置在四个后罗拉的两侧。

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。

通过将四个后罗拉并排设置在一根轴上，并且其驱动装置设置在两侧，其机械结构更加紧凑，并且使得四个后罗拉所牵伸的四种粗纱线在混纺时更加贴近，可以有效防止驱动设置在工作时对纱线的干扰和污染，并且四种基色纱线通过喇叭口时，夹持角度更小，有利于纱线的混合更加均匀。

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 (10)

1.一种四组份异同步牵伸调控纱线线密度及混纺比的方法，其特征在于，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和二级牵伸单元；

2)所述一级牵伸单元包括组合后罗拉、中罗拉；组合后罗拉具有四个转动自由度，其包括同一根后罗拉轴上并排设置的第一后罗拉、第二后罗拉、第三后罗拉和第四后罗拉；第一后罗拉、第二后罗拉、第三后罗拉和第四后罗拉分别以速度V_h1、V_h2、V_h3和V_h4运动；中罗拉以速度V_z的速度转动；所述二级同步牵伸单元包括前罗拉和所述中罗拉；前罗拉以表面线速度V_q转动；

设第一后罗拉、第二后罗拉、第三后罗拉和第四后罗拉所牵伸的第一组份粗纱、第二组份粗纱、第三组份粗纱和第四组份粗纱的线密度分别为ρ₁、ρ₂、ρ₃和ρ₄，前罗拉牵伸加捻后得到的纱线Y的线密度为ρ_y，

${\mathrm{\ρ}}_y=\frac{1}{V_q}(V_{h1}*{\mathrm{\ρ}}_1+V_{h2}*{\mathrm{\ρ}}_2+V_{h3}*{\mathrm{\ρ}}_3+V_{h4}*{\mathrm{\ρ}}_4)---\left(1\right);$

3)根据设定混纺比和/或线密度，将所述纱线Y分为n段，每段纱线Y的线密度和混纺比相同，而相邻两段的线密度或混纺比不同；牵伸第i段纱线Y时，第一后罗拉、第二后罗拉、第三后罗拉和第四后罗拉的线速度分别为V_h1i、V_h2i、V_h3i和V_h4i，其中i∈(1,2，…，n)；所述第一组份粗纱、第二组份粗纱、第三组份粗纱和第四组份粗纱经两级牵伸和加捻形成的第i段纱线Y后，其混纺比k_1i、k_2i、k_3i和k_4i可表达如下：

$k_{1i}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_1*V_{h1i}}{{\mathrm{\ρ}}_1*V_{h1i}+{\mathrm{\ρ}}_2*V_{h2i}+{\mathrm{\ρ}}_3*V_{h3i}+{\mathrm{\ρ}}_4*V_{h4i}}---\left(2\right)$

$k_{2i}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_2*V_{h2i}}{{\mathrm{\ρ}}_1*V_{h1i}+{\mathrm{\ρ}}_2*V_{h2i}+{\mathrm{\ρ}}_3*V_{h3i}+{\mathrm{\ρ}}_4*V_{h4i}}---\left(3\right)$

$k_{3i}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_3*V_{h3i}}{{\mathrm{\ρ}}_1*V_{h1i}+{\mathrm{\ρ}}_2*V_{h2i}+{\mathrm{\ρ}}_3*V_{h3i}+{\mathrm{\ρ}}_4*V_{h4i}}---\left(4\right)$

$k_{4i}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_4*V_{h4i}}{{\mathrm{\ρ}}_1*V_{h1i}+{\mathrm{\ρ}}_2*V_{h2i}+{\mathrm{\ρ}}_3*V_{h3i}+{\mathrm{\ρ}}_4*V_{h4i}}---\left(5\right)$

第i段纱线Y的线密度为：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{yi}}=\frac{V_z}{V_q}*(\frac{V_{h1i}}{V_z}*{\mathrm{\ρ}}_1+\frac{V_{h2i}}{V_z}{\mathrm{\ρ}}_2+\frac{V_{h3i}}{V_z}{\mathrm{\ρ}}_3+\frac{V_{h4i}}{V_z}{\mathrm{\ρ}}_4)\\ =\frac{1}{e_q}*(\frac{V_{h1i}}{V_z}*{\mathrm{\ρ}}_1+\frac{V_{h2i}}{V_z}{\mathrm{\ρ}}_2+\frac{V_{h3i}}{V_z}{\mathrm{\ρ}}_3+\frac{V_{h4i}}{V_z}{\mathrm{\ρ}}_4)\end{array}---\left(6\right)$

其中，为二级牵伸比；

4)设将n段纱线Y中线密度最小的一段定义为基准线段，该段的基准线密度为ρ₀，以及该段的第一后罗拉、第二后罗拉、第三后罗拉和第四后罗拉的基准线速度分别为V_h10、V_h20、V_h30和V_h40；该段的第一组份粗纱、第二组份粗纱、第三组份粗纱和第四组份粗纱的基准混纺比分别为k₁₀、k₂₀、k₃₀和k₄₀，

保持所述中罗拉的线速度恒定，

且V_z＝V_h10+V_h20+V_h30+V_h40(7)；

同时，令二级牵伸比恒定；

其中，第一后罗拉、第二后罗拉、第三后罗拉和第四后罗拉的基准线速度V_h10、V_h20、V_h30和V_h40根据第一组份粗纱、第二组份粗纱、第三组份粗纱和第四组份粗纱的材质、基准线密度ρ₀以及基准混纺比k₁₀、k₂₀、k₃₀和k₄₀提前设定；

5)牵伸混纺第i段纱线Y时，在已知第i段的设定线密度ρ_yi和设定混纺比k_1i、k_2i、k_3i和k_4i前提下，根据公式(2)-(7)计算出所述第一后罗拉、第二后罗拉、第三后罗拉和第四后罗拉的线速度V_h1i、V_h2i、V_h3i和V_h4i；

6)在基准线段的基准线速度V_h10、V_h20、V_h30和V_h40基础上，增减第一后罗拉、第二后罗拉、第三后罗拉和/或第四后罗拉的转速，实现第i段纱线Y的线密度或/和混纺比的在线动态调整。

2.如权利要求1所述调控纱线线密度及混纺比的方法，其特征在于，设ρ₁＝ρ₂＝ρ₃＝ρ₄＝ρ，则公式(6)简化为：

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{yi}}=\frac{\mathrm{\ρ}}{e_q}*\frac{V_{h1i}+V_{h2i}+V_{h3i}+V_{h4i}}{V_z}---\left(8\right)$

根据公式(2)-(5)和(7)-(8)计算出所述第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉的线速度V_h1i、V_h2i、V_h3i和V_h4i；在基准线速度V_h10、V_h20、V_h30和V_h40的基础上，增减第一后罗拉、第二后罗拉、第三后罗拉和/或第四后罗拉的转速实现设定的第i段纱线Y线密度或/和混纺比。

3.如权利要求2所述调控纱线线密度及混纺比的方法，其特征在于，在所述纱线Y从第i-1段转换到第i段的瞬间，设纱线Y的线密度在基准线密度的基础上增加动态增量△ρ_yi，即粗细变化△ρ_yi；为此所述第一后罗拉、第二后罗拉、第三后罗拉和第四后罗拉的线速度分别在基准线速度的基础上发生相应增量，即(V_h10+V_h20+V_h30+V_h40)→(V_h10+ΔV_h1i+V_h20+ΔV_h2i+V_h30+ΔV_h3i+V_h40+ΔV_h4i)时，纱线Y线密度的增量为：

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{yi}}=\frac{\mathrm{\ρ}}{e_q*V_z}*(\mathrm{\Δ}{V}_{h1i}+\mathrm{\Δ}{V}_{h2i}+\mathrm{\Δ}{V}_{h3i}+\mathrm{\Δ}{V}_{h4i});$

则纱线Y的线密度ρ_yi可表达如下：

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{yi}}={\mathrm{\ρ}}_{y0}+\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{yi}}={\mathrm{\ρ}}_{y0}+\frac{\mathrm{\Δ}{V}_{h1i}+\mathrm{\Δ}{V}_{h2i}+\mathrm{\Δ}{V}_{h3i}+\mathrm{\Δ}{V}_{h4i}}{V_z}*\frac{\mathrm{\ρ}}{e_q}---\left(9\right)$

令ΔV_i＝ΔV_h1i+ΔV_h2i+ΔV_h3i+ΔV_h4i，则(9)变为：

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{yi}}={\mathrm{\ρ}}_{y0}+\frac{\mathrm{\Δ}{V}_i}{V_z}*\frac{\mathrm{\ρ}}{e_q}---\left(10\right)$

通过控制所述第一后罗拉、第二后罗拉、第三后罗拉和第四后罗拉的线速度增量之和ΔV_i实现纱线Y的线密度变化。

4.如权利要求2所述调控纱线线密度及混纺比的方法，其特征在于，令ρ₁＝ρ₂＝ρ₃＝ρ₄＝ρ，则在纱线Y从第i-1段转换到第i段的瞬间，纱线Y的混纺比，即公式(2)-(5)简化为：

$k_{1i}=\frac{V_{h10}+\mathrm{\Δ}{V}_{h1i}}{V_z+\mathrm{\Δ}{V}_i}---\left(11\right)$

$k_{2i}=\frac{V_{h20}+\mathrm{\Δ}{V}_{h2i}}{V_z+\mathrm{\Δ}{V}_i}---\left(12\right)$

$k_{3i}=\frac{V_{h30}+\mathrm{\Δ}{V}_{h3i}}{V_z+\mathrm{\Δ}{V}_i}---\left(13\right)$

$k_{4i}=\frac{V_{h40}+\mathrm{\Δ}{V}_{h4i}}{V_z+\mathrm{\Δ}{V}_i}---\left(14\right)$

通过控制所述第一后罗拉、第二后罗拉、第三后罗拉和第四后罗拉的线速度增量实现纱线Y的混纺比的调整；

其中,

ΔV_h1i＝k_1i*(V_z+ΔV_i)-V_h10

ΔV_h2i＝k_2i*(V_z+ΔV_i)-V_h20

ΔV_h3i＝k_3i*(V_z+ΔV_i)-V_h30

ΔV_h4i＝k_4i*(V_z+ΔV_i)-V_h40。

5.如权利要求3所述调控纱线线密度及混纺比的方法，其特征在于，令V_h1i*ρ₁+V_h2i*ρ₂+V_h3i*ρ₃+V_h4i*ρ₄＝H，H为常数，则ΔV_i恒为0，由此，实现所述纱线Y的混纺比调整的同时保证线密度不变。

6.如权利要求3所述调控纱线线密度及混纺比的方法，其特征在于，令ΔV_h1i、ΔV_h2i、ΔV_h3i和ΔV_h4i其中任意一个、两个或三个为零，其他不为零，则实现所述纱线Y中一种、两种或三种粗纱组份的变化，而其他粗纱组份不变化，调整后的混纺比为：

$k_{\mathrm{ki}}=\frac{V_{\mathrm{hk}0}+\mathrm{\Δ}{V}_{\mathrm{hki}}}{V_z+\mathrm{\Δ}{V}_i}$

$k_{\mathrm{ji}}=\frac{V_{\mathrm{hj}0}}{V_z+\mathrm{\Δ}{V}_i}$

其中，k，j∈(1,2,3,4)，且k≠j。

7.如权利要求3所述调控纱线线密度及混纺比的方法，其特征在于，令ΔV_h1i、ΔV_h2i、ΔV_h3i和ΔV_h4i都不为零，则实现所述纱线Y中四种粗纱组份的变化。

8.如权利要求3所述调控纱线线密度及混纺比的方法，其特征在于，令V_h1i、V_h2i、V_h3i和V_h4i其中一个、两个或三个为零，而其它不为零，则实现在第i段纱线Y中1-3种粗纱组份的不连续。

9.实现上述方法的一种四组份异同步牵伸调控纱线线密度及混纺比的装置，其特征在于，其包括控制系统和执行机构，执行机构包括四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；组合后罗拉具有四个转动自由度，包括同一根后罗拉轴上并排设置的第一后罗拉、第二后罗拉、第三后罗拉和第四后罗拉；所述二级牵伸单元包括前罗拉和所述中罗拉。

10.如权利要求8所述装置，其特征在于，所述第一后罗拉、第二后罗拉、第三后罗拉和第四后罗拉中任一个固定设置在所述后罗拉轴上，其他三个后罗拉彼此独立转动地设置在所述后罗拉轴上。