CN105113066B

CN105113066B - 五棉条异步输入和三级分梳的转杯纺纺纱方法及装置

Info

Publication number: CN105113066B
Application number: CN201510521024.6A
Authority: CN
Inventors: 高卫东; 薛元; 郭明瑞; 杨瑞华
Original assignee: Jiangnan University
Current assignee: Jiangnan University
Priority date: 2015-08-21
Filing date: 2015-08-21
Publication date: 2018-02-16
Anticipated expiration: 2035-08-21
Also published as: EP3327183A4; CN105113066A; EP3327183A1; EP3327183B1; WO2017031610A1

Abstract

一种多级分梳转杯纺纱方法的装置，包括纺纱系统和电脑控制系统，纺纱系统包括喂给分梳机构、凝聚加捻机构、卷绕成型机构，其特征在于喂给分梳机构包括五个回转自由度的组合式给棉罗拉、多级分梳辊，所述的五个回转自由度的组合式给棉罗拉的五个罗拉的速度比可调，实现了随机调控转杯纺成纱的线密度及混纺比。

Description

五棉条异步输入和三级分梳的转杯纺纺纱方法及装置

技术领域

本发明属纺织行业的转杯纺纱领域

背景技术

转杯纺成纱的基本原理为：棉条由喇叭口经给棉板和给棉罗拉的握持，给棉罗拉转动输送棉条送至分梳区；分梳区高速旋转的分梳辊对棉条进行开松剥取、梳理分离、混合，使其变为相互分离、平行排列的单纤维并进入输棉通道；在气流作用下，纤维流经由输棉通道进入转杯，在高速旋转纺杯的离心力作用下，纤维在凝聚槽内进一步叠加混合，由母纱引出并经阻捻器加捻后形成纱线。

专利“一种转杯纺混色成纱方法及装置与产品”(申请号CN201410190891.1)及“一种转杯纺混色成纱装置”(CN201420229715.X)通过控制喂给罗拉速度，以连续恒量喂入、或者分段变量喂入两根或两根以上的熟条，变混纺比形成具有单色或者多色纤维混合，以实现纺纱线密度恒定而调整混纺比的效果。但该发明存在两个问题：第一，在发明中只是在概念上提出通过耦合牵伸实现线密度恒定的混色及段彩纺纱，并未给出耦合牵伸实现线密度恒定的条件下如何改变混合比及混色比。同时，未给出具体的实施方案及实施例。第二，该专利申请仍使用传统的单一分梳辊，当三根棉条同时喂入时，原有的分梳牵伸系统不能充分地完成对多根棉条剥取、梳理、混合和分解牵伸，由此会导致纤维丛分解不充分，造成堵分梳辊和堵转杯情况发生，纺纱易出现断头及粗节、棉结等缺陷。同时，耦合喂入的各根棉条虽然总量恒定，但各棉条喂入量存在差异，较短的分梳区导致纤维横向混合的机会也不多，因此导致混色效果不理想。

目前转杯纺中可以实现混纺比恒定而线密度变化的主要有专利“转杯纺竹节纱的方法和纺纱装置”(授权号CN00137211.4)，它的原理是异步电机和步进电机,经差动器、丝杆和蜗轮，驱动喂给罗拉，通过步进电机在智能控制器控制下执行下列操作：从高速减至低速；持续运行一段时间；加速至高速；持续运行一段时间，转杯纺制一段竹节纱。该专利可以生产变线密度的纱线，但无法改变纱线混纺比。

生产线密度和混纺比均变化的纱线，需要喂入的两根或两根以上粗纱能够分别在线控制各自的喂入量，并且在分别改变各粗纱喂入量的同时还要使总的粗纱喂入量也能得到控制，目前尚无专利能实现这种纱的生产。生产线密度和混纺比均不变化的纱线，主要问题是，不能在转杯纺细纱工序实现两种以上纤维以任意比例进行混纺。

发明内容

为了解决上述问题，本发明在机构上对传统转杯纺纱机进行了改进。一种三级分梳及多组分喂入的转杯纺纱方法的装置，包括纺纱系统和电脑控制系统，纺纱系统包括喂给分梳机构、凝聚加捻机构、卷绕成型机构，其特征在于喂给分梳机构包括五个回转自由度的组合式给棉罗拉、三级分梳辊，所述的五个回转自由度的组合式给棉罗拉的五个罗拉的速度比可调。所述凝聚加捻机构包括输棉通道、转杯和引纱装置；卷绕成型机构包括引纱卷绕机构。所述的电脑控制系统包括PLC可编程控制器、伺服驱动器、伺服电机，所述的五个回转自由度的组合式给棉罗拉、三级分梳辊由伺服电机驱动。所述的回转自由度的组合式给棉罗拉包括轴、轴承、空心轴、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮，垫圈、第一活动罗拉、第二活动罗拉、第三活动罗拉，第四活动罗拉、第五活动罗拉，所述第一到第五齿轮、第一到第五活动罗拉围绕同一轴线转动，第一到第五齿轮分别驱动第一到第五活动罗拉。所述的三级分梳辊由第一分梳辊、第二分梳辊和第三分梳辊平行排列组成。所述的三级分梳辊的转速逐级递增，第一分梳辊的转速为1500-3000rpm，第二分梳辊的转速为3000-6000rpm，第三分梳辊的转速为6000-12000rpm。，所述三级分梳辊的梳针密度逐级增大。

本发明的另一个目的是提供一种使用上述装置进行转杯纺纱的方法，包括给棉、分梳、凝聚加捻、引纱卷绕，其特征在于：所述给棉采用五个回转自由度的组合式给棉罗拉非同步喂入分梳区，所述分梳采用三级分梳辊。

通过本发明配置设计的组合罗拉和三个分梳辊，可将五根棉条(或五种不同原料的条子、或五种色彩的条子，下简称五组份)，经组合式给棉罗拉非同步地喂入转杯纺分梳区，经三级分梳辊的逐级开松、梳理、取向、混合、及分解牵伸，将五根棉条逐步分解为束纤维并进一步分解为单根纤维。在离心力和气流的作用下，从分梳辊上脱离和转移的连续单纤维流进入高速旋转的纺杯。纤维流在转杯离心力作用下又凝聚成须条，再经阻捻器加捻，由引纱罗拉导出形成转杯纺纱线。在纺纱过程中，通过电脑程序控制伺服驱动系统，使具有五个自由度的给棉罗拉非同步地分别将五根棉条喂入分梳区，通过调控五个给棉罗拉的喂入量和喂入比，就可以动态配置该转杯纺最终成纱的线密度及五个组份的混纺比，生产竹节纱、段彩纱、段彩竹节纱、配色纱。

第一分梳辊的转速较低，这样可以保证多根棉条喂入量差异较大时，各棉条中纤维受到分梳辊的梳理次数总量都在合理的范围内，减少纤维的损伤；第二分梳辊的转速高于第一分梳辊，经过第二分梳辊的梳理，纤维的纵向取向得到优化，横向转移混合进一步优化；第三分梳辊是高速分梳辊，纤维经过第三分梳辊不仅得到更好的梳理与转移，并且速度得到提升，到达进入梳棉通道的离心力要求，可以顺利有序的进入转杯成纱。通过上述多级剥取、开松、除杂、分梳牵伸、转移，顺利完成将棉条分解成棉网、棉网再分解成束纤维、束纤维在分解成单纤维的超大牵伸功能，提升了转杯纺分梳区的功能，具有柔性、高效、高产的效果。

⑵本发明专利在机械创新设计的基础上，构建了相应的纺纱数学模型和程序算法，通过机电一体化的伺服控制系统，实现了随机调控转杯纺成纱的线密度及混纺比。在具体的实施例中，进行了如下四种纱线的纺纱：

①线密度恒定而混纺比变化的纱线，如具有渐变色彩或分段色彩的等线密度段彩纱；

②混纺比恒定而线密度变化的纱线，如竹节纱、大肚纱、点点纱等；

③线密度和混纺比均变化的纱线，如段彩竹节纱、段彩大肚纱、段彩点点纱等；

④线密度和混纺比不变化，但以任意比例混配的混纺纱或混配色纱。

附图说明

图1：转杯纺纱流程图

图2：三分梳辊转杯纺粗纱梳理牵伸过过程图

图3：给棉罗拉传动示意图，图3b为图3a的右视图

图4：组合式给棉罗拉结构图

图5：五组份异步二级牵伸纺纱控制系统图

图6：五组份异步输入转杯纺成纱系统控制模式图

1-1、第一分梳辊，1-2、第二分梳辊，1-3、第三分梳辊，1-4、排杂口，1-7、棉条，1-8、加压弹片，1-9、给棉板，1-10、输棉通道，1-11、阻捻器，1-12、转杯，1-13、抽气孔，1-14、引纱罗拉，1-16、纱线，

2-6、第一活动罗拉，2-7、第二活动罗拉，2-8、第三活动罗拉，2-9、第四活动罗拉，2-10、第五活动罗拉，2-15、纤维流，

3a-1、第一齿轮，3a-2、第二齿轮，3a-14、第三齿轮，3a-15、第四齿轮，3a-16、第五齿轮，3a-3、过桥齿轮，3a-13、罗拉轴，3a-20、细纱；4-8、键，4-9、固定轴套，4-10、螺钉，4-11、轴承，第一活动罗拉、第二活动罗拉、第三活动罗拉、第四活动罗拉、第五活动罗拉五个活动罗拉分别由第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮驱动。

具体实施方式

文中所用公式代号的意义：

V₀₁：第一活动罗拉的线速度；V₀₂：第二活动罗拉的线速度；V₀₃：第三活动罗拉的线速度；V₀₄：第四活动罗拉的线速度；V₀₅：第五活动罗拉的线速度；V₁：第一分梳辊的线速度；V₂：第二分梳辊的线速度；V₃：第三分梳辊的线速度；V₄：转杯线速度；V₅：引纱罗拉线速度；

ρ₁：棉条A的线密度(克/米)；

ρ₂：棉条B的线密度(克/米)；

ρ₃：棉条C的线密度(克/米)；

ρ₄：棉条D的线密度(克/米)；

ρ₅：棉条E的线密度(克/米)；

ρ：成纱线密度(克/米)；

ρ₁₁：棉条A经过第一分梳辊的线密度(克/米)；

ρ₁₂：棉条A经过第二分梳辊的线密度(克/米)；

ρ₁₃：棉条A经过第三分梳辊的线密度(克/米)；

ρ₁₄：棉条A在转杯内的线密度(克/米)，

ρ₂₁：棉条B经过第一分梳辊的线密度(克/米)；

ρ₂₂：棉条B经过第二分梳辊的线密度(克/米)；

ρ₂₃：棉条B经过第三分梳辊的线密度(克/米)；

ρ₂₄：棉条B在转杯内的线密度(克/米)，

ρ₃₁：棉条C经过第一分梳辊的线密度(克/米)；

ρ₃₂：棉条C经过第二分梳辊的线密度(克/米)；

ρ₃₃：棉条C经过第三分梳辊的线密度(克/米)；

ρ₃₄：棉条C在转杯内的线密度(克/米)，

ρ₄₁：棉条D经过第一分梳辊的线密度(克/米)；

ρ₄₂：棉条D经过第二分梳辊的线密度(克/米)；

ρ₄₃：棉条D经过第三分梳辊的线密度(克/米)；

ρ₄₄：棉条D在转杯内的线密度(克/米)，

ρ₅₁：棉条E经过第一分梳辊的线密度(克/米)；

ρ₅₂：棉条E经过第二分梳辊的线密度(克/米)；

ρ₅₃：棉条E经过第三分梳辊的线密度(克/米)；

ρ₅₄：棉条E在转杯内的线密度(克/米)，

E₁：第一分梳辊相对于给棉罗拉的牵伸比；

E₂：第二分梳辊相对于第一分梳辊的牵伸比；

E₃：第三分梳辊相对于第二分梳辊的牵伸比；

E₄：转杯相对于第三分梳辊的牵伸比；

E₅：引纱罗拉相对于转杯的牵伸比；

E：转杯纺总牵伸比，等于引纱罗拉相对于给棉罗拉的牵伸比。

下标1，2，3，4，5分别代表组分A，组分B，组分C，组分D，组分E。

⑴三分梳辊分梳工艺的设计：

针对多根棉条喂入时，喂给罗拉喂入速度相差较大的情况下，各组份纤维握持时间相差较大，在单分梳辊转杯纺中，由于需要平衡剥削/梳理纤维，以及转移到梳棉通道时对纤维速度的要求，单分梳辊的转速很高，这样棉条喂入量差异大的时候，五根棉条中纤维受到的梳理次数相差很大，梳理次数多的纤维损伤过大。

为了解决分梳辊转速对纤维损伤和纤维流均匀混合的问题，本专利采用三分梳辊形式，即第一分梳辊、第二分梳辊和第三分梳辊。第一分梳辊的转速(ω＝1500-3000rpm)较低、梳针密度相对较低、梳针工作角相对较小，以剥取、开松、除杂和分梳为主，重点使各棉条受到的梳理次数在合理的范围，减少纤维的损伤；第二分梳辊的转速(ω＝3000-6000rpm),以剥取、分梳牵伸和纤维转移为主，梳针密度大于第一分梳辊梳针密度，梳针工作角也相对略大，经过第二分梳辊的梳理，纤维的纵向取向得到优化，横向转移混合进一步优化；第三分梳辊是高速分梳辊(ω＝6000-12000rpm)，以剥取、分梳牵伸和纤维转移为主，梳针密度大于第二分梳辊梳针密度，梳针工作角最大，纤维经过第三分梳辊不仅得到更好的梳理与转移，并且由于第三分梳辊的高速运转，在气流和离心力作用下，高度分离且连续的纤维流顺势通过输棉通道，排列有序地进入转杯凝聚成纱。

通过三分梳辊的多级剥取、开松、除杂、分梳牵伸、转移，顺利完成将棉条分解成棉网、棉网再分解成束纤维、束纤维在分解成单纤维的超大牵伸功能，提升了转杯纺分梳区的功能，满足了多根棉条异步喂入的转杯纺纱对分梳的特殊要求，实现了柔性、高效的分梳功能。

⑵转杯纺成纱牵伸倍数：

⑶成纱后细纱线密度

⑷混纺比

组份A，B，C，D，E在转杯纺纱线中的混纺比为K₁、K₂、K₃、K₄、K₅则：

(4)细纱动态线密度

假设引纱速度V₅不变，成分A，B，C，D，E的活动罗拉速度V₀₁，V₀₂，V₀₃，V₀₄，V₀₅的变量分别为：

V₀₁′＝V₀₁+△V₀₁

V₀₂′＝V₀₂+△V₀₂

V₀₃′＝V₀₃+△V₀₃

V₀₄′＝V₀₄+△V₀₄

V₀₅′＝V₀₅+△V₀₅

因此新的细纱动态线密度为

⑸细纱动态混纺比

假定：ρ₁＝ρ₂＝ρ₃＝ρ₄＝ρ₅＝ρ₀

V₀₁+V₀₂+V₀₃+V₀₄+V₀₅＝V₀

则基准混防比

当V₀₁+V₀₂+V₀₃+V₀₄+V₀₅→V₀₁+△V₀₁+V₀₂+△V₀₂+V₀₃+△V₀₃+V₀₄+△V₀₄+V₀₅+△V₀₅时混纺比变化为：

混色比的梯度配置，实现不同配色的方案

在V₀保持恒定的条件下，通过改变V₀₁、V₀₂、V₀₃、V₀₄、V₀₅就可以改变纱线内不同纤维(不同色彩)的混纺比(混色比)，使k₁、k₂、k₃、k₄、k₅在0～100％范围内进行变化。在五原色的各种混色模式下，混色比的递增以0.1为最小增量，其中配色方案如下：

表1配色方案

注：k₁+k₂+k₃+k₄+k₅＝100％可以有无数种组合，按五基色棉条(五种色彩棉条)经耦合牵伸、交变换色、梯度配色、加捻混合，最终可形成很多种配色方案，也可在纱线上形成具有多种色彩分布的段彩纱。

⑹细纱线密度及混纺比随机动态调控方法

细纱线密度动态变化率

又：

ρ₁＝ρ₂＝ρ₃＝ρ₄＝ρ₅＝ρ₀

V₀₁+V₀₂+V₀₃+V₀₄+V₀₅＝V₀

则：

由线密度的相对增量和线密度的绝对增量可以看出，纱线线密度的变化，完全取决于V₀₁+△V₀₁、V₀₂+△V₀₂、V₀₃+△V₀₃、V₀₄+△V₀₄、V₀₅+△V₀₅的变化，则可以有一下11种变化形式，从而可有11种不同形态的纱线：

1、一个组份线密度变化、其它组份线密度不变化的变线密度纱线；

2、两个组份线密度变化，其它组份线密度不变化的纱线；

3、三个组份线密度变化，其它组份线密度不变化的纱线；

4、四个组份线密度变化，其它组份线密度不变化的纱线；

5、五个组份线密度均变化的变线密度纱线；

6、一个组份连续、其它组份不连续的变线密度纱线；

7、两个组份连续，其它组份不连续的变线密度纱线；

8、三个组份连续，其它组份不连续的变线密度纱线；

9、四个组份连续，其它组份不连续的变线密度纱线；

10、五个组份均连续、但线密度变化的变线密度纱线

11、细纱动态喂入速度调控方法

由于

△V₀＝△V₀₁+△V₀₂+△V₀₃+△V₀₄+△V₀₅

ΔV可能来自△V₀₁,也可能来自△V₀₂，△V₀₃，△V₀₄，△V₀₅，这可由混纺比来确定。则有：

ΔV₀₁＝K‘₁(V₀+ΔV)-V₀₁

ΔV₀₂＝K‘₂(V₀+ΔV)-V₀₂

ΔV₀₃＝K‘₃(V₀+ΔV)-V₀₃

ΔV₀₄＝K‘₄(V₀+ΔV)-V₀₄

ΔV₀₅＝K‘₅(V₀+ΔV)-V₀₅。

Claims

1.一种五棉条异步输入和三级分梳的转杯纺纺纱方法，其特征在于具体包括：

1)给棉采用五个回转自由度的组合式给棉罗拉非同步喂入分梳区，所述的五个回转自由度的组合式给棉罗拉包括第一活动罗拉、第二活动罗拉、第三活动罗拉、第四活动罗拉、第五活动罗拉，其中，第一活动罗拉、第二活动罗拉、第三活动罗拉、第四活动罗拉，第五活动罗拉围绕同一轴转动，分梳采用由三个分梳辊组成的三级分梳辊，依次对喂入分梳区的纤维进行分梳，三个分梳辊的速度依次为：第一分梳辊的转速为1500-3000rpm，第二分梳辊的转速为3000-6000rpm，第三分梳辊的转速为6000-12000rpm，其中，第二分梳辊梳针密度大于第一分梳辊梳针密度，第三分梳辊梳针密度大于第二分梳辊梳针密度；

2)所述的第一活动罗拉、第二活动罗拉、第三活动罗拉、第四活动罗拉、第五活动罗拉分别以线速度V₀₁、V₀₂、V₀₃、V₀₄、V₀₅运动；转杯以线速度V₄运动，引纱罗拉以线速度V₅运动；设上述五个活动罗拉牵引的五个棉条的线密度分别为ρ₁、ρ₂、ρ₃、ρ₄、ρ₅，成纱线密度为ρ，则转杯纺成纱牵伸倍数

成纱后线密度

3)五个棉条在转杯纺纱线中的混纺比为K₁、K₂、K₃、K₄、K₅则：

4)假设引纱速度V₅不变，五棉条的活动罗拉速度V₀₁，V₀₂，V₀₃，V₀₄，V₀₅的变量分别为：V₀₁′＝V₀₁+ΔV₀₁，V₀₂′＝V₀₂+ΔV₀₂，V₀₃′＝V₀₃+ΔV₀₃，V₀₄′＝V₀₄+ΔV₀₄，V₀₅′＝V₀₅+ΔV₀₅，则根据公式(2)得出成纱后的动态线密度

5)设：ρ₁＝ρ₂＝ρ₃＝ρ₄＝ρ₅＝ρ₀，V₀₁+V₀₂+V₀₃+V₀₄+V₀₅＝V₀，则根据公式(3)、(4)、(5)、(6)、(7)获得基准混纺比当V₀₁+V₀₂+V₀₃+V₀₄+V₀₅→V₀₁+ΔV₀₁+V₀₂+ΔV₀₂+V₀₃+ΔV₀₃+V₀₄+ΔV₀₄+V₀₅+ΔV₀₅时混纺比变化为：

通过控制V₀₁、V₀₂、V₀₃，V₀₄、V₀₅实现纱线内不同纤维或不同色彩的混纺比或混色比的动态调整纺纱。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：设：ρ₁＝ρ₂＝ρ₃＝ρ₄＝ρ₅＝ρ₀，V₀₁+V₀₂+V₀₃+V₀₄+V₀₅＝V₀，根据公式(2)、(8)得成纱线密度的动态变化率：

通过控制五个活动罗拉的速度变化实现成纱线密度及混纺比随机动态调控。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：

变化其中一个活动罗拉的速度，实现一个组份线密度变化、其他组份线密度不变化的变线密度纱线。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于：

变化其中两个活动罗拉的速度，实现两个组份线密度变化，其他组份不变化的变线密度纱线。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于：

变换三个活动罗拉的速度，实现三个组份线密度变化，其他组份不变化的变线密度纱线。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于：

变换四个活动罗拉的速度，实现四个组份线密度变化，其他组份不变化的变线密度纱线。

7.如权利要求2所述的方法，其特征在于：

变换五个活动罗拉的速度，实现五个组份线密度均变化的变线密度纱线。

8.如权利要求2所述的方法，其特征在于：

一个组份连续、其它组份不连续的变线密度纱线。

9.如权利要求2所述的方法，其特征在于：

两个组份连续、其它组份不连续的变线密度纱线。

10.如权利要求2所述的方法，其特征在于：

三个组份连续，其它组份不连续的变线密度纱线。

11.如权利要求2所述的方法，其特征在于：

四个组份连续，其它组份不连续的变线密度纱线。

12.如权利要求2所述的方法，其特征在于：

五个组份均连续、但线密度变化的变线密度纱线。

13.如权利要求2所述的方法，其特征在于：细纱动态喂入速度调控方法ΔV₀＝ΔV₀₁+ΔV₀₂+ΔV₀₃+ΔV₀₄+ΔV₀₅，速度变化来自ΔV₀₁、ΔV₀₂、ΔV₀₃、ΔV₀₄或ΔV₀₅，由混纺比来确定，则：ΔV₀₁＝K‘₁(V₀+ΔV)-V₀₁、ΔV₀₂＝K‘₂(V₀+ΔV)-V₀₂、ΔV₀₃＝K‘₃(V₀+ΔV)-V₀₃、ΔV₀₄＝K‘₄(V₀+ΔV)- V₀₄、ΔV₀₅＝K‘₅(V₀+ΔV)-V₀₅。

14.实现权利要求1-13任一权利要求所述方法的装置，其特征在于：包括纺纱系统和电脑控制系统，纺纱系统包括喂给分梳机构、凝聚加捻机构、卷绕成型机构，其特征在于喂给分梳机构包括五个回转自由度的组合式给棉罗拉、三级分梳辊，所述五个回转自由度的组合式给棉罗拉的五个活动罗拉速度比可调，所述凝聚加捻机构包括输棉通道、转杯和引纱装置；卷绕成型机构包括引纱卷绕机构，所述的电脑控制系统包括PLC可编程控制器、伺服驱动器、伺服电机，所述的五个回转自由度的组合式给棉罗拉、三级分梳辊由伺服电机驱动。

15.如权利要求14所述装置，其特征在于：所述的五个回转自由度的组合式给棉罗拉包括轴、轴承、空心轴、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮，垫圈、第一活动罗拉、第二活动罗拉、第三活动罗拉，第四活动罗拉、第五活动罗拉，所述第一到第五齿轮、第一到第五活动罗拉围绕同一轴线转动，第一到第五齿轮分别驱动第一到第五活动罗拉。