CN112723011B - 一种大卷装塔型筒纱及其电子成型方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大卷装塔型筒纱及其电子成型方法和装置；常规的成卷筒纱在退绕过程中容易因纱线间的摩擦而发生落纱。本发明提出了一种大卷装量的塔型筒纱，包括纱筒和成卷筒纱。成卷筒纱由下至上逐层绕置在纱筒上；每一层成卷筒纱均呈尖端朝上的锥形。本发明的塔状纱卷中每层纱线均呈锥形，在退绕过程中不会与同层纱线发生持续摩擦，进而能够大幅度降低落纱率，进而能够显著提高筒纱退绕速度，提高后道工序的生产效率。由于本发明纱线在退绕过程中不会与同层纱线发生持续摩擦，故单个筒纱的长度和直径尺寸可以显著加长加大，并且筒纱内部密度均匀，从而能够显著增加纱线卷装量。

Description

一种大卷装塔型筒纱及其电子成型方法和装置
技术领域
本发明属于筒纱电子成型控制方法，具体涉及一种大卷装量、易退绕的筒纱及其电子成型控制方法。
背景技术
在纺织行业中，为了提高纱线强度、减少起毛和断头，一般采用倍捻机对多股纱线加捻，倍捻工序前需要将多根单股纱线用并纱机进行并纱，并纱机的成型工艺决定了后续倍捻的效率和质量，随着控制技术的发展，纺织行业对并纱机的卷装量、线速度、成型工艺提出了更高的要求。
如图1所示，现有的成卷筒纱由于每层均呈圆柱形或近似于圆柱形，故在退绕过程中易发生摩擦；该摩擦使筒纱退绕过程中容易发生落纱；并且在纱筒直径越大摩擦越明显，这大大限制了现有成卷筒纱的卷装量。目前大多数并纱机采用槽筒成型，卷装量一般在2千克以下，退绕速度不超过100M/min，退绕过快容易导致断纱。因此，纺织行业需要一种卷装量大、线速度快、易于退绕的并纱机成型控制方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大卷装量的塔型筒纱及其成型方法和装置，以解决筒纱在退绕过程中容易相互摩擦导致落纱的技术问题。
本发明提出一种大卷装量的塔型筒纱，包括纱筒和成卷筒纱。成卷筒纱由下至上逐层卷绕在纱筒上；每一层成卷筒纱均呈尖端朝上的锥形。
作为优选，所述的成卷筒纱在纱筒上的绕卷过程分为塔尖成型阶段和塔身成型阶段。具体如下：
a.塔尖成型阶段。先将纱线的端部连接到纱筒的底端；再将纱线按层在纱筒底部卷绕出锥形筒纱；随着卷绕的持续，锥形筒纱直径逐渐变大，直到锥形筒纱的底面直径达到预设的筒纱最大直径dmax。
b.塔身成型阶段，在保持锥形筒纱的锥形面形状不变的情况下，逐层向上卷绕纱线，形成塔型筒纱。塔型筒纱逐渐变高，直到塔型筒纱的高度达到预设的筒纱最大高度hmax。
作为优选，成卷筒纱的任意一层的轴截面底角θ的取值范围均为30°～60°。
作为优选，所述的纱筒包括底盘和圆筒。圆筒的底端与底盘顶面的中心位置固定。成卷筒纱呈塔形，下部呈圆柱形，上部呈锥形。
作为优选，所述的成卷筒纱采用32支包芯纱；单层成卷筒纱的轴截面底角θ＝50°。
本发明提出一种塔型筒纱成型方法，具体步骤如下：
步骤一、将纱线经超喂轮、导纱器连接到纱筒的底部。
步骤二、进行塔型筒纱的卷绕。
2-1.塔尖成型阶段。该阶段中，纱线在纱筒的底部卷绕形成锥形状；导纱器的起始动程XStart为0，终止动程XEnd随当前纱线卷绕层数Lt的变化而变化，如下式(1)所示。
Figure BDA0002868338790000021
其中，Lt表示当前纱线卷绕层数，θ表示锥形筒纱的轴截面底角，dmax表示筒纱最大直径，Lmax表示在塔尖成型阶段的满筒卷绕层数。
超喂轮的角速度ωF跟随导纱器位置ht的变化而变化，如式(2)所示。
Figure BDA0002868338790000022
其中，dF表示超喂轮直径，Td表示单层纱线厚度，ht表示导纱器所在位置，a表示收卷超喂牵伸比，d0表示纱筒的空筒直径。
2-2.塔身成型阶段，该阶段中，纱线围绕纱筒堆叠形成塔身状。导纱器起始动程XStart与终止动程XEnd随塔绕层数变化，计算方法如式(3)所示：
Figure BDA0002868338790000023
超喂轮(6)的角速度ωF跟随导纱器位置ht的变化而变化，如式(4)所示。
Figure BDA0002868338790000024
卷绕完成后，超喂轮(6)、纱筒和导纱器均停止运行。
作为优选，所述的机架上安装有张紧夹，所述的纱线经过张紧，且在超喂轮上卷绕两圈。
本发明一种塔型筒纱成型装置，包括机架、收卷电机、导纱轮、超喂轮、导纱器、导纱器驱动装置、导纱杆驱动电机和超喂电机。机架上安装有纱筒放置位，由于固定纱筒；纱筒由收卷电机驱动。导纱轮、超喂轮均安装在机架上。超喂轮由超喂电机驱动。导纱器由导纱器驱动装置带动进行上下移动。
作为优选，所述的导纱器包括导纱杆和导纱环。导纱环固定在导纱杆的顶端。所述导纱器驱动装置包含步进电机、同步轮和同步带。上下排布的两个同步轮均安装在机架上，且通过同步带连接；导纱杆的底端与同步带通过连接板固定。其中一个同步轮由步进电机驱动。
本发明所述方法与现有技术相比，具有的有益效果是：
1、本发明的塔型筒纱中每层纱线均呈锥形，在退绕过程中不会与同层纱线发生持续摩擦，进而能够大幅度降低落纱率，进而能够显著提高筒纱退绕速度，提高后道工序的生产效率。
2、由于本发明纱线在退绕过程中不会与同层纱线发生持续摩擦，故单个筒纱的长度和直径尺寸可以显著加大，并且筒纱密度均匀，从而能够显著增加纱线卷装量；此外，本发明电子导纱的特点能够使得本发明可以卷绕得更密，使得本发明在同等体积比传统技术卷装量大1.5-2倍，能够减少倍捻机换料频率，减少人工成本。
3、本发明卷绕速度快，平均线速度可以达到600-800M/min，倍捻机退绕线速度一般是60-90M/min，一锭并纱机可满足7-12锭倍捻机生产需求，减少设备投入成本。
4、本发明控制系统采用单锭单控系统，导纱方式采用步进电机电子导纱，控制精度高，电机采用无刷直流电机，电能转换效率高，每锭单独控制，方便操作、换料。
附图说明
图1为现有筒纱退绕过程中由于纱线摩擦导致落纱的示意图；
图2为本发明塔型筒纱的结构示意图；
图3为本发明塔型筒纱的卷绕过程示意图；
图4为本发明中成型装置的第一张立体图；
图5为本发明中成型装置的第二张立体图；
图6为本发明塔型筒纱的卷绕参数图；
图7为本发明其实动程和终止动程变化示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1
如图2所示，一种大卷装量的塔型筒纱，包括纱筒1和成卷筒纱12。纱筒1包括底盘和圆筒。圆筒的底端与底盘顶面的中心位置固定。成卷筒纱12整体呈塔形，下部呈圆柱形，上部呈锥形(圆台形)。成卷筒纱由下至上逐层卷绕在纱筒上；每一层成卷筒纱均呈尖端朝上的锥形。单层成卷筒纱的轴截面底角θ的取值范围为30°～60°。θ的取值将影响退绕的效果，其值根据纱线的类型不同而相应调整。
如图3所示，成卷筒纱12在纱筒1上的卷绕过程分为塔尖成型阶段和塔身成型阶段。具体如下：
a.塔尖成型阶段。先将纱线的端部连接到纱筒的底端；再将纱线按层在纱筒底部卷绕出锥形筒纱；随着卷绕的持续，锥形筒纱逐渐变大，直到锥形筒纱的底面直径达到预设的筒纱最大直径dmax，塔尖成型阶段结束。本实施例中，筒纱最大直径dmax取底盘的直径。锥形筒纱的轴截面底角等于θ。
b.塔身成型阶段，在保持锥形筒纱的锥形面形状不变的情况下，逐层向上卷绕纱线，形成塔型筒纱。塔型筒纱逐渐变高，直到塔型筒纱的高度达到预设的筒纱最大高度hmax，塔身成型阶段结束。本实施例中，筒纱最大高度hmax取圆筒的高度。
无论塔尖成型阶段还是塔身成型阶段，同一层纱线均呈锥形排布；这种情况下，在塔型筒纱进行退纱的过程中，退出的纱线不会与纱线发生摩擦，从而能够极大程度的避免纱线出现落纱、断纱等情况。
作为一个具体的实例，所述的纱线采用32支包芯纱；成卷筒纱12的层数为400层，筒纱最大直径dmax＝136mm，筒纱最大高度hmax＝300mm，单层成卷筒纱的轴截面底角θ＝50°。
实施例2
如图4和5所示，一种塔型筒纱成型装置，用于卷绕出如实施例1中所述的塔型筒纱。该塔型筒纱成型装置，包括纱筒1、机架2、收卷电机3、张紧夹4、导纱轮5、超喂轮6、导纱杆7、导纱环8、导纱杆驱动装置9、导纱杆驱动电机10、超喂电机11和控制板。收卷电机3采用无刷直流电机。所述机架通过钣金与地面固定。收卷电机3、导纱器驱动装置9均安装于机架2的内侧；收卷电机3的电机轴竖直朝上且与纱筒1的底端固定。张紧夹4、导纱轮5、超喂轮6均安装在机架的一块竖直板上，为纱线提供张紧、导向和张力调节。超喂电机安装于机架的上，且电机轴与超喂轮6固定。导纱杆7安装在纱筒1与超喂轮6之间，且能够由导纱器驱动装置带动进行上下移动；导纱杆7的顶端安装有导纱环8。导纱杆与导纱环连接组成导纱器。
所述导纱器驱动装置包含步进电机、同步轮和同步带。上下排布的两个同步轮均支承在机架2上，且通过同步带连接；导纱杆的底端与同步带通过连接板固定。其中一个同步轮由步进电机驱动；从而通过步进电机的转动实现导纱环的升降。所述收卷电机、超喂电机、步进电机均与控制板通过电机驱动器连接。
实施例3
一种塔型筒纱成型方法，使用实施例2所述的成型装置；具体步骤如下：
步骤一、系统启动前，使用者根据纱线种类，在系统界面输入成型参数；成型参数包括单层成卷筒纱的轴截面底角θ、塔尖满筒卷绕层数Lmax、筒纱最大高度hmax、收卷超喂牵伸比a。然后将纱线穿过张紧夹，给纱线一定的张力，不同类型的纱线需要张紧夹调节不同的紧度；之后纱线经过导纱轮5和超喂轮6，并调节纱线在超喂轮上的包围角；本实施例中，纱线绕超喂轮两圈，超喂轮速度与纱线速度匹配，调节纱线的张力；经过超喂轮的纱线再穿过导纱环8后连接到纱筒1的底部。
步骤二、系统上电启动，控制板控制卷绕电机、超喂电机、导纱器驱动电机开始工作，控制板按照如下算法驱动电机工作。算法主要分为两个阶段：塔尖成型阶段和塔身成型阶段。导纱器的起始动程XStart、终止动程XEnd的变化情况如图7所示。
2-1.塔尖成型阶段。如图6所示该阶段中，纱线在纱筒的底部卷绕形成锥形状；如图3中①部分所示。该阶段中，收卷电机的角速度恒定，导纱器的起始动程XStart在零点；终止动程XEnd随当前纱线卷绕层数Lt的变化而变化，如下式(1)所示。
Figure BDA0002868338790000051
其中，hd表示单层纱线上移距离，Lt表示当前纱线卷绕层数，θ表示锥形筒纱的轴截面底角，Td表示单层纱线厚度，dmax表示筒纱最大直径，Lmax表示在塔尖满筒卷绕层数。起始动程XStart表示在纱线的一层卷绕中导纱器的下极限位置(零点表示纱筒的底部)；终止动程XEnd表示在纱线的一层卷绕中导纱器的上极限位置；纱线从起始动程XStart卷绕到终止动程XEnd，再卷绕到起始动程XStart，视为完成一层的卷绕。
超喂轮6的角速度ωF跟随导纱器位置ht的变化而变化，由导纱器所在位置的纱线直径计算得到，具体计算方法如式(2)所示。
Figure BDA0002868338790000061
其中，ωF表示超喂轮角速度，ωC表示纱筒角速度，dF表示超喂轮直径，ht表示导纱器所在位置，a表示收卷超喂牵伸比，dt表示导纱器所在位置纱线直径，d0表示纱筒的空筒直径。
在当前纱线卷绕层数Lt大于或等于塔尖满筒卷绕层数Lmax时，塔尖成型阶段结束，如图3中②部分所示。
2-2.塔身成型阶段，该阶段中，纱线围绕纱筒堆叠形成塔身状。如图3中③部分所示，塔身成型阶段收卷电机角速度恒定，导纱器起始动程XStart与终止动程XEnd随塔绕层数变化，计算方法如式(3)所示：
Figure BDA0002868338790000062
超喂轮6的角速度ωF跟随导纱器位置ht的变化而变化，由导纱器所在位置的纱线直径计算得到，具体计算方法如式(4)所示。
Figure BDA0002868338790000063
当导纱器终止动程XEnd大于或等于筒纱最大高度hmax时，卷绕电机、超喂电机、导纱器驱动电机停止转动，系统停止运行，塔型成型完成如图3中④部分所示。

Claims (9)

1.一种大卷装量的塔型筒纱，包括纱筒(1)和成卷筒纱(12)；其特征在于：所述的成卷筒纱(12)由下至上逐层卷绕在纱筒(1)上；每一层成卷筒纱(12)均呈尖端朝上的锥形；
该塔型筒纱的成型方法包括以下步骤：
步骤一、将纱线经超喂轮、导纱器连接到纱筒(1)的底部；
步骤二、进行塔型筒纱的卷绕；
2-1.塔尖成型阶段；该阶段中，纱线在纱筒的底部卷绕形成锥形状；导纱器的起始动程XStart为0，终止动程XEnd随当前纱线卷绕层数Lt的变化而变化，如下式(1)所示；
Figure FDA0003525205280000011
其中，Lt表示当前纱线卷绕层数，θ表示锥形纱卷的轴截面底角，dmax表示纱卷最大直径，Lmax表示在塔尖成型阶段的满筒卷绕层数；
超喂轮(6)的角速度ωF跟随导纱器位置ht的变化而变化，如式(2)所示；
Figure FDA0003525205280000012
其中，dF表示超喂轮直径，Td表示单层纱线厚度，ht表示导纱器所在位置，a表示收卷超喂牵伸比，d0表示纱筒的空筒直径；
2-2.塔身成型阶段，该阶段中，纱线围绕纱筒堆叠形成塔身状；导纱器起始动程XStart与终止动程XEnd随塔绕层数变化，计算方法如式(3)所示：
Figure FDA0003525205280000013
超喂轮(6)的角速度ωF跟随导纱器位置ht的变化而变化，如式(4)所示；
Figure FDA0003525205280000014
卷绕完成后，超喂轮(6)、纱筒和导纱器均停止运动。
2.根据权利要求1所述的一种大卷装量的塔型筒纱，其特征在于：所述的成卷筒纱(12)在纱筒(1)上的绕卷过程分为塔尖成型阶段和塔身成型阶段；具体如下：
a.塔尖成型阶段；先将纱线的端部连接到纱筒的底端；再将纱线按层在纱筒底部卷绕出锥形纱卷；随着卷绕的持续，锥形纱卷逐渐变大，直到锥形纱卷的底面直径达到预设的纱卷最大直径dmax；
b.塔身成型阶段，在保持锥形纱卷的锥形面形状不变的情况下，逐层向上卷绕纱线，形成塔型筒纱；塔型筒纱逐渐变高，直到塔型筒纱的高度达到预设的纱卷最大高度hmax。
3.根据权利要求1所述的一种大卷装量的塔型筒纱，其特征在于：成卷筒纱的任意一层的轴截面底角θ的取值范围均为30°～60°。
4.根据权利要求1所述的一种大卷装量的塔型筒纱，其特征在于：所述的纱筒(1)包括底盘和圆筒；圆筒的底端与底盘顶面的中心位置固定；成卷筒纱(12)呈塔形，下部呈圆柱形，上部呈锥形。
5.根据权利要求1所述的一种大卷装量的塔型筒纱，其特征在于：所述的成卷筒纱采用32支包芯纱；单层成卷筒纱的轴截面底角θ＝50°。
6.根据权利要求1所述的一种大卷装量的塔型筒纱，其特征在于：所述的纱线经过张紧，且在超喂轮上卷绕两圈。
7.一种成型装置，其特征在于：用于执行权利要求1所述的成型方法；该成型装置包括机架(2)、收卷电机(3)、导纱轮(5)、超喂轮(6)、导纱器、导纱杆驱动装置(9)、导纱杆驱动电机(10)和超喂电机(11)；机架(2)上安装有纱筒放置位，由于固定纱筒(1)；纱筒(1)由收卷电机驱动；导纱轮(5)、超喂轮(6)均安装在机架上；超喂轮(6)由超喂电机驱动；导纱器由导纱器驱动装置带动进行上下移动。
8.根据权利要求7所述的成型装置，其特征在于：所述的机架(2)上安装有张紧夹(4)。
9.根据权利要求7所述的成型装置，其特征在于：所述的导纱器包括导纱杆(7)和导纱环(8)；导纱环(8)固定在导纱杆(7)的顶端；所述导纱器驱动装置包含步进电机、同步轮和同步带；上下排布的两个同步轮均支承在机架(2)上，且通过同步带连接；导纱杆的底端与同步带通过连接板固定；其中一个同步轮由步进电机驱动。
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