CN1804170A - 单股环锭纱线的加工方法与设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纺织领域内纤维纱线的加工方法及其生产设备，其适应工业化生产单股纱线。该设备除了包括传统的环锭纺纱机外还进一步包括：一个假捻装置，设置在环锭纱机的一对前罗拉和导纱沟之间，该假捻装置用以控制和调节单股纱线内部纤维束的排列结构和应力分布状态，使得加工出的单股纱线具有可控的残余扭矩，包括无残余扭矩状态；一驱动装置，与该假捻装置耦接，用于驱动该假捻装置按照一确定的扭转速度运转。利用本发明设备和方法可加工出具有优良性能的低扭单股环锭纱线，该纱线捻度低、毛羽少、条干均匀、手感好，尤其是具有可控的残余扭矩，其中包括无残余扭矩状态。

Description

单股环锭纱线的加工方法与设备
技术领域
本发明属于纤维纱线加工方法及设备领域，进一步涉及单股环锭纱线的加工方法，使得该纱线的内扭矩达到平衡的技术。
背景技术
加捻是短纤维纺纱的重要环节。期间纱线将产生大量残余扭矩，进而对后续产品的质量有很大的影响。例如在针织物中，由于纱线内部扭转应力的变化，织物的线圈将旋转并释放内部扭应力，结果它的一头翘起并突出织物表面，而另外一头则滞留在织物内部。线圈的这种变形将增大织物的转曲度；并产生一种极需避免的类似肋骨效应的变形。
目前解决纱线残余扭矩的方法主要有两种：永久法和物理法。永久法主要将纱线的弹性扭转变形转变为塑性变形，从而释放残余扭矩。它主要涉及材料的热处理，化学处理和加湿处理等。但对于自然纤维，永久法可能会导致纤维的损伤和破坏。物理法是一种纯机械技术，它充分利用纱线的内部结构，使得不同纤维产生的残余扭矩相互平衡，但仍保持弹性形变的特征。
近年来，一些新方法不断涌现。例如Sawhney等在《纺织研究杂志》Vol.65，No.9，1995中设计出了用于加工无扭矩纱线的串联纺纱系统。Sawhey等在《纺织研究杂志》Vol.62，No.1，1992中提出了一种加工环锭棉外壳/聚酯内核无扭矩纱线的方法，但两者涉及的机器与工艺都较为复杂。陶肖明等在《纺织研究杂志》Vol.57，No.1，1997中利用转杯纱线内核一外壳式的层式结构，加工出了无扭矩单股纱线，但此技术并不适用于环锭纱线。
最近，陶肖明等在中国专利申请02118588.3中，通过对环锭纱线内部纤维束排列结构和捻度分布的控制，首次实现了在传统环锭纺纱机上加工单股无扭矩环锭纱线的可能。虽然该技术在基本原理和实验室生产中取得了成功，但还需不断改进以适应大规模工业化生产的实际需求。同时，作为一种新型纱线，单股无钮矩环锭纱线物理及机械性能的提高，也和附加机构的改良密切相关。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是针对上述单股无扭矩环锭纱线加工方法与设备的不足，提出一种适应工业化生产的新方法和设备，并将其应用于环锭纺纱工艺中。
为了实现上述目的，本发明提供了一种低扭单股环锭纱线的加工方法，用于工业化生产该低扭环锭纱线，其中该方法包括如下步骤：
提供一假捻装置，设置在环锭纱机的一对前罗拉和导纱沟之间；
将原纱条喂入该假捻装置，在该假捻装置的作用下该纱条被搓合和加捻；
从该假捻装置输出的纱线在环锭纱机钢丝圈的旋转和该假捻装置的共同作用下，以与该假捻装置的加捻方向相反的方向被反向加捻，形成单股纱线；
该单股纱线通过该导纱沟，经钢丝圈，最终卷绕在环锭纱筒上。
如上所述的一种低扭单股环锭纱线的加工方法，在将原纱条喂入该假捻装置的步骤之前，还包括一将该原纱条分解为多个子纤维束的步骤，该多个子纤维束在该该假捻装置的作用下，首先初步聚合成单股纱线，然后进入到该假捻装置。
如上所述的一种低扭单股环锭纱线的加工方法，其中该假捻装置与该环锭纱机的纱机锭子之间保持一确定的扭转速度的比例。
本发明的方法的基本原理是：加工具有可控分束纤维结构的单股纱钱，通过调节纱线内部纤维束的排列结构和应力分布状态，加工出具有优良性能的低扭单股环锭纱线。该纱线捻度低，毛羽少，条干均匀，手感好，尤其是具有可控的残余扭矩，其中包括无残余扭矩状态。
本发明的另一方面，还提供了一种低扭单股环锭纱线的生产设备，包括一环锭纺纱机，并进一步包括：一个假捻装置，设置在环锭纱机的一对前罗拉和导纱沟之间，该假捻装置用以控制和调节单股纱线内部纤维束的排列结构和应力分布状态，使得加工出的单股纱线具有可控的残余扭矩，包括无残余扭矩状态；一驱动装置，用于驱动该假捻装置，使得该假捻装置与该环锭纱机的纱机锭子之间保持一确定的扭转速度的比例。
如上所述的低扭单股环锭纱线的生产设备，其中还包括一个纤维分束机构，设置在该假捻装置的上游，该纤维分束机构用以将无捻的原纱条分解为多束的子纤维束，该多束子纤维束在该假捻装置的加捻作用下，初步聚合成单股纱线，然后进入到该假捻装置。
如上所述的低扭单股环锭纱线的生产设备，其中该驱动装置是一传动机构，其固定在环锭纱机机座上，用于实时按特定的动作顺序，将纱机锭子的旋转动力传给假捻装置。
如上所述的低扭单股环锭纱线的生产设备，其中该驱动装置是一伺服电机，该伺服电机在控制装置的控制下，驱动该假捻装置运行。
如上所述的低扭单股环锭纱线的生产设备，其中该传动机构包括：一机架，该机架通过一底座固定在纱机基座上；一传动轴，该传动轴通过轴承支撑在该机架上；一第一传动轮盘，固定在该传动轴上，该第一传动轮盘通过皮带与该纱机锭子连接，从而该纱机锭子的旋转运动通过该第一传动轮盘传递到该传动轴上；一第二传动轮盘，固定在该传动轴上，该第二传动轮盘通过皮带与该假捻装置相连，用于将该传动轴的动力传递给该假捻装置。
如上所述的低扭单股环锭纱线的生产设备，其中，该传动机构进一步包括一磁粉或磁滞离合器，设置在第一传动轮盘与该传动轴之间，或第二传动轮盘与该传动轴之间，用以实时控制纱机锭子与传动轴之间，或传动轴与假捻装置之间的传动比例，从而实现纱机锭子和假捻装置之间的确定的传递动作。
如上所述的低扭单股环锭纱线的生产设备，其中，该假捻装置包括一机座和安装在该机座上的三个可旋转的锭子，每个锭子上均装有多个摩擦盘，该三个锭子通过皮带相连，并在驱动装置的驱动下同步旋转；单股纱线经定位钩进入假捻装置，由上向下依次与所有摩擦盘的外圆弧表面滚滑接触，并依靠纺纱张力，在摩擦盘的相对旋转作用下搓合和加捻。
上述附加机构的选取和设计兼顾了纱线性能的改善和工业化生产的实际需求，同时也增强了环锭纺纱中引线，接头和落纱等重要环节的简易性和稳定性。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1是本发明的纺纱机构示意图；
图2是本发明中的传动机构示意图；
图3A和图3B是传动机构或伺服电机的特定传动顺序示意图；其中，图3A是固定动作示意图，图3B是特定动作顺序示意图；
图4是一种机械假捻装置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细的说明。
图1示出了本发明的环锭纺纱机的示意图。在图1中，经牵伸后的原纱条11通过环锭纱机的一对前罗拉1和2的握持后，分散为纤维束12，之后进入一个可选装的纤维分束机构3，期间纤维束12落入纤维分束机构3的不同沟槽内，被分解成若干子纤维束，随后在假捻装置4的加捻作用下，初步聚合成单股纱线13：单股纱线13进入假捻装置4，进一步被搓合和加捻，之后在环锭纱机钢丝圈16的旋转和假捻装置4的共同作用下，反向加捻，最终形成单股纱线14；单股纱线14通过导纱沟15，经钢丝圈16后，最终卷绕在旋转的环锭纱筒7上。
本发明的环锭纺纱机是在现有的环锭纺纱机的基础上附加了假捻装置4和该假捻装置的驱动装置而形成的。在图1的一个实施例中，该假捻装置4的驱动装置是一传动机构5，其将该纱机锭子17的动力传递给该假捻装置4。该驱动装置还可以是一伺服电机，由该伺服电机直接驱动该假捻装置。
在本发明的采用了传动机构5的一个实施例中，固定在纱机机座10上的传动机构5通过皮带9和8连接纱机锭子17和假捻装置4，并将纱机锭子17的旋转动力传递给假捻装置4。传动机构5上可选装磁粉或磁滞离合器6，用以控制旋转动力的传递比例，从而实现纱机锭子17和假捻装置4之间的特定传递动作。
图2示出了传动机构5的具体结构。传动机构5包括锥形传动轴18、轴承19、机架20、第一传动轮盘21、第二传动轮盘22、底座23和可选装的磁粉或磁滞离合器6。锥形传动轴18支撑在具有一定跨距的机架20上，机架20与底座23固定相连，并通过底座23固定在纱机机座10上。该磁粉或磁滞离合器6是一可选装置，如果不安装该磁粉或磁滞离合器6，该第一和第二传动轮盘21、22就分别与该锥形传动轴18相固结。锥形传动轴18在与纱机锭子17皮带相连的第一传动轮盘21的驱动下旋转，并将动力通过第二传动轮盘22传递给假捻装置4。
当需要动态调节传动比时，可选装该磁粉或磁滞离合器6。该可选装的磁粉或磁滞离合器6固定在机架20上，并安装在该第一传动轮盘21和传动轴18之间；磁粉或磁滞离合器6利用导线24接收电源控制器(未示出)的电压或电流控制信号，用以实时控制纱机锭子17与传动轴18之间的传动比例，从而实现纱机锭子17和假捻装置4之间的特定传递动作。当然，该磁粉或磁滞离合器6也可安装在该第二传动轮盘22和传动轴18之间，用于实时控制传动轴18与假捻装置4之间的传动比例，同样也可实现纱机锭子17和假捻装置4之间的特定传递动作。
下面进一步描述有关通过该磁粉或磁滞离合器6实现变速工作的原理。
与传统离合器相比，磁粉和磁滞离合器是一种更加“柔性”的装置。它除了具各传统离合器基本的“硬性”开/合功能外，还可通过电流或电压的调节来改变扭矩的传递量，形象点说，就是可以控制和调节离合器自身的“打滑”量。一般地，离合器传递的扭矩与输入电流基本上成线性关系。
以磁粉离合器为例，它包括三大部件：输入部件，输出部件和励磁线圈。在本发明的实施例中，输入部件与第一传动轮盘21固结，输出部件与传动轴18固结，而励磁线圈固定在机架20上；离合器的输入和输出部件之间有一密封的空隙，里面放置了一些极为细小的磁性粉末。当第一传动轮盘21在纱机锭子17皮带的带动下与输入部件同步旋转时，分以下三种情况：(1)当励磁线圈无电时，这些磁性粉末自由分散在空隙内，这时由于空隙的存在，输出部件和传动轴18不会跟随旋转，传动比为零；(2)当励磁线圈通电时，会有磁场产生，在磁场力的作用下，磁粉将会聚集起来，并吸附到空隙内的某一固定区域，形成磁粉链，从而将输入和输出部件连接起来，假设这时的磁粉链能够传递的扭矩小于负载力矩，那么输出部件和传动轴18就会打滑跟随旋转(实际上是输入和输出部件之间在打滑)；(3)励磁线圈的输入电流越大，磁场越强，磁粉就会聚集的越多，同时磁粉链就越强，这样输入和输出部件能够传递的力矩就越大，传动比就越大；当磁粉链能够传递的扭矩大于负载扭矩时，离合器的输入和输出部件间不再打滑，传动轴18就会按照事先设计好的固定传动比传动；反之亦然。
磁滞离合器的工作原理与上述磁粉离合器类似，但磁滞离合器的输入和输出部件全部为一种特殊的磁性材料，而且两者之间的空隙内没有任何固体介质。与磁粉离合器的“磁粉链”效应不同，磁滞离合器完全是通过磁场和磁性材料的“磁滞”效应，来调节输入和输出部件之间的扭矩传递量的。
图3A中，假设纱机锭子17与假捻装置4之间的传动比固定；25是单股纱线13在假捻装置4加捻作用下的扭转速度，26是单股纱线14单独在环锭纱机钢丝圈16加捻作用下的扭转速度；27是环锭纱机启车过渡时段，也可看作是断头接线的过渡时段，28是环锭纱机停车过渡时段，29是稳定纺纱时段。由于纱机锭子17与假捻装置4之间的传动比固定，因此纺纱过程中的所有时段，包括启、停车和断头接线，扭转速度25与扭转速度26总是具有固定的比例。这个固定的比例对稳定纺纱时段29是稳定和可靠的，但对于过渡时段27和28来说，就可能会增加纱线断头率，降低纱线的可纺性，因此应该采用图3B所示的特定传动关系。
在图3B中，30是改进后的单股纱线13在假捻装置4加捻作用下的扭转速度。为了便于比较，也将图3A中的扭转速度25与扭转速度26以虚线画出。在这种情况下，单股纱线14单独在环锭纱机钢丝圈16加捻作用下的扭转速度仍然是如曲线26所示。31是改进后的环锭纱机启车过渡时段，也可看作是断头接线的过渡时段，34是改进后的环锭纱机停车过渡时段，29是稳定纺纱时段。过渡时段31又包含两个阶段：保持阶段32和上升阶段33。在保持阶段32中，扭转速度30与扭转速度26相同，在上升阶段33中，扭转速度30逐步升高至图3A中扭转速度25的稳定水平。过渡时段34也包含两个阶段：下降阶段35和保持阶段36。在下降阶段35中，扭转速度30迅速降低，直至与扭转速度26相同，然后在保持阶段36中，保持扭转速度30和扭转速度26相同直至完全停止旋转。
为了实现图3B所示的特定传动关系，即时段31和34，可以通过纱机锭子17与假捻装置4之间可控的传动比例来调节，进一步地是通过调节传动机构5的磁粉或磁滞离合器6或伺服电机的速度反馈控制系统来实现。
图4示出了一种机械假捻装置的结构。机械假捻装置4的机座42上安装了三根含轴承可旋转的锭子37，38和39，每个锭子上都装有两至三片摩擦系数较大的摩擦盘40。锭子37，38和39通过皮带43相连，并在传动机构5或伺服电机的驱动下同步旋转。假捻装置4安装在环锭纱机的一对前罗拉1、2和导纱沟15之间；单股纱线13经定位钩41进入假捻装置4，由上向下依次与所有摩擦盘的外圆弧表面滚滑接触，并依靠纺纱张力，在摩擦盘的相对旋转作用下搓合和加捻。
以上所述，仅仅是本发明的较佳实施方式，本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的实质精神和范围的情况下，可以作出各种等效变换，例如将机械假捻装置替换为其它结构的假捻装置，或者替换为空气喷嘴假捻器等等，均不超出本发明的专利范围。因此本发明的专利范围由以下的权利要求确定。

Claims (10)

1、一种低扭单股环锭纱线的加工方法，用于工业化生产该低扭环锭纱线，其特征在于，该方法包括如下步骤：
提供一假捻装置，设置在环锭纱机的一对前罗拉和导纱沟之间；
将原纱条喂入该假捻装置，在该假捻装置的作用下该纱条被搓合和加捻；
从该假捻装置输出的纱线在环锭纱机钢丝圈的旋转和该假捻装置的共同作用下，以与该假捻装置的加捻方向相反的方向被反向加捻，形成单股纱线；
该单股纱线通过该导纱沟，经钢丝圈，最终卷绕在环锭纱筒上。
2、如权利要求1所述的一种低扭单股环锭纱线的加工方法，其特征在于，在将原纱条喂入该假捻装置的步骤之前，还包括一将该原纱条分解为多个子纤维束的步骤，该多个子纤维束在该假捻装置的作用下，首先初步聚合成单股纱线，然后进入到该假捻装置。
3、如权利要求1或2所述的一种低扭单股环锭纱线的加工方法，其特征在于，该假捻装置与该环锭纱机的纱机锭子之间保持一确定的扭转速度的比例。
4、一种低扭单股环锭纱线的生产设备，包括一环锭纺纱机，其特征在于，进一步包括：
一个假捻装置(4)，设置在环锭纱机的一对前罗拉和导纱沟之间，该假捻装置(4)用以控制和调节单股纱线内部纤维束的排列结构和应力分布状态，使得加工出的单股纱线具有可控的残余扭矩，包括无残余扭矩状态；
一驱动装置，与该假捻装置耦接，用于驱动该假捻装置，使得该假捻装置与该环锭纱机的纱机锭子之间保持一确定的扭转速度的比例。
5、如权利要求4所述的低扭单股环锭纱线的生产设备，其特征在于，还包括一个纤维分束机构(3)，设置在该假捻装置的上游，该纤维分束机构(3)用以将无捻的原纱条分解为多束的子纤维束，该多束子纤维束在该假捻装置的加捻作用下，初步聚合成单股纱线，然后进入到该假捻装置。
6、如权利要求4所述的低扭单股环锭纱线的生产设备，其特征在于，该驱动装置是一传动机构(5)，其固定在环锭纱机机座(10)上，用于将纱机锭子(17)的旋转动力传给假捻装置(4)。
7、如权利要求4所述的低扭单股环锭纱线的生产设备，其特征在于，该驱动装置是一伺服电机，该伺服电机在控制装置的控制下，驱动该假捻装置运行。
8、根据权利要求书6所述的低扭单股环锭纱线的生产设备，其特征在于，该传动机构包括：
一机架(20)，该机架通过一底座(23)固定在纱机基座(10)上；
一传动轴(18)，该传动轴通过轴承(19)支撑在该机架(20)上；
一第一传动轮盘(21)，固定在该传动轴(18)上，该第一传动轮盘通过皮带与该纱机锭子(17)连接，从而该纱机锭子(17)的旋转运动通过该第一传动轮盘传递到该传动轴上；
一第二传动轮盘(22)，固定在该传动轴(18)上，该第二传动轮盘通过皮带与该假捻装置(4)相连，用于将该传动轴的动力传递给该假捻装置(4)。
9、根据权利要求书8所述的低扭单股环锭纱线的生产设备，其特征在于，该传动机构进一步包括一磁粉或磁滞离合器(6)，设置在第一传动轮盘(17)与该传动轴(18)之间，或第二传动轮盘(22)与该传动轴(18)之间用以实时控制纱机锭子(17)与传动轴(18)之间或传动轴(18)与假捻装置(4)之间的传动比例，从而实现纱机锭子(17)和假捻装置(4)之间的确定的传递动作。
10、根据权利要求书4所述的低扭单股环锭纱线的生产设备，其特征在于，该假捻装置(4)包括一机座(42)和安装在该机座(42)上的三个可旋转的锭子(37、38和39)，每个锭子上均装有多个摩擦盘(40)，该三个锭子通过皮带(43)相连，并在驱动装置的驱动下同步旋转；单股纱线(13)经定位钩(41)进入假捻装置(4)，由上向下依次与所有摩擦盘的外圆弧表面滚滑接触，并依靠纺纱张力，在摩擦盘的相对旋转作用下搓合和加捻。
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