WO2016155166A1 - 三组份异步牵伸动态配置纱线线密度和混纺比的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种三组份异步牵伸动态配置线密度和混纺比的方法和装置，该装置包括牵伸和加捻系统，牵伸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（11）、中罗拉（3），二级牵伸单元包括前罗拉（1）和中罗拉（3）；该方法通过一级异步牵伸机构控制三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。本方法和装置不仅能对纱线线密度变化，例如附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，例如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

三组份异步牵伸动态配置纱线线密度和混纺比的方法及装置 技术领域

本发明涉及到属纺织行业的环锭纺纱领域，特别涉及一种三组份异步牵伸动态配置线密度和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。纱线的特征参数一般包括细度(线密度)、捻度、混纺比(混色比)等。纱线的特征参数是其成形加工过程中需要控制的重要特征。

纱线依据特征参数具体可分为四类：

⑴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；

⑵混纺比恒定而线密度变化的纱线，竹节纱、大肚纱、点点纱等；

⑶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；

⑷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。

纱线加工技术的发展主要是围绕特种纱线提出的问题来开展的。依据已有的纺纱技术和已申请的专利技术，无法指导上述四类纱线的纺纱生产。这对现有的纺纱理论提出了挑战。具体分析如下：

(1)线密度恒定而混纺比(或混色比)变化的纱线：

线密度恒定而混纺比(或混色比)变化的纱线，我们可以设想为具有渐变色彩或分段色彩的等线密度段彩纱。在已有的专利中，尚无涉及类似纱线。

(2)混纺比恒定而线密度变化的纱线：

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。已有的环锭纺生产变线密度纱线的方法，均采用中、后罗拉分别喂入一根粗纱，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、中罗拉牵伸后由前罗拉钳口输出，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。这种方法的缺点是，主辅纱不能交换，竹节粗细的变化调整范围有限，

(3)线密度和混纺比均变化的纱线：

在已有的专利中，尚无涉及。

(4)线密度不变，以任意混纺比均不变化的纱线：

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。目前的方法是通过前纺工序，将两种或两种以上不同品种的原料进行混合，得到一定混纺比的粗纱，再将这种粗纱在细纱工序上纺制成细纱，以得到线密度和混纺比均不变化的纱线。传统工艺只能实现几种比较常规的比例，如50:50,65:35,60:40。存在的主要问题是，一是不能以任意比例进行混纺，第二不能一步法实现两种或两种以上纤维以任意比例进行混纺。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种三组份异同步二级牵伸纤维须条，再汇合加捻形成纱线的工艺，可任意调控环锭纺纱成纱的线密度及混纺比。本发明能同时改变纺纱线密度和混纺比，突破已有纺纱方法无法在线调控纱线特征参数的局限，生产上述四类纱线。

为实现上述目的，本发明公开的一种三组份异步牵伸动态配置线密度和混纺比的方法，具体包括：

1)执行机构主要包括三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，所述三组份分合式异同步二级牵伸机构包括前后设置的一级牵伸单元、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；组合后罗拉具有三个转动自由度，其包括同一根后罗拉轴上并排设置的第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉；第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉分别以速度V_h1、V_h2和V_h3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、第二后罗拉和第三后罗拉所牵伸的第一粗纱组份、第二粗纱组份和第三粗纱组份的线密度分别为ρ₁、ρ₂和ρ₃，前罗拉牵伸加捻后得到的纱线Y的线密度为ρ_y，

第一粗纱组份、第二粗纱组份和第三粗纱组份的混纺比k₁、k₂和k₃为：

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

4)通过调整第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉的转速，实现纱线Y线密度或/和混纺比的在线动态调整。

进一步，通过已知设定所述纱线Y混纺比K随时间t的变化规律，以及已知纱线Y线密度ρ_y随时间t的变化规律,推导出所述第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉表面线速度变化规律；已知设定第一粗纱组份、第二粗纱组份和第三粗纱组份的混纺比k₁、k₂和k₃，则纱线Y的混纺比之比K₁和K₂如下：

纱线Y的线密度

则：后罗拉1表面线速度：

后罗拉2表面线速度：

后罗拉3表面线速度：

其中，ρ₁、ρ₂、ρ₃、V_q为恒定常数，K_i和ρ_y都是随时间t变化的函数。

进一步，令ρ₁＝ρ₂＝ρ₃＝ρ,则：

1)改变第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉中的任一后罗拉的速度，其它两个后罗拉速度不变，则实现纱线Y中所述任一后罗拉的所牵伸的纱线组份及其线密度的变化，调整后的纱线Y的线密度ρ′_y为：

或

或

其中，Δρ_y为纱线Y的线密度变化量，ΔV_h1、ΔV_h2和ΔV_h3为第一、二、三后罗拉的速度变化量；

2)改变第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉中的任意两个后罗拉的速度，其它一个后罗拉速度不变，则实现纱线Y中所述任意两个后罗拉的所牵伸的纱线组份及其线密度的变化，调整后的纱线Y的线密度ρ′_y为：

或

或

3)同时改变第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉三个后罗拉的速度，则实现纱线Y中三个后罗拉的所牵伸的纱线组份及其线密度的变化，调整后的纱线Y的线密度ρ′_y为：

进一步，调整第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉的速度，调整过程令任一后罗拉的速度为零，而其它两个后罗拉的速度不为零，则实现纱线Y中所述任一后罗拉所牵伸的纱线组份的不连续，而其它两种纱线组份连续，调整后的纱线Y的线密度ρ′_y为：

或者，

或者，

其中，T₁和T₂为持续的两个时间点，t为时间变量。

进一步，调整第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉的速度，调整过程令其中两个后罗拉的速度先后调整为零，而其它一个后罗拉的速度不为零，则实现纱线Y中所述两个后罗拉所牵伸的纱线组份的先后间断，而其它一种纱线组份连续，调整后的纱线Y的线密度ρ′_y为：

1)第一后罗拉速度不为零时：

或者，

其中，T₃为时间点，且T₁≤T₂≤T₃；

2)第二后罗拉速度不为零时：

或者，

3)第三后罗拉速度不为零时：

或者，

进一步，调整第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉的速度，调整过程令其中两个后罗拉的速度同时调整为零，而其它一个后罗拉的速度不为零，则实现纱线Y中所述；两个后罗拉所牵伸的纱线组份的不 连续，而其它一种纱线组份连续，调整后的纱线Y的线密度ρ′_y为：

或者，

或者，

进一步，调整所述第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉的速度，同时保持

V_h1*ρ₁+V_h2*ρ₂+V_h3*ρ₃＝常数，

并令ρ₁＝ρ₂＝ρ₃＝ρ，则实现纱线Y的线密度不变化而其组份的混纺比变化；所述第一纱线组份、第二纱线组份和第三纱线组份的混纺比k₁、k₂和k₃分别为：

进一步，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、第二后罗拉和第三后罗拉的线速度分别为V_h1i、V_h2i和V_h3i，其中i∈(1,2，…，n)；

所述第一粗纱组份、第二粗纱组份和第三粗纱组份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和k_3i可表达如下：

第i段纱线Y的线密度为：

其中，

为二级牵伸比；

1)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、第二后罗拉和第三后罗拉的基准线速度分别为V_h10、V_h20和V_h30；该段的第一粗纱组份、第二粗纱 组份和第三粗纱组份的基准混纺比分别为k₁₀、k₂₀和k₃₀

保持所述中罗拉的线速度恒定，

且V_z＝V_h10+V_h20+V_h30       (6)；

2)同时，令二级牵伸比

恒定；

其中，第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉的基准线速度V_h10、V_h20和V_h30根据第一粗纱组份、第二粗纱组份和第三粗纱组份的材质、基准线密度ρ₀以及基准混纺比k₁₀、k₂₀和k₃₀提前设定；

3)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和k_3i前提下，根据公式(2)-(6)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和V_h3i；

4)在基准线段的基准线速度V_h10、V_h20和V_h30基础上，增减第一后罗拉、第二后罗拉和/或第三后罗拉的转速，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＝ρ，则公式(5)简化为：

根据公式(2)-(4)和(6)-(7)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和V_h3i；在基准线速度V_h10、V_h20和V_h30的基础上，增减第一后罗拉、第二后罗拉和/或第三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、第二后罗拉和第三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_h10+ΔV_h1i+V_h20+ΔV_h2i+V_h30+ΔV_h3i)时，纱线Y线密度的增量为：

则纱线Y的线密度ρ_yi可表达如下：

令ΔV_i＝ΔV_h1i+ΔV_h2i+ΔV_h3i，则(8)变为：

通过控制所述第一后罗拉、第二后罗拉和第三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＝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)-(4)简化为：

通过控制所述第一后罗拉、第二后罗拉和第三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

进一步，令V_h1i*ρ₁+V_h2i*ρ₂+V_h3i*ρ₃＝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和ΔV_h3i其中一个或两个为零，其他不为零，则实现所述纱线Y中一种或两种粗纱组份的变化，而其他粗纱组份不变化，调整后的混纺比为：

其中，k，j∈(1,2,3)，且k≠j。

进一步，令ΔV_h1i、ΔV_h2i和ΔV_h3i都不为零，则实现所述纱线Y中三种粗纱组份的变化。

进一步，令V_h1i、V_h2i和V_h3i其中一个或两个为零，而其它不为零，则实现在第i段纱线Y中一种或两种粗纱组份的不连续。

一种三组份异步牵伸动态配置线密度和混纺比的的装置包括控制系统和执行机构，执行机构包括三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；组合后罗拉具有三个转动自由度，包括同一根后罗拉轴上并排设置的第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉；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、第二后罗拉和第三后罗拉中任一个固定设置在所述后罗拉轴上，其他两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、第二后罗拉和第三后罗拉的速度之和。

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，通过控制中罗拉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。

表1.现有纺纱技术与本申请的对比

由此可见本发明的技术效果显著。

本发明方法将传统的三组份前后区同步牵伸改变为三组份分离式异步牵伸(下称一级异步牵伸)和三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三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。通过本发明的三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。

三组份分合式异同步二级牵伸同轴加捻纺纱系统工艺参数的计算

根据牵伸理论可得：

根据牵伸理论可得：

一级牵伸的牵伸比：

一级牵伸的当量牵伸比：

二级牵伸的牵伸比：

总牵伸的当量牵伸比

总当量牵伸比

是纺纱中非常重要的参数，它是二级牵伸倍数与一级牵伸倍数的乘积。

根据本发明建立的纺纱模型可知，粗纱ρ₁、ρ₂和ρ₃经一级牵伸的异步牵伸和二级牵伸的同步牵伸加捻形成纱线，其混纺比k₁、k₂、k₃可表达如下：

由式⑺、⑻、⑼可知，纱线中两个组份的混纺比与三个后罗拉的运动速度V_h1、V_h2、V_h3以及三根粗纱线密度ρ₁、ρ₂、ρ₃相关。一般ρ₁、ρ₂、ρ₃值是常量与时间无关，而V_h1、V_h2、V_h3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、ρ₃值不变，也会由于主轴速度的变化而导致V_h1、V_h2、V_h3发生变化。由此导致混纺比的不确定性。

同理可得，三根粗纱须条经两级牵伸加捻后形成的纱线线密度为:

故纱线线密度为：

由式⑽可知，纱线的线密度与三个后罗拉的运动速度V_h1、V_h2、V_h3以及三根粗纱线密度ρ₁、ρ₂、ρ₃相关。一般ρ₁、ρ₂、ρ₃值是常量与时间无关，而V_h1、V_h2、V_h3则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、ρ₃值不变，也会由于主轴速度的变化而导致V_h1、V_h2、V_h3发生变化。由此导致线密度的不确定性。

由式⑴得：

由式⑵得：

由式⑶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＝ρ₃＝ρ      ⒁

将式(14)代入式⑼得：

将式⑿⒀代入式⑽得：

将式(14)代入式⑸得：

将式⒂⒃⒄代入式⑺⑻⑼得：

进一步，令ρ₁＝ρ₂＝ρ₃＝ρ，同时调整所述第一后罗拉、第二后罗拉及第三后罗拉的速度使得V_h1+V_h2+V_h3＝V_z，则公式(18)(19)(20)转化为：

即三组份ρ₁、ρ₂和ρ₃在纱线中的混纺比，等于它们在一级牵伸区中各自牵伸倍数的倒数。

例如:假定k₁＝0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9，1

k₂＝0.7，0.6，0.5，0.4，0,3，0,2，0.1，0，0.1，0.1，0

k₃＝0.3，0.3，0.3，0.3，0.3，0.3，0.3，0,3，0.1，0，0

则可求得对应的e_h1、e_h2和e_h3，如下表：

表2.混纺比与第一区牵伸比的关系

k1	0	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9	1
												eh1	╳	10	5	10/3	10/4	10/5	10/6	10/7	10/8	10/9	1
k2	0.7	0.6	0.5	0.4	0.3	0.2	0.1	0	0.1	0.1	0
												eh2	10/7	10/6	10/5	10/4	10/3	5	10	╳	10	10	╳
k3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.1	0	0
												eh3	10/3	10/3	10/3	10/3	10/3	10/3	10/3	10/3	10	╳	╳

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

如图1-5所示，一种三组份异步牵伸动态配置线密度和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)一级牵伸单元包括组合后罗拉11、中罗拉3；组合后罗拉11具有三个转动自由度，包括同一根后罗拉轴上并排设置的第一后罗拉5、第二后罗拉7和第三后罗拉9；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，6、8、10为与三个后罗拉对应的三个上皮辊。2为与前罗拉1相对应的上皮辊。13和14分别为卷绕成型机构和导辊，15为纱线Y。

第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉分别以速度V_h1、V_h2和V_h3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；

如图2所示，具有三重嵌套的3自由度组合后罗拉，5、7、9三个活动后罗拉活套在同一心轴上，并分别由皮带轮16、22、17驱动。

图4为第一至三粗纱组份的行进路径图。三粗纱组份首先经过后组合罗拉的分离异步牵伸，再经中罗拉的同步牵伸，最后经过集合器在前罗拉混合形成纱线Y。一级异步牵伸能够准确控制双组份混合比例及纱线线密度的动态变化，而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。两者结合使得混纺出的纱线更加均匀，断头率更低。

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。

第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉所牵伸的第一粗纱组份、第二粗纱组份和第三粗纱组份的线密度分别为ρ₁、ρ₂和ρ₃，前罗拉牵伸加捻后得到的纱线Y的线密度为ρ_y，

第一粗纱组份、第二粗纱组份和第三粗纱组份的混纺比k₁、k₂和k₃为：

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

4)通过已知设定所述纱线Y混纺比K随时间t的变化规律，以及已知纱线Y线密度ρ_y随时间t的变化规律,推导出所述第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉表面线速度变化规律；通过调整第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉的转速，实现纱线Y线密度或/和混纺比的在线动态调整。

5)已知设定第一粗纱组份、第二粗纱组份和第三粗纱组份的混纺比k₁、k₂和k₃，则纱线Y的混纺比之比K₁和K₂如下：

纱线Y的线密度

则：后罗拉1表面线速度：

后罗拉2表面线速度：

后罗拉3表面线速度：

其中，ρ₁、ρ₂、ρ₃、V_q为恒定常数，K_i和ρ_y都是随时间t变化的函数。

6)令ρ₁＝ρ₂＝ρ₃＝ρ,则：

①改变第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉中的任一后罗拉的速度，其它两个后罗拉速度不变，则实现纱线Y中所述任一后罗拉的所牵伸的纱线组份及其线密度的变化，调整后的纱线Y的线密度ρ′_y为：

或

或

其中，Δρ_y为纱线Y的线密度变化量，ΔV_h1、ΔV_h2和ΔV_h3为第一、二、三后罗拉的速度变化量；

②改变第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉中的任意两个后罗拉的速度，其它一个后罗拉速度不变，则实现纱线Y中所述任意两个后罗拉的所牵伸的纱线组份及其线密度的变化，调整后的纱线Y的线密度ρ′_y为：

或

或

③同时改变第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉三个后罗拉的速度，则实现纱线Y中三个后罗拉的所牵伸的纱线组份及其线密度的变化，调整后的纱线Y的线密度ρ′_y为：

7)调整第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉的速度，调整过程令任一后罗拉的速度为零，而其它两个后罗拉的速度不为零，则实现纱线Y中所述任一后罗拉所牵伸的纱线组份的不连续，而其它两种纱线组份连续，调整后的纱线Y的线密度ρ′_y为：

或者，

或者，

其中，T₁和T₂为持续的两个时间点，t为时间变量。

8)调整第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉的速度，调整过程令其中两个后罗拉的速度先后调整为零，而其它一个后罗拉的速度不为零，则实现纱线Y中所述两个后罗拉所牵伸的纱线组份的先后间断，而其它一种纱线组份连续，调整后的纱线Y的线密度ρ′_y为：

(1)第一后罗拉速度不为零时：

或者，

其中，T₃为时间点，且T₁≤T₂≤T₃；

(2)第二后罗拉速度不为零时：

或者，

(3)第三后罗拉速度不为零时：

或者，

9)调整第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉的速度，调整过程令其中两个后罗拉的速度同时调整为零，而其它一个后罗拉的速度不为零，则实现纱线Y中所述；两个后罗拉所牵伸的纱线组份的不连续，而其它一种纱线组份连续，调整后的纱线Y的线密度ρ′_y为：

或者，

或者，

10)调整所述第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉的速度，同时保持

V_h1*ρ₁+V_h2*ρ₂+V_h3*ρ₃＝常数，

并令ρ₁＝ρ₂＝ρ₃＝ρ，则实现纱线Y的线密度不变化而其组份的混纺比变化；所述第一纱线组份和、第二纱线组份和第三纱线组份的混纺比k₁、k₂和k₃分别为：

实施例2

本实施例方法与实施例1基本相同，不同之处在于：

1)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、第二后罗拉和第三后罗拉的线速度分别为V_h1i、V_h2i和V_h3i，其中i∈(1,2，…，n)；

第一粗纱组份、第二粗纱组份和第三粗纱组份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和k_3i可表达如下：

第i段纱线Y的线密度为：

其中，

为二级牵伸比；

2)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、第二后罗拉和第三后罗拉的基准线速度分别为V_h10、V_h20和V_h30；该段的第一粗纱组份、第二粗纱组份和第三粗纱组份的基准混纺比分别为k₁₀、k₂₀和k₃₀

保持所述中罗拉的线速度恒定，

且V_z＝V_h10+V_h20+V_h30     (6)；

同时，令二级牵伸比

恒定；

其中，第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉的基准线速度V_h10、V_h20和V_h30根据第一粗纱组份、第二粗纱组份和第三粗纱组份的材质、基准线密度ρ₀以及基准混纺比k₁₀、k₂₀和k₃₀提前设定；

3)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和k_3i前提下，根据公式(2)-(6)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和V_h3i；

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

5)设ρ₁＝ρ₂＝ρ₃＝ρ，则公式(5)简化为：

根据公式(2)-(4)和(6)-(7)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和V_h3i；在基准线速度V_h10、V_h20和V_h30的基础上，增减第一后罗拉和/或第二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。

6)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，即粗细发生△ρ_yi；为此所述第一后罗拉、第二后罗拉和第三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_h10+ΔV_h1i+V_h20+ΔV_h2i+V_h30+ΔV_h3i)时，纱线Y线密度的增量为：

则纱线Y的线密度ρ_yi可表达如下：

令ΔV_i＝ΔV_h1i+ΔV_h2i+ΔV_h3i，则(8)变为：

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

7)令ρ₁＝ρ₂＝ρ₃＝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)和(3)简化为：

通过控制所述第一后罗拉、第二后罗拉和第三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。

8)令V_h1i*ρ₁+V_h2i*ρ₂+V_h3i*ρ₃＝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。

9)令ΔV_h1i、ΔV_h2i和ΔV_h3i其中一个或两个为零，其他不为零，则实现所述纱线Y中一种或两种粗纱组份的变化，而其他粗纱组份不变化，调整后的混纺比为：

其中，k，j∈(1,2,3)，且k≠j。

10)令ΔV_h1i、ΔV_h2i和ΔV_h3i都不为零，则实现所述纱线Y中三种粗纱组份的变化。

11)令V_h1i、V_h2i和V_h3i其中一个或两个为零，而其它不为零，则实现在第i段纱线Y中一种或两种粗纱组份的不连续。

实施例3

本实施例三组份异步牵伸动态配置线密度和混纺比的方法与实施例2基本相同，不同之处在于：

设定第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉的初始线速度分别为V_h10、V_h20和V_h30；所述中罗拉的初始线速度V_z0＝V_h10+V_h20+V_h30；

另外，设定

V_zi＝V_h1(i-1)+V_h2(i-1)+V_h3(i-1)；

同时，令二级牵伸比

恒定为设定值e_q；

牵伸混纺第i段纱线Y时，将第i-1段的纱线Y的线密度和混纺比分别作为第i段的基准线密度和基准混纺比，在已知第i段的设定线密度ρ_yi和设定混纺比k_1i、k_2i和k_3i前提下，计算出第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉的线速度V_h1i、V_h2i和V_h3i；

在第i-1段的基础上，调整第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉的转速，实现第i段纱线Y的线密度或/和混纺比的在线动态调整。

本方法通过将V_zi＝V_h1(i-1)+V_h2(i-1)+V_h3(i-1)以及二级牵伸比恒定，从而使得中罗拉和前罗拉不 断随着后组合罗拉的速度进行调整，避免了由于后组合罗拉调整过大，而中罗拉及前罗拉速度未及时调整导致纱线牵引比大幅度变化，以及有效控制断纱的发生。

另外，利用计算机或其他智能控制单元随时记录各个罗拉的运行速度，在已知现有后罗拉速度时，能够自动推算出下一步的中罗拉和前罗拉的速度，利用上述公式及模型快速计算出组合后罗拉的速度增减量，进而实现设定的混纺比和线密度调整，由此更加简单、准确。

表3.异步牵伸与同步牵伸纺纱参数对比(以纺18.45tex棉纱为例)

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 (15)

1. 一种三组份异步牵伸动态配置线密度和混纺比的方法，其特征在于，具体包括：

   1)执行机构主要包括三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，所述三组份分合式异同步二级牵伸机构包括前后设置的一级牵伸单元、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；组合后罗拉具有三个转动自由度，其包括同一根后罗拉轴上并排设置的第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉；第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉分别以速度V_h1、V_h2和V_h3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、第二后罗拉和第三后罗拉所牵伸的第一粗纱组份、第二粗纱组份和第三粗纱组份的线密度分别为ρ₁、ρ₂和ρ₃，前罗拉牵伸加捻后得到的纱线Y的线密度为ρ_y，

   

   第一粗纱组份、第二粗纱组份和第三粗纱组份的混纺比k₁、k₂和k₃为：

   

   

   

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

   4)通过调整第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉的转速，实现纱线Y线密度或/和混纺比的在线动态调整。
2. 如权利要求1所述方法，其特征在于，通过已知设定所述纱线Y混纺比K随时间t的变化规律，以及已知纱线Y线密度ρ_y随时间t的变化规律，推导出所述第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉表面线速度变化规律；设定第一粗纱组份、第二粗纱组份和第三粗纱组份的混纺比k₁、k₂和k₃，则纱线Y的混纺比之比K₁和K₂如下：

   

   

   纱线Y的线密度

   

   则：后罗拉1表面线速度：

   

   后罗拉2表面线速度：

   

   后罗拉3表面线速度：

   

   其中，ρ₁、ρ₂、ρ₃、V_q为恒定常数，K_i和ρ_y都是随时间t变化的函数。
3. 如权利要求1所述方法，其特征在于，令ρ₁＝ρ₂＝ρ₃＝ρ，则：

   1)改变第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉中的任一后罗拉的速度，其它两个后罗拉速度不变，则实现纱线Y中所述任一后罗拉的所牵伸的纱线组份及其线密度的变化，调整后的纱线Y的线密度ρ′_y为：

   

   或

   

   或

   

   其中，Δρ_y为纱线Y的线密度变化量，ΔV_h1、ΔV_h2和ΔV_h3为第一、二、三后罗拉的速度变化量；

   2)改变第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉中的任意两个后罗拉的速度，其它一个后罗拉速度不变，则实现纱线Y中所述任意两个后罗拉的所牵伸的纱线组份及其线密度的变化，调整后的纱线Y的线密度ρ′_y为：

   

   或

   

   或

   

   3)同时改变第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉三个后罗拉的速度，则实现纱线Y中三个后罗拉的所牵伸的纱线组份及其线密度的变化，调整后的纱线Y的线密度ρ′_y为：

   
4. 如权利要求3所述方法，其特征在于，调整第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉的速度，调整过程令任一后罗拉的速度为零，而其它两个后罗拉的速度不为零，则实现纱线Y中所述任一后罗拉所牵伸的纱线组份的不连续，而其它两种纱线组份连续，调整后的纱线Y的线密度ρ′_y为：

   

   

   或者，

   

   或者，

   

   其中，T₁和T₂为持续的两个时间点，t为时间变量。
5. 如权利要求3所述方法，其特征在于，调整第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉的速度，调整过程令其中两个后罗拉的速度先后调整为零，而其它一个后罗拉的速度不为零，则实现纱线Y中所述两个后罗拉所牵伸的纱线组份的先后间断，而其它一种纱线组份连续，调整后的纱线Y的线密度ρ′_y为：

   1)第一后罗拉速度不为零时：

   

   

   

   或者，

   

   

   其中，T₃为时间点，且T₁≤T₂≤T₃；

   2)第二后罗拉速度不为零时：

   

   

   

   或者，

   

   

   3)第三后罗拉速度不为零时：

   

   

   

   或者，

   

   
6. 如权利要求3所述方法，其特征在于，调整第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉的速度，调整过程令其中两个后罗拉的速度同时调整为零，而其它一个后罗拉的速度不为零，则实现纱线Y中所述；两个后罗拉所牵伸的纱线组份的不连续，而其它一种纱线组份连续，调整后的纱线Y的线密度ρ′_y为：

   

   

   

   或者，

   

   或者，

   
7. 如权利要求3所述方法，其特征在于，调整所述第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉的速度，同时保持

   V_h1 ^*ρ₁+V_h2 ^*ρ₂+V_h3 ^*ρ₃＝常数，

   并令ρ₁＝ρ₂＝ρ₃＝ρ，则实现纱线Y的线密度不变化而其组份的混纺比变化；所述第一纱线组份和、第二纱线组份和第三纱线组份的混纺比k₁、k₂和k₃分别为：

   

   

   
8. 如权利要求1所述方法，其特征在于，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、第二后罗拉和第三后罗拉的线速度分别为V_h1i、V_h2i和V_h3i，其中i∈(1，2，…，n)；

   所述第一粗纱组份、第二粗纱组份和第三粗纱组份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和k_3i可表达如下：

   

   

   

   第i段纱线Y的线密度为：

   

   其中，

   

   为二级牵伸比；

   1)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、第二后罗拉和第三后罗拉的基准线速度分别为V_h10、V_h20和V_h30；该段的第一粗纱组份、第二粗纱 组份和第三粗纱组份的基准混纺比分别为k₁₀、k₂₀和k₃₀

   保持所述中罗拉的线速度恒定，

   且V_z＝V_h10+V_h20+V_h30     (6)；

   2)同时，令二级牵伸比

   

   恒定；

   其中，第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉的基准线速度V_h10、V_h20和V_h30根据第一粗纱组份、第二粗纱组份和第三粗纱组份的材质、基准线密度ρ₀以及基准混纺比k₁₀、k₂₀和k₃₀提前设定；

   3)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和k_3i前提下，根据公式(2)-(6)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和V_h3i；

   4)在基准线段的基准线速度V_h10、V_h20和V_h30基础上，增减第一后罗拉、第二后罗拉和/或第三后罗拉的转速，实现第i段纱线Y的线密度或/和混纺比的在线动态调整。
9. 如权利要求8所述方法，其特征在于，设ρ₁＝ρ₂＝ρ₃＝ρ，则公式(5)简化为：

   

   根据公式(2)-(4)和(6)-(7)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和V_h3i；在基准线速度V_h10、V_h20和V_h30的基础上，增减第一后罗拉、第二后罗拉和/或第三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。
10. 如权利要求9所述方法，其特征在于，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Δρ_yi，即粗细变化Δρ_yi；为此所述第一后罗拉、第二后罗拉和第三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_h10+ΔV_h1i+V_h20+ΔV_h2i+V_h30+ΔV_h3i)时，纱线Y线密度的增量为：

    

    则纱线Y的线密度ρ_yi可表达如下：

    

    令ΔV_i＝ΔV_h1i+ΔV_h2i+ΔV_h3i，则(8)变为：

    

    通过控制所述第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉的线速度增量之和ΔV_i实现纱线Y的线密度变化。
11. 如权利要求10所述方法，其特征在于，令ρ₁＝ρ₂＝ρ₃＝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)-(4)简化为：

    

    

    

    通过控制所述第一后罗拉、第二后罗拉和第三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。
12. 如权利要求11所述方法，其特征在于，令V_h1i*ρ₁+V_h2i*ρ₂+V_h3i*ρ₃＝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。
13. 如权利要求11所述方法，其特征在于，令ΔV_h1i、ΔV_h2i和ΔV_h3i其中一个或两个为零，其他不为零，则实现所述纱线Y中一种或两种粗纱组份的变化，而其他粗纱组份不变化，调整后的混纺比为：

    

    

    其中，k，j∈(1，2，3)，且k≠j。

    令ΔV_h1i、ΔV_h2i和ΔV_h3i都不为零，则实现所述纱线Y中三种粗纱组份的变化。
14. 如权利要求11所述方法，其特征在于，令V_h1i、V_h2i和V_h3i其中一个或两个为零，而其它不为零，则实现在第i段纱线Y中一种或两种粗纱组份的不连续。
15. 实施权利要求1-14任一所述方法的一种三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，执行机构包括三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；组合后罗拉具有三个转动自由度，包括同一根后罗拉轴上并排设置的第一后罗拉、第二后罗拉和第三后罗拉；所述二级牵伸单元包括前罗拉和所述中罗拉。

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