波谱图的分析原理,方法和典型实例分析.doc

波谱图的分析原理，方法和典型实例分析（荆州市神舟纺织有限公司）欧怀林一波谱图分析的基本原理与方法：1.机械波和牵伸波的概念与计算方法：机械波在波谱图中，呈现“烟囱”柱形状，在一个或多个频道上出现。当宽度占据二个频道时称为双柱机械波；超过二个频道以上时称为多柱机械波。机械波长计算公式：a.牵伸倍数法：DxE。-产生机械波的回转部件的波长；Dx-产生机械波的回转部件的直径；E-输出罗拉（前罗拉）到产生机械波的回转部件的牵伸倍数。b.传动比法：D1i。-产生机械波的回转部件的波长；D1-输出罗拉（前罗拉）的直径；i-产生机械波的回转部件到输出罗拉（前罗拉）之间的传动比。c.速度法：V/n。-产生机械波的回转部件的波长；V-出条速度；n-产生机械波的回转部件的转速。下图为典型的机械波波谱图：下面几张图例为前道工序产生的机械波，随后道工序牵伸后其波长变化情况：上图为并条胶辊产生的机械波波谱图。上图为对应的粗纱波谱图。上图为对应的细纱波谱图。机械波危害程度的评价：当基本波谱上的峰高超过该峰所在波长处基本波谱高度的50%时，会对织物造成不良影响。对于连续两个或者多个机械波，其波峰必须叠加后来评价。机械波产生的疵点绝大多数呈现为规律性，机械波波峰越高，曲线图上的振幅就越大，疵点在布面体现越明显。牵伸波在波谱图中，跨越三个或三个以上频道，形成像小山形隆起状的波形。牵伸波计算公式：KELW。E-输出罗拉到产生牵伸波部位的牵伸倍数；LW-纤维的平均长度；K-常数，细纱2.75；粗纱3.5；并条4.0；精梳条4.0；气流纺5.0。牵伸波危害程度的评价：牵伸波波峰越高，曲线图上的振幅就越大，疵点在布面的体现越明显。牵伸波波长不像机械波波长那样基本固定，而在一定范围内波动，故触发多个频道，形成小山包状的波形。典型的牵伸波波谱图如下：2.波谱仪及各种波形分解的基本原理及特点：基于经济性的考虑，波谱仪对波谱的识别分析是建立在正弦波的基础上的。而纺纱过程中产生的机械波大多数是不完全遵循正弦规律波动的。遵照“傅里叶”公式，任何一个非正弦波都可以分解为多个正弦波，因此，波谱仪可以对这些非正弦波做出傅里叶分析，并将分解后的各正弦波波长显示在波谱图上。于是，在波谱图上出现了谐波，给我们的分析带来了困难。我们必须从纷乱的波形中找出基波，基波消除后，一系列谐波自然消除。下图为波形分解的示意图：分析波谱图时，我们必须掌握不同形态波谱图的特点。周期性机械波产生不匀的形态大致有以下5种：正弦波：形状：为正弦曲线均匀过渡。特点：只有基波。产生原因：各种回转件（如皮辊，罗拉，锭子等）偏心或者椭圆及回转不平衡等。对称非正弦波：形状：如三角波。特点：有基波和奇次谐波，无偶次谐波。产生原因：纱线对称性张力不匀，牵伸部件玷污，跳动等。不对称非正弦波：形状：如锯齿波。特点：基波，奇次，偶次谐波都有，波长逐渐递减。产生原因：纱线不对称的张力不匀，传动装置玷污，罗拉包覆物损伤等。正负双向脉冲波：特点：基波，奇次，偶次谐波都有，基波波峰低于谐波。产生原因：牵伸部件安装不良，传动带，皮圈缺损或搭接不良，罗拉包覆物局部损坏等。单方向脉冲波：特点：基波，奇次，偶次谐波都有，且波幅基本相当。产生原因：皮圈搭接不良，传动带损伤，精梳棉网搭接不良，牵伸箱部件安装不良，针布损伤等。3.分析波谱图时容易混淆和忽视的几个问题解答：问题一：关于波长的问题在分析机械波时，由于波谱图的频道有限，烟囱的波长是一个范围值。比如说：7-8cm是一个频道，在7-8cm这个范围内的所有波长的机械波都将触发这个频道，在这个烟囱上显示。例如：波长7.1cm-波长7.9cm的机械波都会在这个频道内体现为7-8cm的机械波。 如果一个机械波的波长刚好落在两个频道之间或者波长在两个频道之间变化，则两个频道都将被触发（有人曾问：为何并条的单柱机械波到了粗纱成为双柱机械波，则是这个道理）。例如：如果前胶辊的机械波波长刚好是8cm或者在8cm左右波动，它将诱发7-8cm,8-10cm这两个频道，形成双柱机械波。这就是为何胶辊机械波有时是单柱，有时是双柱的原因。由于牵伸波波长不像机械波那样固定，所以，相邻的多个频道都将被触发，而形成小山状的形态。问题二：关于波长和疵点长度的问题曾经有人问：细纱前胶辊产生了8-10cm机械波，为何测量粗节的长度不是8-10cm？其实，这是将波长和疵点长度混淆的结果。波长是波峰和波峰（或波谷和波谷）之间的长度。以上面例子为例：波长8-10cm的机械波，我们可以测得相邻两个粗节（或细节）头和头（或尾和尾）之间的长度约8-10cm。而因机械波形成的粗节（或细节）其长度与波长没有关系（与受损状况等有关）。以上面例子为例：细纱前胶辊产生了8-10cm机械波，粗节的长度大约为1.5cm左右，其粗细程度与波峰的高度成正相关。各工序，各部位产生机械波后，粗细节形态（长度，粗度和表面形态）需要我们在生产中整理积累经验，以便于对机械波的分析。问题三：关于“假波”和“谐波”和“隐波”的问题有时我们在波谱图上发现机械波，但分析时无法按规律找到对应的缺陷位置，这时候，我们就要确定是否存在“假波”。如果经后道工序无牵伸加工后（比如络筒）消失或经后工序牵伸后，对应部位无机械波，一般可以判断为“假波”。“谐波”是波谱仪进行波谱分析时分解出来在波谱图上显示波长的假波，它在纱条上是不存在的。“隐波”其特点是本工序波长很短，甚至无法检测出来，只有经过下道工序牵伸后将波长放大才能在波谱图上显现。问题四：关于周期性疵点波长发生变化的问题我们在检测纱条时，特别是粗纱，发现一些在波谱图显示的机械波的波长随卷绕周长（如粗纱直径）的变化而变化，一些技术人员感到无可适从。造成这种现象的原因主要是锭子或者锭翼，铜管的偏心造成机械波波长与卷绕周长一致的周期性机械波。消除这些偏心，机械波自然消除。问题五：牵伸倍数和振幅对波幅的影响关系牵伸倍数和振幅对波幅的影响关系基本是成正比的关系。例如：细纱在前胶辊偏心不变的情况下，前胶辊产生的牵伸波的波幅随牵伸倍数的增加而增加，随牵伸倍数的减小而减小；在牵伸倍数不变的情况下，细纱前胶辊产生的牵伸波的波幅随偏心的增加而增加，随偏心的减小而减小。问题六：过桥齿轮缺陷的影响过桥齿轮虽然在传动比计算中不起作用，但如果过桥齿轮出现缺陷，仍然会出现机械波。此时，计算机械波波长时，应将过桥齿轮看作为主动齿轮来进行计算。例一：计算下图细纱牵伸传动部分中70牙缺陷产生的机械波波长：计算如下：70牙过桥齿轮=70/2266/5279/2572/23114/6025=5958.4mm（过桥牙虽然不影响牵伸倍数，但其产生的缺陷影响机械波，计算其产生的波长时，将其看为主动齿轮）。问题七：关于可信度的问题为保证测试结果统计上可信，被测波长必须达到25个，否则要延长测试时间以增加试样长度。例如，当测试速度400米/分，测试时间一分钟，试样长度为400米，则波谱图上在16米以内冒出的“烟囱”或“小山”统计上是可信的。当将测试时间延长到五分钟，试样长度达2000m，则在80米以内是可信的。波谱图中的可信区用黑白相间的竖条状线表示，而部分未加黑条的区域则可信度降低，不可信的频道在波谱图上不显示。随着试样长度增加，波谱图上出现的可供分析的频道(台阶)数目也自动增多。因此，不宜以一张波谱图上出现异常现象即急于分析，而应重复试验34次当波谱图上出现同样现象才认为是可信的。二典型的机械波波谱图分析：1.胶辊机械波：胶辊不同问题产生的波形及其在波谱图上的表现形式如下：纯粹性胶辊偏心：其条干不匀曲线图成规律性正弦曲线，在波谱图上只有主波，无谐波。主波波长等于胶辊的周长。如下图：纯粹性的胶辊正椭圆：其条干不匀曲线图成规律性正弦曲线，在波谱图上只有主波，无谐波。主波波长等于胶辊的周长的一半。如下图：胶辊椭圆，但非正椭圆（即椭圆与偏心同时存在）： 当胶辊出现椭圆时,大多数情况伴随有偏心。此时的曲线实质上包含有三个正弦曲线，即波长为胶辊周长的正弦曲线、波长为胶辊椭圆的大弦长的正弦曲线和波长为胶辊椭圆的小弦长的正弦曲线。而波长为胶辊椭圆的大弦长的正弦曲线和波长为胶辊椭圆的小弦长的正弦曲线波长差值一般较小，常在波谱图上难以分辨，表现为同一个频道上，因而会出现波长为d和接近d/2的两个机械波。需要说明的是d/2不是谐波，而是一个独立的波。如下图：胶辊运转中跳动： 如果胶辊因有硬块（如胶辊鼓包）、玷污等原因，在运转的过程中出现跳动的情况，则其在条干不匀曲线图上表现为对称的非正弦周期性曲线。此时的波谱仪会进行分析和分解，图上会出现基波和奇次谐波，主波波长等于胶辊的周长，但因1/5、1/7谐波波长较短，在波谱图上一般只能显示1/3谐波。由于谐波是波谱仪分析分解出来而在波谱图上体现的，所以，实际上是不存在的。这就是主波消除后谐波自然消除的原因。胶辊缺损损伤： 如果胶辊的纺纱动程内有缺损、沟槽等，其条干不匀曲线图表现为非对称的非正弦周期性曲线，一般表现为锯齿形状。此时的波谱图上会出现基波和偶、奇次谐波，主波波长等于胶辊的周长。但因1/4、1/5、等波谐波长较短，在波谱图上一般只能显示1/2、1/3、谐波。如下图：胶辊其它综合性问题： 如:偏心，椭圆以及损伤等同时发生，这时分析起来较为困难，但只要用心，一个一个方面分开分析，一般也可以查找到影响因素。2.罗拉机械波：罗拉机械波的分析与胶辊机械波的分析一样，在此不再赘述。3.牵伸传动部分的机械波：牵伸传动部分产生的机械波涵盖上述周期性机械波产生不匀的全部五种形态。由于这些齿轮与轴不直接与纱条接触，它们的计算需要以其驱动的对象（罗拉，胶圈等）为中介。而且由于牵伸传动比的影响，同时其涉及的部件多，机构复杂程度各异，计算稍显麻烦，因此，给我们的判断带来一定的困难。但我们只要掌握机械波产生不匀的全部五种形态和计算方法，从繁复的机件中准确找出有缺陷的部件从而消除机械波，也是很简单的事情。下面，我们以一个实例来进行分析。例二：下图是F1508细纱机纺CJ7.3tex细纱的波谱图。曲线图每个小格代表纱的长度为1米，从左到右共80米。工艺配置如下：ZK/ZJ92/28，ZE/ZD100/43，ZH/ZM28/28。细纱前皮辊直径29.5mm，后皮辊直径28.5mm。粗纱的罗拉直径28.5mm，前皮辊直径30mm。计算判断产生疵点的可能部位。根据波谱图可知道在5米左右处有强周期的机械波的存在。同时有1/2的谐波（1/3谐波波长较小没有显示）。根据不匀曲线图可知在80米内大约有17个谷点。那么根据曲线图计算波长：80/（17-1）=80/16=5米，这与波谱图提供的信息完全一致。首先检查是否整台车都有该机械波，如有的话，应该是共性，按常规先查找细纱机械传动部分。根据传动图和上机工艺计算如下：后罗拉缺陷波长=28/33ZK/ZD100/30ZK/ZJ80/32d1=4.24米ZE,80,33同轴波长相同= ZE/ZD100/30ZK/ZJ80/32d1=5.00米计算结果吻合。因此，应首先先检查细纱传动部分同轴的ZE、80牙和33牙。在上例波谱图中，如果是个性问题，那就另当别论。当粗纱的前皮辊转一转出现一次不匀的话，到细纱产生的机械波长为:3.143054.02（细纱总牵伸倍数）/1000=5.088米，与实际波长也基本相符，应相应的追踪检查粗纱皮辊。在这个例子中，我们引入了曲线图的概念。曲线图是条干均匀度试验中一个非常重要的部分，它包含有大量的为波谱图，CV值或疵点计数部分不能提供的信息，常常与波谱图一起联系起来进行细致分析。因篇幅原因，不在此论述。三典型的牵伸波波谱图分析分析牵伸波，即寻找牵伸不当的牵伸区。其方法如下：1.根据所纺纤维的平均长度，计算各工序（一般从并条到细纱）可能产生的牵伸波的波长；2.根据波谱图上出现的牵伸波的位置大致确定牵伸波的波长范围；3.根据各工序牵伸倍数确定牵伸波的发源地（起始位置）；4.确定牵伸波的位置后进行工艺检查调整，消除牵伸波。例三：下图为T/CJ45S(65/35)细纱出现牵伸波的波谱图。计算如下：纤维的平均长度LW=3865%+2935%=24.70+10.15=34.85mm3.5cm。根据牵伸波计算公式：KELW=2.7513.5=9.625cm。(E=1),牵伸波主波的波长在9.6cm。因此，确定牵伸波产生在细纱前区。必须说明的一点，分析牵伸波不能机械的套用公式，计算主波波长只是确定产生牵伸波的一定区域，否则会走进分析的死胡同。此例体现在前区，但实际上为细纱上下皮圈不良，上下皮圈表面打滑，在后区有松弛弯曲的现象，纤维在牵伸前区牵伸不顺暢所致。又如：我们在纺T/C40/60 18.4tex时，发现细纱波谱图上在2.5米左右出现牵伸波，同时千米粗节高于正常值40%以上。经计算：纤维平均长度LW=3.26cm，细纱前区牵伸倍数28.2，因此，在上下销上下皮圈处产生的牵伸波经前区牵伸后其波长=28.23.262.75=252.8cm=2.528米，因此可以断定牵伸波发生在细纱中区。为了改变中区对纤维的控制，我们对钳口隔距，粗纱捻系数，上销压力及位置进行全面调整，收效不大。最后我们降低前胶辊硬度（由75降为65），变换表面处理方式，即增大了前胶辊的握持力，问题得到了解决。此例体现在后区，但实际通过调整前胶辊解决了问题。从这点看，牵伸波的产生与握持力和牵伸力的大小与匹配也有相当大的关系。四几种特殊的机械波分析：1圈条波：圈条效应波：形成机理：棉条进入条桶时，每圈棉条趋向中心部分一段条子会引起棉条的“翻捻”现象。这部分条子的捻度促使棉条长度变短，暂时引起棉条曲皱，截面增大。随着条桶逐步装满，棉条圈间压力逐步增大，上述捻度获得一个暂时的定型，并保留在条子上。当棉条试样经过条干试验仪时，由于“翻捻”造成的捻回不能完全消失，因此，在波谱图上会出现一个波长等于圈条周长的机械波，这就是圈条效应波。当圈条效应波比较严重时，还会出现一连串奇、偶次谐波。如下图：圈条效应波经过粗纱牵伸后消失，属于假波。一般情况下，卷装容量越大，车间相对湿度越高，该假波越容易出现。分析此波时，必须确定是否是圈条效应波。比如在并条，圈条周长一般在60-70cm，这个波长与并条导条部分缺陷和头并产生的10cm的机械波经过本道并条牵伸后产生的机械波波长非常一致，因此，必须认真区分。判断方法：一是看该波经粗纱牵伸后是否对应存在；二是对棉条进行倒测试。圈条器缺陷产生的圈条波：形成机理：由于圈条部分传动装置缺陷造成的机械波。由于条子与圈条器，底盘之间的牵伸为非约束张力牵伸，故此类疵病显示不明显。只有当缺陷部位问题非常严重时，在波谱图上才能体现。下面我们以两个例子来计算说明。例四：圈条器回转一周产生一次缺陷的波长=2r(11/i)。式中：r为圈条半径，i为圈条盘与底盘的传动比。当圈条盘与底盘同向回转，上式取“”，异向回转，上式取“+”。例五：底盘回转一周产生一次缺陷的波长=2r(i1)。取值同上。至于传动部分的故障，按传动比法可以准确计算。圈条效应波实例分析：例六：如并条机圈条盘与底盘间转速比i为19.93，转向相同，圈条半径为143mm，则圈条盘一转时圈条轨迹长度即为圈条波长。=2r(11/i)：23.14143(11/1993)853mm0.853m在下图波谱图上表现的084m的波长，并伴有/2、/3、/4谐波的机械波为并条圈条效应波。2粗纱捻度效应波：形成机理：粗纱捻度效应波产生于粗纱在加捻时纱条之间的翻转，近似于“搓麻绳”产生的麻花状效果。其波长：=10Tt式中：一粗纱捻度效应波波长(cm)；Tt一粗纱特数制捻度(捻回/10cm)。上图为粗纱捻度效应波谱图（粗纱号数750tex，捻系数为110，捻度Tt=4.02捻回/10cm）。粗纱捻度效应波经细纱牵伸后完全消失，因此，属于假波。在实际测试中，粗纱前排机械波波幅高于后排，回潮率高的品种机械波波幅较高，粗纱捻度越小的品种越容易出现。3粗纱变周期波：形成机理：该类波随粗纱的卷绕直径变化而变化，形成的原因一是粗纱筒管偏心跳动造成的真机械波，此类波必须通过消除筒管偏心及跳动来消除；二是在测试过程中由于测试纱架晃动造成，此时属于假波，可以通过纠正测试方法解决。波长：=d式中：一粗纱变周期波波长(cm)；d粗纱实际卷绕（或退绕）直径(cm)。4隐波：形成机理：由于罗拉抖动、扭振、齿轮全磨损、齿轮安装不良等原因造成罗拉头齿轮每转一齿产生一个脉冲。其特点是本工序波长很短，甚至无法检测出来，只有经过下道工序牵伸后将波长放大才能在波谱图上显现。由于隐波而导致的突发性纱疵危害性极大，易造成大面积坯布降等，且隐波波长和后道工序产生的波长相近，因此往往被误以为是后道工序存在问题而引起的机械波从而产生误判。容易产生隐波的工序是粗纱，尤其是粗纱机罗拉扭振发生频率较高，多数是由于齿轮安装不良，齿轮磨损间隙过大，罗拉材质不好，纤维性能变化造成牵伸力过大，牵伸工艺不合理等原因造成。本工序隐波波长计算公式：0=Di/z式中：0一机械波波长(cm)；D一输出部件(前罗拉)的直径(cm)；i一输出前罗拉至振动罗拉传动比；z一振动罗拉轴头齿轮齿数。隐波经下道工序放大后的波长=0 E式中：0一本工序隐波波长(cm)；一反映在下道工序的波长(cm)；E一下工序总牵伸倍数。粗纱罗拉扭振造成的细纱波谱图，曲线图如下：5精梳搭接波：形成机理：搭接波是由于搭接过程中上一个纤维束的尾端与下一个纤维束的头端结合时产生的粗节或细节形成的。在以往的说明书或有关资料上，都没有把这个问题作深入研究与说明。比如说，说明书上大多数都是说：搭接波波长在30-70cm，通过调整搭接长度可以减轻或基本消除。至于怎样产生，波长如何计算，和哪些因素相关等没有说明。因此，往往会给我们造成很大误区。搭接波波谱图如下：这个问题的正确思路是：一个钳次产生一次分离结合，如果有“搭接波”，将每个钳次产生一次。其波长=输出长度产生次数。按上述思路，推导如下：搭接波波长=出条速度（米/分）钳次（钳次/分）=每钳次输出长度（米/钳次）每钳次输出长度=每钳次分离罗拉有效输出长度分离罗拉到压辊之间的牵伸倍数搭接波波长=出条速度钳次=每钳次输出长度=每钳次分离罗拉有效输出长度分离罗拉到压辊之间的牵伸倍数搭接波波长=分离罗拉有效输出长度分离罗拉-出条罗拉之间的牵伸倍数从上面的推导可以看出，搭接波波长与精梳机的有效输出长度有关，而与搭接长度和纤维长度无关。搭接长度产生搭接波的机理一是冲击造成的弯钩；二是接合长度不当对条子粗细的影响。而纤维长度影响搭接长度。可以说：搭接长度和纤维长度是造成搭接波的诱因。而波长的计算应该遵循上面的公式。我们可以从下图中进一步理解。上图为分离结合示意图。G：结合长度；S：有效输出长度；L：分离纤维丛长度。从上图可以清晰的看出：波峰与波峰或者波谷与波谷的长度=有效输出长度。因此，搭接波的波长与有效输出长度成正比。与搭接长度无关。搭接长度长，即G/S值越大，在不造成弯钩的情况下，其粗细节的变化最小，越不容易产生搭接波；有效输出长度越小，即G/S值越大，越不容易产生搭接波。因此：在不产生弯钩的前提下，加大搭接长度，有利于条干均匀度；减小输出长度，有利于条干均匀度。G/S在这里称为接合率。6张力效应波：形成机理：在细纱或筒子一个卷绕动程中，纺纱张力（或络纱张力）呈现周期性变化，使得纱线承受的张力也呈现周期性变化。如果纱线的弹性伸长比较大，如氨纶包芯纱，当纱线进入条干仪测试时，仪器为了保证测试结果的准确性，在纱线进入测量槽之前都要加一个预张力，以保证纱线在测量槽内不抖动。对于常规纱来讲，常规的张力足够用了。但是对于氨纶包芯纱来讲，由于氨纶丝的张力