（纺织工程专业论文）转杯纺假捻盘作用研究[纺织工程专业优秀论文].pdf

转杯纺假捻盘作用研究 摘要 转杯纺纱与传统的环锭纺纱相比，结杂少、接头少，高速高产、卷 装大、工艺流程短、劳动强度低、劳动环境好，成纱条干、粗细节、 毛羽、卷曲性、起球性、伸长、弹性、和染色性好，等等。这些特点， 使转杯纺纱技术在国内外迅速发展起来。 捻度是纱条的一项重要参数。为了提高纱条质量，人们对纺纱过 程中捻度的影响因素非常重视，并进行了很多研究影响转杯纺纱条 捻度的因素很多，假捻盘就是一个重要的影响因素。国内外学者对假 捻盘进行了较多研究，但对于假捻盘具有假捻、捻陷还是阻捻作用至 今没有形成统一的认识 为比较深入地分析转杯纺假捻盘对转杯纺加捻过程的影响，促进 转杯纺工艺和设备的发展，本文进行了以下研究： 1 根据假捻、阻捻、捻陷的定义以及纱条的受力、运动分析，确 定了三种作用的区分方法以及三种作用程度的评定方法。 2 根据假捻盘表面纱条的相对运动和受力，分析了假捻盘在不同 情况下对转杯纺纱加捻过程的影响。 3 通过假捻盘表面纱条的受力分析，建立了转杯纺假捻盘上纱条 捻度的数学模型。 4 利用所建纱条捻度数学模型，分析了假捻盘各种作用与有关影 响因素的关系。 通过进行上述研究，得出如下结论： 1 ，根据纱条的受力和相对运动以及摩擦件对纱条捻度的影响，可 以区分出加捻过程中摩擦件的假捻、阻捻或捻陷作用。对于假捻、阻 捻、捻陷作用的大小，可以用相对于摩擦件喂入段纱条捻度变化的大 小来评定。 2 通过对假捻盘表面纱条的受力和相对运动分析，可以得出不同 情况下，假捻盘具有假捻、阻捻或捻陷的作用。具体地说： ( 1 ) 当假捻盘表面的纱条所受到的摩擦力( 摩擦力矩) 不能使纱条 绕纱轴回转，且摩擦角吐的大小在卜万2 ，万2 】时，假捻盘对转杯纺加 捻过程的影响表现为阻捻作用。 ( 2 ) 当假捻盘表面的纱条所受到的摩擦力( 摩擦力矩) 不能使纱条 绕纱轴回转，且摩擦角口的大小在【万2 ，3 刀 2 】时，假捻盘对转杯纺加 捻过程的影响表现为捻陷作用。 ( 3 ) 当假捻盘表面的纱条所受到的摩擦力( 摩擦力矩) 使纱条绕纱 轴回转，假捻盘对转杯纺加捻过程的影响表现为假捻作用。当纱条相 对于假捻盘表面运动的合速度在纱轴垂直方向上的分量大于零时，假 捻盘的影响表现为使喂入段纱条捻度增加的假捻作用。当纱条相对于 假捻盘表面运动的合速度在纱轴垂直方向上的分量小于零时，假捻盘 的影响表现为使喂入段纱条捻度减少的假捻作用。 3 通过对假捻盘表面纱条进行分析和建立纱条捻度数学模型，发 现影响假捻盘作用的主要因素有纺纱原料、纱条与假捻盘表面的摩擦 系数、纱条半径( 纺纱线密度) 、假捻盘母线半径、引纱管内半径、 引纱速度、转杯回转速度、假捻盘回转速度等等。 4 采用龙格一库塔法对所建纱条捻度数学模型进行数值求解，得 出在不同情况下，假捻盘母线半径、引纱管内半径、转杯回转速度、 假捻盘回转速度、纱条与假捻盘表面的摩擦系数等影响因素对假捻盘 的阻捻、捻陷或假捻作用有不同的影响，因此可以通过对这些因素进 行调整或设计来控制假捻盘的作用效果。 以上结论对于加深对转杯纺加工机理的认识、丰富转杯纺加捻理 论、研究转杯纺成纱捻度、实现假捻盘的优化设计等都具有较好的理 论和实践意义。 关键词：转杯纺，假捻盘，假捻，阻捻，捻陷 2 s t u d y o nt h ee f f e c t so fn a v e li nr o t o rs p i n n i n g a b s t r a c t t h ee f f e c t so fn a v e lo nt h ey a mt w i s tp r o p a g a t e di nt h e r o t o rs p i n n i n ga r es t u d i e du s i n gi n t e g r a t e dm e t h o d s c o m p a r e dw i t hr i n gs p i n n i n gs y s t e m ，r o t o rs p i n n i n gs y s t e m h a sm a n yp r e d o m i n a n tp e r f o r m a n c e sa sf o l l o w s ：l e s sn e p sa n d p i e c i n g s ，h i g h e rp r o d u c t i v i t ya n do u t p u t ，b i g g e rp a c k a g e ，s h o r t e r t e c h n o l o g i c a lp r o c e s s ，l o w e r l a b o r s t r e n g t h a n db e t t e r e n v i r o n m e n t ，r o t o rs p u ny a r nh a sb e t t e re v e n n e s s ，t h i c k n e s s ，n i p ， h a i r n e s s ，c u r l i n g ，p i l l i n g ，e x t e n s i o n ，e l a s t i c i t y a n dd y e a b i l i t y ， a n ds oo n a sar e s u l t ，r o t o rs p i n n i n gh a sb e e nm a k i n gg r e a t d e v e l o p m e n t sa r o u n dt h ew o r l d 。 t w i s ti sa ni m p o r t a n tp r o p e r t yo fay a r n i n v e s t i g a t eo ft h e i n f l u e n c i n gf a c t o r so ft w i s ti sv e r yi m p o r t a n tt oi m p r o v et h ey a r n q u a l i t y t h e r ea r em a n yf a c t o r st h a ti n f l u e n c et h ey a r nt w i s ti n r o t o rs p i n n i n g n a v e li so n ei n f l u e n c i n gf a c t o r m a n yr e s e a r c h e r s s t u d i e dt h ef u n c t i o n so fn a v e li nr o t o rs p i n n i n g ，b u tt h e yh a v e n o to b t a i n e dau n i f o r mv i e w p o i n tw h e t h e rt h en a v e lh a st h e f u n c t i o no ff a l s et w i s t ，t w i s td e t e r r e n to rt w i s tf a u l t i no r d e rt oa n a l y z ee f f e c t so ft h en a v e li nr o t o rs p i n n i n ga n d a c c e l e r a t et h ed e v e l o p m e n to ft e c h n o l o g ya n de q u i p m e n to fr o t o r s p i n n i n g ，r e s e a r c h e si nt h i sp a p e ra r ec a r r i e do na sb e l o w ： 1 b a s e do nt h ed e f i n i t i o n so ff a l s et w i s t ，t w i s td e f e r e n ta n d t w i s t f a u l t ，t o g e t h e r w i t ht h ea n a l y s i so ff o r c e sa n d m o m e n t sa c t i n go nt h ey a r n ，am e t h o di se s t a b l i s h e dt o d i s t i n g u i s ht h e s e t h r e ee f f e c t sa n dam e t h o dt oe v a l u a t e 3 t h ed e g r e eo ft h e s ee f f e c t s 2 b a s e do nt h el o c o m o t i o na n df o r c e so fy a r nr e l a t i v et ot h e s u r f a c eo ft h en a v e l ，t h ee f f e c t so ft h en a v e lo nt h e t w i s t i n gp r o c e d u r ea r ea n a l y z e di nr o t o rs p i n n i n gw i t h d i f l l c r e n ti n s t a n c e s 3 b ya n a l y z i n gt h ef o r c e sa n dm o m e n t so fy a r nr e l a t i v et o t h es u r f a c eo ft h en a v e l ，am a t h e m a t i c a lm o d e lo ft w i s to f t h ey a r no nt h en a v e li se s t a b l i s h e d 4 u s i n gt h em a t h e m a t i c a lm o d e l ，t h er e l a t i o n s h i p sb e t w e e n t h ee f f e c t so ft h en a v e la n ds o m er e l a t i v ef a c t o r sa r e a n a l y z e d b a s e do na b o v ea n a l y s i s ，t h ef o l l o w i n gr e s u l t sa r e o b t a i n e d ： 1 b ya n a l y z i n g t h ef o r c e sa n dl o c o m o t i o no ft h e y a r n r e l a t i v et ot h es u r f a c eo ft h en a v e l ，t h ee f f e c t so ft h e f r i c t i o np a r to nt h e t w i s to ft h e y a r n c a nb e u s e dt o d i s t i n g u i s ht h ef a l s et w i s t ，t w i s td e t e r r e n ta n dt w i s tf a u l t o ft h ef r i c t i o np a r t t h ed e g r e eo ft h e s et h r e ee f f e c t sc a n b ee v a l u a t e db yt h ec h a n g eo ft h et w i s to ft h ei n p u ty a r n r e l a t i v et ot h ef r i c t i o np a r t 2 b a s e do nt h el o c o m o t i o na n df o r c e so fy a r nr e l a t i v et ot h e s u r f a c eo ft h en a v e l ，t h en a v e lh a st h ee f f e c ta sf a l s et w i s t ， t w i s td e t e r r e n to rt w i s tf a u l tw i t hd i f f e r e n ti n s t a n c e s d e t a i l sa r es h o w e da sf o l l o w s ： ( 1 ) w h e nt h ef r i c t i o nf o r c ei sn o tb i ge n o u g ht oc a u s et h e y a r nt or e v o l v ea r o u n di t sa x i s ，a n dt h ef r i c t i o na n g l ei s i nt h er a n g eo f 【一x 2 ，x 2 ，t h ee f f e c to ft h en a v e li s t w i s td e t e r r e n ti nr o t o rs p i n n i n g 4 ( 2 ) w h e nt h ef r i c t i o nf o r c ei sn o tb i ge n o u g ht oc a u s et h e y a r nt or e v o l v ea r o u n di t sa x i s ，a n dt h ef r i c t i o na n g l ei s i nt h er a n g eo f 【x 2 ，3 x 2 ，t h e e f f e c to ft h en a v e li s t w i s tf a u l ti nr o t o rs p i n n i n g ( 3 ) w h e nt h ef r i c t i o nf o r c ei sb i ge n o u g ht oc a u s et h ey a r n t or e v o l v ea r o u n di t sa x i s ，t h ee f f e c to ft h en a v e li sf a l s e t w i s ti nr o t o rs p i n n i n g a st h en o r m a lc o m p o n e n to ft h e c o m p o s i t i o no ff o r c e sa l o n gt h ey a r na x i si sg r e a t e rt h a n z e r o ，t h en a v e lc o n d u c t st h ef u n c t i o no ff a l s et w i s t ， w h i c hw i l li n c r e a s et h et w i s to nt h ei n p u ty a r nr e l a t i v e t ot h ef r i c t i o np a r t a st h en o r m a lc o m p o n e n to ft h e c o m p o s i t i o no ff o r c e sa l o n gt h ey a r na x i si sl e s st h a n z e r o ，t h en a v e ia l s oc o n d u c t st h ef u n e t i o no ff a l s et w i s t ， w h i c hw i l lr e d u c et h et w i s to nt h ei n p u ty a r nr e l a t i v et o t h ef r i c t i o np a r t 3 b ya n a l y z i n gt h ey a r no nt h en a v e l ，t h em a t h e m a t i c a l m o d e lo ft h ey a r nt w i s ti se s t a b l i s h e d ，w h i c hs h o w st h e m a i n l yf a c t o r sa f f e c t i n gt h ef u n c t i o n so ft h en a v e l t h e s e f a c t o r sa r et h er a wm a t e r i a l ，f r i c t i o nc o e f f i c i e n tb e t w e e n t h ey a r na n dt h en a v e l ，y a r nd i a m e t e r , t h er a d i u so f c i r c u l a rg e n e r a t r i xo fn a v e ls u r f a c e ，t h ei n n e rr a d i u so f y a r nd o f f i n gt u b e ，r o t a t i n gv e l o c i t yo fr o t o ra n dr o t a t i n g v e l o c i t yo ft h en a v e l ，e t c 4 b ys o l v i n g t h em a t h e m a t i c a lm o d e lb a s e do ut h e r u n g e k u t t am e t h o d ，f a c t o r s a st h er a d i u so fc i r c u l a r g e n e r a t r i x o fn a v e ls u r f a c e ，t h ei n n e rr a d i u so f y a r n d o f f i n gt u b e ，r o t a t i n gv e l o c i t yo ft h en a v e la n dr o t a t i n g v e l o c i t yo fr o t o rh a v ed i f f e r e n te f f e c t so nt h ef u n c t i o no f t h en a v e li nd i f f e r e n tc o n d i t i o n s s ot h ef u n c t i o n so ft h e 5 n a v e lc a nb ec o n t r o l l e db yv a r y i n go rd e s i g n i n gt h o s e f a c t o r s t h ea b o v er e s u l t sw i l lc o n t r i b u t e t o u n d e r s t a n d i n gt h e p r o c e s s i n gm e c h a n i s mo fr o t o rs p i n n i n g ，e n r i c h i n gt h et w i s t i n g t h e o r yo fr o t o rs p i n n i n g ，i n v e s t i g a t i n gt h et w i s to fr o t o ry a r n s ， a n do p t i m i z i n gt h ed e s i g no fn a v e l ，e t c z h a n gg u o l i a n ( t e x t i l ee n g i n e e r i n g ) s u p e r v i s e db yc h e nt i n g k e yw o r d s - r o t o rs p i n n i n g ，n a v e l ，f a l s et w i s t ，t w i s td e t e r r e n t ， t w i s tf a u l t 6 附件一； 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是 本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和 引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及 成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声 明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：掘闰壹 日期：】，帅年廖月we t 附件二； 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。 本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密曰。 学位论文作者签名：撅闪查 指导教师签名：。髓囊乙 日期：m 土年嗍如日 日期：护厂射z ，月跏日 前言 前言 转杯纺纱是自由端( o p e n e n d ) 纺纱方法之一，是目前各种新型 纺纱中较为成熟、并已经大量推广应用的一种纺纱新技术。转杯纺纱 最早是由丹麦人伯赛尔森( b e r t h e l s o n ) 发明，并于1 9 3 7 年获得专利【l 】 后来经过研究工作者的不断努力，1 9 6 5 年由捷克斯洛伐克研制的 k s 一2 0 0 型6 0 头转杯纺纱样机在捷克斯洛伐克布尔诺国际工程技术博 览会上展出【2 1 1 9 6 7 年在瑞士巴塞尔第五界国际纺织机械展览会上， 捷克又推出了具有完全工业意义的b d 2 0 0 型转杯纺纱机。在此后的三 十多年中，转杯纺纱机在扩大适纺原料 3 - 6 、扩大适纺线密度范围 7 - 9 、 提高纺纱速度，新产品开发【1 0 4 引、以及设备自动化和高颞技术应用等 方面迅速发展 转杯纺纱具有高速高产、大卷装、工艺流程短、劳动强度低、劳 动环境好、成纱条干均匀、耐磨性好、染色性好等优点。目前国外研 制的纺机转杯速度有的已经提高到了1 5 0 0 0 0r m i n ；可纺线密度范围已 经扩大到1 0 2 0 0t e x 自动化水平也在不断提高，采用机电一体化、 变频调速以及先进的自动接头、清洁和落纱装置等【1 2 】，这些都使转杯 纺纱具有更强的竞争力。 从发展规模和数量上看，至2 0 0 0 年底，按照国际纤维制品制造者 联合会( i t m f ) 统计的企业界转杯纺纱装备头数已经达到8 2 8 4 万头， 2 0 0 1 年达到8 5 4 4 4 万头，比前一年增长3 1 ，而环锭纺纱的增长率 只有2 左右1 16 1 转杯纱的结杂少、接头少，成纱条干、粗细节、毛羽、卷曲性、 起球性、伸长及弹性都优于环锭纱。转杯纺已经开始向中细线密度纱、 花式纱、针织纱方向发展，尤其是低捻纱在针织领域受到越来越广泛 的关注。转杯纱可以制造的纺织品有牛仔布、灯芯绒，床上用品及台 布、装饰布、毛圈织物、衬里、墙布、工作服和涂层织物等等12 1 。随 着转杯纺的不断发展，其应用领域将越来越广泛。 转杯纱的分层结构( 纱芯和包缠纤维) 、纤维的排列形态以及转杯 前言 纱截面内捻回的分布结构与环锭纱完全不同，这绘捻度测试带来一定 的困难，所测得的捻度往往随着捻度测试方法的不同而有所不同。影 响成纱捻度的主要因素有：纤维品种、转杯形状( 凝聚槽形状) 、成纱 线密度、特数捻系数、纱条在转杯内所受的离心力以及假捻盘效应等 等【2 1 。 ( 1 ) 成纱捻度与线密度的关系 转杯纱不同层区存在不同的捻回分布结构，从表层到内层捻度逐 渐增多。转杯纱表层的捻回一般低于设计捻度，从中层到内层逐渐超 过设计捻度。 ( 2 ) 成纱捻度与捻系数的关系 从捻差与特数捻系数的变化来看，总的趋势是，设计捻度与实际 捻度的差值随着捻系数的增加而增加，即层区实际捻度减少。 ( 3 ) 成纱捻度与转杯速度的关系 转杯纱实际捻度有随着转杯速度提高而逐渐减小的趋势 ( 4 ) 成纱捻度与假捻盘假捻效应的关系 采用光盘、刻一槽和刻二槽三种不同的假捻盘，用于区分它们的 假捻效应，随着假捻盘假捻效应的增强，转杯纱的实际捻度逐渐减少， 成纱截面内捻度分布差异有缩小的趋势。 但是，国内外研究工作者对于假捻盘具有阻捻、假捻或者捻陷的 看法还没有统一。假捻盘效应即假捻盘对纱条捻度的影响还尚待发展。 由于缺乏比较系统的理论指导，转杯纺纱工艺和设备在这个环节上难 以取得实质性突破。基于此，本课题将对转杯纺假捻盘对纱条捻度的 影响进行比较深入的理论研究，从而为假捻盘的优化设计提供一定的 理论参考。 2 第一章文献综述 第一章文献综述 转杯纱属于自由端纺纱，通过显微镜观察转杯纱的结构，发现它 与环锭纱有显著的差别。转杯纱由纱芯和包缠纤维组成，这给转杯纱 捻度的分析和测试带来了一定的困难。转杯纱捻度的影响因素很多， 其中假捻盘( 如图1 1 所示) 是其重要的影响元件之一【2 , 1 7 ”1 9 。 圈1 l 假捻盘 安装在转杯回转轴心上的假捻盘，对纺纱稳定性、杯内纱条捻度、 纱线质量、生产效率等都有重要影响。国内部分学者【2 】认为假捻盘的主 要功能就是利用转杯内回转纱条与固定假捻盘的摩擦产生假捻作用和 阻捻作用，增强转杯凝聚槽中纤维束成纱过程中的捻度，加强剥取能 力，以降低转杯纺纱的成纱捻度，使转杯纱具有较强的生产实用性。 本章将对国内外关于假捻盘作用的代表性研究傲一简介和分析。 1 1 假捻作用 早期对假捻作用的研究主要集中在假捻盘对降低转杯纱成纱捻度 的影响上。c o r m a c k 等”1 最早使用频闪摄影技术来获得自由纱条的假 捻捻度，他的试验结果证明了假捻捻度的实际存在，并测出了一定工 艺条件下的假捻捻度大小 国内学者从理论和试验两个方面对假捻盘的假捻大小进行过研 究。研究结果同样认为正常纺纱时假捻盘上纱条与假捻盘表面发生摩 擦，这种摩擦使纱条在假捻盘上发生滚动而产生假捻，使杯内自由纱 3 第一章文献综述 条上捻度增加。假捻盘摩擦系数、直径以及纱条对假捻盘的包固角增 加，均有利于增大自由纱条上的假捻捻度。狄剑锋 1 通过测试最小捻 系数和捻度传递长度，得出随着假捻盘圆弧曲率半径增加，假捻效应 增大的结论。方宁【7 l 用回归方法验证假捻盘曲率半径、假捻盘半径对假 捻的影响时也得出了同样的结论。 汪军 1 2 1 在对假捻盘上纱条进行分析的论述中，将纱条的运动分为 三部分，如图1 2 ( a ) 、1 2 ( b ) 所示， ( 1 ) 绕转杯轴线回转，线速度为圪( 回转角速度为o j ) ； ( 2 ) 绕自身轴线滚动，线速度为k ( 角速度为吼) ； ( 3 ) 引纱运动，速度为y 。 周 瓠。 k 经向 q 。 夕7 泸7 如卜 f h d r r 图1 - 2 假捻盘上的纱条的力学分析 纱条捻度由假捻捻度和真捻捻度两部分组成： f ：。0 j ，2 7 r + o j 2 i r l ， ( 1 1 ) 对于假捻的相关研究还有t e t s u h i k o 等【2 2 1 的圆盘对纱条假捻作用 的分析。纱条上的力学分析如图1 3 所示。 4 第一章文献综述 刁 图l - 3 旌加在p q 纱段两端的力图1 4 曲面上的单位向量 定义空间曲线p ( s ) 表征纱条的路径，建立坐标方向如图1 - 4 所示： 磊为纱条路径的切线方向； 岛为纱条路径的主法线方向； 磊为纱条路径的副法线方向。 圆盘对纱条的摩擦力 咖f 商 2 ， 分解为两个方向； 。叫巩( 圪s i n 口一巧) 屹 ( 1 3 ) 髟叩。一7 瓦( 巧c o s p 一2 石。矽) ，匕 ( 1 4 ) 式中： 为圆盘边缘速度；0 为纱条与圆盘轴的夹角5 k 为纱条的线速度；w 为纱条自转角速度； h 为纱条与圆盘的相对速度；为纱条半径。 可以通过以上方程得出摩擦力对纱条运动的影响当( s i l l 口一巧) 为正时，摩擦力有利于纱条的轴向运动。当 c o s o 一2 ，r r y w 为正，摩擦 力使纱条的转动力矩增加；反之，使纱条的转动力矩减少。 1 2 捻陷作用 5 第一章文献综述 g u o 2 3 ，2 4 1 对假捻盘的捻陷作用进行了一些理论研究。对任意曲面 的微元纱段迸行力学和力矩分析，如图1 5 所示。 型0 0 七霹弓 ， 善f2 碣k 2 ，1 ，五 l 置 j ，1s 、 6 第一章文献综述 不同形式的作用力矩使纱线自转角速度国，相对于加捻点处加捻角速度 街。产生差异。 如图l - 6 所示，微元纱段出和假捻盘接触点处的运动由三部分组 成：引纱运动v ，微元纱段血相对于假捻盘绕转杯轴心线的转动1 ，。= ( 吐，o 一n ) ，微元纱段血自转v y = 国y 7 y 。其中( 0 0 为杯内纱条回转角速度，c o 。 为假捻盘回转角速度。 将微元纱段出和假捻盘接触点处的速度进行分解，得到 x 轴上： u 。一吃) r s i n 口一p ( 1 6 ) y 轴上： 屹2 ( 嘞一q ) ，c o s 口一哆0 ( 1 7 ) v 。、 ( 心窜 妒 口+ d 口 纬线 图1 - 6 假捻盘上纱条运动分析示意圈 分析结论为。= 0 7 0 、。 c o o 时假捻盘表现为捻陷作用，c o 。= 0 时 假捻盘表现为假捻作用。 1 3 其他作用 国内部分研究工作者认为，实际生产中所用的假捻盘除了假捻作 用外还有阻捻作用，即假捻盘还具有阻止杯内捻度传向杯外的作用。 王建敏2 6 1 认为假捻盘具有假捻和阻捻的作用，并用试验证明随着 假捻盘半径的增加，假捻捻度会增大黄艳丽 2 7 1 在分析加捻效率对， 建立了假捻盘曲率半径和加捻效率的回归方程，根据回归方程结果分 7 第一章文献综述 析可知，当假捻盘曲率半径增大时，须条加捻时假捻效果好，阻捻效 果也较好。 m i a o 等【2 8 2 9 1 在研究纱线的阻捻或捻陷作用时认为， 纱件或机器其他部分时都会有阻捻或捻陷现象发生。 微元纱段d ，和导纱元件之间的摩擦力 o f = i z ( s i 力d l 摩擦力矩为 当纱线滑过导 ( 1 8 ) d m2 r s i n f l d f ( 1 9 ) 其中：p 为纱轴的曲率半径； s 为纱条张力； z 为纱条与导纱元件之间的摩擦系数； 口为摩擦角。 从以上公式可以得出结论，纱条与导纱元件之间摩擦系数增加， 压力增大，纱条线速度减少，包围角增加，纱条扭曲刚度降低，则捻 陷或阻捻效果增大。 同时他还指出，阻捻或捻陷实质上是一种特殊的假捻现象，只不 过假捻是可以互相抵消而暂时存在的。孙英华3 0 1 也提出了捻陷、阻捻 和假捻概念统一起来的设想，即捻陷和阻捻具有假捻的两个特点，捻 陷点和阻捻点可以看作是假捻点，而把阻力矩看作为假捻力矩。当纱 条朝向假捻点运行时，三者都影响输入加捻区中纱条捻度，而不影响 输出加捻区的纱条捻度。 1 4 本课题研究的内容 综上所述，国内外学者对假捻盘的作用进行了较多的理论和试验 研究工作，但都没有结合纱条在假捻盘上的运动、受力、弯曲及假捻 盘本身的设计参数等多方面因素进行系统研究，因此关于假捻盘作用 的理论尚处于发展之中。对于假捻盘的假捻、捻陷或阻捻作用，国内 外研究者至今还没有形成一个统一的认识。由于缺乏系统的理论指导， 转杯纺纱工艺和设备在这个环节上很难取得实质性突破。 8 第一章文献综述 本课题将在以上研究的基础上，将假捻盘看作可以单独调整转动 速度和方向的元件，对假捻盘上纱条的受力( 力矩) 和相对运动进行 分析，从而比较深入地探讨假捻盘的假捻、捻陷或阻捻作用。 本论文由六章内容组成。第二章介绍了阻捻、假捻、捻陷的相关 概念和纱条的受力分析，第三、四章对假捻盘表面的纱条运动进行了 理论分析，建立相应的数学模型，并分析了不同情况下假捻盘对转杯 纺纱捻度的影响作用，第五章分析了假捻盘作用与影响因素的关系， 第六章进行了总结和展望。 9 第二章假捻、阻捻、捻陷的基本概念以及纱条的受力分析 第二章假捻、阻捻、捻陷的基本概 念以及纱条的受力分析 在纺纱过程中，我们把纤维须条、纱、丝、线等纤维材料绕轴线 加以扭转、搓动或轴向缠绕，都称为加捻加捻时对纤维或纱条直接 进行扭转或搓动的器具或机件，称为加捻器加捻器对纱条施加加捻 作用所产生的效应和产品中获得的结果，不完全取决于加捻器本身。 加捻的方法不同，可以使产品获得真捻、假捻等。而加捻区中存在的 机件也可以产生阻捻、捻陷的作用。从而影响加捻区中纱条的捻度分 布。 在分析假捻盘对转杯纺纱加捻过程的影响作用之前，首先对有关 概念3 1 1 进行简单的介绍。 2 1 基本概念 2 1 1 假捻 实际生产过程中的加捻，通常通过不止一个加捻区的过程来实现。 因此，某一加捻区中纱条有捻度并不等于产品中也有捻度。 图2 - 1 表示一根挺直的纱条，a 为喂入处握持点，b 为加捻点，c 为卷绕点。a b 与b c 为两个加捻区，其中纱条捻度分别为r l 及乃。当 时间f m 时，乃一o ，即产品中没有捻回或捻度。当t 相当小时，b c 区 中纱条有一定的剩余捻度，参见图2 - 2 。对于加捻区a b ，单位时问内 由加捻器b 所加的捻回数为p ，在同一时间内纱条运动时走过的距离为 v ，从a b 区中带走的捻回数为v t i ( 不考虑捻回摩阻系数) ，则有； n - - 嵋= o 即 五= 旦 y 同样，对于b c 区，有： 一v 五+ 一一v 正= 0 即 瓦= 0 第二章假捻、阻捻、捻陷的基本概念以及纱条的受力分析 图2 1 假捻 图2 - 2 假捻时的剩余捻度 依照稳定捻度的定义，在加捻区中单位时间内捻回数的变化为零， 即增加的捻回数应与减少的捻回数相等。可以推知假捻时，第一加捻 区中的纱条有捻度，而产品中的稳定捻度为零，这种加捻过程称为假 捻过程。 根据捻回不灭原理，以及正负向捻回可以抵消的条件，可以得出 假捻定理： 1 当纱条做轴向运动，且加捻点在两握持点截面之间时，不论有多 少加捻器和它们的转向如何，以及是否考虑摩阻系数，最终加捻区的 纱条和产品中的稳定捻度为零。 2 在假捻过程中，各段纱条的稳定捻度和捻向决定于该加捻区出口 处加捻器的转速和转向，而与其他加捻器无关。 假捻的程度可以由假捻力矩肘的大小来评定。肘越大，纱条受到 的假捻作用越强，反之，越弱。同样也可以在最终产品捻度相同的情 第二章假捻、阻捻、捻陷的基本概念以及纱条的受力分析 况下，用喂入段加捻区的捻度变化量a t 的大小来评定该区内假捻件的 假捻程度。a t 越大，摩擦件的假捻作用越大；反之，假捻作用越小。 2 1 2 捻陷 在加捻区a c 中，纱条在b 处遇到机件的摩擦，如图2 3 所示a b 段的捻度为t l ，b c 段的捻度为死。图2 4 表示有捻陷情况时的纱条捻 图2 3 捻陷 图2 4 捻陷时的捻度分布 由于摩擦的存在使喂入段( a b 段) 纱条捻度减少，这种由于摩擦 而使纱条面断捻度减少的现象称为捻陷。这种情况下，机件有阻止纱 条捻度向后传递的作用。即捻陷对喂入段纱条有减捻作用，改变了加 捻区中纱条的捻度分布，但是对产品的最终捻度并无影响。 捻陷的程度，可以用捻陷百分率表示： 乃= c 1 _ 互t ij l x l 0 0 = a 乏t 1 0 0 肼越大，摩擦件的捻陷作用越强，反之越弱。评价捻陷程度的大 第二章假捻、阻捻、捻陷的基本概念以及纱条的受力分析 小，也可以在最终产品捻度死相同的情况下，用捻度变化量丁的大小 来评定，r 越大，摩擦件的捻陷作用越强；反之，捻陷作用越小。 2 1 3 阻捻 图2 - 5 中a c 段为一加捻区，中间为一摩擦机件b ，但纱条运动方 向与捻陷时的相反，即阻捻时纱条自加捻点向握持点运动。这种情况 下，摩擦件有阻止捻度向前传递的作用，即阻捻对喂入段纱条有增捻 图2 5 阻捻 阻捻程度，可以用增捻效果表示： 儿= ( 利x 1 0 0 = a 五t 枷蝴 耽越大，摩擦件的阻捻作用越强，反之越弱。阻捻的程度，也可 以在最终产品捻度t i 相同的情况下，用捻度变化量r 的大小来评定。 a t 越大，摩擦件的阻捻作用越大；反之，阻捻作用越小。 2 2 纱条的受力分析 在实际情况中，假捻、捻陷、阻捻作用可能同时存在，相互影响， 问题将会变得非常复杂。限于时间与水平，本文在分析时不考虑三种 作用同时存在的情况。 2 2 1 假捻时纱条的受力分析 纱条在受到假捻作用时有以下特点， ( 1 ) 纱条在假捻器摩擦力的作用下绕纱轴转动； 第二章假捻、阻捻，挖陷的基本概念以及纱条的受力分析 ( 2 ) 假捻器对其两侧的纱条所加的捻度大小相等，方向相反。 纱条的受力分析如图2 6 所示。 a ，2 ，a - r q ll 脑 ( b ) ，乒丢 只f n i 坼 ，z ， i 一 ( d )( e ) 图2 - 6 假捻情况时纱条的受力与力矩分析 如图2 - 6 a 所示，纱条以速度矿向前运动，机件绕纱轴转动，转速 为n 。对纱条进行受力( 力矩) 分析，如图2 6 b 、c 所示，纱条受到切 向力只的作用，方向与纱轴平行；与纱轴垂直的方向上，纱条受到摩 擦力r 或摩擦力矩m f 的作用。 摩擦力矩肼使纱条绕纱轴转动，即尬m ( m 为纱条的捻力矩) ， 纱条历受的摩擦力r 或摩擦力矩辫的方向和大小反映了假捻作用的方 向和大小。如图2 - 6 a 所示，假捻器以转速撑回转，在摩擦力作用下纱 条沿胛的方向绕纱轴回转，即摩擦力使纱条的喂入段捻度增加。相反， 如图2 6 d 、c 所示，假捻器回转方向相反的情况下，摩擦力使纱条绕纱 轴回转，纱条喂入段的捻度减少。 2 2 2 捻陷时纱条的受力分析 纱条在受到捻陷、阻捻作用时，纱条所受的摩擦力足阻碍了纱条 捻度的传递，但不能使纱条绕纱轴转动，只能有绕纱轴转动的趋势， 即 m 时，摩擦力矩破坏纱条原有的力矩平衡，使纱条绕纱轴回转，假捻盘 第三章转杯纺假捻盘作用的理论分析 对纱条的作用表现为假捻作用；当弛 0 ，微元纱段相对于假捻盘绕转杯中心轴公 第三章转杯纺假捻盘作用的理论分析 转的角速度圪的方向在x 轴的正方向上。假捻盘表面微元纱段在声方 向上的分量为嵋= v o c o s x + _ ，方向在的声正方向上。在t 方向上的分 量为k = v - v s i n g 。下面分两种情况进行分析。 ( 1 ) 矿一圪s i n g 0 即k o 这种情况时，微元纱段相对于假捻盘绕转杯中心线公转的速度圪 在f 方向上的分量v s i n j t 小于引纱速度y ，则纱段在f 方向上的运动分 星k 在f 的正方向上与巧方向相同。合速度琏如图所示。假捻盘表 面微元纱段所受到的摩擦力妒在圪的反方向上，微元纱段受到的总摩 擦力盯与之间的夹角吐大小在区间( 0 ，兀2 ) 上，如图3 3 a 所示。 二 l j ， d f 夕 澎 ， ( b ) ( c ) 图3 3 c o o 嚷且k 0 假捻盘上纱段运动及受力分析 2 0 第三章转杯纺假捻盘作用的理论分析 如图3 3 b 所示，微元纱段与假捻盘的接触点为摩擦力d f 作用点， 在图中所示的虚线部分上，摩擦力矩m 4 如图3 3 c 所示。摩擦力眵( 摩 擦力矩d m f ) 使纱条有沿姒的方向绕纱轴回转的趋势，使喂入段纱条 的捻度增加，阻碍了纱条捻度的传递，故而假捻盘的作用表现为阻捻 作用。 这种情况下，同样，纱条所受到的摩擦力方向与接触处纤维的倾 斜方向交叉。 ( 2 ) 矿一圪s i n , t o 即k 且k 0 假捻盘上纱段运动及受力分析 此时，微元纱段相对于假捻盘绕转杯中心线公转的速度圪在f 方向 第三章转杯纺假捻盘作用的理论分析 上的分量圪8 h a 大于引纱速度矿，则纱段在f 方向上的运动分量k 在的 f 反方向上咋与巧方向相同，合速度如图所示假捻盘上纱段所受 到的摩擦力驴在吒的反方向上，纱段受到的总摩擦力妒与之间的夹 角a 大小在区间( 一x 2 ，0 ) 上，如图3 4 a 所示。 如图3 - 4 b 中所示，纱段与假捻盘的接触点为摩擦力d f