采用多項式擬合的細紗機雙區與三區牽伸纖維分布對比

張曉娟， 徐伯俊， 劉新金

(江南大學 紡織服裝學院， 江蘇 無錫 214122)

采用多項式擬合的細紗機雙區與三區牽伸纖維分布對比

張曉娟， 徐伯俊， 劉新金

(江南大學 紡織服裝學院， 江蘇 無錫 214122)

為探究牽伸倍數提高及牽伸區個數改變對成紗條干的影響，以9.7 tex和7.3 tex棉紗為例，分別采用QFA1528三羅拉雙區牽伸細紗機和TH558四羅拉三區牽伸細紗機進行紡紗實驗，采用切斷稱重法和MatLab多項式擬合方法對前牽伸區內纖維數量進行擬合計算，得到快速纖維和慢速纖維的分布曲線，對比分析2種牽伸方式前牽伸區內摩擦力界分布及纖維理論變速點的位置，從而探究牽伸方式對成紗質量的影響。結果表明：對于9.7 tex棉紗，雙區牽伸使前區纖維理論變速點比三區牽伸細紗機前移，條干質量較好；對于7.3 tex棉紗，三區牽伸可使進入前牽伸區的須條結構得到優化，紗線綜合質量提高。

雙區牽伸； 三區牽伸； 纖維分布； 切斷稱重法； 多項式擬合

現代棉紡企業為提高紡紗效率與企業效益，要求紡紗各工序實現重定量、大牽伸的高效工藝。細紗機大牽伸是實現半制品重定量的保證，也是實現紡紗高效工藝的核心[1-2]。增加細紗機牽伸區的數量是實現細紗機大牽伸最可行的方法[3]。目前，行業內已出現三羅拉四皮圈、四羅拉四皮圈、四羅拉雙皮圈等牽伸形式，都可在一定程度上提高牽伸倍數，但由于增加牽伸區導致牽伸區內牽伸力及摩擦力界的分布改變，使得成紗條干惡化，所以各種大牽伸裝置并未得到產業化推廣。研究大牽伸裝置各牽伸區內牽伸力及摩擦力界的分布成為引導牽伸裝置發展的重要理論指導。

牽伸區內纖維數量、纖維性能及牽伸元件等均影響牽伸區內摩擦力界的分布[4-6]，牽伸區內摩擦力界與牽伸力大小成正相關關系，牽伸力不勻率影響成紗條干[7-8]。目前，已有學者采用牽伸力在線測試系統或有限元仿真模擬的方法研究牽伸力和摩擦力界分布[9-10]，但并未針對大牽伸或三區牽伸進行研究。本文以9.7 tex和7.3 tex棉紗為例，分別采用QFA1528三羅拉雙區牽伸細紗機和TH558四羅拉三區牽伸細紗機紡紗，對前區須條采用切斷稱重法得到纖維變細曲線、前纖維分布曲線和后纖維分布曲線，然后運用MatLab多項式擬合的方法對牽伸區內纖維數量進行擬合計算，得到快速纖維和慢速纖維的分布曲線，對比分析2種牽伸方式前牽伸區內摩擦力界以及纖維變速點的分布，從而探討牽伸方式對成紗質量的影響。

1 雙區牽伸機構與三區牽伸機構

本文的紡紗實驗在加裝網格圈型緊密紡的QFA1528三羅拉雙區牽伸細紗機與TH558四羅拉三區牽伸細紗機上進行，其牽伸區結構分別如圖1所示。QFA1528細紗機的牽伸形式為傳統三羅拉雙區牽伸，TH558細紗機的牽伸形式為四羅拉雙皮圈三區牽伸，其總牽伸倍數可達250倍。

圖1 QFA1528細紗機與TH558細紗機牽伸區結構示意圖Fig.1 Drafting structure diagram of QFA1528(a) and TH558 (b) ring spinning machine

2 實驗部分

2.1 實驗準備

采用QFA1528細紗機和TH558細紗機分別紡制9.7 tex和7.3 tex棉紗。采用定量為5.0 g/10 m 的半精梳純棉粗紗紡制9.7 tex棉紗，定量為4.0 g/10 m 的精梳純棉粗紗紡制7.3 tex棉紗。采用YG086C全自動單紗強力儀測試紗線強力，用USTER TESTER 5條干測試儀測試紗線條干，用USTER ZWEIGLE HL400測試紗線毛羽。紗線測試前均在溫度為22 ℃，相對濕度為62%的恒溫恒濕條件下平衡24 h以上。

2.2 實驗方案與數據處理

2.2.1 實驗方案

在保證粗紗及細紗定量、后區牽伸倍數、前區羅拉隔距及鉗口隔距等參數相同的基礎上，采用切斷稱重法做2種牽伸形式下前牽伸區須條的變細曲線、前纖維分布曲線及后纖維分布曲線，用MatLab多項式擬合得出快速纖維和慢速纖維的分布曲線，通過對比快速纖維和慢速纖維分布，分析中區牽伸對前區纖維數量、摩擦力界分布及纖維理論變速點的影響，得到中區牽伸對成紗條干的影響。采用QFA1528細紗機和TH558細紗機分別紡制9.7 tex和7.3 tex棉紗，其工藝參數如表1、2所示。

表1 9.7 tex棉紗工藝參數Tab.1 Spinning parameters of 9.7 tex cotton yarn

表2 7.3 tex棉紗工藝參數Tab.2 Spinning parameters of 7.3 tex cotton yarn

2.2.2 數據處理

用切斷稱重法測得前牽伸區纖維質量分布N(x)，即在機器正常運轉過程中，將搖架抬起，取下前區2個上膠輥，在須條上標記出兩鉗口線位置，然后將須條剪下置于方格紙上，將須條剪成5mm長的片段并稱量，得前牽伸區纖維質量分布N(x)。用夾持須條梳理法測得前牽伸區前纖維質量分布N1(x)和后纖維質量分布N2(x)，即在機器正常運轉過程中，將搖架抬起，取下前區2個上膠輥，用夾子分別在前鉗口線和后鉗口線處夾住須條，然后將其拉開分為2個須條，并用梳子梳去須條中的浮游纖維，剩下的纖維即為前纖維和后纖維，再采用切斷稱重法將2個須條分別剪成5mm長的片段并稱量，得前纖維質量分布N1(x)和后纖維質量分布N2(x)。根據測得的前牽伸區纖維質量分布N(x)、前纖維質量分布N1(x)和后纖維質量分布N2(x)，得牽伸區內浮游纖維質量分布為F(x)=N(x)-N1(x)-N2(x)。按照前、后纖維比例，把牽伸區內浮游纖維分成快速纖維與慢速纖維，然后分別與前、后纖維相加得到快速纖維質量分布k(x)和慢速纖維質量分布K(x)，其計算過程如下：

則可得每5mm長的片段內快速纖維數量和慢速纖維數量。

為減少實驗誤差對纖維分布曲線的影響，采用最小二乘法進行二次多項式擬合的方法求得N(x)、快速纖維分布函數k(x)和慢速纖維分布函數K(x)，即用MatLab中的p=polyfit(x,y,n)語句可求得多項式y(x)=p1xn+p2xn-1+…+pnx+pn+1，得纖維分布函數N(x)、快速纖維分布函數k(x)和慢速纖維分布函數K(x)，并分別計算x與N(x)、k(x)和K(x)的相關系數RN、Rk、RK，以得到與原始樣本符合程度較高的纖維分布函數。最后，以前區后羅拉嚙合線中心為坐標原點，以須條到中羅拉嚙合線中心的距離為x軸，以纖維數量為y軸繪制前牽伸區纖維分布函數曲線N(x)、快速纖維分布函數曲線k(x)和慢速纖維分布函數曲線K(x)。

2.3 實驗結果

2.3.1 9.7 tex棉紗

圖2示出QFA1528細紗機紡9.7 tex棉紗的前牽伸區纖維數量分布函數曲線。圖中各纖維分布函數表達式為

相關系數RN=0.987、Rk=0.979、RK=0.984。

圖2 QFA1528紡9.7 tex棉紗前區纖維數量分布函數曲線Fig.2 Front drafting zone fiber distribution function curve of 9.7 tex cotton yarn spinning on QFA1528

圖3示出TH558細紗機紡9.7tex棉紗的前牽伸區纖維數量分布函數曲線，各纖維分布函數表達式為

相關系數RN=0.982、Rk=0.976、RK=0.987。

表3示出用QFA1528和TH558細紗機紡9.7tex棉紗的紗線性能指標。

由圖2、3可得，當QFA1528與TH558紡9.7tex棉紗后區牽伸倍數相同時，QFA1528前區后部慢速纖維數量較多，纖維間摩擦力之和較大，摩擦力界較強，纖維所受控制力強，有利于纖維變速點前移、集中。TH558紡9.7 tex棉紗時，纖維須條經過后區牽伸后進入中區，中區須條線密度較小，纖維間抱合力較弱，纖維運動過程中波動較大，不利于前區大牽伸的條件下平穩運動和變速點的前移、集中。根據紡紗牽伸理論，快速纖維與慢速纖維交點視為纖維理論變速點，QFA1528紡9.7 tex棉紗時前區纖維理論變速點較TH558更靠近前羅拉，有利于纖維穩定變速，使須條所受牽伸力穩定，條干均勻度提高。

表3 9.7 tex棉紗性能指標Tab.3 Yarn qualities of 9.7 tex cotton yarn

圖3 TH558紡9.7 tex棉紗前區纖維數量分布函數曲線Fig.3 Front drafting zone fiber distribution function curve of 9.7 tex cotton yarn spinning on TH558

由表3可看出:當QFA1528與TH558紡9.7 tex棉紗時，3 mm及以上有害毛羽數量、斷裂強力大致一致；TH558紡9.7 tex棉紗條干均勻度較差，粗節、細節較多，棉結數量較少，但差距較小。

2.3.2 7.3 tex棉紗

圖4示出QFA1528細紗機紡7.3 tex棉紗的前牽伸區纖維數量分布函數曲線，各纖維分布函數表達式為

相關系數RN=0.972、Rk=0.985、RK=0.989。

圖4 QFA1528紡7.3 tex棉紗前區纖維數量分布函數曲線Fig.4 Front drafting zone fiber distribution function curve of 7.3 tex cotton yarn spinning on QFA1528

圖5示出TH558細紗機紡7.3 tex棉紗的前牽伸區纖維數量分布函數曲線，各纖維分布函數表達式為

相關系數RN=0.982、Rk=0.985、RK=0.991。

表4示出QFA1528和TH558細紗機紡7.3 tex棉紗的性能指標。

由圖4、5可得，QFA1528與TH558紡7.3 tex棉紗后區牽伸倍數相同時，QFA1528紡7.3 tex棉紗時前區后部慢速纖維數量較多，纖維間摩擦力之和較大，摩擦力界較強，纖維所受控制力強，有利于纖維變速點前移、集中。TH558紡7.3 tex棉紗時，后區牽伸倍數較小，纖維須條進入中區后，須條線密度較大，纖維間抱合力強，在中區的小牽伸下纖維伸直平行度提高，有利于須條在前區大牽伸的條件下抽長拉細。QFA1528與TH558紡7.3 tex棉紗時前區理論纖維變速點位置大約一致，靠近前羅拉，纖維變速穩定。

表4 7.3 tex棉紗性能指標Tab.4 Yarn qualities of 7.3 tex cotton yarn

圖5 TH558紡7.3 tex棉紗前區纖維數量分布函數曲線Fig.5 Front drafting zone fiber distribution function curve of 7.3 tex cotton yarn spinning on TH558

由表4可看出：QFA1528與TH558紡7.3 tex棉紗時，3 mm及以上有害毛羽數量、斷裂強力大致一致；TH558紡7.3 tex棉紗條干CV值較小，粗節、細節較多，棉結數量較少，紗線綜合質量較高。

綜上所述，對于9.7 tex棉紗，采用TH558三區牽伸細紗機與QFA1528雙區牽伸細紗機，紗線毛羽、斷裂強力大約一致，但TH558三區牽伸中，中區牽伸使得須條在前區牽伸中纖維理論變速點后移，不利于須條牽伸力的穩定，使紗線條干較差；對于7.3 tex棉紗，采用TH558三區牽伸細紗機，使須條結構在中區得到優化，須條進入前牽伸區時，纖維平行伸直度得到提高，紗線條干較QFA1528雙區牽伸好。

3 結 論

本文對QFA1528雙區牽伸細紗機與TH558三區牽伸細紗機分別紡制的9.7 tex和7.3 tex棉紗進行對比，分析纖維分布、摩擦力界分布及纖維理論變速點，得出如下結論。

1)對于9.7 tex棉紗，TH558三區牽伸細紗機前區纖維理論變速點比QFA1528雙區牽伸細紗機后移，條干質量較差。

2)對于7.3 tex棉紗，TH558三區牽伸細紗機使須條結構在中區得到優化，須條進入前牽伸區時，纖維平行伸直度得到高，紗線條干較好。

3)對于7.3 tex及更低線密度的紗線，所需總牽伸倍數較大，增加中區牽伸區可分擔較大的牽伸倍數，并使進入前牽伸區的須條結構得到優化，則三區牽伸紡制7.3 tex及更低線密度的紗線，可使牽伸分配更加合理，紗線綜合質量提高。

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Fiber distribution comparison of two draft zones ring spinning machine and three draft zones ring spinning machine based on polynomial fitting

ZHANG Xiaojuan, XU Bojun, LIU Xinjin

(CollegeofTextile&Clothing,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China)

In order to study the effect of draft ratio and number of draft zones on yarn evenness, this paper researched QFA1528 two draft zones ring spinning machine and TH558 three draft zones ring spinning machine. 9.7 tex and 7.3 tex cotton yarns were taken as examples, yarns were spun on the QFA1528 and TH558 ring spinning machine, respectively. Both cut-middles method and polynomial fitting method were used to analyze the faster fibers distribution and slower fibers distribution. Then, the friction field distribution in two kinds of spinning system were compared, and theoretical position of floating fibers accelerated points in the front drafting zone of two kinds of spinning system were compared. Next, the effect of draft ratio and number of draft zones on yarn quality can be concluded. The results indicate that for 9.7 tex cotton yarn, theoretical position of floating fibers accelerated points in two drafting zones system is more near to first roller nipper bite than that in three drafting zones system，and the yarns spun on two drafting zones system have better yarn evenness. For 7.3 tex cotton yarn, three draft zones can improve the sliver structure in front draft zone, and yarn quality can be improved.

two-zone draft; three-zone draft; fibers distribution; cut-middles method; polynomial fitting method

10.13475/j.fzxb.20150106006

2015-01-29

2015-11-12

紡織服裝產業河南省協同創新項目(hnfz14002)；江蘇省自然科學基金項目(BK2012254)，江蘇省產學研項目(BY2014023-13，BY2012051，BY2013015-24)；江蘇省科技成果轉化項目(BA2014080)

張曉娟(1991—)，女，碩士生。研究方向為環錠紡超大牽伸細紗機的應用。徐伯俊，通信作者，E-mail：wxxbj@sina.com。

TS 114.2

A