转杯纺棉氨复合纱的工艺优化_张海霞
氨纶丝含量对转杯纺复合纱主要性能的影响
氨纶 丝含 量 对 转杯 纺 复合 纱 主 要 性 能 的影 响
张喜 昌 ， 张海 霞
（ 南工程 学院 ， 南 郑 州 ４ ００ ） 河 河 ５０７ 摘 要 ： 经过 改装 的转杯 纺纱机 上 ， 过 改变复合 纱 的 线 密度 纺 制 不 同种 类 的转杯 纺 棉／ 复 合 纱和 纯棉 在 通 氨 转 杯 纱． 复合 纱 中氨 纶 丝含 量 随 着复合 纱线 密度的增 加 而减 少 ， 纶丝含 量对 转杯纺棉／ 复合纱 的 氨 氨
杯 纱． 变复 合纱 的线 密 度 使 复合 纱 中氨纶 丝含 量 改 发 生变化 ， 析 比较 氨纶 丝含 量对转 杯纺棉／ 复合 分 氨 纱 主要性 能 的影 响．
１ 原 料 与 试 验
１ １ 原 料 ．
棉 条 定 量 ２ ． ０ ／ １ ６ ６ ｇ ５ ｍ（ 纤 维 主 体 长 度 棉
试验 所用 长 丝均 为 ７ ７ ｅ ． ８ｔｘ的 氨纶 长 丝 ， 过 通
去负荷停顿时间 ３ ）Ｙ １５ ０Ｓ ，Ｇ ３ Ｇ条干均匀度测试分
析仪 ， Ｇ１２型毛 羽测试仪 （ 羽设定 长度 ２ｍ ． Ｙ ７ 毛 ｍ）
改 变转杯 纺 复合纱 的线 密 度 ， 复合 纱 中的 长 丝含 使 量发 生变化 ． 分别 在 相 同工 艺 条 件下 纺 制 不 同 线 密 度 的转杯纺 棉／ 氨复合 纱 和纯棉转 杯纱 ， 试样 编号 和
试 样
一
Ｈ
图 ３ 纱 线 的捻 度
Ｆｉ ． Ｙａ ｎ ｔ ｓ ｅ ｅ ｇ３ ｒ ｗ ｔ ｌｖ ｌ ｉ
一
越 糖
由 图 ３可 知 ， 同线密度 下 ， 不 转杯 纺 复合纱 和纯 棉 转杯 纱 的实测 捻 度 都 小 于 纱 线 的 设 计 捻度 ． 是 这
转杯纺棉氨复合纱工艺及其成纱性能研究——氨纶丝牵伸倍数对成纱性能的影响
规格 。 ２２ 纺 纱 工艺 ．
１ 转杯 纺氨 纶 复合 纱 的 纺 纱原理
转杯纺纱技术是新型纺纱范畴 中发展最快、 技 术最成熟的纺纱 体系， 与环锭纺相 比有许 多优势。
— —
氨 纶 丝牵伸 倍 数 对成 纱 性 能 的影 响
张海 霞 ， 。薛 元 王善元 ，
（＿ １ 东华大学纺织学院 ， 上海 ，０６０２ ２ １２ ；．嘉兴学院服装艺术设计学院 ， 浙江嘉兴 ，１０１ ３４０
３ 河 南纺织高等专科学校 ， ． 河南郑州 ，５ ０ ７ ４００）
摘要
介 绍 了转杯 纺棉 氨 复合 纱 的 纺 纱原 理 ， 在 经过 改装 的 转杯 纺 纱机 上 ， 用 两种 规 格 的氨 纶 丝 ， 过 调 整 氨 纶 并 选 通
丝的牵伸倍数纺制不同外观和性能的转杯纺棉氨 复合 纱。经纱线外观和性能 的测试分析 ， 表明氨纶丝牵伸倍数 对转
杯 纺 棉氨 复 合 纱 的外 观 和性 能 有 一定 的 影响 。 关键词 ： 转杯 纺 ， 氨 复合 纱 ， 纶 丝 ， 棉 氨 牵伸 倍 数 ， 纱 原理 纺
如 图 １ 示， 所 将转杯轴中心开 孔， 氨纶丝在转杯 负 压的作用下经由引丝管进入转杯 ， 氨纶丝喂入速度 可通过变频 电机调节。分梳 后的单纤维借气 流经
由纤维输送通聚须 条随同转 杯高速回转 并与氨纶丝在转杯 内并合加捻成复合
维普资讯
３ 期
张海霞 ， ： 等 转杯纺棉氨 复合纱 工艺及其成纱性 能研究
８ １
试样编号如表 １ 所示。
表 １ 氨纶丝牵伸倍数试验工艺
转杯纺三项工艺参数的优化组合对C32tex纱质量影响的研究
研究报告
一
２０ 年 纪代奶侣校 第 １ ０８ 期
转 杯 纺 三项 工 艺参 数 的优 化组 合 对 Ｃ ２ｅ 纱 质 量 影 响 的研 究 ３ｔ ｘ
胡玉 才 李 惠军
（ 新疆大学艺术设计学院 ，乌鲁木齐 ８００ ） ３００
摘要 ：转杯速度 、捻 系数 、分梳辊速度 ３ 项工艺参数对转杯 纱的质量 有较大 的影 响。为了研究这 ３项
响转 杯纱 质量 的工艺参 数有转 杯速度 、捻 系数 、分 梳辊 速度 、棉 条定 量 、卷 绕 张力 牵 伸 、温 湿 度等 ，
其 中转杯 速度 、捻系数 、分梳 辊速度 ３项工艺 参 数 影响显著 。为 了分析这 ３ 工艺 参数对 转杯纱 质 量 个
转杯速 度 、捻 系数 和分梳环锭 纺相 比，具 有
速度高 、卷装大 、成纱 蓬松 和条干均 匀等 特点 。影
个 工 艺参数 不变 。其 中棉 条定 量干重 为 ２ ． ｇＳ ０５ ／ｍ 卷绕 张力牵 伸 选 用 １０ 倍 的张 力 牵 伸 ，温 度控 制 ．３
在 ２ ℃ ，湿度 控制 在 ６ ％。 ３ ３
Ｓ ｕ ｙ Ｏ ｌ ｈ ｎ ｈ ｌ ｅｏ ｔ ￣ ｔ ｄ ｉ ｔ ｅ ｌ ｆ 醒朋 ｆｏｐ ｉ Ｉ ｃ ｍｉ Ｃｏ ｂｎ ｔ ｎ ｏ ｈ ｅ ａ ｍｎ ｔｒ ｏ ｏ ｍ ｉ ａ ｏ ｆＴ ｒ ｅ Ｐ ｒ ｅｅ ｓ ｉ Ｒ ｔｒ ｉ ｎ
Ｓ 曲
ｏ ｅＱ ａ ｔ ｆ ３ ｔ ａｎ ｎｔ ｕ Ｕｙｏ ２ｅ Ｙ ｒ ｈ Ｃ ｘ
主要 的工艺 参数 。以这 ３个 工 艺 参数 为 实 验 因子 ，
转杯速度 的变 化 范 围 为 ６０ ０～８ ００ ｒｍ ｎ ５０ ００ ／ ｉ，分 梳 辊速度 的 变 化 范 围为 ５０ ６ ０～８０ ｒｍｎ ３０／ ｉ，捻 系数 的
转杯纺氨纶丝／短纤复合纱的性能探讨
生 假捻 。 ２ ２ 棉／ 复合纱 的纺制 工艺 ． 氨
（ ） ａ 纯绵转杯纱
所用 棉条 定量 为２ ．０ ｇ５ 棉 纤 维 主体 长度 １６６／ ｍ（ ２ ．ｍ 线密 度 Ｉ５ｔｘ 马克 隆值 ３４ ） 氨 纶纤 维 ５４ ｍ， ．ｄｅ ， ．３ ，
中图分 类号 ：Ｓ ０ ． 文 献标 识码 ： 文章编 号 ：０ ８８ ８ （ ０ ６ ０ － ０ －３ Ｔ １４７ Ａ １０ －３ ５ ２０ ）２０ １ ０ ０
１ 前 言
转 杯纺 纱技术 是 ２ 纪 ６ Ｏ世 Ｏ年代 以来 新 型纺 纱 范 畴 中发 展 最 快 、 术 最 成 熟 的 纺 纱 体 系。 １６ 技 ９７ 年， 捷克 Ｃｅｈｓ ｖｋ专 利 中提 出 了一 种 在 转 杯 纺 ｚｃｏｌ ａ ｏ 纱机 上纺 制包 芯 纱 的方 法 。２ Ｏ世 纪 ８ Ｏ年 代初 ， 由
摘 要 ： 绍 了转杯 复合 纺纱技 术 的发展和 纺 纱原理 ， 介 分析 了转杯 纺氨 纶 复合 纱的 外 观 和性 能 ， 结果 发现
与转杯纺纯棉纱相比， 转杯纺氨纶复合纱表面更为均 匀光洁， 主要性能指标都有所改善 。
关 键 词： 转杯 纺 ； 纶复合 纱 ； 氨 纺纱原 理 ； 纱质 量 成
捷 克 Ｅ ＩＥ Ｃ ｒｅｙ ｏｔ ｅ 公 司 研 制 的 ＬＴ Ｘ ｅｖｎ Ｋ ｓ ｌ ｅｃ Ｂ ２Ｏ Ｃ Ｄ ０ Ｓ Ｅ—Ｔ型转杯 纺纱 机在 Ａ ＭＥ ２上展 出 ， Ｔ ８ 在 １８ １ ９ 年 间该 公 司 又推 出了 Ｂ ２Ｏ Ｃ ９ ３— ９ １ Ｄ ０ Ｓ Ｅ—Ｔ型
２ 转 杯 纺 氨 纶 复 合 纱 的 纺 纱 原 理 和 工 艺
弹性纤维在转杯纺中的应用_张海霞
0.94 0.90 0.85 0.99 0.93 1.03 1.01 1.12 1.08
表 4 纺纱工艺综合因素分析表
显 著 性
弹性纤维喂给速度 /m· min-1
21.7 18.2 15.2 22.8 18.8 18.5 23.3 22.7 19.3
1
45 000
3.5 450
性 能
转杯速度 牵伸倍数 捻系数
析结果列于表 4。
对弹性转杯纱的弹性 回复率和毛 另外两个参数 显著 。 综合 考虑弹
从表 4的结果来看 , 转杯速度
羽指数有一定影响 ;牵伸倍数对纱 线弹 性回 复 率有 显著 影 响, 对纱线断
性转杯纱各项性能 , 较优工艺条件 为 A2 B3 C3 , 即转杯速度 49 300 r/min, 牵伸倍数 4.5, 捻系数 500。
国际纺织导报 2007年第 8期
31
(20 ±2)℃、相对 湿度 (65 ±2)% 的标准大气下进行 。
2 结果和讨论
牵伸倍数和捻系 数对弹性 转
杯纱的结构与性 能均有较大的 影 响 [ 6] 。弹性转 杯纱工 艺优化采 用 正交试验 , 试验因素和水平列于 表 2。
表 2 试验因素和水平
因 素
纺 纱
弹性纤维在转杯纺中的应用
张海霞 河南工程学院纺织系 (中国 ) 薛 元 嘉兴学院服装艺术设计学院 (中国 )
王善元 东华大学纺织学院 (中国 )
摘 要 :在经过改进的转杯纺纱机上引入弹性纤维以生产不同类型的弹 性转杯纱 。 分 析了转杯速度 、牵伸倍数 、捻系数对 弹性转 杯纱性 能的影 响 , 并 通过正 交试验 对工艺参数进行了优化 。 这三个 参数对 弹性转杯 纱的性 能都有 较大的 影响 , 其中牵伸倍数的影响最大 。 弹性纤维在转杯纱中与棉纤维纱条 捻合成纱 。 与 常规转杯纱相比 , 弹性 转杯 纱的 表面更 加规 则和 光洁 , 主 要性 能也 得到 了改 善。
转杯纺22.4tex针织纱的工艺优化
ｂ 一般 针织 纱实 际捻 系数 在 ３０ ４ 间 ， ） ０ ￣３０之 一 般 选择 ３ ０ ３０左 右 ， 计 捻 系数 则 在 ３０ ３ ５ １￣ ３ 设 ６ ～ ８ 由于 ， 择 ３０ ３０ ３０ ３ 设计 捻 系数进 行优 选 。 选 ６ 、７ 、８ ， 个 ｃ采用 盘 香 式 陶瓷 假 捻 盘 、 ７光 滑 陶 瓷 假 捻 ） Ｒ
生产技术
２１ 年耽代 饧识校禾第 １ ０２ 、 期
转杯纺 ２ ． ｔ ２ ４ｅ ｘ针织纱 的工艺优化
徐
摘
曙， 王建 明
２４ ０ ） ２ ０ ５
（ 盐城纺 织职业技术学院 ， 江苏盐城
要： 利用多 目标灰 色局势决策方 法优化转杯纺针织 纱生产工艺 ， 优选设计捻 系数 、 纺杯转速 、 假捻 盘
强度、 断裂 伸 长 率 、 结 （ ２０ ） 粗 节 （ ０ ） 棉 ＋ ０ 、 ＋５ 、 细节 （ ０／ 、 羽进行 了测 试 ， 用 Ｙ１０型 电子 一５ ）毛 ９ ６ 采 ３ 条 干 均匀 度仪 进行 条 干测试 ， 用 ＹＧ１１单纱 毛 羽 采 ７ 测试 仪进 行 毛 羽测 试 ， 用 ＹＧＢ １ 采 ２ ０半 自动 单 纱 强
盘、 Ｒ７四槽 陶瓷假 捻盘进 行 优选 。 ｄ 分梳 辊转 速 不 宜过 快 或 过 慢 ， 快 容 易损 伤 ） 过
Ｆ ０Ｄ 抓 包 机 一 Ｚ Ａ０６ 自 动 混 棉 机 一 Ａ０２ Ｆ ２ Ｆ ０ Ａ 梳针 开棉 机 一 Ｆ ４Ａ 振 动 棉 箱 一 Ｆ ４ Ａ１６ ＡＯ６ Ａ１１ 单打 手成 卷 机 一 Ｆ ０ Ｂ梳 棉 机 一 Ｆ ０ Ａ２ １ Ａ３６并 条 机
大小 直 接关 系 到纱 线 的强 力 、 干 、 感 等 性 能 ， 条 手 通
转杯纺复合纱中长丝组分比的研究
ｂ ｔ ｅ ｎ ｍａｎ ｐ ｏ ｅ ｙ ｏ ｏ ｏ ｉ ａ ｎ ａ ｄ ｆ ａ ｎ ｖ ｒ ｅ ｄ ｒｔ ． Ａｐ ｅ ｒ ｎ ｅ ａ ｄ ｐ ｏ ｅ ｙ ｏ ｏ ｏ ｉ ａ ｎ ａ ｅ ｅ ｗ ｅ ｉ ｒ ｐ ｒ ｆｃ ｍｐ ｓｔ ｙ ｒ ｎ ｉ ｍｅ ｔｏ ｅ — ｅ ａｉ ｔ ｅ ｌ ｆ ｏ ｐ ａ ａ ｃ ｎ ｒ ｐ ｒ ｆ ｃ ｍｐ ｓ ｅ ｙ ｒ ｒ ｔ ｔ
（ 南工程学 院） 河 （ 华大学 ） 东
摘 要 ： 研究长丝超喂率、 长丝组分比与转杯纺复合纱性能之间的关系。在两种长丝超喂率下， 设计了５
种 成 纱 线 密度 ， 用 ３ ３ ｅ／５ｆ 涤 纶 长 丝 在 经过 改 装 的 转 杯 纺 纱 机 上 纺 制棉 涤 复 合 纱 ， 试 分析 了复 合 纱 选 ．３ｔｘ１ 的 测 中长 丝组 分 比与 成 纱 线 密度之 间 的 关 系以及 长 丝 组 分 比 对 复 合 纱 结 构性 能 的影 响 。 结 果 表 明 ： 着复 合 纱 线 密 随 度 的 增加 ， 复合 纱 中的 长 丝组 分 比 减 小 ， 合 纱 的断 裂 强 力 和 断 裂伸 长 率逐 渐 增 加 ， 干 Ｃ 复 条 Ｖ值 逐 渐 减 小 ； 合 纱 复
ｉ ｒ ｖ ｄ ａ ｌｔｃ ｍｐａ ｉｇ ｔ ｏ ｔｎ ｒｔ ｒｙ ｒ ｍｐ ｏ ｅ ｏ ｏ ｒｎ ｏ ｃ ｔｏ ｏ ｏ ａ ｎ． Ｋ ｅ Ｗ ｏ ｄｓ ｙ ｒ Ｓｔｅ ｔ Ｈａｒｎ ｓ ｒｎｇｈ， ｉｉｅ ｓ Ｒｏｏ Ｃｏ ｏ ｉｅ ｔｒ ｍｐ ｓｔ Ｙａ ｎ，Ｆｉａ ｎ Ｃｏ ｏ ｎ Ｒａｉ ｒ ｌ ｍｅ ｔ ｍｐ ｎｅ ｔ ｔｏ，Ｌｉｅ ｒ ｎ ａ Ｄｅ ｉｙ，Ｆｉ ｎｓｔ ｌ ａｍｅ Ｏｖ ｒｆ ｅ Ｒａｉ ｎｔ ｅ ・ｅ ｄ ｔ ｏ，
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｌ ｍ ｅ ｍ ｐ ｎ ｎｔ Ｒａ ｉ ｎ ｔ ｒ－ｐ ｎ ｍ ｐｏ ｉｅ Ｙａ ｎ ｓ ａ ｃ ｆ Ｆｉ ａ ｎｔ Ｃｏ ｏ ｅ ｔｏ ｉ Ｒｏ ｏ － ｕ Ｃｏ ｓ ｓｔ ｒ
自排风式转杯纺转杯关键性能参数优化
DOI :10.19333/j.mfkj.20200600305自排风式转杯纺转杯关键性能参数优化邱海飞(西京学院机械工程学院,陕西西安㊀710123)㊀㊀摘㊀要:为改进转杯纺转杯的机械力学性能,针对自排风式转杯结构,开发了基于ANSYS Parametric Design Language(APDL)的参数化有限元建模程序,在此基础上构建了优化数学模型㊂以滑移面角度α为设计变量,通过随机搜索算法实现了转杯关键性能参数的动态优化,指出:当α采样计算值为17.22ʎ时,转杯静动态力学性能达到最优,不仅将基频f 1提高了6%,而且在有效范围内减小了最大应力S 和最大位移d ㊂动态分析结果表明:排风孔数量对转杯抗振性能影响明显,且采用6孔或7孔结构时,更有利于综合发挥转杯工作效能㊂为转杯纺纱工艺改进和转杯设计选型提供了重要技术支持㊂关键词:转杯;转杯纺纱;参数化;滑移面;排风孔中图分类号:TS 104.7;TH 113㊀㊀㊀㊀文献标志码:AOptimization of key parameters for self-exhaust rotor on air spinnerQIU Haifei(College of Mechanical Engineering,Xijing University,Xiᶄan,Shaanxi 710123,China)Abstract :In order to improve mechanical properties of rotor on air spinner,a parametric finiteelement modeling program based on ANSYS Parametric Design Language(APDL)was developed for self-exhaust rotor.On this basis,the optimum mathematical model was constructed.The slip plane angle αwas taken as design variable,and some key parameters of the rotor was optimized with dynamic method by using random search algorithm,and then a viewpoint was proposed that when the calculated value of αsampling is 17.22ʎ,the static and dynamic mechanical performance of the rotor reaches the optimum,because not only fundamental frequency f 1is increased by 6%,but also maximum stress s and maximum displacement d are also reduced within the effective range.Besides,a result of dynamic analysis show that the number of exhaust hole has a significant impact on vibration resistance of the rotor,and comprehensive performance ofthe rotor will be easier inspired when 6-hole or 7-hole structure is used.All of that provides important technical support for improvement of air spinning process and selection of rotor design.Keywords :rotor;air spinning;parameterization;slip plane;exhaust hole收稿日期:2020-06-02基金项目:陕西省教育厅科研计划项目(15JK2177);西京学院高层次人才专项基金资助项目(XJ20B09);西京学院横向课题资助项目(1815358)作者简介:邱海飞,副教授,硕士,主要从事机电产品数字化设计与开发㊁机械系统动态设计方面的科研与教学工作,E-mail:qhf8386@㊂㊀㊀转杯纺纱是以高速转杯为驱动,利用空气负压将纤维进行输送㊁滑移㊁凝聚及加捻成纱的一种新型纺纱技术㊂作为转杯纺纱工艺的的核心利器,转杯工作性能始终是影响成纱品质和纺纱效率的重要因素[1]㊂近年来,随着转杯纺纱技术的不断进步,转杯工作转速已从发展初期的30000r /min 提高至目前的170000r /min,纺纱效率的大幅提高也对转杯结构性能提出了更高要求,如转杯在超高速运转状态下的振动噪声㊁偏心离心力及杯体应力分布等[2]㊂目前,行业内对于转杯的研究与技术探索,主要以纺纱通道和杯体内转杯场的二维㊁三维数值模拟为主,尤其是在转杯速度场㊁压力场㊁纤维形态及其运动研究等方面[3],具有较多的研究成果和技术文献㊂如东华大学㊁江南大学㊁浙江理工大学相关师生和一些行业技术人员,在转杯转杯场数值模拟方面已做了许多卓有成效的研究工作[4-5]㊂相比之下,虽然转杯的机械结构及其力学性能对转杯纺纱工艺至关重要,但行业内对这一研究方向却鲜有关注,能够检索到的研究文献并不多见㊂本文以自排风式转杯为研究对象,通过结构分析㊁参数化建模㊁有限元仿真和动态设计,从静㊁动态层面对转杯的关键性能参数进行优化,使转杯的工作效能得到明显提升㊂1㊀转杯结构分析根据FZ/T93053 2010‘转杯纺纱机转杯“转杯类型有2种,即抽气式转杯和自排风式转杯,二者主要区别在于气流排出方式不同㊂抽气式转杯通过风机抽气形成恒定负压,杯体内粉尘较少,可直接进行纱线接头[6];而自排风式转杯是通过杯底侧部的若干排风孔排出气流,其成品实体结构如图1所示,在高速运转状态下,这种转杯通过分梳腔和引纱管向杯内补充气流形成空气负压,气流从杯口流向杯底后再从排风孔排出㊂图1㊀某型自排风式转杯自排风式转杯直径相对较大,其工作转速不超过60000r/min㊂图2为某型自排风式转杯剖面结构,其中r为转杯半径,mm;α为滑移面角度,(ʎ);转杯底部侧面开设有8个排风孔㊂当转杯处于高速运转状态时,杯内气流会持续从这8个排风孔排出,与此同时在杯体内形成恒定空气负压,以此实现纤维的滑移㊁凝聚和加捻[7]㊂生产实践表明,自排风式转杯的滑移面㊁凝聚槽及排风孔等特征,均会对其机械力学性能和内部气流特性产生重要影响[8]㊂图2㊀自排风式转杯剖面结构2㊀仿真模型开发根据自排风式转杯结构特征和技术要求,利用APDL语言(ANSYS Parametric Design Language)开发基于ANSYS平台的参数化有限元建模程序㊂转杯结构造型属于典型旋转体,为方便建模与仿真计算,对部分细节特征进行简化㊂根据FZ/T93053 2010,取转杯半径r为18mm,滑移面角度α为22ʎ,排风孔数量n为8个㊂通过关键点(keypoints)及其连线构建旋转截面,如图3(a)所示,旋转截面处于XY平面,且转杯轴心与Y轴重合㊂图3㊀转杯结构参数化设计与有限元建模以滑移面角度α为设计参数,通过分析计算将各关键点坐标与α相关联,在此基础上开发转杯参数化几何模型和有限元建模程序㊂采用SOLID185单元和自由网格(Free)划分对转杯进行结构离散,建立如图3(b)所示参数化有限元模型㊂转杯材质选用钢料,其力学性能参数主要包括:弹性模量E= 200GPa㊁泊松比γ=0.3㊁密度ρ=7850kg/m3㊂通过开发APDL参数化建模程序,能够有效提高转杯的设计可塑性和建模效率,为转杯优化设计奠定了重要基础㊂3㊀优化数学模型考虑到转杯纺纱的高速高效特性,在对转杯进行优化设计时应尽量增强其抗振性[6]㊂因此,为使转杯能够适应更高的工作转速,将改进转杯动力学性能作为寻优方向㊂根据模态分析理论,实际当中低阶自振频率是衡量结构振动性能的重要参数[9]㊂以提高转杯基频(即1阶自振频率f1)为优化目标,建立如式(1)所示目标函数㊂f1b=max f11,f12, ,f1k()>f1o(1)式中:f1b为转杯基频优化值㊁f1k为目标函数第k次优化计算值㊁f1o为转杯基频初值,Hz㊂转杯在高速运转状态下会产生较大离心力,由此使杯体结构受到一定的应力和变形影响[10]㊂考虑到转杯的结构强度和疲劳寿命,应尽量减小作用于杯身各处的应力分布和静力变形,所以建立状态变量函数如式(2)所示㊂S1,S2, ,S k-1,S k()<S od1,d2, ,d k-1,d k()<d o{(2)式中:S o为最大应力初值,MPa;S k为最大应力第k 次计算值,MPa;d o为最大位移初值,m;d k为最大位移第k次计算值,m㊂以滑移面角度α为设计变量,根据转杯结构和转杯纺纱工艺要求,定义α取值范围如式(3)所示㊂根据转杯参数化有限元建模程序,转杯基频f1㊁最大应力S㊁最大位移d均可认为是以滑移面角度α为自变量的函数,因此,联立式(1)(2)及式(3)便构成了转杯优化数学模型㊂17ʎɤα1,α2, ,αk-1,αk()ɤ27ʎ(3)式中:αk为滑移面角度第k次采样值㊂4㊀动态优化设计4.1㊀优化过程计算根据优化数学模型,先对自排风式转杯进行模态分析和静力学分析,分别提取相关设计参数(f1o㊁S o㊁d o)初值,在此基础上定义优化过程,然后通过APDL程序执行优化计算㊂设定转杯转速为60000r/min,杯身质量产生的离心力以角速度方式添加于转杯之上,即利用OMEGA命令沿Y轴方向施加1个对应角速度(3768rad/s)㊂采用随机搜索算法执行优化计算,相关参数的优化过程曲线如图4所示,分析可知,滑移面角度α在17ʎ至27ʎ的区间内,ANSYS共执行40次随机采样计算,与之相对应,f1o㊁S o㊁d o也产生了40组计算数据㊂分析图4(a)~(c)可知,随着α取值增大,转杯基频f1和最大应力S的过程曲线变化较为剧烈,说明f1和S对α的变化较为敏感,总体来看,f1呈减小趋势,S呈增大趋势㊂相比之下,最大位移d的过程曲线光滑㊁坡度平缓,且近乎以直线形式爬升,说明d与α成近似正比关系㊂统计分析图4(d)(e)相关数据可知,在40组优化设计序列中,优化目标f1在第33组优化序列处达到最大值,此时滑移面角度α=17.22ʎ㊂图4㊀转杯优化设计过程曲线4.2㊀优化结果分析4.2.1㊀自振频率及振型在自由模态分析基础上提取转杯1~6阶自振频率,如图5所示,可以看出,相对于滑移面角度α=22ʎ的转杯,优化后的转杯(α=17.22ʎ)前6阶自振频率有所增大㊂从优化效果来看,优化后的转杯基频f1b=7663.9Hz,比优化前(f1o=7228Hz)增大了435.9Hz,即优化结果将转杯基频f1提高了6%㊂由此可见,转杯的抗振性能得到有效增强,符合优化设计初衷及目标要求㊂图5㊀优化前后1~6阶自振频率由图5可知,由于转杯1㊁2阶自振频率及3㊁4阶自振频率各自相近,因此转杯的1㊁3阶振型相近㊁3㊁4阶振型相近,如图6㊁7所示,优化前后的转杯1㊁3阶振型最大变形区域均位于杯口处,且前者呈椭圆状振动变形,后者呈近三角形振动变形㊂相比之下,转杯第5阶振型则主要表现为轴向伸缩振动,且最大变形区域均位于杯壁上侧位置㊂图6㊀优化前转杯1㊁3㊁5阶振型(α=22ʎ)图7㊀优化后转杯1㊁3㊁5阶振型(α=17.22ʎ)4.2.2㊀应力及位移在60000r/min的工作转速下,离心力对杯体形成的应力作用如图8所示㊂分析可知,优化前后的转杯应力分布状态基本一致,即杯身应力总体上从杯口向下逐渐减小,且最大应力均位于内侧排风孔边沿处,说明这一区域存在较大应力集中㊂图8㊀优化前后转杯应力云图㊀㊀优化后的最大应力值为167MPa,相对于优化前的187MPa减小了20MPa,有利于提高转杯疲劳强度,延长转杯工作寿命㊂另外,钢材的屈服强度为280MPa,根据米塞斯(Von Mises)应力准则,如式(4)所示,由此判断可知,在60000r/min运转状态下,转杯所承受的最大应力小于钢材许用应力,所以转杯应力优化结果符合强度设计要求㊂δVon Misesɤδs[](4)式中:δVon Mises为米塞斯应力,MPa;[δs]为钢材许用应力,MPa㊂从静力变形分析结果来看,优化前后杯体的变形特征同样相似,优化前后转杯位移云图如图9所示,转杯沿Y轴负向发生一定位移,且位移量从杯口向下呈递减趋势,最大变形区域位于杯壁位置㊂优化前后的最大位移量分别为14.9μm和12.0μm,由此可见,转杯的静力变形非常小,且通过优化设计在一定程度上减小了转杯的最大位移,有利于增强杯体的刚度储备㊂图9㊀优化前后转杯位移云图5㊀排风孔数量优化自排风式转杯底部侧面开设有若干排风孔,根据结构动力学理论可知,排风孔的数量及分布状态决定着杯体品质及刚度,因此会对转杯抗振性能产生重要影响[11]㊂以直径为36mm㊁滑移面角度为17.22ʎ的转杯为例,令排风孔数量为n,当n=4㊁5㊁6㊁7㊁8㊁9时分别对转杯进行自由模态分析㊂不同排风孔数量的转杯1阶振型如图10所示,可以清楚地看到,虽然排风孔数量不同,但转杯的1阶振型均表现为椭圆状振动变形,且最大变形区域均位于上壁杯口边缘处㊂图10㊀转杯1阶振型(4~9孔结构)由图11可知,排风孔数量不同时,自排风式转杯的基频也存在较大差异,其中5孔转杯基频最高(7822.6Hz),8孔转杯基频最小(7228Hz),其余转杯(4㊁6㊁7㊁9孔)基频介于7600~7800Hz之间㊂图11㊀排风孔数量对转杯基频影响根据转杯纺纱工艺和生产实践可知,排风孔数量较少时不利于气流及时排出,从而导致杯体内难以形成恒定负压;而排风孔数量较多时,转杯的振动噪声会大幅增加,动态稳定性变差[12]㊂因此,对于排风孔数量的设定,应综合考虑转杯排气效率和振动特性㊂为了能够更好地发挥转杯工作效能,针对本文所研究的这种自排风式转杯,建议优先采用6孔或7孔结构㊂6㊀结束语通过参数化建模㊁程序开发㊁优化设计及有限元仿真,实现了自排风式转杯关键性能参数的动态优化,即在提高转杯基频f1的同时,适当减小了杯体结构最大应力S和最大位移d,有效改进了转杯的机械力学性能,使其能够适应更高的工作转速㊂此外,研究了排风孔数量对转杯动力学性能的影响,并结合转杯纺纱工艺和生产实践,对排风孔数量的设定给出了科学依据㊂为转杯纺转杯的结构优化和减振降噪提供了技术思路㊂参考文献:[1]㊀郭滢,张瑶,朱军,等.转杯速度对成纱性能及结构的影响[J].棉纺织技术,2018,46(3):33-36. [2]㊀邱海飞,黄鹏飞.气流纺纱器转杯机械力学性能影响因素[J].丝绸,2020,57(9):46-51.[3]㊀刘超,杨瑞华,王鸿博,等.转杯纺纱通道三维流场的数值模拟[J].纺织学报,2016,37(9):145-150,155.[4]㊀张奇,汪军,曾泳春.转杯纺纺杯内气流流动的二维数值模拟[J].纺织学报,2013,34(2):51-54. [5]㊀杨西伟.转杯纺纱通道的流场模拟及转杯动力学特性研究[D].杭州:浙江理工大学,2012. [6]㊀邹鹏达,陈洪立,李晓明,等.流场状态对转杯纺纱接头行为影响的研究[J].现代纺织技术,2014,22(3):1-4.[7]㊀肖美娜,窦华书,武传宇,等.纺纱转杯内气流流动特性的数值分析[J].纺织学报,2014,35(12):136-141.[8]㊀康辉.关于转杯纺纱工艺相关参数的优化研究[J].纺织器材,2019,46(6):5-6,27.[9]㊀周丹.大功率风力机叶片模态及气动特性分析[J].流体机械,2015,43(12):33-36.[10]㊀SUN Cuilian,FENG Yang,ZHANG Linxuan,et al.Vibration analysis of automatic rotor spinner based onvirtual prototype[C]//International Conference onAutomatic Control and Artificial Intelligence(ACAI2012),2012,Xiamen:Institution of Engineering andTechnology(IET),2256-2263.[11]㊀BOHNENBERGER Weidner S,刘清.具有新型纺纱箱的转杯纺纱机[J].国际纺织导报,2016,44(9):20-21,58.[12]㊀李相东,金玉珍,崔靖渝,等.转杯纺转杯内气流场特性的研究[J].浙江理工大学学报(自然科学版),2016,35(2):211-217.。
转杯纺复合纱长丝与短纤复合点位置的建模与分析
第32卷第4期2011年4月纺织学报Journal of Textile Research Vol.32，No.4Apr.，2011文章编号：0253-9721（2011）04-0039-05转杯纺复合纱长丝与短纤复合点位置的建模与分析杨瑞华1，2，高卫东1，王善元2（1.江南大学生态纺织教育部重点实验室，江苏无锡214122；2.东华大学纺织学院，上海201620）摘要针对转杯纺长丝/短纤复合纱成纱过程中长丝与短纤的复合点位置会影响复合纱的成纱结构和性能问题，通过对成纱过程中长丝、短纤和复合纱进行力学分析，建立转杯纺复合纱长丝与短纤复合过程的准静态力学模型。
利用建立的模型，在不同转杯半径、长丝与复合纺纱速度比条件下，对棉/涤（58tex /7.8tex ）复合纱的复合点位置进行求解。
所得结果表明：转杯纺复合纱复合点的x 位置主要取决于转杯半径；y 位置主要取决于长丝喂入张力和复合纱卷绕张力之比；在转杯纺长丝/短纤复合纱的成纱过程中存在2个成形点，即短纤成纱点和短纤束与长丝复合成纱点。
求解结果可较好地解释生产中的疑点和难点。
关键词转杯纺；复合纱；复合点位置；结构；模型；工艺参数中图分类号：TS 131.9文献标志码：AMathematic model of convergent pointfor rotor-spun composite yarn spinning processYANG Ruihua 1，2，GAO Weidong 1，WANG Shanyuan 2（1.Key Laboratory of Eco-Textiles （Jiangnan University ），Ministry of Education ，Wuxi ，Jiangsu ，China ；2.College of Textile ，Donghua University ，Shanghai201620，China ）Abstract The structure and characteristics of the composite yarn depend mainly upon where and howthe two strands of fiber or filament are combined and mixed.This study established a mathematical model for static rotor-spun composite yarn spinning process based on mechanical analysis of the filaments ，staples during composite yarn ing the static model ，the coordinates of convergent point under different spinning parameters of cotton /polyester （58tex /7.8tex ）composite yarn are calculated.The results demonstrate that the convergent point x mainly changes with the radius of the rotor ，and y changes with the tension of the feeding filament.There are two yarn forming points during the spinning process ，i.e.，the point of staple fibers twisted as yarn ，and the point of the staple-fiber yarn twisted with filament as composite yarn.Therefore ，technical difficulties in rotor-spun composite yarn spinning process can be explained theoretically with these findings.Key words rotor spinning ；composite yarn ；convergent point ；structure ；model ；spinning parameter 收稿日期：2010－05－31修回日期：2011－01－10基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金资助（JUSRP10903）作者简介：杨瑞华（1981—），男，副教授，博士。
环锭纺与转杯纺成纱性能探讨
环锭纺与转杯纺成纱性能探讨熊伟【期刊名称】《纺织学报》【年(卷),期】1995(016)001【摘要】为了探索环锭纺与转杯纺成纱的性能,我们用同样的生条分别在环锭纺与气流纺流程上进行了不同情况的试验,现将试验结果分述如下。
一、纺纱流程环锭纺:清花→梳棉→头并→贰并→粗纱→细纱（环锭）。
气流纺:清花→梳棉→头并→贰并→转杯纺。
二、质量比较1.五种不同纱特的成纱质量比较通过以上的两条纺纱流程,纺83.7、58.5、48.6、36.4、29.2、23.3和18.2特棉纱,分别用Uster进行试验,结果见表1。
从表1可见,环锭纺的成纱比转杯纺的成纱强力高20～40％,伸长小0.5～2.5％,单强CV值大0.5～2％,条干CV值差1.5～2.5％,粗节与细节多得很多,说明环锭纺成纱强力高,环锭纺成纱均匀。
2.改进工艺路线,进行83.7、58.3、48.6、29.2特纯棉的两种纺纱方法成纱质量比较（见表2）工艺路线的改进如下: 环锭纺:清钢联（带自调匀整）→并条→粗纱→细纱【总页数】3页(P27-28,17)【作者】熊伟【作者单位】高丰纺织染联合企业有限公司【正文语种】中文【中图分类】TS114.2【相关文献】1.环锭纺纱线成纱毛羽的控制措施探讨 [J], 常勇;吴心红2.转杯纺包芯纱与环锭纺包芯纱的性能对比 [J], 刘志峰;王新厚3.转杯纺棉氨复合纱工艺及其成纱性能研究——氨纶丝牵伸倍数对成纱性能的影响[J], 张海霞;薛元;王善元4.环锭纺胶辊与成纱性能的关系 [J], 俞洋;谢春萍;王进生;王晓岚;黄机质5.转杯纺和环锭纺棉氨包芯纱的性能对比 [J], 张婧炜;汪福坤;谢火胜因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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转杯纺棉氨复合纱的工艺优化张海霞1薛元2王善元1(1东华大学,2嘉兴学院)摘要:分析了纺杯速度、氨纶丝牵伸倍数及捻系数对转杯纺棉氨复合纱强伸性能、弹性回复性、条干及成纱毛羽的影响,通过正交试验对工艺参数进行了优化。
C58tex(77.8dtex)转杯纺棉氨复合纱的性能测试结果表明:氨纶丝牵伸倍数对复合纱弹性回复率影响显著,对断裂强力和断裂伸长率有一定影响;纺杯速度对复合纱弹性回复率和毛羽有一定影响;纱线设计捻系数对复合纱弹性回复率和条干CV值有一定影响;其中以氨纶丝牵伸倍数对复合纱性能的影响比较大。
综合考虑转杯纺棉氨复合纱各项性能,工艺配置以纺杯速度49300r/ m i n、氨纶丝牵伸倍数4.5倍、纱线设计捻系数500为宜。
关键词:转杯纺;棉氨复合纱;纺杯速度;捻系数;牵伸倍数;强力;性能;正交试验中图分类号:TS104.7文献标识码:A文章编号:1001-7415(2005)09-0009-04Technology Opti m izi ng of CottonPol yurethane Co m plex Rotor Spun YarnZhang Ha i x i a1Xue Yuan2Wang Shanyuan1(1Donghua U n i versity,2Jiax i ng Co llege)Abstrac t Strength and e l onga ti on,e l astic recovery,evenness and ha iriness o f ro t o r sp i nn i ng cott on polyurethane comp l ex ya rn wh ich w ere influenced by ro tor speed,po l yuret hane dra fti ng m ulti p l e and t w ist factor w ere analyzed.T ech-nology opti m izi ng was done through orthogonal test.P roperty o f C58tex(77.8tex)ro t o r sp i nn i ng cott on polyurethane comp l ex yarn w as tested,t he result shows tha t i nfl uence o f po l yurethane fila m ent drafti ng m ultiple on comp lex yarn e l as-ti c recovery rate i s ev i den t,and infl uence o f po l yuret hane fil am ent drafti ng m ultiple on break i ng streng t h&e l ongati on at break is ex i sti ng,i n fluence o f roto r speed on co m plex yarn e l asti c recovery rate and ha iriness and i nfl uence o f yarn de-s i gn t w ist factor on comp l ex yarn elasti c recove ry rate&evenness CV are ex isti ng,a ll i n a ll the i n fluence o f polyurethane fila m en t drafti ng m ultiple on comp l ex yarn performance is l arger.T hrough researching each per f o r m ance o f ro tor sp i nni ng co tton polyure t hane co m plex yarn,confi gura ti on o f ro tor speed49300r/m i n,po lyurethane fila m ent dra fti ng m ulti p l e4. 5,yarn desi gn t w i st factor500is f eas i ble.K ey W ords R oto r Sp i nn i ng,Co tton Po l yuret hane Com plex Y arn,R o tor Speed,Tw i st F actor,D rafti ng M ultiple, Streng t h,P erfor m ance,O rt hogona l T est0前言氨纶纤维是近年来快速发展的高弹性合成纤维,其良好的延伸性和回复性使弹力服装穿着更合体、舒适。
氨纶丝与短纤纱并合加捻纺制弹力纱大多是在环锭细纱机上或在捻线机上进行[1~2]。
转杯纺纱技术是新型纺纱中发展最快、作者简介:张海霞,女,1971年生,副教授,上海,200051收稿日期:2005-05-12技术最成熟的纺纱方式,利用转杯纺工艺流程短、生产效率高、成本低、原料适应性强等优势开发转杯纺氨纶复合纱是非常有意义的,这也是转杯纺产品开发的一条重要途径。
转杯纺纱中分梳辊速度、纺杯速度、纱线捻度等工艺参数对转杯纱性能有直接影响[3~5],为了进一步探讨转杯纺纱工艺对转杯纺棉氨复合纱性能的影响,通过正交试验对转杯纺复合纱纺纱工艺参数进行了优化,综合分析了纺杯速度、氨纶丝牵伸倍数、设计捻系数等因素对转杯纺棉氨复合纱主要性能的影响,以期对生产有所帮助。
1 转杯纺棉氨复合纱的纺制我们在改造后的转杯纺纱机上纺制了转杯纺棉氨复合纱,规格为C 58tex (77.8dtex),所用棉条定量为21.606g /5m ,氨纶纤维为杜邦公司生产的77.8dtex 氨纶长丝。
转杯纺棉氨复合纱的纺纱过程示意见图1。
氨纶丝在喂入罗拉的作用下从筒子上积极退绕,在纺杯负压的作用下经引丝管进入纺杯,氨纶丝喂入速度可通过变频电机调节。
分梳后的棉纤维借助气流经由纤维输送通道输送到高速回转的纺杯凝聚槽内,并在凝聚槽内形成凝聚须条。
该凝聚须条随同纺杯高速回转并与氨纶丝在纺杯内并合加捻成复合纱,由引纱罗拉引出,直接绕成筒子。
图1 转杯纺棉氨复合纱纺纱过程示意图1-氨纶丝筒子;2-氨纶丝喂入罗拉;3-导丝器;4-氨纶丝;5-引丝管;6-纺杯;7-纤维输送通道;8-引纱管;9-复合纱;10-引纱罗拉。
2 成纱性能测试仪器转杯纺棉氨复合纱强伸性能采用XL -1型纱线强伸度仪测试,预加张力58c N;弹性回复率采用岛津AG-10型材料试验机测试,定伸长5mm,加负荷、去负荷停顿时间30s ;条干均匀度采用YG135G 型条干均匀度测试分析仪测试;毛羽采用YG172型毛羽测试仪,毛羽设定长度2mm 。
3 纺纱工艺对成纱性能的影响分析3.1 分梳辊速度分梳辊速度是重要的工艺参数,对成纱质量有显著影响。
随着分梳辊速度的提高,分梳作用加强,单纱强力逐渐提高,成纱条干不匀率开始下降。
因此,适当提高分梳辊速度,对成纱品质及纺纱过程的稳定性是有利的。
但是过高的分梳辊速度易损伤纤维,增加短绒,对成纱强力反而不利。
根据生产实践,纺棉纱时分梳辊速度一般在7000r /m in~8000r /m in ,此时纺纱比较顺利,纱线质量较好。
经过分析和比较,在试验中选用OK40型分梳辊,分梳辊速度为7000r /m i n 。
3.2 纺杯速度生产实践证明,随着纺杯速度的提高,成纱强力、断裂伸长都明显下降,纱线不匀率上升,而且动力消耗增大,纱线张力增大,断头率增加,接头成功率降低。
在捻度不变时,纺杯速度提高后可以提高纱线的输出速度,提高产量。
纺杯速度要根据原料、成纱号数,并考虑成纱质量和实际生产来确定。
纺制中粗号纱时可以选择直径较大的纺杯,纺杯速度相对较低。
3.3 氨纶丝牵伸倍数氨纶丝的牵伸至关重要,它不仅直接影响弹性,还影响成本。
氨纶丝牵伸倍数过低时不能充分发挥氨纶的潜在弹性,且氨纶用量大,成本增加。
而氨纶丝牵伸倍数过高时,则容易引起断头,使纺纱困难。
在分梳辊速度7000r/m i n ,纺杯速度45000r/m i n (纺杯直径50mm ),纱线设计捻系数470,氨纶丝牵伸倍数为3.0、3.3、3.5、3.7、4.0和4.5时,分别纺制转杯纺棉氨复合纱,氨纶丝牵伸倍数为引纱速度和氨纶丝喂给速度之比。
分别测试复合纱的主要性能指标,试验结果如表1所示。
表1 氨纶丝牵伸倍数与转杯纺棉氨复合纱性能的关系牵伸倍数/倍断裂强力/c N 断裂伸长率/%弹性回复率/%条干CV /%毛羽根数/根#m -13.03.33.53.74.04.5889.0899.6905.2920.4916.4929.88.08.48.58.27.98.197.2097.2497.3697.2497.2397.1810.1810.4610.3510.3010.1510.130.860.920.380.781.421.04氨纶丝在复合纱中是以螺旋线形式与棉纤维须条互相包缠并嵌入棉纤维须条中,使表面的缠绕纤维包缠紧密。
氨纶丝牵伸倍数增大时其张力随之增大,并使复合纱中表面的缠绕纤维结构更加紧密。
由表1试验结果可知,氨纶丝牵伸倍数增大时,由于复合纱中短纤维须条结构更加均匀紧密,使得转杯纺棉氨复合纱的断裂强力有增大的趋势,条干CV 有减小的趋势。
但是氨纶丝牵伸倍数较大时其内应力随之增加,所以断裂伸长率先增大然后略有下降,弹性回复率也是先增大后减小,毛羽的变化趋势不明显。
3.4 捻系数捻系数也是一项重要的工艺参数,对复合纱的性能影响较大。
在分梳辊速度7000r/m in,纺杯速度45000r/m i n(纺杯直径50mm),氨纶丝牵伸倍数3.5倍时,分别选择五种不同的设计捻系数纺制转杯纺棉氨复合纱,转杯纺棉氨复合纱性能测试结果见表2。
表2捻系数与转杯纺棉氨复合纱性能的关系捻系数断裂强力/cN断裂伸长率/%弹性回复率/%条干CV/%毛羽根数/根#m-1430 450 470 500 530907.3930.4938.5952.2924.77.47.98.48.58.598.4798.4098.3698.3598.3310.3911.0210.3510.2110.160.800.940.381.001.06由表2试验结果可知,纱线捻系数增加时,转杯纺棉氨复合纱断裂强力先增大后减小。
加捻作用使纱线中纤维间产生了向心压力,增大捻度可增加短纤维须条中纤维间的摩擦力,并且可以增加短纤维须条和氨纶丝之间的抱合力,从而使复合纱的断裂强力增加。