本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)勻張力紡紗的紡紗張力在線調(diào)控方法，屬于紡紗技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

環(huán)錠紡紗是對(duì)粗紗進(jìn)行牽伸、加捻、卷繞工藝的紗線形成過(guò)程，紡紗過(guò)程中的紡紗張力是指經(jīng)牽伸的紗條在加捻段、氣圈段、卷繞段所受到的張力。通常將紗條由后喇叭口(或后羅拉鉗口)至前羅拉鉗口的這段區(qū)域稱為紗條的牽伸區(qū)，由前羅拉鉗口至導(dǎo)紗鉤的這段區(qū)域稱為紗條的加捻區(qū)；由導(dǎo)紗鉤至鋼絲圈的這段高速旋轉(zhuǎn)的弧形紗條稱為紗條的氣圈區(qū)；由鋼絲圈到高速旋轉(zhuǎn)錠子上的卷繞點(diǎn)這段區(qū)域稱為紗條的卷繞區(qū)。環(huán)錠紡紗過(guò)程中廣義的紡紗張力是指紗條在加捻區(qū)、氣圈區(qū)和卷繞區(qū)所受到的張力，分別被稱為加捻區(qū)紗條張力、氣圈區(qū)紗條張力和卷繞區(qū)紗條張力，也可分別簡(jiǎn)稱為紡紗張力、氣圈張力和卷繞張力。狹義的紡紗張力是特指在加捻段紗條所受的張力；氣圈張力又分為氣圈頂部張力和氣圈底部張力。一般在錠子一個(gè)回轉(zhuǎn)的加捻過(guò)程、紗管一個(gè)層級(jí)的卷繞過(guò)程和一落紗的紡紗過(guò)程中，紡紗張力都是動(dòng)態(tài)變化的。由于環(huán)錠紡紗系統(tǒng)是一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的柔性、非線性加工系統(tǒng)，故紡紗過(guò)程紗條所受張力的變化是一個(gè)及其復(fù)雜的力學(xué)和非線性數(shù)學(xué)問(wèn)題。

由于在紗線和織物的生產(chǎn)過(guò)程中，紗線張力值過(guò)大或張力動(dòng)值超出允許范圍，直接后果是造成紡紗斷頭，影響細(xì)紗的產(chǎn)量、質(zhì)量及工人看臺(tái)能力,因此在生產(chǎn)過(guò)程中測(cè)量紗線動(dòng)態(tài)張力，對(duì)紗線張力值及其變化進(jìn)行均衡性控制，對(duì)降低斷頭、提升紗線及織物的生產(chǎn)質(zhì)量、效率具有重要意義。另一方面，由于紡紗張力與紡紗速度成正比，對(duì)紡紗張力大小及其波動(dòng)性進(jìn)行有效調(diào)控將成為實(shí)現(xiàn)高速高效紡紗及黑燈紡紗的一個(gè)必要條件,研究紡紗張力的變化規(guī)律及其調(diào)控手段，是環(huán)錠紡紗技術(shù)進(jìn)步進(jìn)程中的一個(gè)重要課題。

國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)于上述問(wèn)題的研究主要集中在以下兩點(diǎn)：①建立力學(xué)模型，結(jié)合微分幾何對(duì)紡紗過(guò)程中紗條張力及其變化規(guī)律進(jìn)行數(shù)學(xué)解析，以期對(duì)紡紗張力及其變化進(jìn)行預(yù)測(cè)；②結(jié)合數(shù)字化測(cè)量技術(shù)對(duì)紡紗張力進(jìn)行在線即時(shí)測(cè)量，以驗(yàn)證理論模型，進(jìn)一步通過(guò)調(diào)控紡紗速度達(dá)成勻張力紡紗，實(shí)現(xiàn)高效、高速、高品質(zhì)紡紗。

上世紀(jì)80年代，華東紡織工學(xué)院機(jī)械系陳人哲教授創(chuàng)立了紗線力學(xué)理論，以紡紗的加捻—卷繞過(guò)程中形成的氣圈為研究對(duì)象，建立模型和數(shù)學(xué)解析方法，對(duì)氣圈張力、氣圈形態(tài)的形成及其控制進(jìn)行了完美地解析，能對(duì)氣圈張力及其影響因素進(jìn)行定量分析，對(duì)氣圈形態(tài)變化等進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。但上述理論是建立在理論模型的基礎(chǔ)上，需要實(shí)驗(yàn)手段進(jìn)行驗(yàn)證。

在以勻張力紡紗為目的的在線調(diào)控紡紗張力技術(shù)方面，由于現(xiàn)有理論和測(cè)試手段無(wú)法確切知道在紡紗過(guò)程的某個(gè)瞬間，加捻段紗條張力、氣圈段紗條張力和卷繞段紗條張力的大小及其變化，為了減少細(xì)紗機(jī)紡紗過(guò)程中的斷頭，目前常用兩種辦法進(jìn)行紡紗張力調(diào)控：①采用4/6極雙速電機(jī)。在紡紗開始階段由于氣圈高度大，采用6級(jí)低速運(yùn)行，到中紗、大紗階段采用4級(jí)高速運(yùn)行；②采用變頻器控制電機(jī)的運(yùn)行速度，根據(jù)細(xì)紗紡紗過(guò)程中，斷頭分布規(guī)律，分段設(shè)定車速，大小紗時(shí)斷頭多，速度設(shè)定慢些，中紗時(shí)速度加快。上述兩種紡紗速度(也稱為錠子的回轉(zhuǎn)速度)的調(diào)速方法只是考慮了在紡一落紗中，將氣圈高度分為幾個(gè)階段，通過(guò)控制錠子的速度(紡紗速度)按照預(yù)先設(shè)定好的規(guī)律進(jìn)行調(diào)速，已達(dá)到降低紡紗張力及紡紗斷頭率的目的。

實(shí)際的紡紗過(guò)程中，導(dǎo)紗鉤及鋼領(lǐng)板有升降運(yùn)動(dòng)，同時(shí)氣圈高度及形態(tài)、紗管卷繞半徑等時(shí)刻都在變化，由此導(dǎo)致在錠子一個(gè)回轉(zhuǎn)的加捻過(guò)程中、紗管一個(gè)層級(jí)的卷繞過(guò)程中和一落紗的紡紗過(guò)程中，紗條所受張力都是動(dòng)態(tài)變化的，這些變化都會(huì)導(dǎo)致紡紗張力的變化。因此，影響紡紗張力變化的因素應(yīng)該包含錠子速度、氣圈高度及形態(tài)、紗條細(xì)度、綱領(lǐng)板的位置及管紗卷繞半徑、鋼絲圈重量等因素，紡紗過(guò)程中紗條所受紡紗張力的變化是上述諸多因素非線性耦合及相互作用形成的結(jié)果。由于現(xiàn)有的調(diào)速理論是按照預(yù)設(shè)的速度進(jìn)行調(diào)速，也就是按照平均值進(jìn)行調(diào)速，不是依據(jù)紡紗過(guò)程中紗條所受到的真實(shí)的動(dòng)態(tài)張力進(jìn)行調(diào)速，雖然可以部分降低紡紗張力平均值，但無(wú)法調(diào)控紡紗張力的動(dòng)態(tài)值，存在速度調(diào)控與紡紗張力變化不同步的問(wèn)題。同時(shí)，現(xiàn)有的調(diào)速理論以速度為調(diào)控手段，沒(méi)有考慮氣圈高度及形態(tài)、紗條細(xì)度、鋼領(lǐng)板的位置及管紗卷繞半徑、鋼絲圈重量等因素對(duì)紡紗張力變化的影響，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格意義上的勻張力紡紗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種實(shí)現(xiàn)勻張力紡紗的紡紗張力在線調(diào)控方法，能夠?qū)Νh(huán)錠紡紗過(guò)程中紗條的動(dòng)態(tài)張力進(jìn)行非接觸測(cè)量，并通過(guò)調(diào)控紡紗速度將瞬時(shí)、動(dòng)態(tài)的紡紗張力(加捻段紗條張力、氣圈段紗條張力、卷繞段紗條張力)及其變化，控制在合理范圍，以減少紡紗張力波動(dòng)、降低紡紗斷頭、提升成紗質(zhì)量。

按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述實(shí)現(xiàn)勻張力紡紗的紡紗張力在線調(diào)控方法，其特征是，包括以下步驟：

(1)首先在線檢測(cè)獲取紡紗張力；

(2)根據(jù)紗線張力計(jì)算轉(zhuǎn)換得到對(duì)應(yīng)錠速，對(duì)紡紗速度進(jìn)行調(diào)整；

當(dāng)步驟(1)測(cè)得的紡紗張力大于設(shè)定值時(shí)，減小變頻器輸出頻數(shù)，實(shí)現(xiàn)減小紡紗錠速降低紡紗張力的目的；反之，張力小于設(shè)定值時(shí)，提高變頻器輸出頻數(shù)，提高紡紗錠速度以提高紡紗張力。

進(jìn)一步的，所述步驟(1)在線檢測(cè)獲取紡紗張力的具體過(guò)程為：

(1)紗線經(jīng)導(dǎo)紗板時(shí)，張力對(duì)導(dǎo)紗板施加力，力傳感器檢測(cè)導(dǎo)紗板處的垂直力fz測(cè)及與導(dǎo)紗板安裝面垂直的水平力fy測(cè)，位置傳感器檢測(cè)導(dǎo)紗板的位置zx，

(2)構(gòu)建坐標(biāo)系統(tǒng)：設(shè)導(dǎo)紗鉤中心為o點(diǎn)，取x軸為過(guò)o點(diǎn)且平行于導(dǎo)紗板安裝面的水平直線，取y軸為過(guò)o點(diǎn)且垂直于導(dǎo)紗板安裝面的水平直線，取z軸為過(guò)o點(diǎn)且垂直于x-o-y平面的鉛垂線，由此構(gòu)建以導(dǎo)紗鉤中心為原點(diǎn)的x-y-z三維空間坐標(biāo)系；設(shè)綱領(lǐng)中心為o’，取過(guò)綱領(lǐng)中心o’且與x軸平行的直線為x’軸，取過(guò)綱領(lǐng)中心且與y軸平行的直線為y’軸，由此構(gòu)建x’-y’-z三維空間坐標(biāo)系；

(3)根據(jù)構(gòu)建的坐標(biāo)系進(jìn)行受力分析，并由傳感器采集的數(shù)據(jù)獲取紡紗張力tf、氣圈頂端張力tq、氣圈底部張力tr和卷繞張力tω；

紡紗張力氣圈頂部張力氣圈底部張力卷繞張力其中，qz為導(dǎo)紗鉤處支撐力q在z軸上的投影，qz＝fz測(cè)；μ為紗線與導(dǎo)紗鉤的動(dòng)摩擦系數(shù)；σ為紗線與導(dǎo)紗鉤的包圍角；β為頂部氣圈切線與z軸的夾角，γ為加捻段紗線與y軸的夾角，ya為前下羅拉中心到導(dǎo)紗鉤中心的距離，h為前羅拉中心到機(jī)臺(tái)水平面的距離；m為氣圈紗條的線密度；rg為綱領(lǐng)半徑；ω為氣圈回轉(zhuǎn)角速度；k為卷繞張力tω與氣圈底部張力tr的比值。

進(jìn)一步的，所述步驟(2)根據(jù)紗線張力計(jì)算轉(zhuǎn)換得到對(duì)應(yīng)錠速的過(guò)程為：

以綱領(lǐng)為中心，以取x軸為過(guò)o點(diǎn)且平行于導(dǎo)紗板安裝面的水平直線，取y軸為過(guò)o點(diǎn)且垂直于導(dǎo)紗板安裝面的水平直線，取z軸為過(guò)o點(diǎn)且垂直于x-o-y平面的鉛垂線，由此構(gòu)建以綱領(lǐng)鉤中心為原點(diǎn)的x-y-z三維空間坐標(biāo)系；在運(yùn)行中鋼絲圈上的作用力有：鋼絲圈慣性離心力ct；紗條的卷繞張力tω和氣圈底部張力tr；綱領(lǐng)對(duì)鋼絲圈的法向作用力n和摩擦阻力f；由力的平衡可知：

fx+fy+fz＝0；

推出，氣圈底部張力

卷繞張力

氣圈頂部張力

紡紗張力

其中：gt為鋼絲圈重力，單位為cn；f為綱領(lǐng)與鋼絲圈間的摩擦因數(shù)；rx為管紗卷繞半徑，單位為cm；θ為綱領(lǐng)對(duì)鋼絲圈反作用力n的方向角，單位為°；αr為氣圈底角，單位為°；

由上述可得到紡紗張力tf、氣圈頂部張力tq、氣圈底部張力tr、卷繞張力tω與錠子回轉(zhuǎn)角速度ω的正相關(guān)關(guān)系。

進(jìn)一步的，所述步驟(2)中對(duì)紡紗速度進(jìn)行調(diào)整時(shí)，在小紗和大紗階段，紡紗張力調(diào)速前一個(gè)氣圈回轉(zhuǎn)過(guò)程中最大張力tmax的0.8-0.9倍的范圍內(nèi)；在中紗階段，紡紗張力以調(diào)速前一個(gè)氣圈回轉(zhuǎn)過(guò)程中平均張力的1.05-1.10倍的范圍內(nèi)。

進(jìn)一步的，所所述數(shù)據(jù)采集密度設(shè)定為氣圈回轉(zhuǎn)速度的n倍或1/n倍。

進(jìn)一步的，所當(dāng)測(cè)定一個(gè)氣圈回轉(zhuǎn)過(guò)程中的紡紗張力時(shí)，數(shù)據(jù)采集密度設(shè)定為1-4次/轉(zhuǎn)；當(dāng)測(cè)定一個(gè)卷繞層級(jí)過(guò)程中的紡紗張力時(shí)，數(shù)據(jù)的采集密度設(shè)定為1-2次/轉(zhuǎn)；當(dāng)測(cè)定整個(gè)落紗過(guò)程中的紡紗張力時(shí)，數(shù)據(jù)的采集密度設(shè)定為1次/轉(zhuǎn)。

本發(fā)明所述實(shí)現(xiàn)勻張力紡紗的紡紗張力在線調(diào)控方法，對(duì)環(huán)錠紡紗過(guò)程中紗條的動(dòng)態(tài)張力及其非接觸測(cè)量方法進(jìn)行研究，測(cè)量導(dǎo)紗鉤處的動(dòng)態(tài)受力情況。以在線檢測(cè)的瞬態(tài)紡紗張力為判據(jù)，通過(guò)調(diào)控紡紗速度將瞬時(shí)、動(dòng)態(tài)的紡紗張力(加捻段紗條張力、氣圈段紗條張力、卷繞段紗條張力)及其變化，控制在合理范圍，以減少紡紗張力波動(dòng)、降低紡紗斷頭、提升成紗質(zhì)量。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所述實(shí)現(xiàn)勻張力紡紗的紡紗張力在線調(diào)控方法的原理框圖。

圖2為所述在線檢測(cè)環(huán)錠細(xì)紗機(jī)紡紗張力的裝置的結(jié)構(gòu)圖。

圖3為本發(fā)明所述實(shí)現(xiàn)勻張力紡紗的紡紗張力在線調(diào)控方法的工作流程圖。

圖4為導(dǎo)紗鉤和導(dǎo)紗板構(gòu)建的坐標(biāo)系中導(dǎo)紗鉤處動(dòng)態(tài)受力分析示意圖。

圖5為導(dǎo)紗鉤處和綱領(lǐng)構(gòu)建的坐標(biāo)系中導(dǎo)紗鉤處受力分析示意圖。

圖6為導(dǎo)紗鉤受力分析示意圖。

圖7為圖6中的i放大圖。

圖8為鋼領(lǐng)位置處受力分析圖。

圖9為小紗階段張力勻整前后對(duì)比圖。

圖10為中紗階段張力勻整前后對(duì)比圖。

圖11為大紗階段張力勻整前后對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

目前的紡紗過(guò)程如圖2所示，紗條從后羅拉1處喂入、經(jīng)過(guò)中羅拉2牽伸到前羅拉3握持、紗條經(jīng)過(guò)導(dǎo)紗鉤8加捻、錠子7回轉(zhuǎn)帶動(dòng)綱領(lǐng)6在鋼絲圈11上旋轉(zhuǎn)形成氣圈、綱領(lǐng)板12升降最后卷繞到紗管10上。在紡紗時(shí)，前羅拉至導(dǎo)紗鉤之間構(gòu)成紡紗段，紗線所受張力稱為紡紗張力tf；導(dǎo)紗鉤到鋼絲圈之間構(gòu)成氣圈段，紗線所受張力分別為氣圈頂部張力tq、氣圈底部張力tr；鋼絲圈到紗管之間構(gòu)成卷繞段。

實(shí)施例一：

如圖3所示，本發(fā)明所述實(shí)現(xiàn)勻張力紡紗的紡紗張力在線調(diào)控方法，包括下步驟：

(1)首先由紡紗張力檢測(cè)裝置在線檢測(cè)環(huán)錠細(xì)紗機(jī)紡紗張力；

為能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)錠紡細(xì)紗機(jī)紡紗張力自動(dòng)檢測(cè)，需要滿足四個(gè)功能要求：一是裝置穩(wěn)定，不影響員工接頭、落紗和清潔工作；二是隨紡紗張力的變化將信號(hào)自動(dòng)采集的紡紗器材；三是將采集信號(hào)進(jìn)行處理轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出功能；四是得出測(cè)試結(jié)果在屏幕上顯示、打印或應(yīng)用于控制整機(jī)紡紗張力。如圖1、圖2所示，本發(fā)明所述紡紗張力檢測(cè)裝置包括力傳感器、位置傳感器、濾波放大器、a/d轉(zhuǎn)換器、cpu、顯示單元、以及穩(wěn)壓電源；其中，力傳感器5內(nèi)嵌在導(dǎo)紗板9上，導(dǎo)紗板9由基座4安裝在細(xì)紗機(jī)導(dǎo)紗板升降桿橫上，工作性能與同臺(tái)其它導(dǎo)紗板一樣；力傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)張力變化信號(hào)的自動(dòng)采集，用于檢測(cè)導(dǎo)紗板處的垂直力以及與導(dǎo)紗板安裝面垂直的水平力，紡紗張力tf加捻卷繞時(shí)與氣圈頂部張力tq的共同作用下，運(yùn)動(dòng)紗線經(jīng)過(guò)導(dǎo)紗板時(shí)，對(duì)導(dǎo)紗板施加力，由于導(dǎo)紗板與力傳感器聯(lián)為一體，導(dǎo)紗板所受的力經(jīng)力傳感器產(chǎn)生信號(hào)；所述位置傳感器設(shè)置在基座4上，位置傳感器檢測(cè)導(dǎo)紗板的位置，力傳感器和位置傳感器輸出電壓信號(hào)經(jīng)濾波放大器過(guò)濾放大后，再經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換器進(jìn)行調(diào)理轉(zhuǎn)換，輸出到cpu形成紗線張力信號(hào)源，cpu根據(jù)按鍵命令將張力結(jié)果輸出到顯示單元進(jìn)行顯示；所述穩(wěn)壓電源用于給cpu等供電。

下面對(duì)步驟(1)紡紗張力檢測(cè)裝置在線檢測(cè)環(huán)錠細(xì)紗機(jī)紡紗張力的原理進(jìn)行詳細(xì)闡述。

(1.1)紡紗過(guò)程導(dǎo)紗板受力的動(dòng)態(tài)即時(shí)檢測(cè)方法：

如圖4所示，設(shè)導(dǎo)紗鉤中心為o點(diǎn)，取x軸為過(guò)o點(diǎn)且平行于導(dǎo)紗板安裝面的水平直線，取y軸為過(guò)o點(diǎn)且垂直于導(dǎo)紗板安裝面的水平直線，取z軸為過(guò)o點(diǎn)且垂直于x-o-y平面的鉛垂線，由此構(gòu)建以導(dǎo)紗鉤中心為原點(diǎn)的x-y-z三維空間坐標(biāo)系。設(shè)力感應(yīng)器與導(dǎo)紗板接觸點(diǎn)為o’，取過(guò)接觸點(diǎn)o’且與x軸平行的直線為x’軸，取過(guò)接觸點(diǎn)且與y軸延長(zhǎng)線的直線為y’軸，取z’軸為平行z軸且垂直于x’-o’-y’平面的鉛垂線，由此構(gòu)建以接觸點(diǎn)o’為原點(diǎn)的x’-y’-z’三維空間坐標(biāo)系。

導(dǎo)紗鉤處動(dòng)態(tài)受力分析由導(dǎo)紗鉤8、導(dǎo)紗板9、以及力感應(yīng)器5組成，力感應(yīng)器受到力的作用經(jīng)過(guò)信息轉(zhuǎn)換，最后在顯示單元顯示的結(jié)果分別為fz測(cè)、fy測(cè)，fz測(cè)為導(dǎo)紗板處的垂直力、fy測(cè)為與導(dǎo)紗板安裝面垂直的水平力。在導(dǎo)紗鉤處支撐力q在z軸上的投影為qz：即

qz＝fz測(cè)(1)。

(1.2)加捻區(qū)紗條張力、氣圈區(qū)紗條張力、卷繞區(qū)紗條張力的檢測(cè)方法：

如圖5所示，設(shè)導(dǎo)紗鉤中心為o點(diǎn)，取x軸為過(guò)o點(diǎn)且平行于導(dǎo)紗板安裝面的水平直線，取y軸為過(guò)o點(diǎn)且垂直于導(dǎo)紗板安裝面的水平直線，取z軸為過(guò)o點(diǎn)且垂直于x-o-y平面的鉛垂線，由此構(gòu)建以導(dǎo)紗鉤中心為原點(diǎn)的x-y-z三維空間坐標(biāo)系。設(shè)綱領(lǐng)中心為o’，取過(guò)綱領(lǐng)中心o’且與x軸平行的直線為x’軸，取過(guò)綱領(lǐng)中心且與y軸平行的直線為y’軸，由此構(gòu)建x’-y’-z三維空間坐標(biāo)系。

如圖5所示，設(shè)加捻段紗線與y軸的夾角為γ，頂部氣圈切線與z軸的夾角為β，氣圈底部與綱領(lǐng)鋼絲圈的交叉點(diǎn)為p，則o’p與x’軸的夾角為α。圖6、圖7中，r表示前羅拉半徑；h表示前羅拉中心到機(jī)臺(tái)水平面的距離；ya表示前下羅拉中心到導(dǎo)紗鉤中心的距離；γ表示導(dǎo)紗角；zx為位置傳感器的讀取數(shù)值，即導(dǎo)紗板到機(jī)臺(tái)水平面的距離；h的固定值為95mm，ya為73.8mm，r為15mm。

其中，加捻段紗線與y軸的夾角為γ，

頂部氣圈切線與z軸的夾角為β，

設(shè)tf為紡紗張力，tq為氣圈頂部張力，q為導(dǎo)紗鉤的支撐力,則由力的平衡原理可知：

設(shè)導(dǎo)紗鉤處支撐力q在x、y、z軸上的投影分別為qx、qy、qz，將式(1)分別向x、y、z軸投影，可得：

qx＝tqsinβcosα(5)；

qy＝tqsinβsinα+tfcosγ(6)；

qz＝tqcosβ+tfsinγ(7)；

由歐拉公式可得：

tf＝tqe^-μσ(8)；

式中：μ為紗線與導(dǎo)紗鉤的動(dòng)摩擦系數(shù)；σ為紗線與導(dǎo)紗鉤的包圍角，與導(dǎo)紗角和氣圈頂角有關(guān)。

紡紗張力tf為：

氣圈頂部張力ta為：

又由氣圈基礎(chǔ)理論知，氣圈頂部張力tq與氣圈底部張力tr的關(guān)系為：

式中：rg為綱領(lǐng)半徑；m為氣圈紗條的線密度；ω為氣圈回轉(zhuǎn)角速度(一般可用錠子回轉(zhuǎn)角速度近似表達(dá))；

卷繞張力合適是保證卷裝質(zhì)量的基礎(chǔ)。氣圈底端張力tr是由卷繞張力tω克服紗條與鋼絲圈的摩擦阻力后向上傳遞到氣圈底端的，卷繞張力tω為：

式(12)中，k為卷繞張力tω與氣圈底部張力tr的比值，簡(jiǎn)稱張力比，鋼絲圈線材不同截面形狀的張力比的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示：

表1鋼絲圈線材不同截面形狀的張力比

由公式(1)-(12)可得，紡紗張力tf、氣圈頂部張力tq、氣圈底部張力tr、卷繞張力tω與fz測(cè)成正相關(guān)關(guān)系。

(1.3)動(dòng)態(tài)紡紗張力的在線測(cè)定：

關(guān)閉勻張力紡紗系統(tǒng)，觀察綱領(lǐng)板上下周期運(yùn)動(dòng)時(shí)張力變化，假定錠子的回轉(zhuǎn)速度為18000轉(zhuǎn)/分，數(shù)據(jù)采集密度設(shè)定為氣圈回轉(zhuǎn)速度的n倍或1/n倍，從而保證檢測(cè)點(diǎn)的重復(fù)性和數(shù)據(jù)的再現(xiàn)性。那么，當(dāng)測(cè)定一個(gè)氣圈回轉(zhuǎn)過(guò)程中的紡紗張力時(shí)，數(shù)據(jù)的采集密度可設(shè)定為1-4次/轉(zhuǎn)，即18000-72000次/分；當(dāng)測(cè)定一個(gè)卷繞層級(jí)過(guò)程中的紡紗張力時(shí)，數(shù)據(jù)的采集密度可設(shè)定為1-2次/轉(zhuǎn)，即18000-36000次/分；當(dāng)測(cè)定整個(gè)落紗過(guò)程中的紡紗張力時(shí)，數(shù)據(jù)的采集密度可設(shè)定為1次/轉(zhuǎn)，即18000次/分。采集二個(gè)或三個(gè)周期時(shí)的張力變化數(shù)據(jù)，計(jì)算平均張力，讀取最大張力。數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，根據(jù)導(dǎo)紗板的高度，將整個(gè)落紗過(guò)程可以分為小紗階段，導(dǎo)紗板高度為0-6.0mm；中紗階段，導(dǎo)紗板高度為6.0-22.0mm；大紗階段，導(dǎo)紗板高度為22.0-40.0mm?；蛘吒鶕?jù)未開啟勻張力調(diào)控時(shí)測(cè)得的平均張力，將所測(cè)得的張力大于未開啟勻張力調(diào)控時(shí)測(cè)得的平均張力階段定義為小紗階段和大紗階段，其余為中紗階段。

(2)cpu根據(jù)紗線張力計(jì)算轉(zhuǎn)換得到對(duì)應(yīng)錠速，對(duì)紡紗速度進(jìn)行調(diào)整；

(2.1)首先確定加捻區(qū)紗條張力、氣圈區(qū)紗條張力、卷繞區(qū)紗條張力與錠子回轉(zhuǎn)角速度ω的關(guān)系，具體地：

以綱領(lǐng)為中心，以取x軸為過(guò)o點(diǎn)且平行于導(dǎo)紗板安裝面的水平直線，取y軸為過(guò)o點(diǎn)且垂直于導(dǎo)紗板安裝面的水平直線，取z軸為過(guò)o點(diǎn)且垂直于x-o-y平面的鉛垂線，由此構(gòu)建以綱領(lǐng)鉤中心為原點(diǎn)的x-y-z三維空間坐標(biāo)系。如圖8所示，在運(yùn)行中鋼絲圈上的作用力有：鋼絲圈慣性離心力ct；紗條的卷繞張力tω和氣圈底部張力tr；綱領(lǐng)對(duì)鋼絲圈的法向作用力n和摩擦阻力f；由力的平衡原理可知：

fx+fy+fz＝0(13)；

推出，氣圈底部張力tr為：

卷繞張力tω為：

氣圈頂部張力tq為：

紡紗張力tf為：

其中：gt為鋼絲圈重力，單位為cn；f為綱領(lǐng)與鋼絲圈間的摩擦因數(shù)；rx為管紗卷繞半徑，單位為cm；θ為綱領(lǐng)對(duì)鋼絲圈反作用力n的方向角，單位為°；αr為氣圈底角，單位為°。

由公式(14)-(17)可得，紡紗張力tf、氣圈頂部張力tq、氣圈底部張力tr、卷繞張力tω與錠子回轉(zhuǎn)角速度ω成正相關(guān)關(guān)系。

(2.2)紡紗時(shí)，在測(cè)得導(dǎo)紗板處紡紗張力后應(yīng)用數(shù)字信號(hào)驅(qū)動(dòng)細(xì)紗機(jī)主變頻器變頻使紡紗張力均衡；當(dāng)步驟(1)測(cè)得的紡紗張力大于設(shè)定值時(shí)，減小變頻器輸出頻數(shù)，實(shí)現(xiàn)減小紡紗錠速降低紡紗張力的目的；反之，張力小于設(shè)定值時(shí)，提高變頻器輸出頻數(shù)，提高紡紗錠速度以提高紡紗張力，實(shí)現(xiàn)提高產(chǎn)量的目的。上述設(shè)定值根據(jù)小紗階段、中紗階段和大紗階段需要設(shè)定相應(yīng)的閾值。

(2.3)紡紗張力調(diào)控范圍的確定：

在一個(gè)氣圈回轉(zhuǎn)過(guò)程中，紡紗張力隨鋼絲圈位置變化呈正弦曲線規(guī)律變化，其中最大張力為tmax，平均張力為在數(shù)據(jù)采集密度周期內(nèi)可獲得。在易發(fā)生斷頭的小紗和大紗階段，為了減少細(xì)紗斷頭，紡紗張力以調(diào)速前一個(gè)氣圈回轉(zhuǎn)過(guò)程中最大張力tmax的0.8-0.9倍的范圍內(nèi)進(jìn)行自動(dòng)在線調(diào)控；在斷頭發(fā)生概率小的中紗階段，為了提高紡紗產(chǎn)量，紡紗張力以調(diào)速前一個(gè)氣圈回轉(zhuǎn)過(guò)程中平均張力的1.05-1.10倍的范圍內(nèi)進(jìn)行自動(dòng)在線調(diào)控。

實(shí)施例二：

紡紗品種：c18.5tex，11917r/min，主電機(jī)顯示48hz，勻張力系統(tǒng)未開啟時(shí)和開啟時(shí)紡紗，數(shù)據(jù)采集時(shí)間為30分鐘。小紗階段紡紗勻張力控制為最大張力的0.9倍，在線勻張力控制效果如圖9、表2所示；中紗階段紡紗勻張力控制為最大張力的1.1倍，在線勻張力控制效果如圖10、表3所示；大紗階段紡紗勻張力控制為最大張力的0.85倍，在線勻張力控制效果如圖11、表4所示。勻張力系統(tǒng)開啟后的成紗質(zhì)量和斷頭率如表5、表6所示。

表2小紗階段張力勻整前后對(duì)比

表3中紗階段張力勻整前后對(duì)比

表4大紗階段張力勻整前后對(duì)比

表5張力勻整前后成紗質(zhì)量

表6張力勻整前后千錠時(shí)斷頭對(duì)比