纺织工艺设计与质量控制课件 第二章 纱线不匀的分析

第二章纱线不匀分析

第一节概述（1）纱条不匀从广义上划分纱条粗细不匀、结构不匀、混合不匀、强力不匀、伸长不匀、捻度不匀和染色不匀等。粗细不匀、结构不匀及混合不匀是影响成纱质量的基本原因，其他是从属不匀；粗细不匀通常是结构和混合不匀的反映，属于最基本的不匀。对于纱条不匀的研究与控制，首先应研究与控制纱条的粗细不匀，其次是混合不匀。1纱线不匀的意义和种类（2）纱线粗细不匀的影响对纱线质量指标评定有影响恶化纱线的强力、强力不匀及捻度不匀，增加纺纱过程中的断头率。影响织造准备、织造断头以及织物的外观质量。影响劳动生产效率。2纱条粗细不匀的分类2.1按所测片段长度不同分类（1）短片段粗细不匀（2）中片段粗细不匀（3）长片段粗细不匀2.2按取样范围和方法分类（1）内不匀（2）外不匀（3）总不匀2.3按产生原因分类（1）随机不匀包括理想纱条的随机不匀和实际纱条的随机不匀（2）附加不匀包括机械不匀和牵伸不匀（3）偶发不匀CV(L)为内不匀，内不匀值随L的增加而增高，开始时快，随后逐渐减慢，在1m以上时为稳定值，接近纱条总不匀CV(∞)CB(L)为外不匀，CB(L)随L的增加而减少，L→0时，CB(L)→CV(∞)3纱条不匀与片段长度的关系可用内不匀率和外不匀率的平方之和再开方取得总不匀率值（费时）或者取较长纱段，仅测其内不匀率数值，作为总不匀率的估计值CV值，Uster一般200m以上则认为总不匀CB(L)→0的变化率→称为变异长度曲线它的斜率大小能够反映产品的不匀好坏。3纱条不匀与片段长度的关系4随机不匀（1）

理想纱条随机不匀率理想纱条理想纱条随机不匀理想纱条随机不匀的计算：由公式可以看出：纱条截面的粗细不匀率，随截面内平均纤维根数的增加而减小。如果其他条件相同，纱线线密度大，则成纱不匀率低；如果成纱线密度及其他条件相同时，纺纱用纤维越细，成纱不匀率越低。（2）

实际纱条随机不匀率（也称理想纱条的极限不匀率，为考虑了纱条中纤维状态后，可能实际达到的最低限度的不匀率）：

其中：n为纤维在截面内分布根数，Cf为纤维细度的变化。可见：纱线的极限不匀率值与纱条截面内纤维根数的平方根成反比，与（）成正比；如果其他条件相同，纱线线密度大，则成纱不匀率低；如果成纱线密度及其他条件相同时，纺纱用纤维越细，成纱不匀率越低；纤维粗细不匀越大，纱线极限不匀率指标越大。（2）实际纱条随机不匀率4纱线不匀的测试4.1测长称重法（切断称重法）不同半制品测试重量不匀率时的取样长度不同。测试条干不匀率时，可以依据需要进行取样，但是切割和称重工作量较大；因此短片段的切断称重法仅对要求准确度较高的研究工作或校正其他测定不匀率仪器的读书时才被使用。4.2目光检验法用目光检验法来评定纱线的短片段条干不匀率被列为国家标准检验项目之一。根据标样评定，可观察片段不匀的内容和性质：阴影、云斑、粗细节、竹节、毛羽。优点：能清楚地反映出纱线中不匀的具体内容和性质，有助于寻找造成不匀的原因，以便进行改进。不足：评定结果的正确性与检验人员的目光有关。4.3仪器测定法（1）Y311型条粗条干均匀度试验仪用极差系数来表示该片段长度的条干不匀率除计算条干不匀率外，还须仔细观察条干记录曲线。（2）乌斯特均匀度测试仪是应用电容原理检测纱线不匀率的一种电子仪器。可读出被测纱线条干的变异系数（或平均差不匀率）数值及细纱上粗节、细节、结粒的数值，并可画出连续的不匀率曲线图和波谱图，以提供对纱线不匀率的结构进行分析，判断周期不匀产生的原因，便于及时检查和调整纺纱工艺，修整损坏的机件。第二节纱条粗细不匀指标的分析

1纱条粗细不匀指标与表达式1.1平均差系数（H或U）

工厂用此式计算重量不匀、捻度不匀、强力不匀，如：棉卷、生条、熟条、粗细纱重量不匀。式中：d—平均差；——试样平均重量（g）；——小于值的各实验值的平均值；——小于值的实验值个数。设n段等长纱条，重量分别为X1，X2，……，Xn，则有：1.2均方差系数（条干CV值）又称乌斯特条干均匀度变异系数，可由乌斯特条干均匀度仪测试得到。计算公式如下：式中：—均方差；——试样平均重量（g）设n段等长纱条，重量分别为X1，X2，……，Xn，则有：极差系数一般当测试的试样个数较少时使用。1.3极差系数η（萨式条干不匀率）相同点：都可作为表示各种事物离散程度的特征值，在纺织上可用来表示纱条粗细的不匀程度。不同点：计算U时，只对各变量与平均值只差求和，易将变量中的特殊值掩盖起来；计算CV时，需求各变量与平均值之差的平方求和，能将这种特殊值突出表现出来，因此CV值被广泛应用；计算η时，最为简单，只求变量中的最大值与最小值之差，没考虑中间变量的变化，故当样本较大时，采用它表示纱线的离散程度就不甚精确。纱条不匀指标的比较纱条不匀指标的比较极差法只能反映片段的两个极端值的波动，平均差系数只能反映片段间的不匀率，变异系数不仅能反映片段间的不匀也能反映片段内不匀。根据国家标准的规定，目前各种纱线的条干不匀率已全部用变异系数表示。但某些半成品（纤维卷、粗纱、条子等）的不匀还有用平均差系数或极差系数来表示的。当每次试样个数较少，且重复的实验次数较多时，可采用极差系数。2U、CV和η的性质2.1U、CV和η之间的关系CV=A*U（1）η=B*CV（2）2.2乌斯特条干CV值与黑板条干的关系乌斯特条干CV值反映的是8mm长的纱线短片段之间的不匀程度，具有数字表示的精确性；黑板条干反映的条干不匀与布面反映关系密切，评定等级具有一定的逻辑性。二者成正相关关系，黑板条干水平高，条干CV值就低。第三节纱条粗细不匀的波谱分析

1波谱图分析U%和CV%值可比较和判断不同试样的纱条均匀度，但不能说明其中的结构不匀。比较纱条不匀的优劣，一看不匀率数值，二看结构不匀内容。进行图谱分析，是为了分析纱条的结构不匀内容，从而找出疵病产生原因，以便加以消除。1.1波谱图基本原理

各种纤维纱条条干不匀的变化曲线一般表现为非周期性的函数，它是由许多的随机波和周期波叠加而成；可根据福里哀级数原理，将纱条不匀看作无穷多个正弦波的合成，即将其分解成波长为0→∞的无数个正弦波，由该数个正弦波的振幅对相应的波长作图，可得到如图所示的连续曲线图，一般称为波长图或称为波谱曲线图。（1）随机不匀率根据随机不匀率可求得其理论的波谱图，如图所示：如果纤维不等长，则：1.2纱条不匀的结构（2）因纤维集结和工艺设备不完善造成的不匀率在纺纱过程中，纱线中仍有缠结纤维和棉束；纤维在纱线中也不完全伸直平行；纺纱过程中各道工序的机械状态不能十分完善；这些因素所造成的不匀率在整个波长范围均有影响，因而使得纱线不匀率在整个波长范围内增大。(3)牵伸波造成的不匀率牵伸波的定义：在牵伸过程中，由于喂入纱线本身的粗细不匀和结构不匀、牵伸装置部件不够稳定以及工艺不够合理等原因，引起纤维变速点分布的不稳定，产生各种“移距偏差”，使得纱线沿其长度方向形成粗细节，这就是牵伸波。牵伸波的特征：（1）在波谱图相应波长范围上出现一凸出的连续波，犹如“小山”（2）随着后部牵伸区牵伸倍数的增加，牵伸波波长增加，振幅下降（3）出现频率一般为非周期性的（4）机械波周期性不匀率机械波的定义：在各道加工机器上常有周期性运动的部件缺陷，主要是牵伸部件或传动齿轮状态不良，如罗拉、胶辊偏心、牵伸齿轮磨损或齿缺等，使纱条产生明显的周期性粗细变化，称为机械波机械波的特征（1）在波谱图上表现为某一波长处的波幅突然升高，犹如“烟囱”，每个烟囱集中反映在一个或最多两个频道上（2）频率一般为周期性的1.3波谱图的评价方法

1.3.1实际波谱图与经不匀指数I值修正的理想波谱图对比法I值越大，修正后的波谱图曲线越低，阴影部分面积越大，说明实际波谱图恶化越严重。

1.3.2实际波谱图与无纱疵正常波谱图对比法（1）首先根据纤维平均长度数值，定出实际波谱图最高振幅处波长λ值；式中：—纤维平均长度（mm）；C—一般纯棉细纱，当纤维长度为重量加权平均长度时系数取3，当纤维长度为品质长度时系数取2.5；化纤细纱系数取2.8；转杯纺细纱由于纱内纤维伸直度差，系数取2.5；粗纱条系数取3.5，条子系数取4。（2）确定无纱疵正常波谱图波幅最高点；（3）画出无纱疵正常波谱图左右两侧其余部分。1.3.2实际波谱图与无纱疵正常波谱图对比法1.3.3机械波与牵伸波的高度对产品外观的影响HA1≥1/2*HB1或者HA2≥1/5*HB2应该分析机械波或者牵伸波的产生原因，并加以消除。分析条干曲线的方法有两种2.1根据条干曲线的波形特征，判断发生条干不匀的机件部位；2.2根据条干曲线的波长，判断发生不匀的机件部位。

2利用Y311型条粗条干曲线分析棉条条干不匀

2利用Y311型条粗条干曲线分析棉条条干不匀2.2根据条干曲线的波长，判断发生不匀的机件部位（1）罗拉、胶辊疵病形成的周期波波长

——有疵病的罗拉、胶辊形成的周期波波长，cm；d——有疵病的罗拉、胶辊的直径，cm；E——疵病部件至输出件之间的牵伸倍数。（2）牵伸齿轮疵病形成的周期波波长（3）条干曲线上反映的周期波平均波长式中：—条干曲线上反映的周期波平均波长，cm；L—条干曲线上n个周期波的长度；n—周期波的个数；P—试样速度与条干曲线记录纸速度的比，一般有两种速比，即12:1和10:1。例题采用Y311型条粗条干均匀度仪测得A272F型并条机棉条条干不匀曲线，发现有规律性的不匀。试样速度与记录纸速度的比为10:1，试分析规律性条干不匀产生的机件部位。3利用乌斯特波谱图分析棉条、粗纱、细纱不匀在实际生产中，为了又快又准地分析纱条不匀波谱图，大都采用正常波谱图和实测波谱图进行对比，这样有助于对所测纱条波谱图进行正确判断3.1波谱图疵病分析程序3.2找寻波谱疵病原因的方法3.2.1一般机械波分析3.2.1.1计算法适用情况事先估计到机械缺陷所在部位了解缺陷所在机器的机械传动图、各列罗拉直径以及牵伸倍数等工艺参数注意事项计算的针对性强能计算出理论波长的部件主要是回转件计算出的机械波波长与波谱图上纱条的实际机械波波长一般存在一定的差异。1.3.2.1计算法①罗拉、胶辊疵病形成的周期波波长例1：某细纱机纺出的细纱，在波谱图上有一波长为7.9cm的烟囱波，已知该细纱机前上罗拉直径为28mm，前下罗拉直径为25mm，试分析该机械波产生的原因？例2：某并条，其条干不匀波谱图给出机械不匀波长为0.56m，已知并条机前伸倍数E前=4倍，E中=1.4倍，E后=2倍，罗拉直径均为32mm，试分析该机械波产生的原因？习题：②牵伸齿轮疵病形成的周期波波长③牵伸齿轮啮合过紧或啮合轴线不平行，胶圈张力过紧等易产生罗拉扭振而导致隐波，其波长计算如下：隐波（也称潜在不匀）的定义④牵伸装置中下罗拉沟槽不良会使纱条被牵引时发生顿跳现象，使纤维按沟槽的宽度产生周期性的积累，这种情况一般不易察觉。当纤维拥积集束现象比较严重时，也只能形成隐性的周期不匀。但这种纱条在经下一次牵伸作用时，由于这种纤维集束不易被牵伸作用解开，因而会在纱条上产生显著的周期不匀。下罗拉沟槽不良产生的隐波波长如下：例：FA311型并条机加工棉条时，所有同机型的熟条其波谱图上在1cm处都出现机械波。试分析产生机械波的原因。3.2.1.2测速法假定某一部件有缺陷而产生周期性不匀，且该部件每回转一周出现一个周期波。则当机台的单位时间输出线速度为V，并同时带有n个周期波不匀，则，可得有缺陷部件单位时间的回转数如下：n—有缺陷部件的转速，r/min;V—机台的输出速度，m/min;—波谱图上的周期波波长，m。注意：对于具有较深罗拉沟槽机件的某些机台，应对上式加以修正，修正值应根据罗拉沟槽的大小而定，一般在测定速度的基础上增加15%左右。例题例：FA221B型梳棉机的生条波谱图上所显示的不匀波长为3.94m，梳棉机出条速度为160m/min，道夫直径d为70cm，道夫至输出小压辊间的牵伸倍数E为1.79倍。试分析产生机械波的原因。故障部件每转1周产生K次不匀时，则，因此可能有缺陷部件单位时间的回转数n计算如下：3.2.1.2测速法例：A186F型梳棉机生条波谱图上，在1.8m处出现一个大“烟囱”的机械波。该机出条速度为86m/min,道夫转速为24r/min,试分析产生机械波的原因。n—有缺陷部件的转速，r/min;V—机台的输出速度，m/min;—波谱图上的周期波波长，m。3.2.1.3波谱图中具有多处机械波分析在牵伸过程中，偏心罗拉转一转，纤维条将出现一个粗节和一个细节；椭圆罗拉转一转，纤维条将出现两个粗节和两个细节，不匀周期比罗拉偏心减小一倍。如果纤维条经过既偏心又椭圆的罗拉牵伸，则纤维条截面粗细变化是以上两个不匀波的叠加，且是非正弦的周期性不匀。在波谱图上，通常纱条上每个非正弦的周期不匀波，除包含波长为λ的基本波外，还包含波长为λ/2、λ/3、λ/4、…等一串主波长λ的谐波。一般谐波具有以下特点：（1）谐波的波长和主波长（基波）互成倍数关系；（2）这些和主波长互成倍数的谐波成因是来自于相同的机械部位。以下为5种常见疵点形式的机械波特征及主要产生原因（1）正弦波波谱图上只有一个基波产生原因：罗拉与胶辊偏心或椭圆、牵伸齿轮箱中齿轮偏心或磨灭、梳棉机或梳毛机的回转机件偏心、细纱机或牵伸加捻机的锭子回转不平衡等。（2）三角形波波谱图上有基波和谐波，谐波是基波的奇数倍（λ/3、λ/5、λ/7……），并且振幅衰减很快。产生原因：合成纤维工业中，纺丝筒子在卷绕过程中张力不匀、牵伸元件在传动中跳动或沾污等。（3）锯齿形波波谱图上有基波和谐波，谐波有奇次波（λ/3、λ/5、λ/7……），也有偶次波（λ/2、λ/4、λ/6……），并且振幅下降较缓慢。产生原因：合成纤维工业中，纺丝筒子在卷绕过程中的反向跳动，牵伸箱传动中沾污、牵伸加捻机钢领板升降时张力不匀和梳毛机分条皮带在运转时偏离相互平行状态等。（4）双向脉冲波波谱图上有基波和谐波，谐波有奇次波（λ/3、λ/5、λ/7……），也有偶次波（λ/2、λ/4、λ/6……），并且谐波的振幅有时比基波高。产生原因：转杯纺纱机中转杯集聚脏物、传动皮带或胶圈搭接不良和纺丝筒管反向机构在反向点处跳动等。（5）单向脉冲波波谱图上有基波和谐波，谐波有奇次波（λ/3、λ/5、λ/7……），也有偶次波（λ/2、λ/4、λ/6……），但下降幅度缓慢。产生原因：细纱机胶圈搭接不良、传动皮带损伤、梳理机针布损坏和精梳机棉网搭接不良等。牵伸波分析思路：（1）首先确定反映在波谱图上的牵伸波的平均波长；（2）然后计算须条经过某牵伸区造成的牵伸波的平均波长；（3）若该牵伸区所产生的牵伸波平均波长与波谱图上牵伸波的平均波长相一致时，即可在紧接输出点前的牵伸区中寻找毛病。3.2.2牵伸波分析3.2.2牵伸波分析纤维条通过某一牵伸区后，由该牵伸区造成的牵伸波的平均波长与纤维平均长度应满足的关系式为：式中：—由给定牵伸区直接输出纱条的平均波长。—纤维平均长度或品质长度。C—根据被测对象所定的系数，环锭纺纱，加工天然纤维时，当为纤维重量加权平均长度时C取3，当为品质长度时C取2.5；化纤及化纤混纺环锭细纱C取2.8；转杯纺细纱由于纱内纤维伸直度差，C取2.5；粗纱条C取3.5，条子C取4。如在产生严重牵伸波的后面工序还有一个或多个牵伸区，则波谱图上的凸出山峰形部分的平均波长也相应要按照牵伸倍数增加，即凸出部分按牵伸倍数在波谱图上作相应的右移。此时的平均波长如下：3.2.2牵伸波分析式中：—被测试样牵伸波平均波长；E—造成严重牵伸波的牵伸区至输出点间的总牵伸倍数；—工艺不良的牵伸区所直接产生的牵伸波波长。例7：一普梳棉纤维粗纱，在不匀波谱图上表现较大的隆起牵伸波，其平均波长λ牵2约为31.8cm，λ牵1约在6cm处，已知粗纱机总牵伸倍数为9倍，其中前牵伸倍数为5倍，后牵伸倍数为1.8倍，试确定发生该牵伸波的牵伸区？例8：一普梳棉纱其牵伸波平均波长为1.65m，已知纤维平均长度为22mm，细纱总牵伸倍数为25倍，试分析该疵病发生在哪个部位？例9：环锭纺纯涤细纱在波谱图的8.8cm和2.64m处均出现机械波，并在2.4m处出现牵伸波，已知纤维平均长度为32mm，纺制该细纱粗纱机、细纱机的罗拉和胶辊均为28mm，其他工艺条件如图3-18所示，试分析产生以上各疵病的原因？习题某厂HY491型粗纱机加工纯棉普梳产品，粗纱机波谱图上有一个牵伸波，平均波长为42cm。粗纱机总牵伸倍数6.8倍，前区牵伸倍数为5.5倍。棉纤维平均长度约为2.2cm，试分析产生牵伸波的位置？3.3进行波谱分析时应注意的问题（1）在一个波谱图上在长短波段同时出现特征波峰时，应从最短的波长开始分析。（2）如果在波谱图上前四个最大波长的频道上出现机械波或牵伸波时，应加大试验量后再次试验。（3）当试样的长度为某一特征峰波长的50倍时，才具有分析价值。（4）在纺纱加工过程中，一般牵伸机构造成产品不匀的可能性是主动部件大于被动部件，高速部件大于低速部件。（5）当机械波的位置骑跨在两个频道之间时，应将两个频道特征峰高度叠加后，再与正常波高度比较。（6）要正确认识牵伸波与机械波机械波和牵伸波有可能叠加在一起。对于波谱图上山包状的波形，除了从改进牵伸工艺加以解决，还常常需要从机械上寻找原因。（7）对多柱机械波应考虑谐波因素一般谐波在基波左侧，波长短于基波。分析时，应剔除谐波，只解决基波。3.3进行波谱分析时应注意的问题（8）对于疑难波可考虑隐波的因素隐波大多是因为牵伸齿轮啮合过紧或啮合齿轮轴线不平行、齿轮磨灭等，使齿轮回转中逐齿打顿，致使罗拉有规律抖动、振动及扭振而形成。（9）结合不匀率曲线进行波谱分析对于波长较长的不匀，可借助纱条不匀曲线图分析。对于纱条疵病在纱条不匀曲线图中已有强烈反映的，可利用纱条不匀曲线图直接分析判断。3.3进行波谱分析时应注意的问题4纱线粗细不匀的变异-长度曲线分析4.1变异-长度曲线的定义及分析意义4.1.1定义4.1.2分析意义可获得成纱生产过程中的全貌可很容易从变异-长度曲线上直接比较两种不同纺纱工艺效果对分析纱线不匀的长、短片段之间的关系以及分析前后纺工序之间的关系更为合适。CV(L)为内不匀，内不匀值随L的增加而增高，开始时快，随后逐渐减慢，在1m以上时为稳定值，接近纱条总