網(wǎng)格圈負(fù)壓式集聚紡集聚機(jī)理研究.pdf

1、集聚紡是近十年在傳統(tǒng)環(huán)錠紡的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的紡紗新技術(shù)。集聚紗既保持了環(huán)錠紗原有的優(yōu)點(diǎn)，又顯著提升了紗線質(zhì)量和檔次，特別是在紗線毛羽和強(qiáng)度方面，因而該技術(shù)在國(guó)內(nèi)外迅速推廣。集聚紡的前期研究基本集中在紗線結(jié)構(gòu)對(duì)比、紗線性能測(cè)試、紡紗工藝優(yōu)化和纖維內(nèi)外轉(zhuǎn)移等方面，對(duì)集聚機(jī)理的研究則相對(duì)較少，而通過(guò)研究纖維集合體的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型，深入分析纖維集合體在集聚區(qū)的集聚過(guò)程，進(jìn)一步在理論上闡述纖維集合體在集聚區(qū)的集聚機(jī)理，不僅具有很好的理論意義，

2、更具有應(yīng)用價(jià)值，能夠?yàn)榧蹤C(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供依據(jù)。
　　 本文是基于網(wǎng)格圈負(fù)壓式集聚紡紗系統(tǒng)進(jìn)行研究的，主要研究?jī)?nèi)容包括以下五個(gè)方面:
　　 (1)直線形集聚斜槽集聚區(qū)須條附加捻度的研究
　　 首先基于生產(chǎn)實(shí)踐和課題組前期研究，給定集聚區(qū)附加捻度的定義;然后通過(guò)高速攝影得到集聚紡集聚區(qū)須條的圖像，能夠表明直線形集聚斜槽集聚區(qū)須條存在卷捻現(xiàn)象;接著通過(guò)紡紗試驗(yàn)，證實(shí)該捻度確實(shí)存在且為真捻;在此基礎(chǔ)上，提出全新的“

3、半自由端加捻”模型來(lái)解釋附加捻度的形成機(jī)理;并使用非參數(shù)核密度估計(jì)的方法，考察集聚區(qū)浮游纖維的含量;再接著通過(guò)對(duì)直線形集聚斜槽的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，建立了集聚區(qū)須條的附加捻度模型;最后進(jìn)行紡紗試驗(yàn)，驗(yàn)證模型的正確性。
　　 (2)直線形集聚斜槽集聚區(qū)須條的捻回傳遞和捻度傳遞長(zhǎng)度模型的研究
　　 首先研究直線形集聚斜槽的捻回傳遞，提出采用附加捻度傳遞長(zhǎng)度來(lái)表征集聚效果;其次通過(guò)力學(xué)分析，建立集聚區(qū)附加捻度傳遞長(zhǎng)度的微分方程組模型;

4、接著采用MATLAB編程，模擬計(jì)算討論集聚須條半徑、集聚須條與網(wǎng)格圈摩擦因數(shù)、集聚管集聚區(qū)曲率半徑、集聚斜槽傾角和集聚負(fù)壓與附加捻度傳遞長(zhǎng)度的關(guān)系;最后研究集聚槽槽長(zhǎng)的理論設(shè)計(jì)依據(jù)。
　　 (3)弧線形集聚槽的理論設(shè)計(jì)與實(shí)踐
　　 首先分析直線形集聚斜槽集聚紡存在的問(wèn)題;其次設(shè)計(jì)全新集聚槽形，提出以弧線形替代直線形，可以克服集聚鉗口存在紗線運(yùn)動(dòng)速度方向突變問(wèn)題;采用力學(xué)分析方法，建立弧線形集聚槽須條的附加捻度微分方程組模

5、型;然后采用四階龍格-庫(kù)塔方法，對(duì)模型進(jìn)行數(shù)值分析，討論集聚須條半徑、集聚須條與網(wǎng)格圈摩擦因數(shù)、集聚管集聚區(qū)曲率半徑、集聚弧線槽曲率半徑和集聚負(fù)壓對(duì)附加捻度的影響;最后設(shè)計(jì)加工弧線形集聚槽，進(jìn)行紡紗試驗(yàn)的驗(yàn)證。
　　 (4)集聚區(qū)氣流場(chǎng)分布模型的建立與分析
　　 建立集聚區(qū)氣流場(chǎng)分布的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)模型。并采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件FLUENT對(duì)所建立的集聚區(qū)氣流場(chǎng)計(jì)算模型進(jìn)行數(shù)值求解，獲得了集聚區(qū)內(nèi)的氣流流動(dòng)特征

6、;研究集聚區(qū)氣流場(chǎng)分布規(guī)律及其對(duì)集聚須條作用的影響。
　　 (5)集聚紗加捻程度分析與捻系數(shù)確定
　　 從相同線密度集聚紗與環(huán)錠紗的紗線直徑存在著明顯差異的情況出發(fā)，探討集聚紗的捻回角、捻度與環(huán)錠紗存在的差異及其對(duì)成紗加捻的影響，并在此基礎(chǔ)上，提出集聚紗捻系數(shù)選擇的依據(jù)。
　　 通過(guò)本文的建模、求解、試驗(yàn)和分析，可得到以下結(jié)論:
　　 (1)直線形集聚斜槽集聚區(qū)須條附加捻度的研究
　　 通過(guò)高速攝

7、影和紡紗試驗(yàn)證實(shí)了集聚紡紗過(guò)程中，集聚區(qū)須條存在著附加捻度。提出的全新的集聚區(qū)須條半自由端加捻模型，能較好地解釋附加捻度形成的機(jī)理。
　　 通過(guò)對(duì)須條在集聚區(qū)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，得到直線形集聚槽集聚須條附加捻度的數(shù)學(xué)模型為:tw=sinβ/2πr，即附加捻度tw與集聚須條的半徑r和集聚斜槽傾角β有關(guān)。通過(guò)不同線密度、不同捻向的紡紗試驗(yàn)，驗(yàn)證了其正確性，并揭示了直線形集聚斜槽向右上傾斜的原因。
　　 研究結(jié)果還表明直線形集聚槽有

8、一定傾斜角是集聚區(qū)須條產(chǎn)生附加捻度的必要條件之一。
　　 (2)直線形集聚斜槽集聚區(qū)須條的捻回傳遞和捻度傳遞長(zhǎng)度模型的研究
　　 提出了集聚區(qū)須條附加捻度傳遞的概念，并用集聚區(qū)須條的附加捻度傳遞長(zhǎng)度對(duì)集聚效果進(jìn)行了表征;采用力學(xué)分析的方法，建立了集聚須條附加捻度傳遞長(zhǎng)度的模型，求出的解析解為:s=R/μcosβsinβ/2ln(1+NfKfGfsinβcosβtanβ/2/2r3pR)，表明了捻度傳遞長(zhǎng)度s與集聚須條半徑

9、r、集聚須條與網(wǎng)格圈的摩擦因數(shù)μ、集聚管集聚區(qū)曲率半徑R、集聚斜槽傾角β、集聚負(fù)壓p等有關(guān)，還與須條截面纖維根數(shù)Nf和纖維的扭轉(zhuǎn)剛度KfGf有關(guān)。
　　 在此基礎(chǔ)上通過(guò)MATLAB編程計(jì)算，討論了集聚須條半徑r、集聚須條與網(wǎng)格圈之間的摩擦因數(shù)μ、集聚管集聚區(qū)曲率半徑R、集聚斜槽傾角β、集聚負(fù)壓p和集聚區(qū)須條捻度傳遞長(zhǎng)度s的關(guān)系。模擬結(jié)果表明集聚管集聚區(qū)曲率半徑R對(duì)集聚區(qū)須條附加捻度傳遞長(zhǎng)度s影響不大，集聚須條半徑r、集聚須條與網(wǎng)

10、格圈之間的摩擦因數(shù)μ、集聚斜槽傾角β、集聚負(fù)壓p對(duì)集聚區(qū)須條附加捻度傳遞長(zhǎng)度s的影響均較為顯著，其中集聚須條半徑r與集聚負(fù)壓p之間還有內(nèi)在聯(lián)系，有待進(jìn)一步研究。
　　 通過(guò)對(duì)15.3tex、9.7tex純棉集聚紗的MATLAB編程計(jì)算，得到其附加捻度傳遞長(zhǎng)度一般在10～22mm左右，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了集聚區(qū)須條附加捻度傳遞長(zhǎng)度模型的正確，為直線形集聚槽槽長(zhǎng)的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。
　　 (3)弧線形集聚槽的理論設(shè)計(jì)與實(shí)踐

11、r>　　 根據(jù)直線形集聚紡紗集聚鉗口處存在紗線運(yùn)動(dòng)速度方向突變的問(wèn)題，提出了弧線形集聚槽設(shè)計(jì)的思想。通過(guò)力學(xué)分析建立了弧線形集聚槽集聚須條附加捻度的微分方程組模型，表明附加捻度tw與集聚須條半徑r、集聚須條與網(wǎng)格圈摩擦因數(shù)μ、集聚負(fù)壓p、集聚管集聚區(qū)曲率半徑R、弧線槽曲率半徑R1以及集聚管截面形狀等有關(guān)。
　　 通過(guò)對(duì)該模型的數(shù)值模擬計(jì)算，討論了須條集聚半徑r、集聚須條與網(wǎng)格圈摩擦因數(shù)μ、集聚負(fù)壓p、集聚管集聚區(qū)曲率半徑R和弧

12、線槽曲率半徑R1對(duì)附加捻度的影響。模擬結(jié)果表明集聚管集聚區(qū)曲率半徑R對(duì)附加捻度影響不大，其他因素的影響均較為顯著。
　　 設(shè)計(jì)加工了弧線形槽集聚管，并進(jìn)行了紡紗試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了附加捻度模型的正確性，表明采用弧線形集聚槽紡制的集聚紗質(zhì)量較好，完全可以應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中。
　　 (4)集聚區(qū)氣流場(chǎng)分布模型的建立與分析
　　 在集聚紡集聚區(qū)內(nèi)，氣流從四周向集聚槽匯聚，在集聚槽的左右兩側(cè)，氣流以與集聚槽邊緣相垂直的方向

13、流向集聚槽;在集聚管的上方，氣流從四周向集聚槽匯聚，越接近集聚槽，氣流速度越高。氣流的這種流動(dòng)規(guī)律使得纖維須條有可能由扁平截面收縮成圓形截面，實(shí)現(xiàn)集聚的效果。在集聚區(qū)的大部分區(qū)域內(nèi)，氣流的靜壓值較接近外界大氣壓;在集聚槽附近，氣流的靜壓值迅速降低，形成負(fù)壓區(qū)域，越接近集聚槽的中心和內(nèi)部，氣流的靜壓值越低。
　　 數(shù)值模擬結(jié)果表明，當(dāng)直線形集聚斜槽的傾角在較小范圍(0°～5.6°)內(nèi)變化時(shí)須條左右兩側(cè)受到氣流的集聚作用較為相近，使

14、集聚須條大致沿集聚槽中心線輸送;而隨著集聚槽傾角的進(jìn)一步增大，須條有向集聚槽右側(cè)靠近的趨勢(shì)，當(dāng)須條兩端受到握持作用時(shí)，這種趨勢(shì)將會(huì)使集聚須條產(chǎn)生繞自身軸線的滾動(dòng)。
　　 集聚區(qū)氣流對(duì)須條施加的壓力沿集聚槽的長(zhǎng)度方向發(fā)生一定的波動(dòng)，但波動(dòng)范圍并不大，表明在本文第四章、第五章關(guān)于集聚須條附加捻度傳遞長(zhǎng)度和附加捻度的理論模型中，將氣流對(duì)須條施加的壓力假設(shè)為常量是合理的。直線形集聚槽傾角和集聚槽形狀對(duì)氣流對(duì)須條施加的壓力的影響不顯著，而

15、集聚槽寬度的增加和集聚負(fù)壓的提高將導(dǎo)致氣流對(duì)須條施加的壓力的提高。
　　 (5)集聚紗加捻程度分析與捻系數(shù)確定
　　 集聚紗與環(huán)錠紗的結(jié)構(gòu)有所不同，其加捻程度的表征也是有區(qū)別的。環(huán)錠紗的捻系數(shù)一般不適用于集聚紗。
　　 集聚紗內(nèi)纖維排列緊密，相同線密度的集聚紗與環(huán)錠紗相比，體積密度有15～30％的增加，衡量集聚紗加捻的程度需要綜合考慮捻回角、捻度和紗線直徑的關(guān)系。
　　 集聚紗捻系數(shù)的選擇可以根據(jù)紗線強(qiáng)力