網(wǎng)格圈負(fù)壓式集聚紡集聚機理研究.pdf

1、集聚紡是近十年在傳統(tǒng)環(huán)錠紡的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的紡紗新技術(shù)。集聚紗既保持了環(huán)錠紗原有的優(yōu)點，又顯著提升了紗線質(zhì)量和檔次，特別是在紗線毛羽和強度方面，因而該技術(shù)在國內(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)對比、紗線性能測試、紡紗工藝優(yōu)化和纖維內(nèi)外轉(zhuǎn)移等方面，對集聚機理的研究則相對較少，而通過研究纖維集合體的運動學(xué)和動力學(xué)模型，深入分析纖維集合體在集聚區(qū)的集聚過程，進一步在理論上闡述纖維集合體在集聚區(qū)的集聚機理，不僅具有很好的理論意義，

2、更具有應(yīng)用價值，能夠為集聚機構(gòu)的設(shè)計與優(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)進行研究的，主要研究內(nèi)容包括以下五個方面:
　　 (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;接著通過紡紗試驗，證實該捻度確實存在且為真捻;在此基礎(chǔ)上，提出全新的“

3、半自由端加捻”模型來解釋附加捻度的形成機理;并使用非參數(shù)核密度估計的方法，考察集聚區(qū)浮游纖維的含量;再接著通過對直線形集聚斜槽的運動學(xué)分析，建立了集聚區(qū)須條的附加捻度模型;最后進行紡紗試驗，驗證模型的正確性。
　　 (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度來表征集聚效果;其次通過力學(xué)分析，建立集聚區(qū)附加捻度傳遞長度的微分方程組模型;

4、接著采用MATLAB編程，模擬計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度的關(guān)系;最后研究集聚槽槽長的理論設(shè)計依據(jù)。
　　 (3)弧線形集聚槽的理論設(shè)計與實踐
　　 首先分析直線形集聚斜槽集聚紡存在的問題;其次設(shè)計全新集聚槽形，提出以弧線形替代直線形，可以克服集聚鉗口存在紗線運動速度方向突變問題;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-庫塔方法，對模型進行數(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)壓對附加捻度的影響;最后設(shè)計加工弧線形集聚槽，進行紡紗試驗的驗證。
　　 (4)集聚區(qū)氣流場分布模型的建立與分析
　　 建立集聚區(qū)氣流場分布的計算流體動力學(xué)(CFD)模型。并采用計算流體動力學(xué)軟件FLUENT對所建立的集聚區(qū)氣流場計算模型進行數(shù)值求解，獲得了集聚區(qū)內(nèi)的氣流流動特征

6、;研究集聚區(qū)氣流場分布規(guī)律及其對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)。
　　 通過本文的建模、求解、試驗和分析，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
　　 通過高速攝

7、影和紡紗試驗證實了集聚紡紗過程中，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理。
　　 通過對須條在集聚區(qū)的運動學(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)。通過不同線密度、不同捻向的紡紗試驗，驗證了其正確性，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度對集聚效果進行了表征;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MATLAB編程計算，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對集聚區(qū)須條附加捻度傳遞長度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對集聚區(qū)須條附加捻度傳遞長度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，有待進一步研究。
　　 通過對15.3tex、9.7tex純棉集聚紗的MATLAB編程計算，得到其附加捻度傳遞長度一般在10～22mm左右，并通過試驗驗證了集聚區(qū)須條附加捻度傳遞長度模型的正確，為直線形集聚槽槽長的設(shè)計提供了理論依據(jù)。
　　 (3)弧線形集聚槽的理論設(shè)計與實踐

11、r>　　 根據(jù)直線形集聚紡紗集聚鉗口處存在紗線運動速度方向突變的問題，提出了弧線形集聚槽設(shè)計的思想。通過力學(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)。
　　 通過對該模型的數(shù)值模擬計算，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對附加捻度影響不大，其他因素的影響均較為顯著。
　　 設(shè)計加工了弧線形槽集聚管，并進行了紡紗試驗。試驗結(jié)果驗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)實踐中。
　　 (4)集聚區(qū)氣流場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一步增大，須條有向集聚槽右側(cè)靠近的趨勢，當(dāng)須條兩端受到握持作用時，這種趨勢將會使集聚須條產(chǎn)生繞自身軸線的滾動。
　　 集聚區(qū)氣流對須條施加的壓力沿集聚槽的長度方向發(fā)生一定的波動，但波動范圍并不大，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度和附加捻度的理論模型中，將氣流對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氣流對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)紗線強力