CN1008995B - 纱线卷绕工艺 - Google Patents

Abstract

纱线卷绕工艺，尤其是把化纤长丝卷绕成圆柱形交叉筒子的卷绕工艺，其中，横动速度随筒子转数的减少仅在一定界限内成比例地减慢，在达到了给定的下限后又回复到给定上限值(分段精密卷绕)。分段精密卷绕特别能避免产生叠绕，但另一方面此种卷绕的电子和机械设备费用很高。由于这个原因，在筒子行程开始时先采用无规卷绕法，然后转为分段精密卷绕。在横动速度中值增大的区域里最好也采用无规卷绕。

Description

本发明涉及一种纱线卷绕工艺，尤其是把新纺制或拉伸的化纤长丝以分段精密卷绕的方式，卷绕成圆柱形筒子的卷绕工艺。

所设的前题是纱线以匀速运行，从而使筒子以相当稳定的圆周速动传动。

从日本专利50-65628已知这种分段精密卷绕的工艺。此种工艺中规定确定转换时间点时要使卷绕张力保持在一定的范围内。因为筒子的直径增大得很快，所以在卷绕开始时，横动速度很快地随锭子转数成比例地下降。其结果是转换时间点彼此离得很近;在转换时间点，横动速度从下限值又转换到其上限值。

这同样也适合于在欧洲专利中请86103045.0（相应美国专利No.838，390）中所介绍的情况。在此工艺中规定，横动速度在给定的上限和下限之间、在循环的一个返回序列中，首先随锭子转数成比例地下降，然后在达到了给定的、较小的卷绕比之后又重新提高，同时，在卷绕行程中，上限和下限同样地减小或增大。

本工艺还确定，在筒子行程的所有区域内，即横动速度的上限和下限不断提高的行程区域内，要求横动速度很紧密地一个接一个地转换。如果横动速度的上限和下限在卷绕行程开始时同时被提高，则转换动作前后跟得更紧、更频繁。如果必须采用分段精密卷绕，而且要在分段精密卷绕中保住交叉比（锭子转数/往复横动频率）的足够精度，以产生良好的筒子成形，那就要求横动速度能够很快地进行转换，这样，必然会大大提高电子设备的费用。

在本专利申请中，用单位时间的横动速度循环数来表示横动频率和双动程数。一个往复运动组成一个横动循环。

本发明的任务是在保证筒子成形良好的前题下，用降低线路费用，尤其是降低电子设备费用的方法来改善化纤长丝的卷绕工艺。

分段精密卷绕的工艺已知于美国专利US-PS4，049，211以及日本的OS50-65628），适于防止带状重叠卷绕。其前题条件是精确保持住已计算好的交叉比。为了降低精度要求，已经建议，对设定的卷绕比，进行调制宽度小于±0.1的循环调制（EP86102619.3＝Bag.1452）。根据本发明，本工艺的目标除了减少电子设备费用外，还想为这个已知的工艺提供另一种精度要求较低的方法。

为达到上述目的所采取的措施是：在筒子直径增大得很快的情况下下，为了保持交叉比而对调节精度要求特别高的卷绕行程区域，用无规卷绕法进行卷绕，其他区域则用分段精密卷绕法卷绕。

在本工艺中还考虑到了这么一种情况：卷绕行程开始阶段，必须迅速地进行所要求的横动速度转换，由于惯性和振动效应的关系，只有以很大的能量来改变横动速度才能精确地、跳跃式地调整已变化了的交叉比。日本的专利文件47～49780公布了一种方法：即卷绕行程开始时先运用无规卷绕，紧接着采用精密卷绕。这样就能在卷绕行程开始时降低横动速度。在本发明中，横动速度的降低运用分段精密卷绕来实现，而在对频繁转换的精度要求很高的区域，则采用无规卷绕以避免分段精密卷绕时，所需要的那种横动速度的转换。

根据本发明，卷绕行程开始时采用无规卷绕，在其余的卷绕行程阶段则运用分段精密卷绕。如果在卷绕行程开始时还一起提高横动速度，则更有益处。

本发明认为：纱线卷绕在直径比较小的筒子上或在横动速度变化的 情况下所产生的带状重叠问题，能运用无规卷绕工艺以令人满意的方法、花费很低的费用得到解决。可以在无规卷绕的卷绕行程区域内使横动速度保持稳定。如果在筒子直径迅速增大时（如纱线纤度粗、纱线速度高），能很快通过带状重叠，这是完全可能的。这里把一定时间内不要求保持固定交叉比（锭子转数/横动频率;卷绕比）和横动速度不随锭速而变化的各种卷绕和横动方法称为无规卷绕工艺（randomwinding）（随机卷绕）。

只是在卷绕行程的其余区域内，纱线的分布采用所谓分段精密卷绕（stepped    precision    winding）。采用分段精密卷绕时先确定横动速度的上限和下限。二者的差大约是上限的4%。然后横动速度首先随锭子转数成比例地下降，使设定的交叉比（卷绕比）保持稳定。在达到下限或即将达到下限之前，横动速度呈阶跃式上升到接近上限值或上升到上限值，从该值又产生一下降了的、事先已算好的交叉比。接下来又是横动速度与锭子转数成比例地下降。分段精密卷绕工艺不仅使用于中值横动速度稳定的区域内，而且应用于中值横动速度下降的区域内。

在无规卷绕区域内，可用摆频的方法在横动速度上叠加上一个摆频进行防叠干扰。在加摆频时，横动速度以大约为中值的2%的振幅进行变化。这种防止带状重叠干扰卷绕的工艺已在DE-OS2855616中介绍。

也可采用其它方法进行防重叠干扰，这种方法是：当横动速度靠近带状重叠时，瞬间从其基值以阶跃式跳到比它高4%的值，接着又以阶跃式回到其基值。在EP-OS83102811中对此方法已有介绍。

在本发明中也对此情况作了考虑，即不使卷绕张力达到不允许的值，尤其不使张力以不允许的方式变化。同时特别注意了纱线张力必须 在设定的极限值内，并在卷绕过程中保持不变。本发明还进一步建议，在底层卷绕时，筒子圆周速度随横动速度提高而减速，使作为圆周速度和横动速度的几何和的纱线卷绕速度基本保持稳定。

本发明工艺还有一个优点：如果由于卷绕行程伸长而需大大提高横动速度的中值，也能进行分段精密卷绕。

在卷绕行程开始时尤其要求，为改进筒子成形，应该卷绕具有厚的卷绕层厚（筒子外直径减筒管直径）的结实的筒子，以避免直接卷绕在筒管上的筒子内层纵向滑向筒子中部;卷绕时长度应当短于筒子的其他层，以防止在筒子的前三分之一处出现凸起情况和防止在筒子卷绕开始就产生脱边现象（纱段从端边滑落，内层受到过渡张力）。

下面将结合实施例介绍本发明。

图1剖面图

图2卷绕机的前视图，部分为示意图;

图3至图9无规卷绕时的横动速度图;

图10底层层厚随筒管直径变化的曲线;

图11筒管直径上理论斜坡角的曲线图;

图12交叉筒子侧视图（理论上的）。

一直沿着方向（2）运行的纱线（3）经过导丝辊（28）和（30）而被传送。这两个导丝辊由电动机29和31以不同的转数传动。决定导丝辊28和30转数的电能由变频器32和33提供。由于导丝辊28和30的转数不同，纱绕在他们中间被拉伸，然后以匀速被固定导纱器1，接着由横动装置4所传导筒锭5可自由旋转。在筒锭5上装套着一个空筒管（10）。匀速运动的纱线，例如刚刚纺出的新纱和/或拉伸过的化纤长丝，在此空筒管10上卷绕成交叉筒子6。

卷绕开始时的空筒管10及之后形成的筒子6由传动辊21（在图2中看不见）顶压其圆周用匀速圆周速度传动。纱线3通过下面将作详 细介绍的横动装置4在交叉卷绕筒子上交叉卷绕。横动装置4和传动辊21同装在一个滑架22上。该滑架可上下升动（见箭头），从而使传动辊能够配合不断增大的筒子直径（即随筒子直径的增大而后退）。

纱线3从横动装置4中出来以牵引长度L₁卷绕在辊11上，绕过此辊后又以牵引长度L₂呈切线式卷绕在筒子上。根据本发明，牵引长度L₁和L₂的作用在于，在卷绕底层时，通过提高横动速度使筒子，也即纱管上纱线的卷绕分布长度，由HB缩短到H（均见图12）。

横动装置4是由一个翼形往复装置和一个纱线运动时启动的辊11组成的，并有它自己的一个传动机构。翼形往复装置和辊11是一起被拖动的（没有图示）。辊也可以与传动辊21一起拖动，所示横动装置的特殊优点在于，筒子上的纱线分布角在一定范围内可以改变，因为横动速度可不依赖筒子速度而自行调节。更特殊的是，还有这么一种可能性：为避免出现带状重叠，可使横动速度不断地围绕中值摆动，或者在面临带状重叠危险时让其在两个相临近的数值间转换，或者与筒子转数成比例地进行随机变化。

翼形往复装置拥有转子12和转子13。这两个转子可同心或偏心组成，通过一个下面要讲述的传动装置和位于传动箱20内的齿轮相互反向传动。转子12有两个、三个或四个控制臂8，这些控制臂在旋转面I中转动（箭头18）。转子13有同样数目的控制臂7，它们旋转在紧邻的旋转面Ⅱ中（箭头17）。控制臂沿着导尺9引导纱线。每个控制臂8把纱线向右传送（见图2）并在导轨尾部把纱线交给控制臂7，控制臂7又把纱线以相反方向传送到导轨的另一个尾部，控制臂8之一又从这里向回传送。

进一步的详细情况请见下列有关的专利申请：EP84100433.6和EP84100848.5以及DE-OS-3404303.9。

横动装置4由异步电动机14传动。传动辊21则由同步电动机20 以基本匀速的圆周速度传动。对此我们还将作详细分析。三相交流电动机14和20通过变频器15和16获得电能。拖动筒子的同步电动机20同变频器16相连接。该变频器提供可调频率f₂。变频器15同计算机23相连接且拖动异步电动机14工作。计算机23的输出信号24取决于输入信号。用程序器19输入。程序器可编制下列程序：横动速度曲线，即输入整个卷绕过程的控制频率f₃。倘使进行防叠（防带状）干扰，则要输入横动速度中值，此外还输入周期偏离给定中值的频率、振幅以及形状。另一个方案是，可输入卷绕比以代替用周期变化的横动频率进行防叠干扰。这里首先涉及到的是所谓整数的卷绕比（锭子转数/横动频率）或者带小分母的卷绕比（1/2，1/3，1/4……）。要避免这些临界卷绕比，可在达到临界卷绕比之前的瞬间使横动速度从基值呈跳跃式提高，以便越过临界卷绕比。

此外，还可以将筒子的圆周速度曲线或者-如这里所示-导丝辊28和30的速度编入程序。其前题，在横动速度提高时也会出现纱线拉力的增大，纱线是用该拉力卷绕到筒子上去的。因此有可能会出现纱线拉力损坏纱线质量和/或交叉筒子质量的情况。为避免这样的损坏，本发明建议，起码导丝辊30的速度要适应横动速度的变化。同时，可以相应地提高导丝辊28的速度，以使导丝辊28和30之间速度比保持稳定，从而使导丝辊28和30之间的纱线拉伸保持不变。也可将导丝辊30以及在必要时也将导丝辊28的转数曲线输进程序器19，并利用此转数曲线经计算机的输出信号来控制变频器33和变频器32，导丝辊30以及导丝辊28的转数提高，以避免纱线张力增大。

计算机23的主要任务是进行横动速度设计值的计算。详见欧洲专利申请86103045。

计算机借助于程序存储器以及程序发生器19包含有给定横动速度曲线和给定的横动速度的上限和下限以及已算好的卷绕比，计算机再从 这理想的卷绕比和横动速度的初始值算出理想的锭子转数。这个“理想”的锭子转数值要同用测量传感器38测出的随机锭子转数进行比较。如果已通过程序的上升的横动速度区域，而且计算机确定，横动速度位于横动速度的上限和下限之间;先储存好的理想卷绕比也已存在以及锭子转数也已达到事先计算出的值，则分段精密卷绕开始。计算机把通过程序发生器19所设定的横动速度的初始值，作为输出信号24，即变频器15的设定值。在进一步的卷绕行程中，计算机不断减小这个设定值，其减少情况同连续测量出的锭子转数成比例，该锭子转数在匀速筒子圆周运动速度条件下会随着筒子直径的增大呈双曲线式减少。设定的“理想”卷绕比在精确卷绕过程中保持稳定。一旦计算机确定随机测得的锭子转数同下一个由“理想”的设定卷绕比求出的“理想”锭子转数相一致，则作为输出信号24又会把横动速度的输出值设定为设定值。接着，又是一段新的精密卷绕。由此得出，在所描述的实施例中，横动速度的上限值在卷绕过程中是一个固定值。如果该值与随机锭子转数的关系应是一预先计算过的理想卷绕比，那么这个值要不断调整。相反，横动速度的下限值仅是个计算的数值，它只表示横动速度的最大允许下降值，而这个最大下降值实际上很少出现或根本不可能发生，只是在计算上限值时起作用。

要提请注意的是，该工艺也可反过来控制。可以把横动速度的下限值作为实际的经常重新用到的极限值。于是上限值就表示横动速度的向上的最大允许跳跃值。但是，如果这个上限值实际上只有在与瞬时锭子转数相较偶然具有一个理想的、事先计算好的值的例外情况下使用。

在这台卷绕机的运行中，根据图3或图4、图5的曲线图，将横动规律编入了程序。

在图3、4和5的曲线中，横坐标（设筒管直径以100毫米为起点）表示筒子层厚S。纵坐标表示横动速度同筒子圆周速度的比，前题 假设是筒子圆周速度基本稳定。换句话说，纵坐标表示了分布角的切线，这在德国工业标准里也有。

图3曲线指出，在卷绕行程开始时，即当筒管直径为100毫米时，先设定一个匀速横动速度，其平均交叉角是5°。根据已知的方法，可在此横动速度上叠加一防带状重叠干扰，致使横动速度的中值保持稳定。

这个稳定的横动速度一直保持到预先确定的、第一个理想的卷绕比达到为止。此时，筒子的厚度达到了直径不再随机发生大的变化的厚度。在达到此理想的卷绕比之后，横动速度随正在下降的锭子转数或比例地下降，直到横动速度接近其下限值UGC为止。从现在起，横动速度又迅速提高（如前述）大约到达它的上限值OGC，从而使下一个已编入程序的理想卷绕比得以调整。这下一个卷绕比保持稳定，因为此时横动速度又与锭子转数或比例地同时下降，直至它达到下限值UGC为止。

现在，开始进行分段精密卷绕。这里只有当锭子转数仍在慢慢下降时，分段精密卷绕才开始。其后果是，在分段精密卷绕的每一阶段横动速还在慢慢下降，致使每个阶段，即在横动速度的上限值OGC和下限值UGC之间，提供足够长的时间，使卷绕机和电子控制能进入稳定运行。

在根据图4曲线图所示的方法中，卷绕行程开始时，即筒管直径为100时的横动速度以及纵坐标上的系数是相当低的，以致所得到的中等交叉角大约为5°。在相当小的、厚度为SB的底层范围内，横动速度不断提高，直至中等分布角至少增大3°为止。当层厚为SB的底层卷绕结束后横动速度则达到了界于上限值OGC和下限值UGC之间的区域。

准确地说，在根据图4已编入程序的横动速度曲线上，不断上升的 横动速度在底层SB卷绕完成之后达到了横动速度的上限值OGC。紧接着横动程序转换到分段精密卷绕。所以从此时起横动速度同锭子转数一起或比例地减速直到进入横动速度的下限值区域UGC。然后，横动速度又以阶跃式提高到上限值区域。如此等等。

在图6所示改进了的横动程序中，当计算机确定，上升的横动速度在底层卷绕时已达到了一个卷绕比，即达到了第一个已编入程序的、理想的分段精密卷绕的卷绕比时，则进行转换。

在图7所示改进了的横动程序中，上升的横动速度达到了横动速度的下限UGC后，转换到分段精密卷绕。在此情况下，一旦从上限与锭子转数的关系得出分段精密卷绕的第一个理想卷绕比时，则横动速度以跳跃式提高到横动速度上限区域，然后是横动速度同锭子转数成比例下降，从而按第一个已编入程序的分段精密卷绕的卷绕比运行。

图8表明，在底层SB卷绕时，也可以用周期性（或非周期性）改变横动速度的方法进行带状防叠干扰。横动速度的中值MWC如前面对卷绕底层所描写的那样不断升高。横动速度的实际值以中值MWC±1%的振幅波动。如现有技术中所介绍的，用这种方法能够避免带状重叠现象。

图9介绍了另一种避免底层SB卷绕时出现带状重叠的工艺。在图9的曲线中，画出了带状重叠12和11。在横动速度的这个区域里，锭子转数与横动频率之比得出的卷绕比正好等于整数12及11。在此工艺中，横动速度的基值上升了，如前对横动速度的介绍所述。一旦不断上升的横动速度的基值接近带状重叠区域，则横动速度便以跳跃式提高。该提高值一直保持到带状重叠形成的危险消除后才回返。在图9中用横动速度的基值BC表示底层卷绕的卷绕层SB上的上升的直线。在带状重叠区域12和11内横动速度短暂提高，接着返到同时提高了的横动速度基值BC上。

图6至9中采用了图4中纵坐标、横坐标的放大比例。

卷绕行程开始时，当以层厚SB为15毫米进行底层卷绕时，图5曲线采用了上升的横动速度。至此，该方法同图4中的曲线相一致。当达到了厚度SB后，横动速度就不再继续上升。它一直保持稳定，直到层厚达到50毫米。可以清楚地看到，无规卷绕有两个阶段，第一阶段时横动速度提高，另一阶段横动速度则保持稳定。在这两个阶段中，可运用通用的防叠干扰进行叠加。当层厚达到50毫米后，也就是说，横动速度达到了一个给定的、第一理想的卷绕比（卷绕比＝锭子转数/横动频率）后，位于分段精密卷绕第一阶段的横动速度则与锭子转数成比例地降低。从这里起开始了分段精密卷绕。

在根据图3、图4的工艺方法进行分段精密卷绕时，横动速度的上限和下限之间的距离（阶跃高度）保持不变。

到目前为止所介绍的所有工艺中，卷绕行程区域内的阶跃高度均可扩大或缩小。

加大阶跃高度的优点是，能使转换的时间间距变大。因此，在卷绕行程开始时，即分段精密卷绕时，应采用加大的阶跃高度。然后便可以连续不断地缩小阶跃高度，因为换向次数也在减少。图5说明的就是这些内容。

在采用图5所示的工艺中，在分段精密卷绕开始的时刻，阶跃高度下降，方法是先让横动速度的上限值上升，然后再降到稳定值。

图4和图5含有导丝辊速度VG的曲线图，用起始值的百分比表示。从此曲线图中可以得知，在底层卷绕过程中圆周速度的起始值上升约1%，以平衡不允许的纱线张力变化，并在理想的情况下使卷绕速度保持稳定。

在最后描叙的图4、图5工艺中，横动速度在卷绕行程开始时增加， 就在此增加的时刻，底层厚度受到限制。

图10表示筒管直径和生产的底层厚度之间的关系。底层卷绕时，横动速度线性增高。纵坐标上标的是筒管直径，横坐标上标的是底层厚度。从中可得出，底层厚度同筒管直径成反比。实践证明，只要保持上述的依赖关系，就可实现好的、稳定的和无脱边的筒子成形。

从图7的曲线中得知，若筒管外径为100毫米，则底层厚度SB应介于14和16毫米之间，此时横动速度应达到最大中值即最大极限值。

就其它筒管直径而言，底层厚度取决于筒管半径，其公式如下：

S＝A（100-r）/100，式中r表示筒管半径，单位毫米米。A代表24和34之间的一个数值。

系数A与纱线卷绕时的纱线张力有关。在本范围内，要通过实验求出A。卷绕张力愈高，系数A则愈低。

可以通过下列措施减少脱边：把起始横动速度的中值及极限值选得很小，使筒管上纱线的分布角不大于5°。另一方面，在横动速度最高时分布角不超过10°。

图11表示底层理论斜坡角alpha和筒管直径之间的关系。为生产直端边的筒子，从理论上讲，如果筒管较小，则筒管上卷绕的端边应较陡些。理论角alpha应大于在大直径筒管上卷绕底层时的角。为控制斜坡角就要选择最大横动速度和最小横动速度的差，而最大和最小分布角之差起码是3°。

图12表示根据本发明绘出的交叉筒子6的理论侧视图，这个交叉卷绕筒子绕在筒管10上，其半径为r，直径为d，总层厚为s。该交叉筒子是圆柱形，实际上有基本上直的端边，位于一个垂直平面上。在层厚为SB的底层区域内，筒子的端边理论上呈倾斜状，其理论斜坡角为alpha。

筒子最外层交叉卷绕的纱圈明显地显示出了每根纱与在垂直于筒子的平面内之切线所构成的分布角。实际上，底层起到筒子边侧的支撑作用。借助此支撑可避免筒子端边产生凸起或脱边。

从理论上说，底层的锥形角alpha介于65°和80°之间，要达到这点，首先要在底层卷绕过程中慢慢地提高横动速度-从最小的分布角出发一，直到达到最大分布角;如前所述，而且最小分布角和最大分布角之差至少为3°。这里，分布角是根据DIN德国工业标准61800定义（纱线和切线间的角度）。

这并不意味着，筒子真有一个锥形即斜形的端边。底层上的锥角是纯理论上的，它只表明，如果改变横动速度也会导致横动动程以层厚的15%直至45%的系数变化。这个系数用B表示，称为斜坡系数。这里，斜坡系数B是指理论斜坡角的正切的倒数值。B＝一边的动程减少/层厚。

Claims (15)

1、纱线卷绕工艺，尤其是新纺纱线和/或拉伸的化纤长丝用分段精密卷绕法卷绕成圆柱形筒子的工艺方法，卷绕时，横动速度在给定的上限和给定的下限之间并在精密卷绕的多个阶段，随锭子转数成比例地减小，然后又重新上升以便达到给定的、较小的卷绕比(锭子转数/双动程数)。

其特征为：

在卷绕行程开始时采用无规卷绕法，紧接着转到分段精密卷绕。

2、根据权利要求1的工艺，其特征为：

进行无规卷绕时，横动速度保持不变。

3、根据权利要求1的工艺，其特征为：

在采用无规卷绕法时，横动速度提高，转到精密卷绕之后则横动速度在给定的上限和下限之间、在精密卷绕的多个阶段，随锭子转数或比例地减小，然后又重新上升，以达到给定的、较小的卷绕比（锭子转数/双动程数），同时，卷绕行程的这个部分内的上、下限保持稳定或相应减小。

4、根据权利要求3的工艺，其特征为：

当达到了横动速度最大值后，在卷绕行程的部分区域内，无规卷绕基本上以最大值继续进行。

5、根据权利要求1的工艺，其特征为：

在无规卷绕时，用摆频进行防带状重叠干扰，此时，横动速度的有效值以周期性或非周期性、以稳定的或非稳定的振幅围绕中值上下摆动。

6、根据权利要求3或4的工艺，其特征为：

在无规卷绕时，当上值以及下值接近带状重叠区域时，有效横动速度跳跃式地在上值（在中值以上）和下值（在中值以下）之间转换。

7、根据权利要求1的工艺，其特征为：

分段精密卷绕的上限和下限是稳定的。

8、根据权利要求1的工艺，其特征为：

分段精密卷绕的上限下限按给定的规律变化。

9、根据权利要求8的工艺，其特征为：

在分段精密卷绕中横动速度的上限和下限相互平行地变化。

10、根据权利要求3的工艺，其特征为：

在底层卷绕过程中，筒子的圆周速度应随横动速度的上升而下降，要使作为圆周速度和横动速度的几何和的纱线卷绕速度基本保持不变。

11、根据权利要求10的工艺，其特征为：

筒子的圆周速度是根据事先存储的程序下降的。

12、根据权利要求3的工艺，其特征为：

为补偿纱线张力的波动，至少要提高一个装在卷绕机前的喂入导丝辊的喂入速度。

13、根据权利要求3的工艺，其特征为：

横动速度随筒管外半径r变化要一直上升到纱层厚度S＝A（100-r）/100时为止，其中A介于24和34之间。

14、根据权利要求13的工艺，其特征为：

横动速度的提高介于F×Sin（4°）和F×Sin（9°）之间，式中F代表纱线速度。

15、根据权利要求3的工艺，其特征为：

横动速度的变化要使在底层卷绕时斜坡系数为15%至45%，斜坡系数是指端边动程缩短同底层厚度之比。

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