论文摘要
环锭纺纱是生产高质量纱线的重要途径,由于在纺纱过程中对于短纤维的良好控制,因此其纺成的纱线质量也成为了衡量其他纺纱设备的一个基准。随着时代的进步和科技的发展,对环锭纺纱提出了更高的要求,所以有必要从本质上对环锭纺纱过程进行深入的剖析。本文以环锭纺纱中的气圈现象为研究内容,采取理论推导、计算模拟和实验验证相结合的研究方法,对整个环锭纺纱过程进行了全面系统地研究和分析。由纱线动力学出发,本文推导出空气阻力下的气圈形态微分方程以及边界条件。所得到的方程是非线性的边值问题,采用了打靶法和有限差分法进行求解。详细地讨论了各参数对气圈形态和张力的影响,包括钢丝圈质量,气圈高度,卷装半径,钢丝圈与钢领的摩擦系数,纱线与钢丝圈的摩擦系数,法向空气阻力系数,钢领半径,锭子转速等。对于一个方程来说,我们更希望能够得到方程的解析解,本文在这方面也展开了一些工作,使用了摄动方法得到了平面气圈方程的近似解析解。由于方程中没有所谓的小参数,我们采用了人工参数法在方程中的适当位置引入了小参数；又针对传统摄动方法的收敛问题采取了参数展开法来解决。此外,介绍了最新的同伦摄动方法,该方法可以有效地解决以上的问题,且误差最更小。本文建立了考虑纱线弹性因素的气圈模型,包括线性弹性纱线和非线性弹性纱线。分析线弹性纱线模型对气圈张力及形态的影响,给出定性的结论。对于不同纺纱材料,用非线性弹性纱线模型参数进行曲线拟合,得出定量的结论。在求解稳态方程中,我们发现气圈形态和纱线张力不是唯一的。在某些参数条件下,方程的解有3个,存在拟Hopf分岔现象。为了考察整个气圈系统的稳定性,我们推导并求解了气圈瞬态模型,研究了气圈在小的速度扰动后的稳定特性。分别给出了单气圈,一个半气圈和双气圈中的纱线张力随时间变化的规律。最后,我们利用已有的设备(频闪仪,张力测试仪等)搭建了气圈实验平台。使用数码相机采集气圈空间曲线,Labview软件编程动态采集纱线在导纱钩处张力。此外,提出了基于经验模态分解原理的数据提取方法,对张力数据进行有效地处理并与计算数值对比。