直接纱端面散耳朵形成机理解析与多因素协同控制策略

1 直接纱端面散耳朵形成机理

1.1 纱线张力不均的影响

纱线张力是影响直接纱卷装成型的关键因素之一。在卷绕过程中，若纱线张力不稳定或不均匀，会导致纱线在筒管上的排列不紧密，进而引发端面散耳朵现象。一方面，纱线张力过大时，纱线会过度拉伸，在卷绕过程中容易产生弹性变形，当张力释放后，纱线会回弹，使得卷装端面出现松散；另一方面，纱线张力过小时，纱线无法紧密地缠绕在筒管上，容易在端面形成松散的纱圈。此外，在纱线退绕和卷绕的动态过程中，若张力控制系统响应不及时，也会导致张力波动，进一步加剧散耳朵现象。例如，在纱线从原丝架退绕到卷绕装置的过程中，若退绕阻力不均匀，会使得纱线张力出现周期性变化，最终在卷装端面形成散耳朵。

1.2 卷绕速度波动的作用

卷绕速度的稳定对直接纱卷装质量至关重要。当卷绕速度发生波动时，纱线在筒管上的卷绕密度会随之变化。若卷绕速度突然加快，纱线在单位时间内缠绕到筒管上的长度增加，会导致卷绕密度降低，端面纱圈容易松散；反之，卷绕速度突然减慢，则会使卷绕密度增大，可能导致纱线在端面堆积，同样形成散耳朵。此外，卷绕速度的波动还会影响纱线与筒管之间的摩擦力，进而影响纱线的排列稳定性。例如，在高速卷绕过程中，若速度出现频繁的小幅度波动，会使纱线在筒管上的排列变得紊乱，增加散耳朵出现的概率。

1.3 设备参数与机械故障的影响

直接纱卷绕设备的参数设置和运行状态对散耳朵现象的产生有着直接影响。设备的导纱机构、张力调节装置、卷绕头的精度等参数若设置不合理，都会导致纱线卷装质量下降。例如，导纱机构的导纱速度与卷绕速度不匹配，会使纱线在筒管上的排列不均匀，容易在端面形成散耳朵。此外，设备的机械故障，如轴承磨损、传动部件松动等，会导致设备运行不稳定，引起纱线张力和卷绕速度的波动，进而引发散耳朵现象。同时，筒管的质量和安装情况也不容忽视，若筒管存在偏心、表面不平整等问题，在卷绕过程中会使纱线受力不均匀，导致端面散耳朵[1]。

2 直接纱端面散耳朵影响因素的实验研究

2.1 实验设计

为了深入研究各因素对直接纱端面散耳朵现象的影响，设计了多因素实验。实验选取纱线张力、卷绕速度、导纱机构参数和环境湿度四个主要因素作为变量，每个因素设置多个水平。实验采用正交实验设计方法，以减少实验次数，提高实验效率，同时保证实验结果的可靠性和有效性。实验过程中，使用高精度的张力传感器实时监测纱线张力，通过速度控制系统精确控制卷绕速度，利用温湿度调节设备调节实验环境的温湿度。实验结束后，对每个实验样本的卷装端面进行拍照和测量，采用图像分析软件对散耳朵的严重程度进行量化评估。

2.2 实验结果与分析

通过对实验数据的统计分析，得到了各因素对直接纱端面散耳朵现象的影响规律。结果表明，纱线张力对散耳朵现象的影响最为显著，随着纱线张力的增加，散耳朵的严重程度先减小后增大，存在一个最佳张力范围，在该范围内，卷装端面质量最佳；卷绕速度的影响次之，卷绕速度波动越大，散耳朵现象越严重；导纱机构参数对纱线的排列均匀性有重要影响，合理的导纱机构参数设置可以有效减少散耳朵的出现；环境湿度对散耳朵现象也有一定影响，在一定湿度范围内，散耳朵现象相对较轻，超出该范围则会加剧散耳朵现象。此外，通过对实验结果的交互作用分析发现，纱线张力与卷绕速度、导纱机构参数之间存在显著的交互作用，即一个因素的变化会影响其他因素对散耳朵现象的影响程度。

3 直接纱端面散耳朵多因素协同控制策略

3.1 优化纱线张力控制系统

为了实现纱线张力的稳定控制，需要对张力控制系统进行优化。采用先进的传感器技术和控制算法，提高张力传感器的精度和响应速度，确保能够实时准确地监测纱线张力的变化。同时，引入自适应控制算法，根据纱线的特性和卷绕过程中的实际情况，自动调整张力控制参数，使纱线张力始终保持在最佳范围内。此外，优化张力调节装置的结构和性能，减少张力调节过程中的滞后和波动，提高张力控制系统的稳定性和可靠性。例如，采用高精度的伺服电机驱动张力调节装置，实现张力的快速、精确调节。

3.2 稳定卷绕速度

为了减少卷绕速度的波动，需要对卷绕设备的传动系统进行优化。选用高精度的传动部件，如伺服电机、同步带等，提高传动系统的精度和稳定性。同时，加强对卷绕设备的维护和保养，定期检查和调整传动部件的间隙和张力，及时更换磨损的部件，确保设备运行稳定。此外，建立卷绕速度的实时监测和反馈控制系统，通过速度传感器实时监测卷绕速度，并将监测数据反馈给控制系统，当速度出现波动时，控制系统自动调整电机转速，使卷绕速度保持稳定。

3.3 合理设置设备参数与维护设备

根据实验结果，合理设置设备的导纱机构、张力调节装置、卷绕头的参数。通过优化导纱速度与卷绕速度的匹配关系，确保纱线在筒管上的排列均匀。同时，定期对设备进行全面的维护和保养，建立设备维护档案，记录设备的运行状态、维护情况和故障处理情况。对设备的关键部件，如轴承、传动齿轮等，进行定期检测和更换，及时发现和排除设备故障，保证设备的正常运行。此外，加强对筒管质量的检测和管理，确保筒管的偏心度、表面平整度等指标符合要求，避免因筒管问题导致散耳朵现象的发生。

3.4 控制生产环境

通过安装温湿度调节设备，将生产车间的温湿度控制在适宜的范围内。根据直接纱的生产工艺要求，设定合理的温度和湿度控制参数，并建立温湿度的实时监测和调节系统，确保生产环境的温湿度稳定。同时，优化车间的通风系统，减少气流对纱线卷绕的干扰。在车间内设置防风装置，避免外界气流进入车间，影响纱线的正常卷绕。此外，定期对车间的温湿度调节设备和通风系统进行维护和保养，确保设备的正常运行[3]。

3.5 建立多因素协同控制模型

基于对各因素影响规律的研究和控制策略的分析，建立直接纱端面散耳朵多因素协同控制模型。该模型以纱线张力、卷绕速度、设备参数和环境因素为输入变量，以卷装端面质量为输出变量，通过数学模型和算法实现对各因素的协同控制。在实际生产过程中，根据生产条件和产品要求，输入相应的参数，模型自动计算出各因素的最佳控制值，并将控制指令发送给相应的控制系统，实现对直接纱端面散耳朵现象的有效控制。同时，通过对生产过程的实时监测和反馈，不断优化控制模型的参数，提高控制效果。

4 结束语

本研究对直接纱端面散耳朵的形成机理进行了系统性的解析，明确了多因素对其影响的规律，并提出了相应的协同控制策略，旨在为企业生产提供理论指导。展望未来，研究可进一步扩大实验的范围，结合智能化技术，持续对控制策略进行优化，以推动直接纱生产朝着高精度、高效率的方向发展，满足市场不断升级的需求。

参考文献：

[1]费其锋，廖晚凤，李明，等.影响玻璃纤维直接纱发黄因素的探讨[J].玻璃纤维，2024，（05）：34-39.

[2]王晋豫，LZ-161-2 二分拉直接纱拉丝机装备.山东省，泰安佳成机电科技有限公司，2021-12-21.

[3]曹国荣，耐老化低毛羽通用型直接纱研发.浙江省，巨石集团有限公司，2021-06-05.