棉条检测元件适用范围的研究

前言
检测机构是自调匀整装置的第一个环节，它关系到能否正确反映纱条粗细的本来面目，因此，是自调匀整效果的基础。目前国内外对各种检测机构进行了大量的试验研究与分析工作，与此同时又发展了一些新的检测机构，但采用凹凸罗拉检测机构还是目前应用最多的检测方法之一。随着梳棉机、针梳机和并条机性能的提高，出条速度也迅速提高，对纱条线密度检测元件的要求也越来越高，要求传感器不仅静态特性要好，动态特性更要好。采用凹凸罗拉检测法测量纱条的不匀时，虽然许多厂商称其并条机的出条速度可达500m/min以上，但在实际使用时，在小于400 m/min时，其自调匀整器才能发挥较好的作用，说明此种检测方法对高速的适应能力不是很好，下面对其测量罗拉的测量原理及动态特性进行分析。

1 检测罗拉工作的基本原理

1.1 检测罗拉的机械结构

采用凹凸检测罗拉作为传感器，如图1，当纱条细度变化时，下罗拉的圆心位置随纱条截面积的不同而上下移动，测出位移量就得到与之成线性关系的线密度。设纱条纤维的体积密度为 ，条子的实际截面为 ，条子的截面压缩系数为 ，上下罗拉间条子的截面为 ，则纱条的线密度为：
式中：

1.2 凹凸检测罗拉传感器的特点

凹凸罗拉检测法应用于纱条自调匀整装置中是比较早的，它的主要特点是：

（1）线性度好，结构比较简单，安装维护方便。

（2）受温湿度及纤维细度的变化影响小。

另外，如图1(a)形式的凹凸测量罗拉加工起来比较困难，易产生缠条现象。瑞士Rieter公司对它作了改进，将下罗拉的一片挡边移到上罗拉上去，称为阶梯罗拉，如图1(b)，测量原理没有改变，但加工简单，克服了易缠条的缺点。Rieter公司最近几年在测量线密度的位置上，无一例外地使用了这种测量方法，如C4梳棉机，E7/6精梳机，D1并条机等。

除了凹凸罗拉检测方法外，国内外的纺织研究机构和厂商还研制了其他一些传感器。如意大利的Marzoli SH2型并条机的自调匀整装置采用的超声波传感器。还有人研制CCD固体图象传感器以及双端固定梁应变片式传感器，据称能适应出条速度高达500m/min时的棉条均匀度的检测。
2 检测罗拉动态特性的研究

下面对Rieter公司C4梳棉机的测量罗拉的动态特性进行分析：

该凹凸罗拉测量系统的上测量罗拉绕摆动中心摆动，如图2，可以列出微分方程为：

　　 由式（5）、式（6）作出该系统的幅频曲线和相频曲线如图3。从幅频曲线可以看出，该系统对于ω<<ω0的不匀信号有衰减作用，对于ω接近ω0的不匀信号有放大作用；从相频曲线可以看出，当ξ在0.6到0.8之间时, 系统具有较好的相频特性。

3 结论

经计算得，系统固有频率的算式为：ω0=(k/m)-1/2

以实测值m=2.5kg，k=1×104N/m代入得，ω0=126.6rad/s,f0=20.2。

由计算可知，凹凸检测罗拉的固有频率是较低的，在出条速度超过330m/min时，其动态特性变差，所以不适合作为高速并条机自调匀整装置的检测元件。对于出条速度达500 m/min的高速并条机来说，ω0相当于棉条不匀的波长约为0.41m左右，显然满足不了要求；而对于出条速度在120 m/min左右的梳棉机来说，则基本可以满足要求。所以，研制结构简单、牢固，响应特性好，稳定性好的检测纱条不匀的传感器，仍是纺织界重点研究的课题之一。

参考文献：
［1］ 卢文祥.工程测试与信息处理[M].武汉：华中理工大学出版社，1992.12
［2］ 祝柏荣.自调匀整装置[M].北京：纺织工业出版社，1986.3.