波谱分析方法探讨

波谱分析方法探讨张治，穆征(南通纺织职业技术学院，江苏南通226007)摘要：介绍了纱条不匀在波谱图上的形态特征，通过对波谱图上机械波的分析，论述了针对罗拉、齿轮、轴、隐波、假波等五种不同故障部位和故障原因的机械波波长计算的典型算法，最后结合生产实践，对波谱分析方法和程序进行了归纳总结。关键词：波谱图；机械波；波长；分析；总结条干均匀度仪作为评价纱线质量的先进仪器，不仅用来测定纱线的变异系数和常发性纱疵数，还提供不匀曲线图和波谱图。通过波谱分析，可以达到三个目的：(1)通过对波形特征的判断，了解纱条不匀的性质；(2)通过对不匀波幅度和波长的判断，预测可能对布面外观的影响程度；(3)通过对牵伸波和机械波的分析，确定产生疵点的工序及故障部位，及时找出纺纱工艺的不足或机械缺陷；为迅速改进工艺、调整机械状态提供依据。利用波谱分析技术诊断纺纱设备故障已成为生产中的一项日常工作。1波谱图的形态特征波谱图是纱条不匀率的大小(振幅)随波长变化的图形，主要由四部分组成。图1纱条波谱图1．1理想波谱图即使在所有纤维等长、等细的理想条件下纺纱，纤维在纱条中完全伸直平行，也不能得到粗细完全一致的纱条。这是因为纤维沿纱条的长度方向上呈随机分布(泊松分布)，此时纱条有一最低的理论不匀率。与之相对应，此时的波谱图为理想波谱图，如图1(A)虚线所示。1．2正常波谱图在纺纱过程中，纤维不可能全部被松解分离，纱条中仍有缠结纤维和棉束，纤维在纱条中也不可能完全伸直平行，使得纱条不匀率在所有波长范围内均有所增加，此时的波谱图称为纱条的正常波谱图。如图1(B)所示。1．3牵伸波在纺纱过程中，由于牵伸元件工作不稳定以及牵伸工艺不合理，使得在牵伸区内对浮游纤维控制不良，纤维变速点分布不稳定，产生的非周期性不匀，称为牵伸不匀或牵伸波，一般在波谱图上表现为3个频道以上的山包形突起，如图1(C)所示。1．4机械波纺纱机械上与牵伸有关的回转部件的运转状态不正常或机械零部件的缺损，会造成纱条的周期性条干不匀，在波谱图的相应位置上就会出现一烟囱状突起，称为机械不匀或机械波。在波谱图上机械波常表现为1个频道或至多以2～3个频道的凸起长条，常称为“烟囱”，如图1(D)所示。对于机械波，要关注“烟囱相对于正常波谱图比较后凸出的高度。下列两种情况的机械波属于有害机械波：①“烟囱”的高度P1大于该处正常波谱图对应的波幅高度B1的一半时(P1≥B1/2)；②当“烟囱”占据2～3个频道时(双柱波)，则应把波幅累加后取总高度P2值，再与正常波谱图高度B2对比，若P2≥B2/2时；这两种情况的机械波可能对织物外观造成不良影响，必须考虑消除。见图l(D)所示。在实际波谱图分析中，机械波产生的数量远远超过牵伸波，机械波对织物外观的危害程度也超过牵伸波，因此，消除机械波对保证纱条品质是非常重要的。本文将重点对机械波进行分析。2机械波波长的典型算法及应用实例波谱分析中最关键的一项工作是计算故障部件的波长值。如果把一台设备所有可能发生故障的回转件的波长值都计算出来，并分品种列成表。这样，在波谱图分析中，把波谱图上机械波实测波长值和表中波长计算值相比较，波长计算值与实测值两者只需“基本相符”(允许差异可在±l5％以内掌握)，对应查找，就可初步推断故障部位。波长计算要结合具体机型、具体纺纱品种，具体分析。下面针对不同故障部位和类型介绍5种典型算法。2．1故障部位属于罗拉、胶辊、胶圈故障原因属于：罗拉偏心、弯曲、罗拉轴承磨损、罗拉轴端齿轮缺损；胶辊回转不良(包括胶辊偏心、弯曲、胶辊铁壳与芯子的间隙过大、轴承缺油等)；胶圈回转不良等。λ=πDE式中：λ－机械波波长(cm)；D－缺陷部件的直径(cm)；E－缺陷部件至最终输出部件的牵伸倍数；注意：若罗拉、胶辊磨成椭圆，则波长计算为：λ=πDE/22．2故障部位属于各中间传动轴、齿轮部分故障原因属于：轴及其轴承磨损、键槽松动、轴和齿轮配合不良、齿轮磨损或缺一齿。λ=πDi式中：λ一机械波波长(cm)；D一最后一道输出部件(前罗拉)的直径(cm)；i一输出前罗拉～故障轴或齿轮间的传动比；(i=N前罗拉/N故障轴)细纱波谱图分析实例：在FA506细纱机上纺品种CJl4．5tex纱，常规试验中，发现有两个试样条干变异系数CV值异常，分别为15．12％、l5．46％，随之观察波谱图，发现两个试样的波谱图上在波长2m左右的位置有机械波，见图2所示。图2图3FA506细纱机牵伸部分传动示意图纺CJl4．5tex纱线牵伸变换齿轮参数为：Zj为48，Zk为88，Zh为42，Zm/Zn为69/28，ZB/ZA为25/45，ZD为87，ZC为85。如本例波谱图实测波长值2m左右，对应的故障部位在变换齿轮Zk或36T、23T处。根据初步确定的结果，由修机工上车检查，发现变换齿轮36T与23T之间的齿轮轴轴承滚珠磨损，造成齿轮运行不稳定，因而在波谱图上2m处产生了机械波。2．3故障原因属于罗拉抖动、扭振、齿轮全磨损、齿轮安装不良等——易产生隐波大多数隐波是由于牵伸齿轮啮合过紧或啮合齿轮轴线不平行、齿轮磨灭等，使齿轮回转中逐齿打顿，致使罗拉有规律抖动。隐波的特点是本工序波长很短，甚至无法检测出来，只有经过下道工序牵伸后将波长放大才能在波谱图上显现。由于隐波而导致的突发性纱疵危害性极大，易造成大面积坯布降等，且隐波波长和后道工序产生的波长相近，因此往往被误以为是后道工序存在问题而引起的机械波。容易产生隐波的工序是粗纱工序，尤其是粗纱机中罗拉扭振发生频率较高，多数是由于齿轮安装不良，齿轮磨损间隙过大，胶圈张力过紧等原因造成。①本工序隐波波长计算公式：λ0=πDi/z式中：λ0一机械波波长(cm)；D一输出部件(前罗拉)的直径(cm)；i一输出前罗拉至振动罗拉传动比；z一振动罗拉轴头齿轮齿数。图4FA401粗纱机牵伸传动图②“隐波”经下道工序放大后的波长λ=λ0E式中：λ0一(粗纱)隐波波长(cm)；λ一反映在下道(细纱)工序的波长(cm)：E一(细纱)总牵伸倍数。③隐波实例分析：纺T/C65/35l4tex纱线，发现细纱波谱图(见图5)在20～30cm处存在机械波。粗纱波谱图正常，而在细纱机上反复抽样检测，反映出细纱条干CV值较高，粗节、细节较多。由图5可见细纱波谱图在20~30cm处有明显机械波。此问题集中在同一台粗纱机所生产的粗纱上，而换用其它正常粗纱在此细纱机上未发现此机械波，因此可排除细纱机产生故障的可能性，可能是由于粗纱机罗拉扭振产生的隐波。根据计算的隐波波长，认真检查粗纱机后发现，由于下胶圈与中罗拉粘连严重，引起中罗拉扭振。换下该粗纱机台的全部胶圈，纺出细纱后，再反复抽样检测，再未发现此机械波。2．4根据输出速度和有缺陷部件的回转速度计算波长(测速法)此算法常用于梳棉机、梳毛机、并条机的故障诊断，因为对这几种机器来说，主要部件回转速度和最终产品输出线速度要比牵伸倍数容易得到。λ=Vp/n式中：λ一机械波波长(m)；Vp一最终产品输出速度(m/min)；n一缺陷部件转速(r/min)、(n=Vp/λ)。2．5假波在生产实践中，用电容式条干仪测试条子或粗纱条干时，经常会发现波谱图上出现一些机械波，这些波，并不是由于机械缺陷造成的，而是由于某些设备所固有的，经过后道工序牵伸即可消除，并不影响纱线条干，对产品质量也没有危害，所以称之为假波。常见的假波主要有三种：圈条波、粗纱捻度波、粗纱卷绕波。2．5．1圈条波圈条波是由于棉条在棉条筒内圈与圈之间的折叠和挤压而产生的。在梳棉、并条、精梳上都经常见到圈条波，并且常伴有λ/2、λ/3、λ/4谐波。圈条波波长为圈条盘一转时圈条轨迹长度，可以通过计算得到，也可以实测机上条筒内的圈条长度得到。①圈条波的波长计算圈条盘一转时圈条轨迹长度：λ=πd(1±1/i)(cm)【1】式中：圈条盘与底盘反向回转时：取“+，同向回转时取“一”。d一圈条直径(cm)；i一圈条盘与底盘问转速比，又称为圈条速比。并条机：λ=πd(1—1/i)；梳棉机：λ=πd(1+l/i)由于圈条速比i较大，若近似计算，可忽略(1±l/i)：取λ=πd②判别圈条波的方法：一般梳棉机条筒直径为600mm时，圈条波波长在60cm左右；并条机条简直径为400mm时，圈条波波长在80cm左右；并条机条简直径为500mm时，圈条波波长在100cm左右。如果在棉条波谱图上相应波长位置，出现的烟囱怀疑是圈条波，但又不能确定，则可以进一步做对应粗纱的波谱图。例如并条波谱图在80cm左右处出现“烟囱”，粗纱牵伸倍数为6．5，在粗纱波谱图λ=80cm×6．5＝520cm处无机械波，即可判断为圈条波。反之，则可能是有缺陷的机械部件产生的有害机械波。③圈条波实例分析：如并条机圈条盘与底盘问转速比i为19．93，圈条直径为286mm，则圈条盘一转时圈条轨迹长度即为圈条波长λ。λ=πd(1—1/i)：3．14×28．6x(1—1/19．93)＝85．3cm＝0．853m在图6波谱图上表现的0．84m的波长，并伴有λ/2、λ/3、λ/4谐波的机械波为并条圈条波。图6并条机圈条波(带有λ/2、λ/3、λ/4谐波)的波谱图2．5．2粗纱捻度波粗纱捻度波产生于粗纱加捻时纱条之间的折叠，没有谐波。波长：λ=10／Tt式中：λ一粗纱捻度波波长(cm)；Tt一粗纱特数制捻度(桫10cm)。粗纱加捻效应形成的假波波长一般为2．5～3．5cm。参见图7所示。图7粗纱捻度波谱图(粗纱为750tex，捻系数为110，捻度Tt=4．02捻回/10cm2．5．3粗纱卷绕波卷绕波也是粗纱一种常见的规律波，产生原因是来自于相邻两层粗纱间相互挤压，可能伴随有谐波。波长：λ=πd式中：λ一粗纱卷绕波波长(cm)；d粗纱卷绕直径(cm)。由于粗纱卷绕直径是不断增大的，因而粗纱卷绕波是变化的。属于变周期波。3波谱分析方法的经验总结3．1规律性取样为保证有效地进行纺纱质量控制，及时监控纺纱设备的状态，并配合设备保全保养以及日常维护，日常测试宜对设备进行规律性取样，即对纺纱设备的每一加工部位(每锭、每眼)在规定时间内至少巡回检测一次。一般细纱要做到每锭每半年取样一次，粗纱每锭每月取样一次，末并每眼每天取样一次。只有做到规律性取样，才能及时发现设备故障问题，保证机台的正常运转，对于稳定和提高纱线质量有重要意义。3．2试样的测试长度要考虑波谱图的可信度为了保证波谱图的可信度，要求被测波长必须达到25个以上，否则要延长测试时间以增加试样长度。例如，当测试速度为400m/min、测试时间为1min时，试样长度为400m，则波谱图上在λrnax=400/25=16m以内出现的“烟囱或“小山”统计上是可信的。随着试样长度增加，波谱图上出现的可供分析的频道数目也自动增多，可分析的波长范围增大。3．3通过波谱图反映出的波形特征作出初步推断通过波谱图反映出的波形特征区分机械波和牵伸波。对于机械波要找出同台车所有测试试样反映出的波长是共性波长还是个性波长，共性波长说明是整台车共性问题，要从整机传动系统分析，可能是传动轴、齿轮部分有缺陷，其中轴的磨损对产生纱条不匀的敏感度高，因此，对轴及轴承的检查更应认真仔细。个性波长说明是同一台车的个别锭(眼)出问题了，要从锭(眼)差因素分析，如罗拉、皮辊、皮圈缺陷都可能产生锭(眼)差。由此可初步区分故障发生的不同部位，寻找与其相关的部件。3．4对波谱图上同时出现的多个机械波，要注意基波、谐波的判断对于非正弦的周期性波动，波谱仪在进行傅立叶变换后，能把每一个非正弦的周期性疵点分解为一系列的正弦曲线，这样在波谱图上除基波外，尚有谐波，如基波波长为λ，则谐波的波长分别为λ/2、λ/3、λ/4等，或者只有奇次谐波或偶次谐波，谐波的波长一定小于基波的波长，但波幅不一定就比基波小。在波谱图中，谐波一定在基波的左侧出现。需要注意的是：。谐波是计算原因产生的突起，而非纱条上真有其波。对波谱图进行分析，要从波长最大的机械波开始，先确定基波，再根据谐波与基波的整数关系，剔除谐波，最后由基波的波长确定故障部位o3．5掌握牵伸波和机械波波长计算方法以及科学的