基于气圈理论的帘子线直捻机纱线气圈稳态控制技术研究

帘子线直捻机采用主动式送纱装置会引起气圈的不稳定。针对该问题，基于气圈理论提出了帘子线直捻机纱线气圈稳态控制方法。该方法对帘子线直捻机纱线气圈进行运动学分析，在MATLAB建立了气圈的运动学模型，通过数值模拟对比气圈不同部位半径波动情况。以此为基础，设置红外传感器检测气圈半径，霍尔传感器检测实时锭速，两个检测值组合成控制参数，与预设值进行对比后，采用传统PID控制器对送纱电机的转速进行闭环控制，实时调节气圈的形态。仿真结果表明，相同气圈形态时，气圈半径波动最大的位置不受纱线捻度、纱线密度和锭子转速的影响，具有良好的适用性。实验结果表明，不同纱线捻度、纱线密度和锭子转速情况下，该控制方法调节时间短，气圈形态稳定，误差区间在−3%~6%，即验证了该方法具有良好的控制效果和可行性。

帘子线被广泛应用于材料领域，例如用作轮胎、运输带、传动带等橡胶制品的增强材料。在纺织行业中，直捻机生产帘子线时的能耗成本占生产总成本的4/5，主要来自实现加捻功能的锭子[1]。其中，锭子带动外纱旋转形成气圈所占能耗比例较高。帘子线的原料纱强度较高，可将传统直捻机的被动送纱方式改为主动送纱，通过控制送纱速度来改变外纱气圈的形态，最终减少帘子线直捻机的能耗[2]。主动送纱时，储纱盘上无纱线缠绕，无法自动调节外纱气圈张力，最终导致外纱气圈不稳定，影响捻线的品质[3]。

因此生产中为了减小气圈波动、维持稳定的气圈形态，还需要通过控制装置对外纱气圈形态进行控制。

现在的气圈理论已经比较成熟，许多研究者将其应用于纺织机来解决问题。Cave 和Fraser [4]基于气圈理论，系统地研究了纱线张力对气圈稳定性的影响。Praček 等[5]基于气圈理论改进了交叉卷绕筒子退绕过程，提高了退绕的稳定性。Chattopadhyay 和Venugopal [6]研究了真空压力、开罗辊速度和纱线的线密度不同情况下， 转子纺纱过程中产生的空气阻力对纱线气圈张力的影响。

MEI 等[7]研究了锭子角速度、纱线细度等因素对直捻机气圈纱张力的影响，建立了直捻机纱线气圈张力的拟合方程。倪远和孟进[8]结合早期小直径气圈控制环构想和最新多波节气圈控制高速纺纱模型，提出了具有实际应用意义的开合式小直径气圈控制纺纱技术方案。Hossain 等[9] [10] [11]研究了环锭纺纱过程中纱线张力和气圈形态，提出了一个数学模型来作为环锭纺纱过程中锭子速度的函数，同时引入超导磁轴承(SMB)系统，克服了环锭