摘 要： 針對傳統(tǒng)雪尼爾紡紗對紗線的形態(tài)、結(jié)構(gòu)及色彩調(diào)控的局限性，構(gòu)建了一個六軸聯(lián)控的多自由度雪尼爾紡紗系統(tǒng)，增設(shè)了飾紗輸出羅拉，實現(xiàn)對雪尼爾紡紗機(jī)飾紗回轉(zhuǎn)頭、飾紗喂入裝置、芯紗輸出裝置、隔距片升降裝置、錠子、鋼領(lǐng)板升降裝置等成紗部件獨(dú)立驅(qū)動，并提出了雪尼爾紗結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響因素及調(diào)控機(jī)理；通過對線密度恒定或變化、飾紗長度恒定或變化、飾紗排列密度恒定或變化、捻度恒定或變化的雪尼爾紗進(jìn)行時序化模型構(gòu)建，設(shè)計了5大類具有不同結(jié)構(gòu)參數(shù)時序化分布的雪尼爾紗；基于形態(tài)結(jié)構(gòu)時序變化的雪尼爾紗模型，紡制了3種具有特殊外觀形態(tài)和結(jié)構(gòu)的雪尼爾紗。紡紗實驗結(jié)果表明：基于六軸聯(lián)控的雪尼爾紡紗系統(tǒng)運(yùn)行良好，可實現(xiàn)柔性紡紗。研究結(jié)果可擴(kuò)展雪尼爾紗產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域，提升雪尼爾紗服飾產(chǎn)品的核心競爭力。

關(guān)鍵詞： 雪尼爾紗；紡紗系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)參數(shù)；時序化調(diào)控機(jī)理；工藝設(shè)計

中圖分類號： TS195.644""" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A""" 文章編號： 1009-265X（2025）01-0021-09

雪尼爾紗線是用兩根相互加捻的芯線夾持垂直喂入的飾紗并使其以螺旋狀分布在紗線長度方向，形成類似毛毛蟲外觀形態(tài)的紗線。雪尼爾紗線絨毛蓬松，手感柔軟，制成的織物具有較強(qiáng)的立體感和保暖性^［1-2］。雪尼爾紗線具有廣泛的應(yīng)用范圍，包括外衣面料、室內(nèi)裝飾和汽車內(nèi)飾等，多用于生產(chǎn)高附加值的特種針織和梭織面料^［3］。但基于傳統(tǒng)的采用單電機(jī)驅(qū)動的紡紗模式，對雪尼爾紗的形態(tài)、結(jié)構(gòu)及色彩的調(diào)控具有較大的局限性^［4］。如何突破傳統(tǒng)技術(shù)的局限性，紡制出形態(tài)、結(jié)構(gòu)及色彩時序變化的花式雪尼爾紗，同時實現(xiàn)雪尼爾紗的柔性化設(shè)計和多元化生產(chǎn)，是擴(kuò)展雪尼爾紗產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域、提升雪尼爾紗服飾產(chǎn)品核心競爭力的關(guān)鍵。

1 雪尼爾紗及其分類

一般用雪尼爾紗的線密度、飾紗長度（雪尼爾紗直徑）、飾紗排列密度、捻度、顏色分布等參數(shù)對雪尼爾紗的形態(tài)、結(jié)構(gòu)及色彩進(jìn)行表征^［5］。根據(jù)雪尼爾紗形態(tài)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)可進(jìn)行不同的分類。

雪尼爾紗線的分類，按線密度可分為線密度恒定的雪尼爾紗與線密度變化的雪尼爾紗；按雪尼爾飾紗長度，可分為飾紗長度（直徑）恒定的雪尼爾紗與飾紗長度（直徑）變化的雪尼爾紗；按雪尼爾紗飾紗排列密度，可分為飾紗排列密度恒定的雪尼爾紗與飾紗排列密度變化的雪尼爾紗；按雪尼爾紗捻度，可分為捻度恒定的雪尼爾紗與捻度變化的雪尼爾紗；按雪尼爾紗形態(tài)，可分為竹節(jié)型雪尼爾紗、大肚型雪尼爾紗、菊花型雪尼爾紗、泡泡型雪尼爾紗、球型雪尼爾紗；按雪尼爾紗飾紗色彩，可分為單色雪尼爾紗、段彩雪尼爾紗、漸變雪尼爾紗、彩點(diǎn)雪尼爾紗、夾花雪尼爾紗；按照雪尼爾紗支數(shù)，可分類為細(xì)支雪尼爾紗、中支雪尼爾紗、粗支雪尼爾紗等^［6］。

2 數(shù)控雪尼爾紡紗機(jī)組成及調(diào)控機(jī)理

2.1 數(shù)控雪尼爾紡紗機(jī)組成及其工作原理

本文構(gòu)建的數(shù)控雪尼爾紡紗平臺是由紡紗機(jī)械系統(tǒng)、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成^［7-8］，如圖1所示。紡紗機(jī)械系統(tǒng)包含雪尼爾紗的加捻和卷繞裝置、飾紗回轉(zhuǎn)頭、飾紗喂入羅拉、芯紗輸出羅拉、隔距片升降裝置等；伺服驅(qū)動系統(tǒng)又包含伺服驅(qū)動器、變頻器、伺服電機(jī)等；控制系統(tǒng)包含了上位機(jī)觸摸屏、下位機(jī)可編程控制器（PLC）和控制程序軟件等裝置。數(shù)控雪尼爾紡紗平臺與傳統(tǒng)的雪尼爾紡紗不同，它的回轉(zhuǎn)頭轉(zhuǎn)速、飾紗喂入速度、芯紗輸出速度、隔距片的升降、錠子轉(zhuǎn)速、鋼領(lǐng)板的升降由各自對應(yīng)的伺服電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動，由PLC協(xié)同控制，實現(xiàn)多品種、多參數(shù)雪尼爾紗的柔性化紡紗。

與原有的五軸聯(lián)控雪尼爾紡紗系統(tǒng)相比，本文提出的六軸聯(lián)控雪尼爾紡紗系統(tǒng)將原來的一對羅拉同步控制飾紗與芯紗的輸出進(jìn)行改進(jìn)，增設(shè)了飾紗輸出羅拉與芯紗輸出羅拉，并通過飾紗羅拉控制飾紗的輸出，通過芯紗羅拉控制芯紗的輸出，提高了機(jī)構(gòu)控制的自由度。同時，由于可以獨(dú)立控制飾紗與芯紗的輸出，通過芯紗輸出與加捻配合調(diào)控雪尼爾紗的捻度，通過調(diào)控飾紗輸出速度的快慢調(diào)控雪尼爾紗飾紗排列密度，通過調(diào)控飾紗輸出與停頓的不同輸出狀態(tài)調(diào)控形成泡泡雪尼爾紗、菊花雪尼爾紗、大肚雪尼爾紗等形態(tài)。此外，原有的雪尼爾紡紗系統(tǒng)不能協(xié)同調(diào)控雪尼爾紗形態(tài)結(jié)構(gòu)參數(shù)，紡制的雪尼爾紗形態(tài)結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)控范圍較小，形態(tài)結(jié)構(gòu)的種類較為單一，而六軸聯(lián)控雪尼爾紡紗系統(tǒng)解決了這一問題，可協(xié)同調(diào)控雪尼爾紗的多種形態(tài)結(jié)構(gòu)參數(shù)，使紡制的雪尼爾紗形態(tài)結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)控的范圍更大，形態(tài)結(jié)構(gòu)的種類更加豐富。雪尼爾紡紗機(jī)是由飾紗的纏繞與割斷系統(tǒng)、飾紗喂入系統(tǒng)、芯紗喂入系統(tǒng)、芯紗加捻系統(tǒng)、雪尼爾紗卷繞系統(tǒng)等5部分組成。如圖2所示，飾紗的纏繞與割斷系統(tǒng)由飾紗回轉(zhuǎn)頭、隔距片、刀片組成；飾紗喂入系統(tǒng)由飾紗喂入羅拉、喂入皮輥組成；芯紗喂入系統(tǒng)由芯紗輸出羅拉、輸出皮輥組成；芯紗加捻系統(tǒng)和雪尼爾紗卷繞系統(tǒng)由錠子、鋼領(lǐng)板升降裝置組成。雪尼爾紡紗機(jī)工作時，通過飾紗回轉(zhuǎn)頭以一定的角速度纏繞在隔距片上，隨著飾紗喂入皮輥的回轉(zhuǎn)，將纏繞在隔距片上的飾紗一方面被切斷，另一方面使飾紗與芯紗以相互垂直的狀態(tài)推向上下芯紗的捻合點(diǎn)，經(jīng)加捻形成毛毛蟲狀雪尼爾紗線^［9-10］。其中，飾紗長度（雪尼爾紗的直徑）由隔距片頸部寬度等決定；飾紗的排列密度由回轉(zhuǎn)頭角速度、芯紗輸出速度、飾紗喂入速度等決定；雪尼爾紗的線密度由飾紗長度、飾紗排列密度等決定；雪尼爾紗的捻度由錠子轉(zhuǎn)速、芯紗輸出速度等決定^［11-13］。

2.2 雪尼爾紗形態(tài)結(jié)構(gòu)調(diào)控機(jī)理

雪尼爾紗形態(tài)結(jié)構(gòu)參數(shù)包括雪尼爾紗的線密度、飾紗排列密度、直徑、捻度、螺旋距等^［14］。當(dāng)改變其飾紗排列規(guī)律、飾紗長度、捻度等參數(shù)時，就會導(dǎo)致雪尼爾紗形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化^［15］。目前，市場流行的幾種雪尼爾紗主要有竹節(jié)型、大肚型、菊花型、珠珠型、泡泡型、球型等幾種形態(tài)結(jié)構(gòu)的雪尼爾紗，通?？赏ㄟ^獨(dú)立控制芯紗喂入與飾紗喂入的規(guī)律實現(xiàn)。例如，在保持芯紗喂入速度恒定的情況下，通過改變飾紗喂入的速度，使喂入速度產(chǎn)生變快、變慢或停頓的變化，從而使雪尼爾紗產(chǎn)生竹節(jié)、大肚、菊花、珠珠、泡泡、球型等特殊形態(tài)。

設(shè)雪尼爾紗總線密度為ρy，芯紗線密度為ρy1，捻度為TW；單根飾紗線密度為ρs，雪尼爾紗飾紗同時輸入根數(shù)為α，飾紗羅拉表面單位長度輸出飾紗密度為λs，飾紗排列密度為λ；雪尼爾紗直徑為d，隔距片寬度為δ，隔距片厚度為ε，飾紗長度為ζ；飾紗回轉(zhuǎn)頭轉(zhuǎn)速為ωr，飾紗輸出速度為Vr，飾紗停喂時間為tr，芯紗輸出速度為Vx，錠子回轉(zhuǎn)速度為nd。設(shè)雪尼爾紗捻縮修正系數(shù)為φ，飾紗長度的修正系數(shù)為μ，飾紗排列密度的修正系數(shù)為η^［16］。

2.2.1 飾紗排列密度的調(diào)控機(jī)理

2.2.1.1 芯紗恒速喂入、飾紗變速喂入

當(dāng)芯紗恒速喂入、飾紗恒速喂入，則飾紗排列密度保持恒定，一般用來生產(chǎn)線密度恒定的雪尼爾紗；當(dāng)增大飾紗喂入速度，則飾紗排列密度會增大，一般用來生產(chǎn)竹節(jié)型雪尼爾紗；當(dāng)減小飾紗喂入速度，則飾紗排列密度會減小，一般用來生產(chǎn)細(xì)節(jié)型雪尼爾紗。

在ωr×t×α=10×∑ n i=1 Vri×ti×λsi（t=∑ n i=1 ti）的前提下，假定紡紗過程中回轉(zhuǎn)頭轉(zhuǎn)速ωr與芯紗輸出速度Vx為常量，隨著飾紗喂入速度（Vr+ΔVr）、飾紗停喂時間（tr+Δtr）的變化導(dǎo)致飾紗根數(shù)密度（λs+Δλs）的變化，從而導(dǎo)致飾紗排列密度（λ+Δλ）的變化。

已知飾紗排列密度λ= Vr×λs Vx ，可得式（1）—（2）：

λs+Δλs= ωr×（tr+Δtr）×α 10×（Vr+ΔVr）×t" （1）

λ+Δλ= （Vr+ΔVr）×（λs+Δλs） Vx" （2）

可定義雪尼爾紗飾紗排列密度的變化量，得式（3）：

Δλ= （Vr+ΔVr）×（λs+Δλs）-Vr×λs Vx" （3）

設(shè)飾紗羅拉與芯紗羅拉表面線速度速度比為K=Vr/Vx。 當(dāng)K變化時，雪尼爾紗的飾紗排列密度會發(fā)生變化，其形態(tài)結(jié)構(gòu)也隨之變化。如式（4），當(dāng)飾紗喂入速度間歇變化時，可得到飾紗排列密度連續(xù)變化的雪尼爾紗（疏密突變型-菊花雪尼爾紗）。

Ki=

C1（i=2τ-1）

C2（i=2τ）"""" C1，C2為常數(shù)

當(dāng)n為偶數(shù)，τ=1，2，…，n/2

當(dāng)n為奇數(shù)，τ=1，2，…，（n+1）/2""" （4）

2.2.1.2 芯紗恒速喂入、飾紗斷續(xù)喂入

當(dāng)芯紗恒速喂入、飾紗斷續(xù)喂入，則飾紗排列密度間斷變化，當(dāng)飾紗喂入速度為0時，則飾紗排列密度為0，一般用來生產(chǎn)線泡泡型雪尼爾紗。如式（5），當(dāng)飾紗喂入速度忽停忽轉(zhuǎn)時，即可得到飾紗排列密度不連續(xù)變化的雪尼爾紗（泡泡狀突變型-泡泡雪尼爾紗）。

Ki=

0（i=2τ-1）

C（i=2τ）"""" C為常數(shù)

當(dāng)n為偶數(shù)，τ=1，2，…，n/2

當(dāng)n為奇數(shù)，τ=1，2，…，（n+1）/2""" （5）

2.2.1.3 芯紗變速喂入、飾紗恒速喂入

當(dāng)芯紗變速喂入、飾紗恒速喂入，則飾紗排列密度連續(xù)變化。當(dāng)芯紗輸出速度忽快忽慢時，一般用來生產(chǎn)線大肚型雪尼爾紗；當(dāng)芯紗斷續(xù)喂入時，一般用來生產(chǎn)菊花型雪尼爾紗。

假定紡紗過程中回轉(zhuǎn)頭轉(zhuǎn)速ωr與飾紗喂入速度Vr為常量，隨著芯紗輸出速度（Vx+ΔVx）的變化導(dǎo)致飾紗排列密度（λ+Δλ）的變化。

已知飾紗排列密度λ= ωr×α Vx ，可得雪尼爾紗飾紗排列密度的變化量Δλ如式（6）：

Δλ= ωr×α Vx+ΔVx - ωr×α Vx" （6）

2.2.2 雪尼爾紗飾紗長度的調(diào)控機(jī)理

影響雪尼爾紗飾紗長度變化的因素主要為隔距片寬度。在紡紗過程中，隔距片寬度（δ+Δδ）的變化導(dǎo)致飾紗長度（ζ+Δζ）的變化，可得式（7）：

Δζ=Δδ+ε （7）

通過伺服電機(jī)驅(qū)動調(diào)整隔距片高低位置，提高隔距片位置會減小隔距片寬度，導(dǎo)致飾紗長度變短；降低隔距片位置會增大隔距片寬度，導(dǎo)致飾紗長度變長，因此通過調(diào)整隔距片位置的高低來調(diào)整雪尼爾飾紗長度的變化，進(jìn)一步調(diào)整雪尼爾紗直徑的變化，并通過調(diào)控隔距片升降的運(yùn)動規(guī)律來調(diào)控雪尼爾飾紗長度（直徑）的變化規(guī)律。

例如在紡紗過程中，將標(biāo)準(zhǔn)位置上的隔距片緩慢降低到指定位置再將其對稱性地緩慢提升至標(biāo)準(zhǔn)位置，可生產(chǎn)對稱型大肚雪尼爾紗；也可將標(biāo)準(zhǔn)位置上的隔距片緩慢降低到指定位置再將其突然提升至標(biāo)準(zhǔn)位置，或?qū)?biāo)準(zhǔn)位置上的隔距片快速降低到指定位置再將其緩慢提升至標(biāo)準(zhǔn)位置，可生產(chǎn)非對稱型大肚雪尼爾紗。

2.2.3 雪尼爾紗捻度的調(diào)控機(jī)理

影響雪尼爾紗捻度變化的因素主要為芯紗輸出速度。

假定在紡紗過程中錠子速度nd為常量，只改變芯紗輸出速度（Vx+ΔVx），此時雪尼爾紗的捻度（TW+ΔTW）會發(fā)生改變，可定義雪尼爾紗捻度的變化量ΔTW如式（8）：

ΔTW= nd Vx+ΔVx - nd Vx" （8）

由式（8）可知，隨著芯紗輸出速度的增加，雪尼爾紗捻度會降低。

3 雪尼爾紗形態(tài)結(jié)構(gòu)的時序化設(shè)計

3.1 雪尼爾紗形態(tài)結(jié)構(gòu)參數(shù)的時序化表征

隨著紡紗技術(shù)的進(jìn)步，出現(xiàn)了具有新型形態(tài)結(jié)構(gòu)的雪尼爾紗，通過保持芯紗喂入速度恒定，只改變飾紗喂入的速度，使其產(chǎn)生變快、變慢或停頓的變化，從而生產(chǎn)竹節(jié)、大肚、菊花、珠珠、泡泡、球型等特殊形態(tài)的雪尼爾紗。

紡紗過程的時間序列ti構(gòu)建如式（9）：

t0=0

τi=ti-ti-1

ti=τ1+τ2+…+τn=∑ni=1τi≤T

（i=1，2，…，n-1，n） （9）

雪尼爾紗的段長序列構(gòu)建如式（10）：

S0=0

li=Si-Si-1

Si=l1+l2+…+ln=∑ni=1li≤L" （i=1，2，…，n-1，n） （10）

雪尼爾紗飾紗排列密度時序分布函數(shù)構(gòu)建如式（11）：

λ（t）=λi （ti-1≤t≤ti，i=1，2，…，n-1，n） （11）

雪尼爾紗線密度時序分布函數(shù)構(gòu)建如式（12）：

ρy（t）=ρyi （ti-1≤t≤ti，i=1，2，…，n-1，n） （12）

雪尼爾紗直徑分時序分布函數(shù)構(gòu)建如式（13）：

d（t）=di （ti-1≤t≤ti，i=1，2，…，n-1，n） （13）

雪尼爾紗螺旋距時序分布函數(shù)構(gòu)建如式（14）：

L（t）=Li （ti-1≤t≤ti，i=1，2，…，n-1，n） （14）

雪尼爾紗捻度時序分布函數(shù)構(gòu)建如式（15）：

TW（t）=TWi （ti-1≤t≤ti，i=1，2，…，n-1，n） （15）

雪尼爾紗線是細(xì)而長的纖維集合體，其結(jié)構(gòu)參數(shù)包括：線密度、直徑、飾紗排列密度、捻度、螺旋距等，他們決定了雪尼爾紗線的形貌（粗細(xì)變化）、風(fēng)格、力學(xué)性能（捻度）等性質(zhì)。紗線的數(shù)字化模型是以其時序化結(jié)構(gòu)參數(shù)為載體的數(shù)字化模型，表達(dá)紗線宏觀形貌特征的參數(shù)稱為紗線的結(jié)構(gòu)參數(shù)。具體包括：雪尼爾紗線密度ρy（t）、直徑d（t）、飾紗排列密度λ（t）、捻度TW（t），螺旋距L（t），段長S（t）。可表達(dá)為：

Y（t） =［ρy（ti），d（ti），λ（ti），TW（ti），L（ti），S（ti），ti］ （ti-1≤t≤ti，i=1，2，…，n-1，n） （16）

或者用矩陣表示如式（17）：

Y（t） =

ρy（t1） d（t1） λ（t1） TW（t1） L（t1） S（t1） t1

ρy（t2） d（t2） λ（t2） TW（t2） L（t2） S（t2） t2

ρy（ti） d（ti） λ（ti） TW（ti） L（ti） S（ti） ti

ρy（tn－1） d（tn－1） λ（tn－1） TW（tn－1） L（tn－1） S（tn－1） tn－1

ρy（tn） d（tn） λ（tn） TW（tn） L（tn） S（tn） tn

ti-1≤t≤ti，

i=1，2，…，n-1，n"""" （17）

3.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)時序變化的雪尼爾紗設(shè)計

結(jié)構(gòu)參數(shù)時序變化可以分為：結(jié)構(gòu)參數(shù)恒定、飾紗排列密度時序變化、捻度時序變化、捻度及飾紗排列密度時序變化、直徑時序變化以及線密度時序變化。

3.2.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)恒定的雪尼爾紗設(shè)計

飾紗排列密度恒定λ（t）=λ0、捻度恒定TW（t）=TW0、線密度恒定ρy（t）=ρy0、直徑恒定d（t）=d0的雪尼爾紗，其結(jié)構(gòu)參數(shù)的分布規(guī)律如式（18）所知，外觀形態(tài)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

Y（t） =［ρy0，d0，λ0，TW0，ti］（ti-1≤t≤ti，i=1，2，…，n-1，n） （18）

3.2.2 飾紗排列密度時序變化的雪尼爾紗設(shè)計

當(dāng)雪尼爾紗飾紗排列密度分布規(guī)律時序變化、其它結(jié)構(gòu)參數(shù)恒定時，可將雪尼爾紗結(jié)構(gòu)參數(shù)的時序變化規(guī)律表達(dá)為式（19）。當(dāng)n=3時，其外觀結(jié)構(gòu)如圖4所示。

λ（t）=" λ1" 0≤tlt;t1

λ2" t1≤tlt;t2

…

λi" ti-1≤tlt;ti

…

λn-1 tn-2≤tlt;tn-1

λn" tn-1≤tlt;tn" （i=1，2，…，n-1，n） （19）

圖4 飾紗排列密度時序變化的雪尼爾紗

Fig.4 Chenille yarn with time-varying density of pile yarn arrangement

當(dāng)其它結(jié)構(gòu)參數(shù)恒定，飾紗排列密度一段恒定、一段為0時，可將雪尼爾紗結(jié)構(gòu)參數(shù)的時序變化規(guī)律表達(dá)為式（20），則可形成外觀結(jié)構(gòu)如圖5所示泡泡雪尼爾紗。

λ（ti）=

λi（i=2τ-1）

0（i=2τ） """ 當(dāng)n為偶數(shù)，τ=1，2，…，n/2

當(dāng)n為奇數(shù)，τ=1，2，…，（n+1）/2""" （20）

圖5 泡泡雪尼爾紗

Fig.5 Bubble chenille

3.2.3 捻度時序變化的雪尼爾紗設(shè)計

當(dāng) 雪尼爾紗捻度分布規(guī)律時序變化、其它結(jié)構(gòu)參數(shù)恒定時，可將雪尼爾紗結(jié)構(gòu)參數(shù)的時序變化規(guī)律表達(dá)為式（21）。當(dāng)n=3時，外觀結(jié)構(gòu)如圖6所示。

TW（t）=" TW1" 0≤tlt;t1

TW2" t1≤tlt;t2

…

TWi" ti-1≤tlt;ti

…

TW（n-1） tn-2≤tlt;tn-1

TWn" tn-1≤tlt;tn" （i=1，2，…，n-1，n）" （21）

3.2.4 捻度及排列密度時序變化的雪尼爾紗設(shè)計

當(dāng)雪尼爾紗捻度及飾紗排列密度分布規(guī)律時序變化、其它結(jié)構(gòu)參數(shù)恒定時，可將雪尼爾紗結(jié)構(gòu)參數(shù)的時序變化規(guī)律表達(dá)為式（22）。當(dāng)n=3時，其外觀結(jié)構(gòu)如圖7所示。

［λ（t），TW（t）］=

（λ1，TW1）" 0≤tlt;t1

（λ2，TW2） t1≤tlt;t2

…

（λi，TWi） ti-1≤tlt;ti

…

（λn-1，TW（n-1）） tn-2≤tlt;tn-1

（λn，TWn）" tn-1≤tlt;tn" （i=1，2，…，n-1，n）" （22）

3.2.5 飾紗長度時序變化的雪尼爾紗設(shè)計

當(dāng)雪尼爾紗飾紗長度分布規(guī)律時序連續(xù)變化、其它結(jié)構(gòu)參數(shù)恒定時，可將雪尼爾紗結(jié)構(gòu)參數(shù)的時序變化規(guī)律表達(dá)為式（23）。當(dāng)n=3時，其外觀結(jié)構(gòu)如圖8所示。

ζ（t）=" ζ1" 0≤tlt;t1

ζ2" t1≤tlt;t2

…

ζi" ti-1≤tlt;ti

…

ζn-1 tn-2≤tlt;tn-1

ζn" tn-1≤tlt;tn" （i=1，2，…，n-1，n） （23）

當(dāng)其它結(jié)構(gòu)參數(shù)恒定，雪尼爾紗飾紗長度先增加后減小，可將雪尼爾紗結(jié)構(gòu)參數(shù)的時序變化規(guī)律表達(dá)為（24）。當(dāng)飾紗長度逐漸增加至指定長度后又緩慢減小至原來長度，可得到外觀結(jié)構(gòu)如圖9所示的對稱型大肚雪尼爾紗。

ζ（ti）=

ζ2-ζ1 ti-ti-1 （x-ti-1）+d1 bmod（i，3）=2

ζ1-ζ2 ti-ti-1 （x-ti-1）+d2 bmod（i，3）=0

ζ1"""" """" bmod（i，3）=1" （ti-1≤x≤ti）" （24）

當(dāng)飾紗長度快速增加至指定長度后又緩慢減小至原來長度或逐漸增加至指定長度后又快速減小至原來長度，可得到外觀結(jié)構(gòu)如圖10所示的非對稱型大肚雪尼爾紗。

3.2.6 線密度時序變化的雪尼爾紗設(shè)計

當(dāng)雪尼爾紗線密度分布規(guī)律時序變化、其它結(jié)構(gòu)參數(shù)恒定時，可將雪尼爾紗結(jié)構(gòu)參數(shù)的時序變化規(guī)律表達(dá)為式（25）。當(dāng)n=4時，其外觀結(jié)構(gòu)如圖11所示。

ρy（ti）=

φρy1+η×ρs×λ×ζ i=4j-3

φρy1+η×ρs×λi×ζi=4j-2

φρy1+η×ρs×λ×ζii=4j-1

φρy1+η×ρs×λi×ζii=4j" "" j=1，2，…，n-1，n

i=1，2，…，4n-1，4n

ti-1≤t≤ti"""" （25）

4 特殊結(jié)構(gòu)雪尼爾紗的紡制

本文重點(diǎn)討論泡泡雪尼爾紗、菊花雪尼爾紗、大肚雪尼爾紗的形態(tài)結(jié)構(gòu)調(diào)控技術(shù)。

4.1 泡泡雪尼爾紗的紡制

泡泡雪尼爾紗是通過飾紗羅拉以較慢且固定的頻率進(jìn)行停頓、喂入這兩種狀態(tài)的切換，將飾紗非連續(xù)地堆積在芯紗上，在芯紗的加捻力作用下，非連續(xù)堆積的飾紗扭結(jié)成球形的纖維團(tuán)，像一個一個泡泡分散排列在芯紗上。泡泡雪尼爾紗的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)主要為無飾紗段長度、泡泡的長度、直徑以及飾紗排列密度。當(dāng)紡制球球雪尼爾紗時，可通過變化停喂飾紗時間與喂入飾紗時間的不同匹配，調(diào)控雪尼爾飾紗排列密度以及無飾紗段長度。

當(dāng)飾紗輸出速度不等于芯紗輸出速度時，設(shè)定雪尼爾紡紗機(jī)回轉(zhuǎn)頭轉(zhuǎn)速為150 r/min，錠子轉(zhuǎn)速為6000 r/min，隔距片寬度為6 mm，芯紗輸出速度為8 m/min，飾紗輸出時間為15 ms，捻度為750 捻/m。已知不同時間段內(nèi)雪尼爾紗的線密度分別為73、1324 tex，可得到飾紗輸出速度和飾紗停喂時間分布規(guī)律，從而計算出不同時間段飾紗排列密度，得到在有飾紗段飾紗排列密度為500 根/cm、無飾紗段長度7.8 cm的泡泡雪尼爾紗，如圖12所示。

4.2 菊花雪尼爾紗的紡制

菊花雪尼爾紗是通過芯紗羅拉以較高的交變頻率進(jìn)行停頓、喂入這兩種狀態(tài)的切換，將飾紗以很小的分離間隙、非連續(xù)不規(guī)則地排列在芯紗上，在芯紗的加捻力作用下，飾紗扭結(jié)成珠珠形的小纖維團(tuán)，"" 像一朵一朵菊花依次排列在芯紗上，紡制菊花雪尼爾紗。菊花雪尼爾紗的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)主要為菊花及飾紗稀疏段的長度、直徑、飾紗排列密度、捻度。當(dāng)紡制菊花雪尼爾紗時，可通過變化芯紗羅拉的停轉(zhuǎn)與運(yùn)行，調(diào)控雪尼爾紗飾紗稀疏紗段的長度及菊花的大小。

設(shè)定雪尼爾紡紗機(jī)回轉(zhuǎn)頭轉(zhuǎn)速為6300 r/min，錠子轉(zhuǎn)速為3780 r/min， 隔距片寬度為2 mm，同時輸入飾紗根數(shù)為2根。已知不同時間段內(nèi)雪尼爾紗的捻度分別為130、2160 捻/m，雪尼爾紗線密度分別為84、1209 tex，則可得到雪尼爾紡紗機(jī)芯紗輸出速度分布規(guī)律，從而計算出不同時間段雪尼爾紗飾紗纖維排列根數(shù)密度。通過表1中所示參數(shù)可紡制出捻度及飾紗纖維排列根數(shù)密度時序變化的菊花雪尼爾紗，得到雪尼爾紗如圖13所示。

4.3 大肚雪尼爾紗的紡制

大肚雪尼爾紗是以較慢的芯紗羅拉喂入速度形成大肚雪尼爾紗的粗節(jié)，以較慢芯紗羅拉喂入速度形成大肚雪尼爾紗的細(xì)節(jié)，通過控制兩種喂入狀態(tài)""" 的切換周期來調(diào)控大肚雪尼爾紗粗細(xì)節(jié)長度，紡制大肚雪尼爾 紗。大肚雪尼爾紗的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)主要為大肚及基紗段長度、 直徑、飾紗排列密度和捻度。當(dāng)紡制大肚雪尼爾紗時，可通過芯紗輸出速度的連續(xù)變化，調(diào)控雪尼爾紗基紗段的長度及大肚的大小。

設(shè)定雪尼爾紡紗機(jī)回轉(zhuǎn)頭轉(zhuǎn)速為16200 r/min，錠子轉(zhuǎn)速為6300 r/min，隔距片寬度為2 mm，同時輸入飾紗根數(shù)為2 根。已知不同時間段內(nèi)雪尼爾紗的捻度分別為420、2571 捻/m；雪尼爾紗線密度分別為182、1114 tex，則可得到雪尼爾紡紗機(jī)芯紗輸出速度分布規(guī)律，從而計算出不同時間段雪尼爾紗飾紗排列密度。通過表2中所示參數(shù)可紡制出捻度及飾紗排列密度時序變化的大肚雪尼爾紗，得到雪尼爾紗如圖14所示。

5 結(jié)論

本文構(gòu)建了數(shù)控雪尼爾紡紗平臺，實現(xiàn)對雪尼爾紗加工工藝參數(shù)的單獨(dú)調(diào)控；增設(shè)了飾紗喂入羅拉，實現(xiàn)獨(dú)立控制飾紗的輸出與芯紗的輸出；在此基礎(chǔ)上設(shè)計了5種不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)時序變化的雪尼爾紗，利用多種調(diào)控手段進(jìn)行多維度調(diào)控，紡制了泡泡雪尼爾紗、菊花雪尼爾紗、大肚雪尼爾紗3種不同時序變化規(guī)律的雪尼爾紗線，為后續(xù)對結(jié)構(gòu)參數(shù)時序變化的雪尼爾紗的生產(chǎn)提供了理論參考。經(jīng)實驗和分析得到的主要結(jié)論如下：

a）基于六軸聯(lián)控的雪尼爾紡紗系統(tǒng)運(yùn)行良好，可實現(xiàn)柔性紡紗；構(gòu)建的多自由度雪尼爾紡紗機(jī)能實現(xiàn)對雪尼爾紗線的線密度、直徑、飾紗排列規(guī)律、捻度等結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行有效調(diào)控。

b）基于預(yù)先設(shè)計的雪尼爾紗結(jié)構(gòu)參數(shù)，推算了紡制3種雪尼爾紗的工藝參數(shù)，紡制的3種形態(tài)結(jié)構(gòu)的雪尼爾紗與設(shè)計的雪尼爾紗結(jié)構(gòu)參數(shù)特征吻合。

然而在實際紡紗過程中，斷續(xù)改變芯紗輸出速度，會使雪尼爾紗不同紗段捻度存在差異，使高捻度區(qū)的捻度向低捻度區(qū)轉(zhuǎn)移，捻度的變化難以控制，且由于每一捻回夾持飾紗根數(shù)的差異，其捻回角也存在差異。因此，如何按照雪尼爾紗線密度變化規(guī)律在線調(diào)控其捻度，紡制捻應(yīng)力平衡、不易掉毛的高品質(zhì)雪尼爾紗，是未來需要研究的問題。

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Time-sequential regulation mechanism for the morphology and structure of chenille yarns and their spinning production

ZHANG" Danni1，" XUE" Yuan1，" JIN" Shulan2，" LIU" Qunhao2，" LUO" Jun2

（1.College of Textile Science and Engineering， Jiangnan University， Wuxi 214122， China;

2.Jinhua Jieling Housewares Co.， Ltd.， Jinhua 321037， China）

Abstract：

In the traditional single-motor-driven spinning mode， the appearance， structure and color of chenille yarns have great limitations. Through the six-axis linkage control of the multi-degree-of-freedom chenille spinning system， the limitations of traditional craftsmanship can be overcome， allowing for time-sequential regulation of single or multiple structural parameters of chenille yarns. Thus， special chenille yarns with temporally changing morphologies and structures can be spun， and the goal of expanding the application field of chenille yarn products can be achieved， so that the core competitiveness of chenille yarn clothing products can be enhanced.

Based on the six-axis linkage control chenille spinning system， upgrades and modifications were made to the original chenille spinning mechanical system， drive system， and control system， and independent pile yarn output rollers were added， so that the pile yarn and the core yarn could be outputted according to different laws. Simultaneously， through the independent drive of six motors， various components of the chenille spinning machine， such as the rotating head， pile yarn feeding device， core yarn output device， spacer lifting device， spindle and ring frame lifting device could be independently driven. This enables effective adjustment of structural parameters such as linear density， diameter， pile yarn arrangement density and twist of the chenille yarn， ultimately realizing precise control over the molding form and structural changes of chenille yarns in a time-sequential manner.

In addition， based on the chenille yarn spinning platform， the classification of chenille yarns was proposed， and the digital regulation mechanism of structural parameters such as chenille yarns '"" linear density， diameter， pile arrangement， and twist was analyzed. Based on the digital regulation mechanism of chenille yarns， a digital characterization method of chenille yarns with the temporal variation of morphological structural parameters was proposed， and five primary types of chenille yarns were designed， each exhibiting distinct temporal variations in the morphological and structural parameters. Then， based on the pre-designed chenille yarn structure parameters and the five major types of chenille yarns with different time-sequential distribution laws of morphological and structural parameters， chenille yarns with special morphology and structure， including bubble chenille yarns， chrysanthemum chenille yarns， and big-belly chenille yarns， were designed and spun. The results show that the chenille spinning system based on six-axis linkage control operates well and can realize flexible spinning， which helps to promote the development of chenille fancy yarns with diversified styles， forms and colors， and to broaden its application fields.

In summary， the six-axis joint-control multi-degree-of-freedom chenille spinning system， which enables the spinning of chenille yarns with unique morphologies， structures， and color distribution patterns， is applied to the development of woven fabrics， knitted fabrics， tufted fabrics， etc.， greatly enriching chenille apparel fabrics and home furnishing products， and bringing a new visual and tactile style， along with a fresh wearing experience， to chenille textiles.

Keywords：

chenille yarn; spinning system; structure parameters; time-sequential control mechanism; technological" design

基金項目： 金華市級技術(shù)創(chuàng)新項目（金經(jīng)信投資［2021］47號）

作者簡介： 張丹妮（1999—），女，浙江嘉興人，碩士研究生，主要從事數(shù)字化紡紗方面的研究

通信作者：" 薛元，E-mail：fzxueyuan@qq.com