本發明涉及工業自動控制領域，涉及一種熱定型機的車速設定方法。

背景技術：

在紡織品染整加工過程中，織物要受到(包括物理機械的、化學的)多種復合作用。使得產品在外部形態及結構尺寸上有所變化，有的甚至失去了織物所應具備的形態、外觀和風格，嚴重影響了服用性能。因此確保織物的外部形態和尺寸的穩定性是衡量產品質量的一個重要標準。通常將穩定織物的外觀、形態和尺寸的處理過程稱定型處理，針對不同纖維織物的特點，有著多種不同的定型處理方法，其中包含化學方法(如棉織物的樹脂整理、絲光等)和物理機械方法(如毛織物煮、蒸呢，合成纖維熱定型等)。

在合成纖維的大分子結構中一般不含有親水基團，分子鏈排列緊密，結構緊湊，吸濕溶脹性極差，因而在常態下合成纖維的縮水現象并不明顯，然而合成纖維具有良好熱塑性，當處于溫度較高的環境中時，大分子鏈段間的重排使得纖維微結構和形態發生很大變化，這些變化又可通過降低環境溫度而被相對永久保持下來。這種熱塑性可集中表現在合成纖維織物于染整加工中的形態多樣性。合成纖維及其混紡織物在紡織染整加工過程中，有多次受到干、濕熱處理的歷史，且織物在運行過程中要受到各種張力的拉伸作用，因而其外形、尺寸始終處于多變復雜的狀態，如經、緯向長度變化(收縮或伸長)，布面折皺、手感粗糙等，給產品質量帶來了嚴重影響：針對這一問題，為了提高合成纖維的熱穩定性，采用熱處理的方法，利用其熱塑性對合成纖維予以定型。也就是將織物在張力下置于高溫環境中(如180～200℃)，并保持一定的尺寸或形態，熱處理一段時間后，迅速冷卻降溫，使改變了的纖維微結構被固定下來，在宏觀上賦予了織物相對穩定的尺寸和形態。由于是熱處理的方法，故稱為熱定型。

熱定型的工藝參數在加工過程中一直是個難題，對熱定型效果影響最大的參數最主要的是溫度、時間、張力。

織物在熱定型中參數設定非常重要，設定的車速過快、過慢均不利于布匹的質量，且過慢導致過度定型造成了能量的大量的浪費，在現有的定型機應用中普遍存在，究其原因是對定型機定型過程參數沒能很好的掌握，只能依靠經驗進行判定，有資料表明，過度定型時間造成的能源浪費達到了20-30％。

技術實現要素：

本發明正是基于上述問題，提出一種干布熱定型過程定型機車速設定方法，從而降低定型機能耗。

本發明提供的技術方案是：

一種干布定型機熱定型過程車速設定方法，包括以下步驟：1)確定織物加熱時間：

設定布匹加熱定型時的速度為v，取其中微小長度△x,那么所需的時間應該是Δτ＝Δx/v，則△x這段距離所對應的面積周圍的熱空氣的溫度為T_air(τ)，記瞬時換熱為h(τ)，

根據能量守恒定律，單位時間內熱空氣通過射流方式進行對流換熱，傳給織物的熱量應等于織物內部焓的增量，得到了如下的表達式：

這里面，

Φ(τ)在單元時間內通過ΔS面積的換熱量，稱為熱流量，單位是W。

ΔS是單元織物換熱面積，單位是m²

h(τ)瞬時對流換熱系數，單位是W/(m²·℃)

T(τ)單元布匹經過加熱時間Δτ后的溫度，單位℃

T_W(τ)布匹的邊界溫度，單位℃

ρ被加熱的布匹的密度，單位是kg/m³

c_p(τ)被加熱的布匹的定比壓熱容，單位是J/(kg·℃)

τ布匹在烘箱內的時間，單位s

平衡方程建立了表面對流換熱速率與織物內能變化速率之間的關系，取單位長度為計算單元體，因此有△V/△S＝δ，δ是織物厚度，公式(1)進行變形，得到：

進行積分分離，令θ＝T_W(τ)-T(τ)，取初始條件為τ＝0，T＝T₀，且微分方程初始條件可以寫成：

將初始條件θ₀＝T_W0(τ)-T₀代入，經過計算后，可得：

此處c是積分常數，

由于

因此，

其中，邊界溫度T_w(τ)可以用下式近似表示，

假定熱空氣溫度基本穩定，即T_air＝T_air(0)，因此：

h(τ)用數據處理的辦法來進行擬合而得到；

T_air(τ)是熱空氣的溫度，也就是工藝要求的空氣溫度值；

其中取T_air(τ)＝定型溫度，取T₀＝工廠環境溫度，按照織物的特性，取ρ,c_p(τ)以及h(τ)的值；

因此根據公式(7)計算出織物加熱時間，即達到織物定型溫度所需的時間τ；

2)確定定型加工的總時間τ_總：τ_總＝τ+τ_定型，τ_定型代表織物定型時間；

3)計算車速：車速＝單節烘箱長度*烘箱節數/τ_總；

4)根據布匹加工工藝的速度約束，來確定最終車速：若計算的車速>工藝要

求的最低車速，則選擇計算的車速；否則取工藝要求最低車速。

本發明通過對織物加熱時間的計算，能夠較為準確的確定織物定型加工的總時間，從而可以設定合理的車速，減少定型過程中的能源浪費，為定型機定型質量的提升提供了有力的技術支持。

附圖說明

圖1為本發明的織物加熱時間和織物定型時間的示意圖。

圖2為本發明的數據擬合示意圖一。

圖3為本發明的數據擬合示意圖二。

圖4為本發明的數據擬合示意圖三。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行詳細說明。

織物的定型工藝，一般在紡織企業出品布料的時候就會給出，定型的工藝參數中主要的指標：定型溫度和定型時間都會給出參考值。值得注意的是，這里的定型溫度和定型時間是指如圖1中所描繪的部分，圖1中橫坐標為時間(s)，縱坐標為溫度(℃)，因此實際的進入定型機加工的時間要比上述所描述的定型時間要久，工藝要求就是要保證達到定型溫度后所持續的時間為定型時間，因此布匹在定型機內的總時間應該是：

總時間＝織物加熱時間+織物定型時間；

在實際設定中，工程人員不能很好的估算織物加熱時間，為求穩妥，只能把車速設定較慢，從而加工時間加長，增加了能耗。

本實施例的技術方案為：一種干布定型機熱定型過程車速設定方法，包括以下步驟：1)確定織物加熱時間：

設定布匹加熱定型時的速度為v，取其中微小長度△x,那么所需的時間應該是Δτ＝Δx/v，則△x這段距離所對應的面積周圍的熱空氣的溫度為T_air(τ)，記瞬時換熱為h(τ)，

根據能量守恒定律，單位時間內熱空氣通過射流方式進行對流換熱，傳給織物的熱量應等于織物內部焓的增量，得到了如下的表達式：

這里面，

Φ(τ)在單元時間內通過ΔS面積的換熱量，稱為熱流量，單位是W。

ΔS是單元織物換熱面積，單位是m²

h(τ)瞬時對流換熱系數，單位是W/(m²·℃)

T(τ)單元布匹經過加熱時間Δτ后的溫度，單位℃

T_W(τ)布匹的邊界溫度，單位℃

ρ被加熱的布匹的密度，單位是kg/m³

c_p(τ)被加熱的布匹的定比壓熱容，單位是J/(kg·℃)

τ布匹在烘箱內的時間，單位s

平衡方程建立了表面對流換熱速率與織物內能變化速率之間的關系，取單位長度為計算單元體，因此有△V/△S＝δ，δ是織物厚度，公式(1)進行變形，得到：

進行積分分離，令θ＝T_W(τ)-T(τ)，取初始條件為τ＝0，T＝T₀，且微分方程初始條件可以寫成：

將初始條件θ₀＝T_W0(τ)-T₀代入，經過計算后，可得：

此處c是積分常數，

由于

因此，

其中，邊界溫度T_w(τ)可以用下式近似表示，

假定熱空氣溫度基本穩定，即T_air＝T_air(0)，因此：

h(τ)用數據處理的辦法來進行擬合而得到；

在應用中h(τ)是一個變值，如果h(τ)變化不大，那么就可以在實際中用數據處理的辦法來進行擬合，從而得到一個定值來進行逼近，有利于實際應用，為驗證這一看法，本發明采用實驗的方式來進行驗證。

以某滌綸織物(克重230g/㎡，幅寬180cm)熱定型過程為研究對象，在韓國理和Platinmu定型機中進行熱定型，配置8節烘箱，每節烘箱長度3m。分別給定設定溫度180℃,190℃,200℃進行測試(由于定型工藝需要，一般溫度值跨度都非常小，這里為了驗證需要，已經屬于較大區間)

如圖2，縱坐標為溫度(℃)，橫坐標為時間(s)，設定溫度為180℃時：這里“*”為實際采樣的數據，實線是實際擬合的曲線，吻合度非常高；

如圖3，在190℃時候，擬合度較好；如圖4，在200℃時候，擬合同樣較好；

結果表明，推導的模型基本準確，且h(τ)在較小的溫度變化時候，差異不大，可以視為一個常數，通過一組數據，采用曲線擬合的方法能夠確定該值；

上述的圖形可視為本發明的一個具體實施例，但發明不限定于上述情況所對應的具體數值，發明提供了一種有效的織物溫度實際估算方法，可以在干布熱定型的過程中使用，使用方法簡單。

僅需要在加工該織物情況下，采樣一次實際織物表面溫度(采集的點越多，辨識準確性越高)，基本就能明確織物實際溫度的變化情況，有利于設定合理的工藝參數。

T_air(τ)是熱空氣的溫度，也就是工藝要求的空氣溫度值；

其中取T_air(τ)＝定型溫度，取T₀＝工廠環境溫度，按照織物的特性，取ρ,c_p(τ)以及h(τ)的值；

因此根據公式(7)計算出織物加熱時間，即達到織物定型溫度所需的時間τ；

2)確定定型加工的總時間τ_總：τ_總＝τ+τ_定型，τ_定型代表織物定型時間；

3)計算車速：車速＝單節烘箱長度*烘箱節數/τ_總；

4)根據布匹加工工藝的速度約束，來確定最終車速：若計算的車速>工藝要

求的最低車速，則選擇計算的車速；否則取工藝要求最低車速。

本發明通過對織物加熱時間的計算，能夠較為準確的確定織物定型加工的總時間，從而可以設定合理的車速，減少定型過程中的能源浪費，為定型機定型質量的提升提供了有力的技術支持。