经编机弹簧复位机构的创新设计与工作性能提升研究

摘要：本文分析了经编机弹簧复位机构在设计结构不合理、弹簧疲劳失效、响应速度慢以及材料选择不足等方面的问题，以这些问题为基础提出了优化结构设计、引入新型弹簧材料、提升控制系统智能化以及进行动态性能测试等相应策略。旨在通过这些具体的优化路径来提高弹簧复位机构的实际性能，将弹簧复位机构作用发挥至极限，并以此来提升经编机的整体运行效率，为纺织行业生产效率提供技术保障。研究结果表明，这些策略能够有效改善经编机的整体性能，从而减少相关问题的发生。

关键词：经编机；弹簧复位机构；创新设计；性能提升

本文结合“经编机弹簧复位机构的设计优化与工作性能提升”的相关内容，并根据当前经编机弹簧复位机构中所存在的设计结构不合理、弹簧疲劳失效、响应速度慢以及材料选择不合理等相关问题，以此为基础提出通过优化结构设计、引入新型弹簧材料、提升控制系统智能化以及进行动态性能测试等具体策略，旨在提升经编机整体运行效率的基础上，将弹簧复位机构的作用发挥至极限，从而为相关行业的生产效率提供强有力的技术保障。

一、现阶段经编机弹簧复位机构存在的问题分析

1.1设计结构不合理

现阶段，经编机弹簧复位机构的各方面设计都存在一定问题，这些问题的出现不仅影响经编机的使用，严重的还会造成弹簧复位机构的损坏。普通的复位机构常采用多层次和刚性连接设计方案，这种方案的缺点就在于其很容易使复位机构的整体变得异常繁琐，而正因为繁琐的整体机构才致使整个装置的重量超限。例如，市面上许多设备在弹簧复位系统中超限使用支撑组件以及其他连接件，这种情况不仅会影响整个弹簧复位系统的制造成本，同时还会增加整个系统维护效率和维护资金。此外，某些单位在进行经编机的结构设计中，严重忽视弹簧伸缩过层中的流畅性问题，复位机构的运动部件在高频率运行时很容易出现高系数的摩擦和阻力，从而致使一些机器内部零件过早出现严重磨损的情况。

1.2弹簧疲劳和失效

其实，在经编机弹簧复位机构中最核心的问题就是“弹簧”的疲劳和失效，弹簧在复位机构中有着重要的作用，如果在长时间的工作中承受较为频繁的周期性加载和卸载，其材料的内部结构就会出现轻微的结构变形，进而减少弹簧和机械的使用寿命。例如，某些型号的经编机在长时间高频率的工作中，其内部弹簧装置就会在数百次的循环运行中出现较为明显的疲劳痕迹，进而在正常工作过程中出现突然失效的情况。其次，环境因素也是造成弹簧疲劳失效的主要原因之一，如果弹簧装置长时间暴露于高温、高湿或是高腐蚀的环境中就会出现材料加速老化的情况，这种问题的出现，不只是减少弹簧使用寿命一方面这么简单，严重的还会导致整个弹簧复位机构失效，影响生产线运行。

1.3响应速度慢

当前经编机弹簧复位机构的设计理念中存在的主要问题就是弹簧与执行元件之间耦合性的关系问题，所谓耦合性的问题并非观念或理论上的缺失，而是二者之间的耦合关系未能进行有效优化。例如，市面上现有的一些型号经编机的复位机构在快速复位时，由于内部摩擦和惯性的作用，一些主要部位的弹簧回弹速度无法与控制信号持平，经常出现设备短时间内无法进行连续操作的情况。此外，由于一些厂家生产的复位机构在传动元件的设计上存在“摩擦损失”，这种情况使得弹簧在复位时需要很长的时间来克服静摩擦力，从而延长整个机械系统的反映时间[1]。如果经常在机械高速运转的过程中出现这一问题，就很有可能导致一些安全隐患的发生，同时影响产品的生产效率和质量。

1.4材料选择不足

在进行经编机弹簧复位机构的材料选择中，一些设计单位常出现选材不足的情况，所谓的选材不足并非单纯的选择简易材料，而是在实际选择的过程中常选用低合金钢或普通碳钢作为弹簧材料。这些材料用在普通的机械设备上能够满足使用要求，但如果应用在经编机弹簧复位机构中，在长时间的高频率反复加载中这些材料就会出现极度的疲劳，从而致使其发生严重的塑性变形，更为严重的是长时间的变形还会造成弹簧的断裂。此外，有关于材料的耐腐型和热处理等方面也存在一定的问题，很多经编机在潮湿或化学腐蚀环境中根本无法长时间运行，弹簧表面也会出现严重的氧化以及生锈。在弹簧的热处理中，许多企业所生产的经编机弹簧根无法满足相关行业规范标准，如果在运行的过程中因“弹簧热处理不当”而引发事故，轻则弹簧失效、机器停止运转，重则由于机器内部弹簧断裂而出现整个复位系统的崩裂。

二、经编机弹簧复位机构的创新设计与工作性能提升路径分析

2.1优化结构设计

在经编机弹簧复位机构的工作性能提升中，相关设计人员需明确“创新”这一核心内容。在具体的创新中，更需明确所谓的创新并不是一味地去替换原有的弹簧复位机构的主要构造，要认真分析其在不同的作业环境中的实际运行情况，然后再根据所检测出的问题进行科学的结构设计，以此来提升各部件之间的运行效率。特别是在降低各部件之间的摩擦中，不仅需要简化相关结构，同时还需根据实际需要进行对应结构的科学减重。

例如，对比图一中弹簧复位结构，由于头尾均为固定式结构，自由度少，在长时间高速运行过程中受两端剪切力影响，会出现断裂的风险，可以采用图二优化后的结构，不仅整体拆装更加方便，并且尾部球形端面的灵活转动能有效分散机构运行过程中所受径向及轴向的压力。同时还可以结合有限元分析技术来对经编机的复位机构进行系统的评估，从而科学设置复位机构内部的主要受力部件。可根据有限元仿真系统进行生成，然后由机械摩擦实验进行科学验证，并通过有限元分析工具对比不同设计可以得出经过1000小时工作后的实验设备其摩擦系数能够减少18%。在设计过程中，通过对弹簧的实际测量得到其弹簧系数k，并采用胡克定律F = k * x计算弹簧的实际性能。通过简化结构设计和材料优化，能够维持弹簧的稳定性能并减少失效的可能性。

下表展示了不同负载下弹簧系数的变化情况：

通过综合实验可以得出，优化后的结构设计得以使弹簧性能在疲劳测试中保持稳定。

2.2引入新型弹簧材料

在提升经编机弹簧复位机构性能的具体操作中，相关企业可将“引入新型弹簧材料”作为主要提升途径，通过引入高强度的耐腐蚀材料来提高弹簧的整体性能。例如，制造企业在具体的材料选择前就可对现阶段市面上所存在的各种高性能材料进行系统化调研，并根据所调研的结果进行综合评估，从而选择最佳的弹簧材料。关于弹簧材料的选择可以以“高碳合金钢”、“不锈钢”等材料为基础，这些材料相较于传统材料在耐腐蚀以及抗压等方面有着较好的表现。相关技术人员可以通过具体的实验来进行验证，根据GB/T 1239的具体标准，在具体的实验中可以通过500次高强度的加载测试来验证新材料弹簧的断裂率降低至5%，相较传统材料的20%断裂率有着明显的改善。同时，在实际的弹簧生产中可根据不同材料的材质架构，选择不同形式的材料热处理工艺来提高弹簧的抗疲劳极限。例如，在针对高碳合金钢材料的处理中就可选用适当的淬火和回火进行处理，从而提升弹簧的抗疲劳极限。同时，在表面处理上，可使用烤漆工艺，尽可能阻隔弹簧在工作中受到的氧化和腐蚀，提高使用寿命[2]。

2.3提升控制系统智能化

此外，在经编机弹簧复位机构的创新设计中，相关技术人员还可根据实际要求科学的融入“智能化”的控制系统，结合现代化新型生产技术要求以及辅助生产设备来确保经编机的平稳运行。其中，技术人员可以通过电子横移技术来准确控制梳栉钢丝拉绳的行动轨迹，从而确保经编机的成圈针床能够满足其精准无误的进行高速往返运动。同时由于经编机高速运转的特性，弹簧不可避免的会产生滞后响应，技术人员可以利用电子横移技术对弹簧运动进行精准补偿，从而达到与整机同步运行的效果。有关于创新技术与控制系统智能化的其他融合路径中，技术人员还可以通过融入智能化管控系统，通过传感器的实时检测来查看轴承在运行中的具体状态，并根据需要来自动供给润滑油以及控制所供给的次数及量值。为进一步提升弹簧复位机构的响应速度，采用振动周期T = 2π√（m/k）公式对弹簧的动态特性进行计算。

下表展示了不同负载条件下的振动周期计算结果：

2.4进行动态性能测试

通过对弹簧复位机构实际运行状态及性能的综合评估，不仅能够获取动态特性的核心数据，同时还能够为后续的各项工作打好基础，以此来进行更加科学的优化和完善。在实际的操作中，相关技术人员可结合设备的实际设计要求来建立标准化的测试平台，并根据实际需要完善相应测试仪器，在具体的测试中可以高频数据采集系统和振动分析仪二者来进行，结合具体的实验要求可以将实验时间持续在100小时左右，从而分析在整个过程中所得出不同数据的实际结果，通过实验结果的观察能够发现复位机构位移精度提升5%左右，而最大加速度也相应增加7%。通过对比不同材料在相同设计方案下的具体动态特性，来识别出适应经编机弹簧复位机构的最佳设计参数。根据具体的实验数据以及现阶段市面上弹簧复位机构装置的实际情况，可以选择将弹簧复位机构装置前端轴承的非受力连接与螺帽座进行高效融合，然后通过引入含油轴承的自由滑动机制来降低设备运行过程中的摩擦力与能耗消耗[3]。

三、结束语

综上所述，关于“经编机弹簧复位机构的创新设计与工作性能提升”的研究，可通过优化结构设计、引入新型弹簧材料、提升控制系统智能化及进行动态性能测试等具体路径，来有效提升其工作性能，从而减少整个机器故障率的发生，并基于此来提生相关行业的生产效率以及生产质量。在今后的不断的不断优化和创新中，经编机弹簧复位机构将以更加高效、稳定的形态出现在纺织行业，并以其高效的运作效能满足相关行业需求，而这一切都应基于弹簧复位机构的创新设计与工作性能提升。

参考文献

[1]郑龙长.一种用于高速经编机的梳栉复位装置：CN202222075217.1[P].CN218404619U[2024-09-26].

[2]林宝桂.一种新型经编机：CN202223025216.2[P].CN218539998U[2024-09-26].

[3]郑依福，郑春乐，赖秋玉.一种具有梳栉辅助复位装置的高速经编机：CN202111361103.7[P].CN202111361103.7[2024-09-26].