经编机经轴保护装置的创新设计与故障预防策略研究

摘要：本论文提出了一种创新的经编机经轴保护装置，旨在解决现有由于经轴较重，轴头在长期使用中磨损并可能断裂的问题。本文详细介绍了装置的结构组成、安装方式及创新之处，为了解决这一安全隐患，防止断裂后掉落砸伤操作者，我们引入了一套保护装置。这套装置能够在轴头掉落时有效挡住，确保操作者的安全。并通过理论分析和实验验证证明其显著提升了经编机的安全性能。实验数据显示，装置能显著降低意外事故的发生率，提高了设备的可靠性与使用寿命。

关键词：经编机;经轴保护装置;故障预防;创新设计

1.引言

1.1新型经编机经轴保护装置的设计背景

经编是一种通过将平行排列的纱线喂入机器，使其在经向喂入所有工作针并成圈形成针织物的工艺方法，经编机则是实现这一过程的关键设备。经编织物广泛应用于纺织工业，特别是在服装、家纺和工业织物的生产中，因其生产效率高、织物质量稳定而备受青睐。随着工业技术的不断进步，经编机的设计和生产能力也逐渐提升，现代经编机在生产过程中需要通过经轴将大量的纱线引导至编织区域。特别是在大幅宽的经编机上，每个纱线盘头的重量可达150至250公斤，而一根经轴通常包含多个盘头，整个装置的重量可达数吨。如此高的负载要求装置具有更高的安全性和可靠性，以保障生产过程中的人身安全和设备稳定运行。

1.2 传统经轴保护装置的局限性

现有经编机的经轴装置设计虽然能基本满足生产需求，但在使用过程中仍存在一定的安全隐患。随着设备幅宽的增加和纱线盘头数量的增多，经轴承受的重量不断增加。如果螺栓未能正确锁紧，或者因长期使用导致螺栓断裂，便会引发经轴掉落等严重事故，造成极大的安全风险。特别是在高速运行的经编机上，任何一个细小的装置故障都有可能引发重大安全事故，甚至危及操作人员的生命安全。为了防止这些问题的发生，现有的保护装置亟需优化设计，确保在高负载条件下仍能安全可靠地工作。现有技术的主要局限性在于没有有效的预防和缓解措施，当设备受到意外冲击或使用不当时，无法充分保护经轴和操作人员，导致安全性不足。因此，开发一种能够提升经轴稳定性和安全性能的创新型保护装置已成为当务之急。

2.经编机经轴保护装置的创新设计

2.1设计思路与创新点

创新设计关键在于将保护板安装于经轴下部，通过精确螺栓结构实现锁紧，防止外力冲击或因螺栓松动造成的意外脱落。这样的设计结构简化了保护装置的安装步骤，提升操作人员安全的同时还使得经轴受力均匀，进而减少因长期使用导致的应力集中问题。

2.2装置部件功能

装置由大带轮（1）、轴头结合件（2）、车头墙板（3）、哈夫盖（4）、经轴（5）、保护板（6）、保护螺栓（7）、保护螺母（81、82）及固定螺母（83）等多个部件组成，各部件相互配合，共同实现对经轴的有效保护，如图1所示。为了进一步提高安全性，实际生产中，我们将10.9级的螺栓更换为12.9级的螺栓。尽管事故只发生过一次，但鉴于其危险性，我们进行了优化，此后再也没有发生过掉落事件。此外，这些螺栓是经常使用的，需定期更换，轴头的使用情况也要进行定期检查。

大带轮：安装在轴头结合件上，用于传递经编机的动力。大带轮通过轴头结合件与经轴相连，确保纱线盘头能够稳定转动。

轴头结合件：轴头结合件将大带轮与车头墙板固定连接，形成了装置的传动部分，确保大带轮和经轴在高负载情况下仍能稳定运行。

车头墙板：车头墙板作为装置的主体，负责固定轴头结合件和其他关键部件。其坚固的结构设计增加了装置的整体强度，能够承受来自不同方向的冲击力。

哈夫盖：哈夫盖的主要作用是将经轴牢固锁紧，确保经轴在运行过程中不会因振动或其他外力而松动。

经轴：装置核心，固定纱线盘头与转动功能兼具。负载重，需要高稳定性和安全标准。

保护板：这是本装置的创新点之一，保护板安装在经轴下方，通过螺栓固定，能够有效预防经轴脱落事故。

保护螺栓及保护螺母：锁定保护板位置，高速运转时确保不变形。

固定螺母：使得保护螺栓紧连车头墙板，加强结构稳健度。

2.3保护板的安装及其在保障安全中的关键作用

保护板的设计和安装是本装置的最大创新点。传统的经编机经轴装置在保护经轴方面存在明显不足，特别是在高负载情况下，螺栓松动或断裂容易导致经轴脱落，从而引发安全事故。为解决这一问题，本研究在经轴下方设计并安装了保护板，借助保护螺栓和左右保护螺母将其牢固固定在车头墙板上，形成对经轴的多重保护。保护板的存在有效减缓了经轴下坠的风险，即使在螺栓意外松动的情况下，保护板也能提供额外的支撑，防止经轴脱落。

假设经轴承受的最大载荷为，保护板的设计能够将这一载荷均匀分布至装置的各个部位。具体公式如下：

其中，为保护板上的应力，为保护板的受力面积。通过计算可以得出，在最大载荷下，保护板的应力远低于材料的屈服强度，表明保护板能够在各种工作条件下保持其结构完整性。

保护板的设计增加了设备的稳定性，显著降低了因经轴脱落引发的停机损失和维修成本。

3.故障预防策略

3.1螺栓的固定机制及故障预防措施

在经编机经轴保护装置的设计中，螺栓的固定机制是确保设备安全运行的核心部分。当前的经轴装置由于承载了大量的纱线盘头，在操作过程中螺栓常因长时间高负载作业而松动或断裂，成为潜在的安全隐患。为提高了装置的整体安全性和稳定性，设计使用高强度合金材料制造螺栓，提高其抗拉强度和耐疲劳性能。这类螺栓在承受动态载荷时，可以保持结构稳定性，减少由于应力集中导致损坏的风险。

为防止螺栓松动，在设计中采用了双重固定机制，配备左右对称保护螺母，并在螺母与螺栓结合处增添防松垫片，紧固时采用特定力矩确保其不因长期运作松动。使用抗锈性强的原料，并规律润滑减少因摩擦或侵蚀导致损耗，降低维护需求并提升设备寿命。同时在设备维护期间，引入紧囤断力监测技术，可实时检测螺栓的紧囜力度并确认处于最佳状态。

3.2使用寿命和可靠性分析

为了确保经编机经轴保护装置的可靠性，本装置中的螺栓及其他部件的使用寿命和可靠性经过了严格的理论计算和实验验证。在螺栓的寿命分析中，采用了Miner线性累积损伤理论，结合疲劳极限公式，估算了装置在不同负载下的使用寿命：

其中：为累积损伤；为在第 iii 个载荷下的循环次数；为对应于第个载荷的疲劳寿命。通过计算和实验发现，在设备的正常运行负载下，螺栓的使用寿命可以达到200万次循环，大大超出了实际运行中的需求。

3.3提高操作安全性的策略

在保证螺栓等核心部件可靠性的基础上，还提出了多种提高操作安全性的策略。首先，通过车头墙板的加厚设计，以及哈夫盖与轴头结合件的紧密配合，分散了经轴在高负载条件下的集中应力，从而避免了因局部应力过大引发的部件损坏。

其次，为提高装置的操作安全性，加入了自动报警系统。一旦监测到螺栓松动或磨损的情况，系统将自动发出警报，并及时进行维护处理。

最后，保护板的安装不仅提供了物理防护，还能在紧急情况下为操作人员争取时间进行处理，减少意外事故的发生概率。表格3.1总结了优化前后装置的关键性能指标对比。

该经编机经轴保护装置通过对螺栓固定机制的优化、可靠性提升和安全性策略的综合应用，极大地提高了设备的安全性和运行稳定性。延长了设备使用寿命。

4. 实验验证

4.1 实验流程及结果分析

为了验证新型经编机经轴保护装置的实际应用效果，本研究进行了多项实验测试，模拟了不同负载条件下装置的运行情况。实验采用了E2528/3HB-348型号经编机，该设备上的经轴承载了16个盘头，单个盘头重量在150至250公斤之间，总载荷约为2250公斤。实验流程分为以下几个步骤：

①安装装置：将保护板通过螺栓牢固安装于经轴下方，并采用左右保护螺母进行加固。所有螺栓和螺母均经过严格的力矩设定，确保在不同负载下的紧固状态。

②负载测试：实验设置了三种负载条件，包括额定负载、超负载10%、超负载20%。每个负载条件下，设备运行5万次循环，检测装置的稳固性及部件的磨损情况。

③数据采集：通过应变仪实时监测螺栓、保护板的受力情况，记录设备运行过程中的振动、冲击力等数据，评估装置的耐久性与抗疲劳性能。

实验结果显示，保护板和螺栓在运行过程中表现出极高的稳定性和高度可靠性。在额定负载条件下，装置保持了稳定状态，没有发生任何位移或者变形现象。即便是在超负载20%的情况下，螺栓和保护板的应力水平依然低于材料所能承受的损坏强度，这表明该装置能够承受较大的负荷而不发生结构性的损坏。

结语

本论文设计验证一种新型经轴保护装置，解决高负载下经编机存安全隐患。该装置通过在经轴下方安装创新性保护板，使用高强度螺栓固定，大幅提升运行稳定性和安全性。无论正常或超负荷状态，可有效避免经轴掉落并减少操作风险。此外，这一设备结构简洁、易于安装且耐用可靠，有助延长使用寿命，减少维修次数，在提高设备安全及降低故障率方面表现优越。

参考文献

[1]夏风林，张航，张琦，等. 经编机电子横移运动同步性补偿设计 [J]. 纺织学报， 2024， 45 （01）： 203-210.

[2]杨美玲. 经编贾卡提花间隔鞋面设计与三维仿真[D]. 江南大学， 2023.

[3]张航. 高速经编机电子横移系统响应性分析与仿真[D]. 江南大学， 2023.

[4]陈天墨，夏风林. 基于数据库的经编机故障诊断与查询系统开发 [J]. 针织工业， 2023， （11）： 21-25.

[5]杨毅，曹清林，黄骏，等. 衬纬复合材料经编机推纬机构的设计 [J]. 纺织导报， 2023， （06）： 87-92.