针刺机是一种大型纺织机械,其结构复杂,工作载荷大,是针刺非织造布工艺的重要生产设备。通过针刺机生产的非织造布具有结构紧密、过滤效率高、机械特性好等优点,广泛地应用于合成革基布、医疗卫生用品、家具用布和过滤材料等产品。本课题以高克重非织造布针刺机为研究对象,对针刺机的工作原理和主要机构工作性能进行分析研究。通过对针刺机构的运动分析,获得针梁针板部件随偏心轮转角变化的位置、速度和加速度运动特性,结果表明针刺运动易产生较大的冲击作用,引起关键零部件托床的弯曲变形和针刺机的振动,影响针刺非织造产品质量和设备安全。对针刺机构进行平衡分析,确定配重方案,并结合ADAMS动力学仿真软件验证针刺机构的平衡达到效果。利用ANSYS Workbench有限元分析软件对针刺机关键零部件托床及机架进行模态分析,得到各阶固有频率及模态振型,证明在正常工作频率下托床和机架不会产生共振。对针刺机进行实验研究,以托床部件作为主要研究对象,开展现场实测。测量采集针刺过程中托床的弯曲变形参数和针刺力参数;通过对实验数据的分析研究,得到托床部件在针刺机运行过程中产生的最大挠度为0.2959mm,最大针刺力为34350N。应用ANSYS Workbench对托床和机架进行静力学仿真,结果表明针刺机实验数据可靠,托床和机架的强度和刚度能够符合安全要求。为减小针刺运动产生的冲击作用,提高托床和机架等关键零部件的刚性,对针刺机进行了优化设计。将传统的高克重非织造布针刺机的针刺机构改进设计为单轴双驱动针板的新型针刺机构,使两组针刺部件交替上下针刺,从而减小托床瞬间承受的针刺力作用,提高托床部件的刚性,减轻针刺运动产生的振动与冲击;同时对针刺机机架进行优化改进,在保证机架结构强度和刚度的基础上,提高机架的动静态特性,实现机架结构的轻量化设计。