簡易爆竹自動點火裝置的設計

項 春,吳國強,王 鶯

(浙江水利水電?？茖W校,浙江 杭州 310018)

1 設計背景

為了營造過年氣氛,浙江省各城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村在春節(jié)對煙花爆竹的燃放普遍開禁.在噼噼啪啪的大年氣氛中,因燃放煙花爆竹引發(fā)的人身安全事故頻有發(fā)生,有的炸傷手,有的炸傷眼睛,近距離的直接用火柴、香煙或打火機點火,手持燃放安全隱患極大,為此,課題組設計了一個實用的、方便的、小巧的“爆竹自動點火裝置”,以解決燃放不安全的問題.

在國家知識產(chǎn)權局網(wǎng)上進行檢索以及市場調研,了解到現(xiàn)有的煙花爆竹安全燃放器一般為電子裝置遙控,甚至計算機程控,如北京奧運會開、閉幕式燃放的煙花,此外,還有一些無引線電子點火,非接觸高能電子燃放裝置,安全夾持點火器等,他們多為大型煙花燃放而設計,對于普通老百姓在過年短時燃放煙花爆竹并不實用,成本過高.檢索后也未看到有如本作品的簡易而安全的純機械式的爆竹點火裝置.

本課題以浙江省大學生科技創(chuàng)新活動為契機,以培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力、動手能力以及工程實踐的訓練為目標[1-2],以機械產(chǎn)品數(shù)字化設計為手段[3-4],指導學生設計了一款簡易爆竹自動點火裝置.

2 設計思路

根據(jù)市場調研的情況,課題組著重從以下幾個方面來考慮：

(1)滿足設計所要達到的目標：即使用者不需直接燃放爆竹,適用于家庭常用的多種規(guī)格,一次裝夾可實現(xiàn)多個爆竹燃放,進行產(chǎn)品的純機械結構設計,結構力求簡單;

(2)根據(jù)爆竹規(guī)格,調整裝卸機構,以適應不同的使用環(huán)境和規(guī)格,實現(xiàn)爆竹的自動逐個輸送,操作簡單;

(3)考慮爆竹燃放時對地面會產(chǎn)生較大反作用力,燃放區(qū)底部設計成空的結構,使燃放時的爆竹直接接觸地面,以免對裝置造成沖擊;

(4)分析家庭使用者的經(jīng)濟接受程度,從材料選用、加工方式等各環(huán)節(jié)降低生產(chǎn)成本,力求成本控制在十元以內;

(5)裝置安全穩(wěn)定,夾持可靠,使用簡單,存儲方便,拆卸后收納體積小;

3 設計方案

因為所研制的爆竹自動點火裝置主要是針對家庭不安全燃放爆竹而設計的,所以設計時著重解決手點燃放爆竹的安全隱患,減少危險事故的發(fā)生.為此我們經(jīng)過調研,設計了多個方案,經(jīng)過比較分析,最后確定了一個包括可調裝卸機構、驅動機構和點火機構的純機械式結構的方案,其核心是可調裝卸機構和點火機構,見圖1,圖2.

圖1 可調裝卸機構

圖2 點火機構

可調裝卸機構有一個伸縮框架,能燃放不同型號的爆竹,一次可放置多個,可根據(jù)放置爆竹數(shù)量調節(jié)至合適的長度.見圖2,固定板與底座相連,滑動板可以在導軌中滑動,根據(jù)爆竹數(shù)量疊加的長度,調節(jié)兩個手動擰緊螺母,在合適的位置把板位置固定,在沒燃放的情況下,彈簧處于壓縮狀態(tài).整個裝置的可調裝卸機構和點火機構通過燕尾槽聯(lián)接.在燃放的過程中,見圖2,爆竹從右往左運送,到達最左邊的燃放框里,燃放框底部為空,防止爆竹爆炸時對裝置形成巨大的反沖.而點火主要是通過驅動機構和點火機構實現(xiàn),如圖2所示,采用純機械式的發(fā)條驅動齒輪齒條傳動,進而不斷推進插有香煙或香之類火源的點火彎管緩慢向前運動,實現(xiàn)運動的自動補償.點火彎管能隨意調節(jié)到任何所需位置,簡單實現(xiàn)爆竹導火線的準確定位.

在這一方案中著重要考慮兩點：(1)彈簧能將爆竹準確壓入燃放框內,力度合適;(2)發(fā)條帶動齒條上的點火機構要能保證準確、足夠點完多個爆竹.

4 主要結構設計

4.1 裝卸機構的設計

裝卸機構,見圖3,為更好地提高裝置的適用性和實用性,要求裝卸機構調整方便、靈活,夾緊可靠、安全,使爆竹逐個進入燃放區(qū).可調裝卸裝置俯視圖,見圖4.

可調裝卸機構可根據(jù)放置爆竹的數(shù)量調節(jié)到合適的長度,擋板3和7是固定的,擋板2和8是可以在導軌中滑動的,根據(jù)爆竹數(shù)量疊加成的長度,調節(jié)兩個手動擰緊螺母,在合適的位置將板調緊,在未燃放時,彈簧處于壓縮狀態(tài).壓緊裝置由彈簧和V型架組合在一起,彈簧一端安裝在后置板上,另一端連接在V型架上.V型架的設計適合直徑10～50 mm的家庭常用爆竹燃放.

圖3 可調裝卸裝置立體圖

圖4 可調裝卸裝置俯視圖

4.2 驅動與點火機構的設計

驅動與點火機構,見圖5,驅動機構包括安裝座、二級導軌、發(fā)條箱、齒輪、齒條、軸、軸承以及軸承座.安裝座上加工一個與可調裝卸裝置框架上相配合的燕尾槽結構,方便兩部分的拆合.二級導軌有兩節(jié),一節(jié)固定在安裝座上,另一節(jié)與齒條相連接,即齒條相對安裝座可以滑動.

圖5 驅動和點火機構示意圖

驅動機構的主要核心是發(fā)條箱,由卷簧、棘輪等組成,運行速度與發(fā)條擰緊的松緊度有關,擰的越緊速度越快,擰的越松速度越慢,速度可調.卷簧產(chǎn)生的軸向力通過軸連接帶動齒輪,齒輪與齒條嚙合,由旋轉運動變?yōu)樗揭苿?軸的一端與軸承座內的軸承配合,增加其穩(wěn)定性.

點火機構包括彎管和夾頭,彎管通過螺栓與齒條前段固定在一起,運行自如,可折彎至任何位置,達到不同型號爆竹高度導火線的定位,夾頭上可夾持煙或香,通過齒輪齒條的傳動,帶動彎管,對其進行點火.驅動機構是由發(fā)條(卷簧)產(chǎn)生的力來驅動齒條,通過齒輪齒條傳動,推動點火彎管前行.

彎管夾頭夾持煙或香來實現(xiàn)點火,點完一個后,靠彈簧的彈性回復力壓入下一個爆竹至燃放框中,因為齒條運行的速度比較慢,進而點火機構可以緩慢對下一個爆竹繼續(xù)點火,直到全部點完.

5 裝置的技術特點和優(yōu)勢

簡易爆竹自動點火裝置實物,見圖6,該裝置具有以下的技術特點和優(yōu)勢：

(1)設計的結構科學合理,操作簡單,適用于任何家庭的男女老少,使用時可根據(jù)爆竹大小靈活調節(jié),一次裝夾可實現(xiàn)多個爆竹燃放;

(2)爆竹通過彈簧回復力自動逐個送入燃放區(qū),香煙或香的高度可通過彎管自由調節(jié),且其燃燒后可通過齒輪齒條自動補償,無需任何外接電源,只需提前上好發(fā)條.

(3)安裝、調節(jié)方便,安全,實用,重量輕,攜帶方便.

(4)制作工藝簡單,本作品共21個零件,材料以鋁合金和白鐵皮為主,自重在0.5 kg以內,試制產(chǎn)品用了約一周的時間,正式投產(chǎn)成本控制在十元以內.

(5)不用時可拆卸折疊收納,存儲體積小.

本裝置適用于農村和城鎮(zhèn)的家庭使用,目前國內市場尚未有同類產(chǎn)品.伴隨著人們安全意識的提高,對生命的珍視,一款簡單、實用、安全又便宜的爆竹自動點火裝置將會深受大家的歡迎.

圖6 裝置實物

6 結 語

通過這次大學生科技創(chuàng)新活動,學生大大提高了創(chuàng)新思維和實際動手能力,不僅掌握扎實的專業(yè)基礎知識,而且能做到理論與實際結合,活學活用,成長為掌握具有一定創(chuàng)新設計技能的應用型人才.另一方面,作為教師,也可以將比賽中反映出的創(chuàng)新能力所需的理論知識、專業(yè)技能反饋到教學的各個環(huán)節(jié),從源頭提高大學生創(chuàng)新的潛能,還可以將優(yōu)秀作品融入課堂教學,為新編教材充實設計案例[5].

[1] 周 濟.注重培養(yǎng)創(chuàng)新人才,增強高水平大學創(chuàng)新能力[J].中國高等教育,2006(3)：18-23.

[2] 宮麗華.高校要著力營造大學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的生態(tài)環(huán)境[J].教育理論與實踐,2007,27(3)：48-50.

[3] 李 澄.機械制圖[M].北京：高等教育出版社,2003.

[4] 胡仁喜.Solid Works 2008中文版標準實例教程[M].北京：機械工業(yè)出版社,2008.

[5] 馬曉廂,肖俊建.機械設計基礎[M].北京：機械工業(yè)出版社,2008.