平帶張緊裝置安全保護(hù)機(jī)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計

李志堅

（梅州市金雁實(shí)業(yè)集團(tuán)公司，廣東梅州 514021）

0 引言

立式漆包機(jī)生產(chǎn)漆包線的收線牽引助力裝置屬摩擦型平帶傳動類，由主動輪（線纜行業(yè)稱牽引輪）、從動輪、張緊輪和傳動帶組成。其結(jié)構(gòu)簡單、制造、安裝和維護(hù)方便，且成本低廉而被廣泛應(yīng)用[1]。傳統(tǒng)牽引助力裝置的設(shè)計雖滿足了上述要求，但忽略了操作人員在手工操作時稍有不慎，很容易將手卷進(jìn)牽引輪與平帶之間而產(chǎn)生的人身傷害事故。

創(chuàng)新不在乎規(guī)模的大小，也不在乎理論的深淺，注重的是能夠很好地解決問題，能以最少的投入獲得最大的收益，就是好的設(shè)計[2]。本文針對平帶張緊裝置的安全隱患，運(yùn)用杠桿原理，采取串聯(lián)組合設(shè)計形式，提供了一種簡便、實(shí)用及具有更高操作安全的工裝設(shè)備。

1 傳統(tǒng)平帶張緊裝置安全缺陷分析

1.1 絲桿式平帶張緊裝置結(jié)構(gòu)

立式漆包機(jī)漆包線生產(chǎn)從烘爐出線后采用的牽引助力——絲桿式平帶張緊裝置，其機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)平帶裝緊裝置結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 裝置安全缺陷分析

若要漆包線通過牽引輪后不打滑，必須依靠手輪轉(zhuǎn)動拉動絲桿滑塊的水平運(yùn)動，再通過張緊輪調(diào)整平帶與主動輪的張緊程度，從而達(dá)到不打滑的目的并實(shí)現(xiàn)漆包線的有效牽引。

企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備是固定的，操作人員流動性的變數(shù)很大，不斷有新手調(diào)入進(jìn)行設(shè)備的生產(chǎn)操作。當(dāng)操作人員進(jìn)行漆包線生產(chǎn)的收線牽引助力繞線操作時，由于無“一朝被蛇咬，十年怕草繩”的經(jīng)歷和經(jīng)驗(yàn)，雖進(jìn)行了必備的設(shè)備安全操作規(guī)程教育，但安全操作的不規(guī)范、反手逆時針操作、防患意識不強(qiáng)等因素制約，傷害事故往往在所難免。

1.3 缺陷結(jié)論

通過結(jié)構(gòu)及人員的操作分析，該裝置最大的安全缺陷是：當(dāng)出現(xiàn)人身傷害事故時，用手轉(zhuǎn)動螺桿產(chǎn)生的位移和速度不能滿足被卡夾的手應(yīng)即刻脫離平帶與主動輪之間，導(dǎo)致手無法快速脫離張緊裝置而產(chǎn)生傷害事故。

2 改進(jìn)設(shè)計思路

在保持平帶與主動輪對漆包線導(dǎo)體不拉細(xì)及漆膜不損傷的功能下，不改變主動輪與平帶的原結(jié)構(gòu)尺寸，主要改變從動輪、張緊輪、平帶張緊機(jī)構(gòu)對操作使用有安全隱患的結(jié)構(gòu)布局，改進(jìn)分析思路見圖2。

圖2 改進(jìn)分析樹圖

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 機(jī)器設(shè)計

根據(jù)改進(jìn)分析樹圖，構(gòu)思的平帶張緊裝置安全保護(hù)裝置主要由五大機(jī)構(gòu)組成：一是繞線工藝機(jī)構(gòu)。由分線輪和主動輪組成；二是平帶活動臂。由平帶、活動臂、從動輪、張緊輪、定位孔組成；三是頂桿組件，由調(diào)節(jié)螺桿、桿體組成；四是鉸鏈固定支座，由導(dǎo)向孔、曲柄支座組成；五是安全操作構(gòu)件，由連桿框、搖桿手把組成，其結(jié)構(gòu)示意見圖3。

3.2 工藝性設(shè)計

在產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)時，設(shè)計者不但要按照優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計的原則開發(fā)出性能、功能令用戶滿意的產(chǎn)品，還應(yīng)密切注意工藝性、易制造性，最好能緊密結(jié)合廠情和企業(yè)現(xiàn)有的裝備情況，化繁為簡，體現(xiàn)結(jié)構(gòu)、精度、資源、工藝性和成本的最佳匹配，做到產(chǎn)品設(shè)計“恰到好處”[2]。本裝置改進(jìn)設(shè)計時的工藝性就體現(xiàn)這一點(diǎn)。

圖3 改進(jìn)平帶張緊裝置示意圖

（1）繞線工藝設(shè)計

本工藝采取了導(dǎo)輪與主動輪搭配，根據(jù)漆包線規(guī)格大小在導(dǎo)輪與主動輪之間來回繞圈的做法，在放松平帶后無摩擦力的狀態(tài)下，仍能保持一定的收線牽引力，確保正常生產(chǎn)的漆包線不致在烘爐突然無牽引速度而烤焦引起經(jīng)濟(jì)損失。此設(shè)計雖然與安全機(jī)構(gòu)無關(guān)，但低成本不僅體現(xiàn)在設(shè)計、制造上，更要體現(xiàn)在設(shè)備與生產(chǎn)工藝相結(jié)合的經(jīng)濟(jì)性。

（2）繞線方向

此設(shè)計是基于人的操作習(xí)慣及安全角度等因素考慮而改進(jìn)的工藝路線，即反手操作改順手操作，并與繞線工藝方式同步進(jìn)行，如圖3所示。

3.3 構(gòu)件設(shè)計

據(jù)統(tǒng)計，在整個機(jī)械設(shè)計過程中，平均約80%的時間用于結(jié)構(gòu)設(shè)計。結(jié)構(gòu)設(shè)計的工作質(zhì)量對滿足產(chǎn)品的功能要求、保證產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性、降低產(chǎn)品成本具有十分重要的作用。當(dāng)設(shè)計修改的損失是1 時，制造的修改損失將是100[2]。為避免這一損失，本構(gòu)件從功能、操作安全、簡便實(shí)用相結(jié)合的原則進(jìn)行設(shè)計。

（1）平帶張緊活動臂

平帶張緊活動臂由活動臂、從動輪、張緊輪、變位孔組成，其結(jié)構(gòu)示意見圖4。平帶張緊程度是決定安全操作出現(xiàn)意外時的主要因素，平帶能否即刻松弛是機(jī)構(gòu)安全的關(guān)鍵，本活動臂的設(shè)計巧妙地將從動輪與張緊輪安裝固定在活動臂的兩端，從動輪固定在主機(jī)機(jī)體上，張緊輪可隨活動臂上下作圓弧運(yùn)動，變位孔主要是定位及限制活動臂圓弧運(yùn)動的范圍，從而使平帶即刻松弛且保護(hù)操作者的人身安全。

圖4 平帶活動臂示意圖

（2）頂桿組件

為實(shí)現(xiàn)活動臂的圓弧活動完成其定位及上下活動的功能。本設(shè)計的活動頂桿組件由調(diào)節(jié)螺桿和桿體兩大構(gòu)件組成，結(jié)構(gòu)示意見圖5。其中調(diào)節(jié)螺桿由桿頭、凸環(huán)、螺桿、螺母組成。桿頭與活動臂的定位孔相配合完成定位作用；凸環(huán)限制活動臂下降幅度；通過螺桿由螺母進(jìn)行微調(diào)調(diào)節(jié)頂桿與平帶張緊的程度。桿體由螺紋孔、桿身、柱銷孔組成。螺紋孔與螺桿配合，可調(diào)節(jié)螺桿的長度以滿足活動臂對平帶的張緊需求。柱銷孔為頂桿和下一級運(yùn)動構(gòu)件作連接。

（3）鉸鏈固定支座

支承件是機(jī)器中的基礎(chǔ)零件，許多零部件都直接或者間接固定在支承件上以保持相對位置，本安全保護(hù)機(jī)構(gòu)的支承件只需滿足一般設(shè)計的實(shí)用性、工藝性及經(jīng)濟(jì)性即可[3]。鉸鏈固定支座專為頂桿組件上下運(yùn)動的服務(wù)而設(shè)計，只起到固定頂桿與連接下一級操縱機(jī)構(gòu)的作用。支座由導(dǎo)向孔、搖桿支座、底座、定位孔組成。其作用簡單不作介紹。

圖5 頂桿組件示意圖

（4）安全操作構(gòu)件

要實(shí)現(xiàn)平帶裝緊裝置的安全保護(hù)，除上述機(jī)構(gòu)外，最后的機(jī)構(gòu)就是操作機(jī)構(gòu)，本著簡單、方便實(shí)用的原則，采用搖桿手把連桿構(gòu)件作為裝置的安全保護(hù)機(jī)構(gòu)，由搖桿手把、連桿框組成，結(jié)構(gòu)示意見圖7。

圖6 支承座示意圖

圖7 搖連桿構(gòu)件示意圖

4 效果

4.1 預(yù)防及操作效果

該裝置在開機(jī)、轉(zhuǎn)規(guī)格上線或中途斷線重新帶線操作時，始終能在牽引輪與牽引平帶分離（即平帶停止運(yùn)行）狀態(tài)下進(jìn)行，可有效預(yù)防操作人員在操作過程中將手卷進(jìn)運(yùn)行的牽引輪與牽引平帶之間產(chǎn)生的傷害事故。

4.2 安全防護(hù)效果

操 作 方便、快捷、實(shí)用。操作人員通過右手進(jìn)行漆包線的牽引纏繞帶線，當(dāng)出現(xiàn)事故時可通過左手把手柄拉下平帶張緊機(jī)構(gòu)，可立即避免事故的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)單人輕快操作。

4.3 實(shí)際應(yīng)用效果

本裝置改進(jìn)設(shè)計在梅州某漆包線企業(yè)立包機(jī)上使用多年，新進(jìn)員工幾批次都未出現(xiàn)安全事故，目前正在漆包機(jī)生產(chǎn)廠家推廣使用。

5 裝置安全保養(yǎng)

本裝置涉及安全維護(hù)保養(yǎng)的機(jī)構(gòu)主要在頂桿桿體與桿體導(dǎo)向孔、搖桿手把與柱銷的潤滑、桿頭與螺桿螺絲的配合等，在日常的生產(chǎn)使用中，注意如下維護(hù)保養(yǎng)：

（1）開機(jī)前，應(yīng)檢查定位螺母是否緊固，如有松動，應(yīng)重新校準(zhǔn)頂桿與平帶張緊程度達(dá)到滿足生產(chǎn)時的有效距離；

（2）注意桿體與導(dǎo)向孔之間的潤滑狀態(tài)，停機(jī)后及時涂抹潤滑油，達(dá)到防銹防磨損且潤滑良好的效果。

6 結(jié)束語

本文討論的設(shè)計，只是針對平帶張緊裝置設(shè)計，更多關(guān)注的是對裝置安全功能的構(gòu)思和面對人機(jī)安全操作的創(chuàng)意。結(jié)合取得的效果得出如下結(jié)論：

（1）裝置設(shè)計合理，實(shí)現(xiàn)了張緊裝置預(yù)期的安全保護(hù)功能；

（2）裝置制造成本適宜，安全性價比高，具有良好的工藝性。

設(shè)計對操作安全的影響是根本的，只有探求裝置的用途、功能原理、結(jié)構(gòu)和設(shè)計技法，機(jī)器就會有所進(jìn)步，有所創(chuàng)造，有所發(fā)明[4]。

［1］劉加勇，宋紅英.機(jī)械基礎(chǔ)［M］.北京：中國勞動社會保障出版社，2012.

［2］王紅梅，趙靜.機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計［M］.北京：科學(xué)出版社，2011.

［3］人力資源和社會保障部教材辦公室.機(jī)械基礎(chǔ)：第3版［M］.北京：中國勞動社會保障出版社，2012.

［4］林宋，夏新念.機(jī)械設(shè)計師職場必備［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.