研究滾筒類設(shè)備新型防轉(zhuǎn)裝置

李海濤 劉愛平 李明敬

摘要：針對(duì)制絲車間滾筒類設(shè)備，當(dāng)人員進(jìn)入時(shí)，滾筒易轉(zhuǎn)動(dòng)，容易傷人的問題。根據(jù)TRIZ理論，對(duì)滾筒進(jìn)行功能分析運(yùn)用發(fā)明原理、物理矛盾等對(duì)滾筒防轉(zhuǎn)進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)了滾筒新型防轉(zhuǎn)裝置，有效解決了當(dāng)人員進(jìn)入時(shí)候，滾筒容易轉(zhuǎn)動(dòng)的問題。

關(guān)鍵詞：TRIZ;功能分析;發(fā)明原理

0引言

滾筒類設(shè)備在制絲生產(chǎn)線中應(yīng)用眾多，在制絲換批、換牌、生產(chǎn)結(jié)束進(jìn)行衛(wèi)生清理;或是進(jìn)行設(shè)備維修，需要進(jìn)入滾筒內(nèi)，進(jìn)行有限空間作業(yè)。

TRIZ即發(fā)明問題解決理論，是一種基于知識(shí)的、面向人的解決發(fā)明問題的系統(tǒng)化方法，可以解決工程以及管理類方面的問題[1-2]。

1當(dāng)前問題的描述

在制絲生產(chǎn)結(jié)束、或是換批、換牌進(jìn)行衛(wèi)生清理;或是進(jìn)行設(shè)備清理，需要進(jìn)入滾筒內(nèi)，在有限空間作業(yè)。

由于滾筒是圓柱式的，當(dāng)作業(yè)人員不站在滾筒正中間時(shí)，由于作業(yè)人員體重和作業(yè)用力，滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，滾筒壁上又有拔釘，事故傷人，存在較大安全隱患。

當(dāng)前，當(dāng)工作人員進(jìn)入滾筒類設(shè)備密閉環(huán)境時(shí)，會(huì)在滾筒和托輥間放置楔形墊塊，利用楔形墊塊這一“中介物”，保持滾筒穩(wěn)定，并且作業(yè)人員在滾筒居中站立保持平衡。但是，現(xiàn)有安全防護(hù)措施隱患和問題：

（1）楔形木墊塊無緊固裝置，工作中滾筒晃動(dòng)，楔形木墊塊容易脫落

（2）工作中需要2個(gè)專人防護(hù)楔形木墊塊，浪費(fèi)人力。

2求解過程

2.1理想解

根據(jù)TRIZ方法理論設(shè)定滾筒新型防轉(zhuǎn)裝置的最終理想解（ IFR） 為：

（1）將托輥進(jìn)行緊固，工作中滾筒無轉(zhuǎn)動(dòng)。

（2）將緊固和兩個(gè)楔形木塊合二為一，成為一個(gè)多功能的專用工具。

（3）防轉(zhuǎn)裝置的能實(shí)現(xiàn)快速調(diào)節(jié)功能。

2.2功能分析

2.2.1組件分析

2.2.2 相互作用分析

2.2.3功能建模

3發(fā)明原理應(yīng)用

3.1應(yīng)用發(fā)明原理24

利用中介物原理：使用中介物實(shí)現(xiàn)所需動(dòng)作[3]。得到方案一：避免滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，增加兩個(gè)楔形墊塊。

3.2應(yīng)用發(fā)明原理4和發(fā)明原理5

利用非對(duì)稱原理：將物體的對(duì)稱外形變?yōu)椴粚?duì)稱[3]，組合原理：在空間上，將相似的（相同的、相關(guān)的、同類的、接近的、時(shí)間上連續(xù)的對(duì)象）加以組合（合并）[3]，得到方案二：將兩個(gè)楔形墊塊放置到兩個(gè)托輥和滾筒間使用，變成為兩個(gè)楔形墊塊同時(shí)放置到一個(gè)托輥和滾筒間使用，。將兩個(gè)楔形墊塊和緊固裝置合二為一，使?jié)L筒固定牢固。

3.3應(yīng)用發(fā)明原理13

反向作用：讓物體或者環(huán)境可動(dòng)部分不動(dòng)，不動(dòng)部分可動(dòng)[3]。得到方案三： 楔形墊木不可動(dòng)變?yōu)榭梢詶l件左右移動(dòng)。

3.4應(yīng)用發(fā)明原理15

15動(dòng)態(tài)特征：調(diào)整物體或環(huán)境的性能，使其在工作的各階段達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)[3]。得到方案四：通過調(diào)節(jié)楔形墊木的張進(jìn)度，增加或者減少楔形墊木的摩擦力，進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。

3.5應(yīng)用發(fā)明原理28

機(jī)械系統(tǒng)替代：使用與物體相互作用的電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)[3]。通過對(duì)方案四進(jìn)行改進(jìn)，兩塊木楔內(nèi)置磁石，相互吸引，依靠磁場(chǎng)進(jìn)行自己緊固，但通過分析托輥與滾筒材料發(fā)現(xiàn)，大量鐵質(zhì)存在，對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行干擾，因此，本發(fā)明原理不采用。

4物理矛盾分析

矛盾，既限制楔形墊塊的滑動(dòng)，又改變楔形墊塊的相對(duì)位置。

采用系統(tǒng)分離原理，變?yōu)槁菪齻鲃?dòng)方式，螺紋方式緊固，保證改變木塊位置。

5方案細(xì)化

5.1緊固距離

緊固距離由托輥和滾圈的接觸面決定，如表7所示。

5.2裝置長(zhǎng)度

裝置長(zhǎng)度由滾筒觀察窗空間和緊固最大距離決定，如表8所示。

5.3滾套組件尺寸

滾套組件尺寸由托輥寬度決定，如表9所示。

5.4手柄防滑材料

手柄防滑材料采用TPR（熱塑性彈性體）二次注塑。聚丙烯塑料具有高強(qiáng)度機(jī)械性能，有較強(qiáng)的支撐性，和耐腐蝕性，耐磨性，電絕緣性，能適應(yīng)多種使用環(huán)境，且通過TPR二次注塑，手掌握住部分提供較大摩擦力，便于手輪旋轉(zhuǎn)。

5.5人機(jī)分析

轉(zhuǎn)輪把手的尺寸過大或者過小都將影響使用者的抓握，影響使用效率和舒適度。參考郭斯永[4]根據(jù)人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則總結(jié)出的人手尺寸數(shù)據(jù)，設(shè)定了轉(zhuǎn)輪手柄 的詳細(xì)尺寸，其中，手柄的長(zhǎng)度范圍考慮第5百分位的女性（69mm）和第95百分位的男性（97mm）的掌骨處手掌寬度，結(jié)合手指轉(zhuǎn)動(dòng)的操作距離，通用性的手長(zhǎng)度規(guī)范為35mm。根據(jù)李艷[5]等人對(duì)手工具的研究，比較合適抓握的手柄直徑為30～40cm，比較合適精密抓握的手柄直徑為8～16cm，本設(shè)計(jì)手柄最大直徑為30mm。

6總結(jié)

文中構(gòu)建了基于TRIZ的滾筒新型防轉(zhuǎn)產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)。新產(chǎn)品消除工作中楔形木墊塊脫落，滾筒晃動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)的安全隱患，并且不需要專人防護(hù)，解決了人力浪費(fèi)的問題。

對(duì)于技術(shù)關(guān)鍵，滾筒防轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)匹配了我廠滾筒結(jié)構(gòu)參數(shù);防轉(zhuǎn)裝置實(shí)用性強(qiáng)，能夠較好的解決設(shè)備維保中出現(xiàn)的問題;防轉(zhuǎn)裝置采用配件組裝，延長(zhǎng)裝置主體使用壽命。

最終通過計(jì)算機(jī)輔助建模完成設(shè)計(jì)方案的效果圖。對(duì)防轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行了優(yōu)化，并為同類型產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)流程提供了參考性解決方案。

7 參考論文：

[1]張明勤，范存禮，王日君，張士軍.TRIZ入門100問--TRIZ創(chuàng)新工具導(dǎo)引[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[2]劉曉敏，黃水平，王建輝，林貴杰.基于TRIZ及功能類比的產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)創(chuàng)新[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2016，52（23）：34-42.

[3]郭斯永.基于可用性測(cè)試的智能產(chǎn)品適老問題研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2019.

[4]李艷，靳同紅，牛寶振，徐楠.手工具的人性化設(shè)計(jì)研究[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2008（06）