李海濤 劉愛平 李明敬
摘要:針對制絲車間滾筒類設備,當人員進入時,滾筒易轉動,容易傷人的問題。根據TRIZ理論,對滾筒進行功能分析運用發明原理、物理矛盾等對滾筒防轉進行了創新設計。設計了滾筒新型防轉裝置,有效解決了當人員進入時候,滾筒容易轉動的問題。
關鍵詞:TRIZ;功能分析;發明原理
0引言
滾筒類設備在制絲生產線中應用眾多,在制絲換批、換牌、生產結束進行衛生清理;或是進行設備維修,需要進入滾筒內,進行有限空間作業。
TRIZ即發明問題解決理論,是一種基于知識的、面向人的解決發明問題的系統化方法,可以解決工程以及管理類方面的問題[1-2]。
1當前問題的描述
在制絲生產結束、或是換批、換牌進行衛生清理;或是進行設備清理,需要進入滾筒內,在有限空間作業。
由于滾筒是圓柱式的,當作業人員不站在滾筒正中間時,由于作業人員體重和作業用力,滾筒轉動,滾筒壁上又有拔釘,事故傷人,存在較大安全隱患。
當前,當工作人員進入滾筒類設備密閉環境時,會在滾筒和托輥間放置楔形墊塊,利用楔形墊塊這一“中介物”,保持滾筒穩定,并且作業人員在滾筒居中站立保持平衡。但是,現有安全防護措施隱患和問題:
(1)楔形木墊塊無緊固裝置,工作中滾筒晃動,楔形木墊塊容易脫落
(2)工作中需要2個專人防護楔形木墊塊,浪費人力。
2求解過程
2.1理想解
根據TRIZ方法理論設定滾筒新型防轉裝置的最終理想解( IFR) 為:
(1)將托輥進行緊固,工作中滾筒無轉動。
(2)將緊固和兩個楔形木塊合二為一,成為一個多功能的專用工具。
(3)防轉裝置的能實現快速調節功能。
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發明原理應用
3.1應用發明原理24
利用中介物原理:使用中介物實現所需動作[3]。得到方案一:避免滾筒轉動,增加兩個楔形墊塊。
3.2應用發明原理4和發明原理5
利用非對稱原理:將物體的對稱外形變為不對稱[3],組合原理:在空間上,將相似的(相同的、相關的、同類的、接近的、時間上連續的對象)加以組合(合并)[3],得到方案二:將兩個楔形墊塊放置到兩個托輥和滾筒間使用,變成為兩個楔形墊塊同時放置到一個托輥和滾筒間使用,。將兩個楔形墊塊和緊固裝置合二為一,使滾筒固定牢固。
3.3應用發明原理13
反向作用:讓物體或者環境可動部分不動,不動部分可動[3]。得到方案三: 楔形墊木不可動變為可以條件左右移動。
3.4應用發明原理15
15動態特征:調整物體或環境的性能,使其在工作的各階段達到最優狀態[3]。得到方案四:通過調節楔形墊木的張進度,增加或者減少楔形墊木的摩擦力,進行動態調節。
3.5應用發明原理28
機械系統替代:使用與物體相互作用的電場、磁場、電磁場[3]。通過對方案四進行改進,兩塊木楔內置磁石,相互吸引,依靠磁場進行自己緊固,但通過分析托輥與滾筒材料發現,大量鐵質存在,對磁場進行干擾,因此,本發明原理不采用。
4物理矛盾分析
矛盾,既限制楔形墊塊的滑動,又改變楔形墊塊的相對位置。
采用系統分離原理,變為螺旋傳動方式,螺紋方式緊固,保證改變木塊位置。
5方案細化
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裝置長度
裝置長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度機械性能,有較強的支撐性,和耐腐蝕性,耐磨性,電絕緣性,能適應多種使用環境,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。
5.5人機分析
轉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]根據人機工程學設計準則總結出的人手尺寸數據,設定了轉輪手柄 的詳細尺寸,其中,手柄的長度范圍考慮第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,結合手指轉動的操作距離,通用性的手長度規范為35mm。根據李艷[5]等人對手工具的研究,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,本設計手柄最大直徑為30mm。
6總結
文中構建了基于TRIZ的滾筒新型防轉產品創新設計。新產品消除工作中楔形木墊塊脫落,滾筒晃動、轉動的安全隱患,并且不需要專人防護,解決了人力浪費的問題。
對于技術關鍵,滾筒防轉裝置結構參數匹配了我廠滾筒結構參數;防轉裝置實用性強,能夠較好的解決設備維保中出現的問題;防轉裝置采用配件組裝,延長裝置主體使用壽命。
最終通過計算機輔助建模完成設計方案的效果圖。對防轉裝置進行了優化,并為同類型產品優化設計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創新工具導引[M].北京:機械工業出版社,2012.
[2]劉曉敏,黃水平,王建輝,林貴杰.基于TRIZ及功能類比的產品概念設計創新[J].機械工程學報,2016,52(23):34-42.
[3]郭斯永.基于可用性測試的智能產品適老問題研究[D].合肥工業大學,2019.
[4]李艷,靳同紅,牛寶振,徐楠.手工具的人性化設計研究[J].機電產品開發與創新,2008(06)