研究滾筒類設備新型防轉裝置

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）