简易爆竹自动点火装置的设计

项 春,吴国强,王 莺

(浙江水利水电专科学校,浙江 杭州 310018)

1 设计背景

为了营造过年气氛,浙江省各城镇、乡村在春节对烟花爆竹的燃放普遍开禁.在噼噼啪啪的大年气氛中,因燃放烟花爆竹引发的人身安全事故频有发生,有的炸伤手,有的炸伤眼睛,近距离的直接用火柴、香烟或打火机点火,手持燃放安全隐患极大,为此,课题组设计了一个实用的、方便的、小巧的“爆竹自动点火装置”,以解决燃放不安全的问题.

在国家知识产权局网上进行检索以及市场调研,了解到现有的烟花爆竹安全燃放器一般为电子装置遥控,甚至计算机程控,如北京奥运会开、闭幕式燃放的烟花,此外,还有一些无引线电子点火,非接触高能电子燃放装置,安全夹持点火器等,他们多为大型烟花燃放而设计,对于普通老百姓在过年短时燃放烟花爆竹并不实用,成本过高.检索后也未看到有如本作品的简易而安全的纯机械式的爆竹点火装置.

本课题以浙江省大学生科技创新活动为契机,以培养大学生的创新意识、创新能力、动手能力以及工程实践的训练为目标[1-2],以机械产品数字化设计为手段[3-4],指导学生设计了一款简易爆竹自动点火装置.

2 设计思路

根据市场调研的情况,课题组着重从以下几个方面来考虑：

(1)满足设计所要达到的目标：即使用者不需直接燃放爆竹,适用于家庭常用的多种规格,一次装夹可实现多个爆竹燃放,进行产品的纯机械结构设计,结构力求简单;

(2)根据爆竹规格,调整装卸机构,以适应不同的使用环境和规格,实现爆竹的自动逐个输送,操作简单;

(3)考虑爆竹燃放时对地面会产生较大反作用力,燃放区底部设计成空的结构,使燃放时的爆竹直接接触地面,以免对装置造成冲击;

(4)分析家庭使用者的经济接受程度,从材料选用、加工方式等各环节降低生产成本,力求成本控制在十元以内;

(5)装置安全稳定,夹持可靠,使用简单,存储方便,拆卸后收纳体积小;

3 设计方案

因为所研制的爆竹自动点火装置主要是针对家庭不安全燃放爆竹而设计的,所以设计时着重解决手点燃放爆竹的安全隐患,减少危险事故的发生.为此我们经过调研,设计了多个方案,经过比较分析,最后确定了一个包括可调装卸机构、驱动机构和点火机构的纯机械式结构的方案,其核心是可调装卸机构和点火机构,见图1,图2.

图1 可调装卸机构

图2 点火机构

可调装卸机构有一个伸缩框架,能燃放不同型号的爆竹,一次可放置多个,可根据放置爆竹数量调节至合适的长度.见图2,固定板与底座相连,滑动板可以在导轨中滑动,根据爆竹数量叠加的长度,调节两个手动拧紧螺母,在合适的位置把板位置固定,在没燃放的情况下,弹簧处于压缩状态.整个装置的可调装卸机构和点火机构通过燕尾槽联接.在燃放的过程中,见图2,爆竹从右往左运送,到达最左边的燃放框里,燃放框底部为空,防止爆竹爆炸时对装置形成巨大的反冲.而点火主要是通过驱动机构和点火机构实现,如图2所示,采用纯机械式的发条驱动齿轮齿条传动,进而不断推进插有香烟或香之类火源的点火弯管缓慢向前运动,实现运动的自动补偿.点火弯管能随意调节到任何所需位置,简单实现爆竹导火线的准确定位.

在这一方案中着重要考虑两点：(1)弹簧能将爆竹准确压入燃放框内,力度合适;(2)发条带动齿条上的点火机构要能保证准确、足够点完多个爆竹.

4 主要结构设计

4.1 装卸机构的设计

装卸机构,见图3,为更好地提高装置的适用性和实用性,要求装卸机构调整方便、灵活,夹紧可靠、安全,使爆竹逐个进入燃放区.可调装卸装置俯视图,见图4.

可调装卸机构可根据放置爆竹的数量调节到合适的长度,挡板3和7是固定的,挡板2和8是可以在导轨中滑动的,根据爆竹数量叠加成的长度,调节两个手动拧紧螺母,在合适的位置将板调紧,在未燃放时,弹簧处于压缩状态.压紧装置由弹簧和V型架组合在一起,弹簧一端安装在后置板上,另一端连接在V型架上.V型架的设计适合直径10～50 mm的家庭常用爆竹燃放.

图3 可调装卸装置立体图

图4 可调装卸装置俯视图

4.2 驱动与点火机构的设计

驱动与点火机构,见图5,驱动机构包括安装座、二级导轨、发条箱、齿轮、齿条、轴、轴承以及轴承座.安装座上加工一个与可调装卸装置框架上相配合的燕尾槽结构,方便两部分的拆合.二级导轨有两节,一节固定在安装座上,另一节与齿条相连接,即齿条相对安装座可以滑动.

图5 驱动和点火机构示意图

驱动机构的主要核心是发条箱,由卷簧、棘轮等组成,运行速度与发条拧紧的松紧度有关,拧的越紧速度越快,拧的越松速度越慢,速度可调.卷簧产生的轴向力通过轴连接带动齿轮,齿轮与齿条啮合,由旋转运动变为水平移动.轴的一端与轴承座内的轴承配合,增加其稳定性.

点火机构包括弯管和夹头,弯管通过螺栓与齿条前段固定在一起,运行自如,可折弯至任何位置,达到不同型号爆竹高度导火线的定位,夹头上可夹持烟或香,通过齿轮齿条的传动,带动弯管,对其进行点火.驱动机构是由发条(卷簧)产生的力来驱动齿条,通过齿轮齿条传动,推动点火弯管前行.

弯管夹头夹持烟或香来实现点火,点完一个后,靠弹簧的弹性回复力压入下一个爆竹至燃放框中,因为齿条运行的速度比较慢,进而点火机构可以缓慢对下一个爆竹继续点火,直到全部点完.

5 装置的技术特点和优势

简易爆竹自动点火装置实物,见图6,该装置具有以下的技术特点和优势：

(1)设计的结构科学合理,操作简单,适用于任何家庭的男女老少,使用时可根据爆竹大小灵活调节,一次装夹可实现多个爆竹燃放;

(2)爆竹通过弹簧回复力自动逐个送入燃放区,香烟或香的高度可通过弯管自由调节,且其燃烧后可通过齿轮齿条自动补偿,无需任何外接电源,只需提前上好发条.

(3)安装、调节方便,安全,实用,重量轻,携带方便.

(4)制作工艺简单,本作品共21个零件,材料以铝合金和白铁皮为主,自重在0.5 kg以内,试制产品用了约一周的时间,正式投产成本控制在十元以内.

(5)不用时可拆卸折叠收纳,存储体积小.

本装置适用于农村和城镇的家庭使用,目前国内市场尚未有同类产品.伴随着人们安全意识的提高,对生命的珍视,一款简单、实用、安全又便宜的爆竹自动点火装置将会深受大家的欢迎.

图6 装置实物

6 结 语

通过这次大学生科技创新活动,学生大大提高了创新思维和实际动手能力,不仅掌握扎实的专业基础知识,而且能做到理论与实际结合,活学活用,成长为掌握具有一定创新设计技能的应用型人才.另一方面,作为教师,也可以将比赛中反映出的创新能力所需的理论知识、专业技能反馈到教学的各个环节,从源头提高大学生创新的潜能,还可以将优秀作品融入课堂教学,为新编教材充实设计案例[5].

[1] 周 济.注重培养创新人才,增强高水平大学创新能力[J].中国高等教育,2006(3)：18-23.

[2] 宫丽华.高校要着力营造大学生创新能力培养的生态环境[J].教育理论与实践,2007,27(3)：48-50.

[3] 李 澄.机械制图[M].北京：高等教育出版社,2003.

[4] 胡仁喜.Solid Works 2008中文版标准实例教程[M].北京：机械工业出版社,2008.

[5] 马晓厢,肖俊建.机械设计基础[M].北京：机械工业出版社,2008.