转动式图书分类机的设计

王杰 闫肖肖

摘要：针对目前国内图书分类装置存在的问题，对现有的图书分类装置进行分析，基于TRIZ创新理论设计了专用转动式图书分类装置，应用solidworks软件进行了整体的三维建模，对核心结构进行了详述，并对所设计的电动推杆进行了有限元强度分析，转动式图书分类机的整体设计，为图书分类装置领域的创新研究提供了新的方向。

关键词：转动式图书分类机；TRIZ理论；三维建模；整体设计；有限元分析

1 基于TRIZ的转动式图书分类结构的设计

1.1 现有图书分拣机的不足

根据现有图书分拣机的不足，利用TRIZ理论及分析方法，总结出一下两个矛盾。

矛盾一：现有的图书分拣机是根据邮政系统中分拣经验而设计的，虽然这种分拣机的分拣效果好，但是其占据较大的空间，不适合图书馆这类场所使用。

矛盾二：现有的图书分拣系统比较简单，人工参与较多，自动化设备较少，所做无用功较多。

1.2 创新设计的矛盾解决原理

创新发明设计的核心就是解决矛盾，创新设计的过程就是不断解决产品中所存在的矛盾的过程。现有的图书分拣机需要解决的矛盾属于技术矛盾。技术矛盾对应的48个通用工程参数No.8静止物体的体积、No.36装置的复杂性。

1.3 发明原理的应用

根据阿奇舒勒矛盾矩阵表所确定应用的4 条发明原理，对图书分拣机进行以解决现有图书分拣机体积较大，人工参与较多为目的的创新设计分析。

应用No.1分割原理，将分拣装置分成相互独立的若干部分集成在分拣机中，以提高图书分拣的准确率。

应用 No.24 中介物原理和 No. 28 机械系统的替代原理，利用驱动电机带动转盘进行转动，使用电机作为中介物传递能量，极大的减小了无用功的产生，降低了人工在图书分拣的劳动量，提高图书的分拣速度。

应用 No.35 参数变化原理，用直流减速电机代替复杂的链传动系统，直接根据要求，最大限度的减小了图书分拣机的体积。

应用 No.10 预操作原理，增加了编码器测速装置，实时测量转盘转动的速度，然后传递给驱动电机 以校正转盘的转动速度，保证PLC在控制转盘转动时保证相匹配的图书放置槽准确转至V型口的下方。

2 转动式图书分类机的传动机构以及识别结构结构的设计

2.1 三维模型

基于以上的分析结果，根据triz理论的完备性法则以及二次类比原理，优化改进后的转动式图书分类机三维模型如图1所示，其整体尺寸为650mm×600mm×1650mm。

6.电动推杆7.柜门8.转盘9.从动轮10.皮带

2.2 光电门识别结构

转盘上安装有光电传感器，用于测量书的下落时间t和书的宽度，并将信息反馈给PLC控制系统。光电传感器利用被检测物遮挡光线，传感器输入端将电流信号转化为光信号，并将此光信号传递给对侧的输出端接收器，输出端通过光信号有无或强弱对被测物进行识别检测。依靠光电门检测识别技术，获取、筛选和传送各类图书信息，来实现自动控制。该光电门主要测量书的下落时间t和书的宽度，将信息反馈给PLC自动控制系统。

3 电动推杆的有限元分析

3.1 工作原理及内部构造

电动推杆是一种由机械装置通过电力驱动能够进行各种简单或复杂的往复运动，以实现远程集中控制或自动控制的电动执行机构，可以将电能转化为机械能。主要由电机、推杆和操控设备等组织组成的一种新式直线执行组织，可以将电机的高速旋转运动转化为推杆的直线往复运动。

电推杆由驱动电机、减速齿轮、丝杠、铜螺母、管、推杆、滑座、弹簧、壳体和安全开关组成，小型电动推杆一般都是用直流电动推杆，因为直流电比交流电的安全性能更高。

3.2 应用前景

电动推杆的工作情况与目前广泛应用的液压、气动执行构件大致相同。但与其相比较，电动推杆就更具特色。采用电动推杆作为执行机构不仅可减少采用气动执行机构所需的气源装置和辅助设备，也可减少执行机构的重量。气动执行机构在整个控制运行过程中都需要有一定的气压，虽然可采用消耗量小的放大器等，但是时间一长，耗气量也会很大的，而且对机构的密封性很高，要求高加工精度的零部件，这就加大了加工难度。对于液压执行机构，对液压油纯度的要求就比较高，不能含有杂质，否则将会影响系统的工作效率。而采用電动推杆执行机构，其本身机构简单，不存在密封问题，加工精度不高。在改变控制开度时，需要供电，在达到所需开度时就可不再供电，从节能看，电动推杆执行机构比气动执行机构有明显节能优点。其次，采用电动的推杆相比于采用液压与气动转动的执行机构相比，更加节省空间，虽然电动推杆的推力无法和液压与气压的相比，但只要能选择合适功率的电动推杆，这些都能引刃而解。而节省下来的空间则能更好的用来存放书籍，同时减小机器的体积。相比之下，电动推杆有明显的竞争优势，必将有广阔的应用前景。

参考文献：

[1]詹启贤.自动机械设计[M].北京：中国轻工业出版社，1994.

[2]邹慧君.机械运动方案设计手册[M].上海：上海交通大学出版社，1994.

[3]吕仲文.机械创新设计[M].北京：机械工业出版社，2004.

[4]余跃庆.现代机械动力学[M].北京：北京工业大学出版社，2001.

[5]谢黎明.机械工程与技术创新[M].北京：化学工业出版社，2005.

[6]曲继方，等.机构创新原理[M].北京：科学出版社，2001.

[7]费罗洛夫KB.刘作毅，等，译.机械原理[M].北京：高等教育出版社，1987

[8]弗尔梅.陈兆雄，译.机构学教程[M].北京：高等教育出版社，1990.

[9]王成焘.现代机械设计：思想与方法[M].上海：上海科学技术文献出版.

[10]温诗铸.机械学发展战略研究[M].北京：清华大学出版社，2003.

基金项目：江西省自然科学基金（No.20161BAB216106）；江西省教育厅青年基金（No.GJJ151102）

作者简介：王杰（1997），男，汉族，江西人，本科，学生，主要研究方向：机械设计与制造。