研究滚筒类设备新型防转装置

李海涛 刘爱平 李明敬

摘要：針对制丝车间滚筒类设备，当人员进入时，滚筒易转动，容易伤人的问题。根据TRIZ理论，对滚筒进行功能分析运用发明原理、物理矛盾等对滚筒防转进行了创新设计。设计了滚筒新型防转装置，有效解决了当人员进入时候，滚筒容易转动的问题。

关键词：TRIZ;功能分析;发明原理

0引言

滚筒类设备在制丝生产线中应用众多，在制丝换批、换牌、生产结束进行卫生清理;或是进行设备维修，需要进入滚筒内，进行有限空间作业。

TRIZ即发明问题解决理论，是一种基于知识的、面向人的解决发明问题的系统化方法，可以解决工程以及管理类方面的问题[1-2]。

1当前问题的描述

在制丝生产结束、或是换批、换牌进行卫生清理;或是进行设备清理，需要进入滚筒内，在有限空间作业。

由于滚筒是圆柱式的，当作业人员不站在滚筒正中间时，由于作业人员体重和作业用力，滚筒转动，滚筒壁上又有拔钉，事故伤人，存在较大安全隐患。

当前，当工作人员进入滚筒类设备密闭环境时，会在滚筒和托辊间放置楔形垫块，利用楔形垫块这一“中介物”，保持滚筒稳定，并且作业人员在滚筒居中站立保持平衡。但是，现有安全防护措施隐患和问题：

（1）楔形木垫块无紧固装置，工作中滚筒晃动，楔形木垫块容易脱落

（2）工作中需要2个专人防护楔形木垫块，浪费人力。

2求解过程

2.1理想解

根据TRIZ方法理论设定滚筒新型防转装置的最终理想解（ IFR） 为：

（1）将托辊进行紧固，工作中滚筒无转动。

（2）将紧固和两个楔形木块合二为一，成为一个多功能的专用工具。

（3）防转装置的能实现快速调节功能。

2.2功能分析

2.2.1组件分析

2.2.2 相互作用分析

2.2.3功能建模

3发明原理应用

3.1应用发明原理24

利用中介物原理：使用中介物实现所需动作[3]。得到方案一：避免滚筒转动，增加两个楔形垫块。

3.2应用发明原理4和发明原理5

利用非对称原理：将物体的对称外形变为不对称[3]，组合原理：在空间上，将相似的（相同的、相关的、同类的、接近的、时间上连续的对象）加以组合（合并）[3]，得到方案二：将两个楔形垫块放置到两个托辊和滚筒间使用，变成为两个楔形垫块同时放置到一个托辊和滚筒间使用，。将两个楔形垫块和紧固装置合二为一，使滚筒固定牢固。

3.3应用发明原理13

反向作用：让物体或者环境可动部分不动，不动部分可动[3]。得到方案三： 楔形垫木不可动变为可以条件左右移动。

3.4应用发明原理15

15动态特征：调整物体或环境的性能，使其在工作的各阶段达到最优状态[3]。得到方案四：通过调节楔形垫木的张进度，增加或者减少楔形垫木的摩擦力，进行动态调节。

3.5应用发明原理28

机械系统替代：使用与物体相互作用的电场、磁场、电磁场[3]。通过对方案四进行改进，两块木楔内置磁石，相互吸引，依靠磁场进行自己紧固，但通过分析托辊与滚筒材料发现，大量铁质存在，对磁场进行干扰，因此，本发明原理不采用。

4物理矛盾分析

矛盾，既限制楔形垫块的滑动，又改变楔形垫块的相对位置。

采用系统分离原理，变为螺旋传动方式，螺纹方式紧固，保证改变木块位置。

5方案细化

5.1紧固距离

紧固距离由托辊和滚圈的接触面决定，如表7所示。

5.2装置长度

装置长度由滚筒观察窗空间和紧固最大距离决定，如表8所示。

5.3滚套组件尺寸

滚套组件尺寸由托辊宽度决定，如表9所示。

5.4手柄防滑材料

手柄防滑材料采用TPR（热塑性弹性体）二次注塑。聚丙烯塑料具有高强度机械性能，有较强的支撑性，和耐腐蚀性，耐磨性，电绝缘性，能适应多种使用环境，且通过TPR二次注塑，手掌握住部分提供较大摩擦力，便于手轮旋转。

5.5人机分析

转轮把手的尺寸过大或者过小都将影响使用者的抓握，影响使用效率和舒适度。参考郭斯永[4]根据人机工程学设计准则总结出的人手尺寸数据，设定了转轮手柄 的详细尺寸，其中，手柄的长度范围考虑第5百分位的女性（69mm）和第95百分位的男性（97mm）的掌骨处手掌宽度，结合手指转动的操作距离，通用性的手长度规范为35mm。根据李艳[5]等人对手工具的研究，比较合适抓握的手柄直径为30～40cm，比较合适精密抓握的手柄直径为8～16cm，本设计手柄最大直径为30mm。

6总结

文中构建了基于TRIZ的滚筒新型防转产品创新设计。新产品消除工作中楔形木垫块脱落，滚筒晃动、转动的安全隐患，并且不需要专人防护，解决了人力浪费的问题。

对于技术关键，滚筒防转装置结构参数匹配了我厂滚筒结构参数;防转装置实用性强，能够较好的解决设备维保中出现的问题;防转装置采用配件组装，延长装置主体使用寿命。

最终通过计算机辅助建模完成设计方案的效果图。对防转装置进行了优化，并为同类型产品优化设计流程提供了参考性解决方案。

7 参考论文：

[1]张明勤，范存礼，王日君，张士军.TRIZ入门100问--TRIZ创新工具导引[M].北京：机械工业出版社，2012.

[2]刘晓敏，黄水平，王建辉，林贵杰.基于TRIZ及功能类比的产品概念设计创新[J].机械工程学报，2016，52（23）：34-42.

[3]郭斯永.基于可用性测试的智能产品适老问题研究[D].合肥工业大学，2019.

[4]李艳，靳同红，牛宝振，徐楠.手工具的人性化设计研究[J].机电产品开发与创新，2008（06）