文/德陽東佳港機電設(shè)備有限公司技術(shù)中心

一、項目描述

項目名稱：鋁合金桿全自動雙盤成圈收桿機組飛剪機構(gòu)設(shè)計。

項目來源：根據(jù)本公司新產(chǎn)品自主創(chuàng)新研發(fā)計劃，以及市場需求和用戶要求，技術(shù)中心研發(fā)了鋁合金桿全自動雙盤成圈收桿機組。該機組在國內(nèi)屬于首次研發(fā)，機組包含了主機及相配套的一系列輔機。本項目屬于機組中相對獨立的一個機構(gòu)。

（一）飛剪機構(gòu)的作用和原理描述

1.鋁合金桿材是制造電線電纜的原材料，由連鑄連軋設(shè)備生產(chǎn)，連鑄連軋設(shè)備一般以6m/s以上的速度連續(xù)出桿，出桿后由全自動雙盤成圈收桿機組卷繞收桿并密排后存入盤具。但是，收桿機在換盤時將暫停收桿，此時就需要將連續(xù)輸入的桿材剪斷成短桿，換盤成功后再繼續(xù)收桿。

2.飛剪機構(gòu)是收桿機組的配套裝置，主要用于將Φ9.5mm鋁（鋁合金）桿剪切為長度約2.5米的短桿。在剪切過程中，桿材始終以6m/s的速度喂送到飛剪中。飛剪機構(gòu)主要由二個上下布置的飛輪構(gòu)成，飛輪外圍各裝有一對剪切刀片并且對稱布置。當(dāng)二個飛輪轉(zhuǎn)動一圈時則兩個刀片相遇一次，即完成剪切一次，往復(fù)剪切實現(xiàn)連續(xù)工作。

（二）飛剪機構(gòu)設(shè)計的主要技術(shù)要求

1.飛輪轉(zhuǎn)動的線速度必須大于出桿速度，即必須大于6m/s。

2.剪切后的短桿要求長度約2.5米。

3.飛剪機構(gòu)由單獨電機傳動并與主機通過PLC程序同步控制。

二、飛剪機構(gòu)設(shè)計過程中的技術(shù)矛盾分析

（一）飛輪在轉(zhuǎn)動過程中必須滿足的技術(shù)條件

a.桿材輸入時的線速度≥6m/s；

b.所剪切的短桿長度約2.5米。

（二）設(shè)計時所遇到的技術(shù)難點分析

1.要滿足a條件，必須使飛輪直徑變大，使其在相同轉(zhuǎn)速時線速度更快。經(jīng)計算，滿足條件的情況下，飛輪直徑需Φ400mm時才能使其達(dá)到6m/s的線速度。但此時兩輪剪切一次的時間為0.6秒，剪出的短桿長度為4米，無法滿足b條件。

結(jié)構(gòu)示意圖

文/德陽東佳港機電設(shè)備有限公司技術(shù)中心

TRIZ理論矛盾矩陣表（部分）

2.要滿足b條件，必須使飛輪直徑變小，其在相同轉(zhuǎn)速下剪一次的時間更短。經(jīng)計算，滿足條件的情況下，飛輪直徑為Φ250mm時，剪切一次的時間為0.4秒，可以使其達(dá)到2.5米的短桿范圍。但此時的線速度為4m/s，無法滿足a條件。

因此，根據(jù)以上分析，要同時滿足a、b二個技術(shù)條件，以現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法將無法實現(xiàn)飛剪機構(gòu)的功能并且達(dá)到所需要的技術(shù)指標(biāo)。

三、應(yīng)用TRIZ理論解決技術(shù)矛盾

（一）將技術(shù)矛盾繪制成簡圖：

由以上簡圖得如下結(jié)論：

此項技術(shù)問題在將各個外部影響因素簡化后，得出主要激化矛盾應(yīng)為：速度—長度之間的矛盾關(guān)系。

（二）利用TRIZ輔助圖表查詢解決方案

1.從“矛盾矩陣表”中查詢兩個技術(shù)矛盾所對應(yīng)的參數(shù)：

惡化的參數(shù)：速度（表中序號9）；

改善的參數(shù)：運動對象的長度（表中序號3）。

2.查表后從兩個參數(shù)的X和Y軸交點得到序號為04、08、13的3個原理可以在本項目的設(shè)計中利用，從表中繼續(xù)查詢所對應(yīng)的3個原理分別為：

a、增加不對稱性原理（表中序號04）；

b、重量補償原理（表中序號08）；

c、反向作用原理（表中序號13）。

（三）分析三種原理在本項目中的可適用性和實施性

1.增加不對稱性原理：此原理是改變物體的對稱度，使其達(dá)到不同的功能，屬于改變結(jié)構(gòu)形式的一種原理。此原理不會改變原有條件，而只需改變飛輪結(jié)構(gòu)或剪切方式，與其他限定條件不沖突，屬于機械結(jié)構(gòu)形式的改變，初步認(rèn)為可應(yīng)用于此設(shè)計。

2.重量補償原理：此原理是將原來的物體附加重量后而達(dá)到效果。本設(shè)計限定條件為飛輪的運動參數(shù)，而不是飛輪的物理參數(shù)。因此，改變重量不適用此項目。

3.反向作用原理：此原理主要將原來的作用相反而達(dá)到目的。但此設(shè)計原始條件已經(jīng)給定，速度與長度的條件不能變動。因此，無反向的條件。

四.具體實施辦法

經(jīng)過此原理的啟發(fā)，應(yīng)用創(chuàng)新方法優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)變?yōu)椋?/p>

（一） 根據(jù)“矛盾矩陣表”中的不對稱性原理，兩個飛輪分別設(shè)計為一大一小的結(jié)構(gòu)，其直徑比率設(shè)計為2:3，并且兩輪設(shè)計的直徑均大于400mm，二輪分別各裝一對剪切刀片。因此，兩輪由單獨電機驅(qū)動同時轉(zhuǎn)動時，線速度均可以達(dá)到6m/s；

（二）原結(jié)構(gòu)二輪剪切刀片相交一次，即剪切一次，直徑相同時每1圈剪一次?，F(xiàn)變?yōu)榇筝?圈，小輪2圈剪切刀片才能相交一次，即剪切一次。這樣，剪切的時間間隔更長，則剪切的桿材滿足了長度2.5m的條件。

五、本項目應(yīng)用創(chuàng)新方法所得到的啟發(fā)

在通常的設(shè)計中，一般會認(rèn)為對稱性是設(shè)計的最優(yōu)方案，而往往會忽視不對稱性機構(gòu)，因為不對稱的結(jié)構(gòu)會讓各個設(shè)計條件更難控制，會帶來周期性的變化。而在本項目設(shè)計中應(yīng)用不對稱性原理后，不對稱性的往復(fù)效果反而成為有利的因素，使其同時滿足了看似矛盾并且無法兼容的兩種技術(shù)條件。

目前，該設(shè)計方案已經(jīng)應(yīng)用于鋁合金桿全自動雙盤成圈收桿機組飛剪機構(gòu)設(shè)計，機組經(jīng)用戶使用滿足了產(chǎn)品生產(chǎn)。