羅 庸，金葉南

（湖南福瑞印刷有限公司，湖南長沙 410100）

0 引言

某大型印刷企業(yè)擁有膠印、絲印、凹印、復(fù)合、模燙、檢品等印刷設(shè)備60余臺(tái)套，其中大多為進(jìn)口設(shè)備。為適應(yīng)新形勢下企業(yè)創(chuàng)新工作的要求，每年都需要對設(shè)備進(jìn)行技改、零配件國產(chǎn)化等創(chuàng)新工作。這種工作涉及專業(yè)的機(jī)械設(shè)計(jì)和印刷工藝知識(shí)，一般由設(shè)備、工藝、車間等部門共同完成。但隨著智能時(shí)代與數(shù)字時(shí)代的飛速發(fā)展，運(yùn)用SolidWorks軟件進(jìn)行設(shè)備技改與創(chuàng)新工作變得非常便利與簡單。

1 企業(yè)現(xiàn)狀與創(chuàng)新工作的難點(diǎn)分析

印刷企業(yè)多精于印刷工藝、生產(chǎn)與設(shè)備維修，不擅長機(jī)械設(shè)計(jì)。雖然廣大員工創(chuàng)新意愿強(qiáng)烈，小改小革、精益管理、零配件國產(chǎn)化等點(diǎn)子多、想法好，但不能用圖形清晰表達(dá)個(gè)人的意圖，與外協(xié)單位專業(yè)人員交流溝通困難、難以準(zhǔn)確掌握要點(diǎn)，使得這項(xiàng)工作推進(jìn)困難、效果欠佳。另外，由于小改小革、精益管理、零配件國產(chǎn)化等項(xiàng)目細(xì)小與繁瑣，外協(xié)單位無法集中精力跟進(jìn)這些工作的進(jìn)度，使得企業(yè)創(chuàng)新工作更加難有進(jìn)展。SolidWorks是一種三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件，能全方位、動(dòng)態(tài)展現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖，簡單易學(xué)，空間可視化模型便于溝通與交流，思路清晰明了，是連接創(chuàng)意者與專業(yè)工程師最為便捷的橋梁，印刷企業(yè)同樣需要這種橋梁。

2 設(shè)計(jì)氣浮式工作平臺(tái)

2.1 背景

裁紙機(jī)和數(shù)紙機(jī)是兩臺(tái)獨(dú)立的機(jī)器，裁紙機(jī)用于裁切紙堆，數(shù)紙機(jī)用于紙堆數(shù)紙并進(jìn)行插標(biāo)。工藝上要求首先在數(shù)紙機(jī)進(jìn)行紙堆數(shù)數(shù)，然后置于裁紙機(jī)進(jìn)行裁切。這種工藝的操作流程是：操作人員先將紙堆從托盤搬至數(shù)紙機(jī)，完成數(shù)紙后，將紙堆搬至齊紙架并撞齊，最后將撞齊的紙堆搬至裁紙機(jī)上進(jìn)行裁切。按這種操作工藝，操作人員需要搬紙3次，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率低，紙張廢品率亦有增加。

2.2 創(chuàng)新思路

設(shè)計(jì)一個(gè)中間工作平臺(tái)，將數(shù)紙機(jī)和裁紙機(jī)有機(jī)無縫連接。操作人員只需要將紙堆從托盤搬至數(shù)紙機(jī)，在完成數(shù)紙并插標(biāo)后，將紙堆平推至中間工作平臺(tái)，在工作平臺(tái)上進(jìn)行撞紙齊紙，再將紙平推至裁紙機(jī)完成裁切，這樣即可連貫地完成數(shù)紙、齊紙、裁切的3道工序。

2.3 設(shè)計(jì)路徑與成果

設(shè)計(jì)路徑：①測繪裁紙機(jī)和數(shù)紙機(jī)的外形輪廓并分別繪制立體模型圖，特別需要仔細(xì)測繪對接部位的外形尺寸；②初步設(shè)計(jì)中間工作平臺(tái)；③實(shí)施裝配，將三者按工作位置進(jìn)行組裝；④根據(jù)組裝的情況，修改對接部位的外形，直到無縫連接；⑤進(jìn)一步修改工作平臺(tái)的設(shè)計(jì)，增加90°角齊紙裝置，配置浮動(dòng)氣珠和氣管等；⑥檢查干涉，修改設(shè)計(jì)并定稿。

帶齊紙功能的氣浮式工作平臺(tái)置于裁紙機(jī)和數(shù)紙機(jī)的中間，不僅實(shí)現(xiàn)了起初的創(chuàng)新設(shè)想，達(dá)到了一次搬紙即可完成數(shù)紙、齊紙和裁切的目的，而且成功地應(yīng)用了氣珠產(chǎn)生氣墊的原理。紙堆在工作平臺(tái)上移動(dòng)時(shí)，紙堆與平臺(tái)桌面間存在氣墊，使得移動(dòng)紙堆時(shí)省力又減少對底層紙的損壞（圖1，圖2）。

圖1 氣浮式工作平臺(tái)設(shè)計(jì)

圖2 氣浮式工作平臺(tái)成果實(shí)物

3 設(shè)計(jì)不停機(jī)清潔機(jī)構(gòu)

3.1 背景

復(fù)合機(jī)是一種卷筒紙生產(chǎn)設(shè)備，在其貼合、背涂、印刷等部位常會(huì)出現(xiàn)一種V形區(qū)域。在機(jī)器生產(chǎn)時(shí)，壓膠輥表面會(huì)粘附灰塵、紙毛等，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此常需操作人員在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在線手持抹布對壓膠輥進(jìn)行清潔。這種清潔工作由于V形區(qū)域空間小、紙張遮擋視線、高速運(yùn)動(dòng)的紙邊而使得清潔變得異常危險(xiǎn)。

3.2 創(chuàng)新思路

為解決操作安全防護(hù)的問題，設(shè)想設(shè)計(jì)一套裝置，能模仿人手夾持抹布，清潔時(shí)將抹布緊貼壓膠輥，沿軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)；清潔完畢，抹布離開壓膠輥，完成一次清潔動(dòng)作。

3.3 設(shè)計(jì)路徑與成果

設(shè)計(jì)分3部分：①抹布夾持裝置；②夾持裝置抬起與壓下裝置；③夾持裝置往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置。難度在于，3個(gè)裝置需要安裝在狹小而復(fù)雜的V形區(qū)域，需借助軟件的動(dòng)態(tài)仿真功能。

設(shè)計(jì)路徑：①測量并繪制V形區(qū)域的空間立體模型圖；②設(shè)計(jì)上述3個(gè)裝置；③完成3個(gè)裝置的裝配，將V形區(qū)域和3個(gè)裝置組裝起來，進(jìn)行抬起、壓下、往復(fù)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)仿真動(dòng)作；④修正尺寸，直到能實(shí)現(xiàn)合理的運(yùn)動(dòng)。

這是一個(gè)全新的沒有先例可供借鑒的設(shè)計(jì)，主要由3部分構(gòu)成：同步皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、抹布架以及二者間可快速拆裝的抹布架安裝裝置、雙導(dǎo)桿氣缸（圖3、圖4）。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由同步皮帶、導(dǎo)桿氣缸、手輪、直線滑塊等組成，手輪轉(zhuǎn)動(dòng)后通過皮帶輪帶動(dòng)同步皮帶做直線運(yùn)動(dòng)，皮帶固定于直線滑塊上，導(dǎo)桿氣缸安裝于直線滑塊上，從而帶動(dòng)導(dǎo)桿氣缸運(yùn)動(dòng)；手輪正反轉(zhuǎn)動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)桿氣缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)；抹布架夾持抹布后，可便捷而可靠地安裝于安裝裝置上；雙導(dǎo)桿氣缸伸出，抹布架靠緊壓膠輥，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，同步皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)抹布架往復(fù)運(yùn)行，即可清潔壓膠輥。該清潔機(jī)構(gòu)看似復(fù)雜，但在SolidWorks的設(shè)計(jì)環(huán)境下，各部件位置關(guān)系準(zhǔn)確、設(shè)計(jì)尺寸合理、動(dòng)作精準(zhǔn)；實(shí)際使用時(shí)，手輪轉(zhuǎn)動(dòng)輕巧、抹布架安裝方便、清潔效果良好。

圖3 不停機(jī)清潔機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖4 不停機(jī)清潔機(jī)構(gòu)實(shí)物

4 設(shè)計(jì)冷卻水柜

4.1 背景

公司CD102-6+L膠印機(jī)是2001年10月從德國引進(jìn)安裝的。其UV燈的冷卻水采用風(fēng)冷式冷卻水柜進(jìn)行散熱降溫，并安裝于機(jī)器旁邊。這種冷卻水柜的缺點(diǎn)是：①體積大而占用車間場地多、散熱片易堵塞且清洗困難、需單獨(dú)的熱氣排放系統(tǒng)；②2016年開始，散熱器內(nèi)管道因銹蝕而多次穿孔，修復(fù)難度大，且進(jìn)一步影響散熱效果；③該冷卻水柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、保護(hù)裝置多，國內(nèi)無替代產(chǎn)品，如購買進(jìn)口原裝件，價(jià)格昂貴。因此，自制冷卻水柜是解決問題的最好辦法。

4.2 創(chuàng)新思路

仔細(xì)分析原冷卻水柜的原理和結(jié)構(gòu)后，認(rèn)為自制冷卻水柜時(shí)，只需將風(fēng)冷式散熱器改為水冷式散熱器即可，原柜內(nèi)的水泵、藥劑添加器、溫度檢測裝置、安全保護(hù)裝置、排氣閥等一并保留。

4.3 設(shè)計(jì)路徑與成果

設(shè)計(jì)過程在SolidWorks的設(shè)計(jì)環(huán)境下進(jìn)行，借助軟件強(qiáng)大的裝配功能，遵循節(jié)約空間、優(yōu)化內(nèi)部布局的原則。

設(shè)計(jì)路徑：①繪制冷卻水柜的框架；②選用合適的板式熱交換器，將其裝配于柜內(nèi)；③裝配原冷卻水柜內(nèi)的水泵、藥劑添加器、管道等。

整個(gè)過程需要一邊裝配，一邊模擬實(shí)際制作的場景，優(yōu)化各部件的布局，保證冷卻水柜內(nèi)部緊湊有序不凌亂，使其體積小而方便現(xiàn)場安裝，在不改變原有工作原理的情況下，真正達(dá)到了冷卻水的熱交換效果好、安裝空間小的目標(biāo)（圖5、圖6）。

圖5 冷卻水柜設(shè)計(jì)

圖6 冷卻水柜成果實(shí)物

5 總結(jié)

SolidWorks作為一種三維設(shè)計(jì)的工具軟件，功能強(qiáng)大，在工業(yè)設(shè)計(jì)中體現(xiàn)極大的便利性，具有直觀、形象、精準(zhǔn)、快速等優(yōu)點(diǎn)。對于印刷企業(yè)的設(shè)備技術(shù)人員來說，有必要掌握其基本的應(yīng)用。在企業(yè)創(chuàng)新工作中，SolidWorks軟件有多重作用：在創(chuàng)新思路清晰的時(shí)候，它能快速地進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；在創(chuàng)新思路迷茫的時(shí)候，它能拓展設(shè)計(jì)思維。近年來，隨著公司高新工作的開展和深入，很多創(chuàng)新方案借助SolidWorks軟件都已成功開發(fā)。