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        基于TRIZ理論的操控臺模塊鎖緊機構(gòu)設(shè)計

        2023-05-30 10:48:04程虎董影宗濤陳艷華
        機電信息 2023年10期
        關(guān)鍵詞:TRIZ理論

        程虎 董影 宗濤 陳艷華

        摘要:在新形勢下,艦船操控臺要求實現(xiàn)操控臺模塊的快速拆裝功能,以滿足裝備整機的快速恢復(fù)和操控需求。針對裝備用戶需求,基于TRIZ理論對操控臺模塊鎖緊機構(gòu)設(shè)計方案進(jìn)行了研究,找到了設(shè)計思路,綜合考慮成本、可靠性以及武器裝備作戰(zhàn)環(huán)境因素等多個維度形成了概念方案,并進(jìn)行了設(shè)計研制,滿足了顧客需求。

        關(guān)鍵詞:TRIZ理論;操控臺模塊;鎖緊機構(gòu)

        中圖分類號:U674? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A? ? 文章編號:1671-0797(2023)10-0032-03

        DOI:10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.10.009

        0? ? 引言

        TRIZ是俄文Teoriya Resheniya Izobreatatel-skikh Zadatch的縮寫,意思是發(fā)明問題解決理論,翻譯成英文是Theory of Inventive Problem Solving[1-3],漢語譯作“萃智”。TRIZ是一種有助于科技創(chuàng)新活動的方法論[4-5],它被認(rèn)為是目前最全面系統(tǒng)地論述發(fā)明創(chuàng)造、實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新的新理論,運用這一理論可以大大加快人們創(chuàng)造發(fā)明的進(jìn)程,進(jìn)而得到高質(zhì)量的創(chuàng)新產(chǎn)品[6-7]。本文基于TRIZ理論對操控臺模塊鎖緊機構(gòu)設(shè)計方案進(jìn)行了研究,找到了符合要求的方案,并進(jìn)行了設(shè)計研制。

        1? ? 問題背景和描述

        1.1? ? 問題的背景

        目前,操控臺模塊一般通過正面松不脫螺釘固定,如圖1所示,不能實現(xiàn)操控臺模塊的快速拆裝。而操控臺模塊要求便捷拆裝及美觀,因此對臺面模塊快速拆裝和外形美觀的需求也越來越高,傳統(tǒng)的通過松不脫螺釘安裝的方式已漸漸不能滿足客戶需求。

        為了可以實現(xiàn)操控臺面模塊的便捷拆裝、外形美觀,同時又可以省去工具的使用,滿足不同情況下的使用需求,需要提供一種專用的小行程鎖緊機構(gòu)。

        1.2? ? 問題的描述

        1.2.1? ? 定義技術(shù)系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

        問題所在技術(shù)系統(tǒng):松不脫螺釘固定。

        該技術(shù)系統(tǒng)的功能:解鎖或鎖定操控臺模塊。

        實現(xiàn)該功能的約束有:(1)同軸轉(zhuǎn)入;(2)旋轉(zhuǎn)動力;(3)旋轉(zhuǎn)深度。

        1.2.2? ? 當(dāng)前技術(shù)系統(tǒng)存在的問題

        通過松不脫螺釘固定,不能實現(xiàn)操控臺模塊的快速拆裝。松不脫螺釘示意圖如圖2所示。

        1.2.3? ? 問題或類似問題的現(xiàn)有解決方案及其缺點

        類似解決方案:專利CN201821495698.9提供了一種新型按壓式安全長鎖,通過按壓解鎖按鈕,使其脫離或緊扣固定底座,完成解鎖或鎖定,同時在固定鎖組件上設(shè)置有限位裝置,限位裝置可以阻止解鎖按鈕的移動,避免兒童自行輕易將長鎖打開,提高了安全性能。

        缺點:無法通過按壓方式實現(xiàn)解鎖,操作上仍不能實現(xiàn)快速解鎖或鎖定。

        1.2.4? ? 新系統(tǒng)的要求

        能實現(xiàn)快速解鎖或鎖定,成本低,操作簡單。

        2? ? 問題分析

        2.1? ? 功能分析及系統(tǒng)裁剪

        對松不脫螺釘系統(tǒng)進(jìn)行組建分析,如表1所示。

        對松不脫螺釘系統(tǒng)進(jìn)行組建相互作用分析,如表2所示。建立功能模型及裁剪,如圖3所示。

        通過功能模型分析,確定了導(dǎo)致問題存在的功能因素:螺帽對操控臺模塊的功能不足。

        2.2? ? 因果鏈分析

        針對當(dāng)前系統(tǒng)存在的問題進(jìn)行因果鏈分析,如圖4所示。

        這是普通的物場分析后的結(jié)果,如此是不可能實現(xiàn)快速鎖定或解鎖功能的,需要改變場合物質(zhì),引入場F2人力和物質(zhì)鎖定/解鎖裝置S3。

        2.3? ? 九屏幕法

        繪制松不脫螺釘系統(tǒng)的九屏幕圖,如圖5所示,并根據(jù)九屏幕圖的提示,尋找可能解決的方案。

        2.4? ? 最終理想解

        繪制最終理想分解表,如表3所示。

        3? ? 問題求解

        3.1? ? 技術(shù)矛盾

        為了提高鎖定或解鎖速度,可以提高壓鎖裝置的自動化程度。

        如果提高裝置的自動化程度,雖然可以提高鎖定或解鎖速度,但是會增加系統(tǒng)的復(fù)雜性。改善的參數(shù)為自動化程度,惡化的參數(shù)為系統(tǒng)的復(fù)雜性。由矛盾矩陣表查得發(fā)明原理如表4所示。

        采用發(fā)明原理15(動態(tài)特性原理),使壓鎖裝置可動,使其在鎖定或解鎖階段達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。

        3.2? ? 物理矛盾

        為了提高鎖定或解鎖速度,可以提高壓鎖裝置的自動化程度。既希望鎖定/解鎖裝置能夠鎖定,又希望能解鎖。在操控臺模塊工作時壓鎖裝置是鎖定的,在操控臺模塊維修時鎖定/解鎖裝置是解鎖的。

        故決定所設(shè)計的鎖定/解鎖裝置采用解決物理矛盾中的時間分離原理,將壓鎖裝置設(shè)計成一個鎖定/解鎖執(zhí)行機構(gòu)和一個控制機構(gòu),根據(jù)需要來控制狀態(tài)。

        4? ? 設(shè)計方案

        根據(jù)TRIZ分析過程,選擇動態(tài)特性原理及物理矛盾時間分離原理的方案進(jìn)行設(shè)計,具體設(shè)計方案如下:利用彈簧與連桿相結(jié)合的方式設(shè)計小行程壓鎖機構(gòu),如圖6所示,包括鎖框架1、連桿2、按鈕3、彈簧4、小軸5、鎖舌6、后蓋板7、上蓋板8、下蓋板9。連桿通過小軸分別安裝在上蓋和下蓋上,安裝后的上蓋和下蓋通過螺釘安裝在鎖框架上,鎖舌通過滑槽安裝到鎖框架上;彈簧裝到按鈕圓槽內(nèi),按鈕裝到后蓋槽內(nèi),而后安裝到鎖框架上。按鈕、彈簧分別與鎖舌有讓位設(shè)計,需有適當(dāng)間隙;按鈕與連桿有配合關(guān)系,需有適當(dāng)間隙。

        具體實施方式:當(dāng)按壓按鈕3時,按鈕驅(qū)動連桿2繞小軸5運動,此時彈簧4壓縮,連桿帶動鎖舌6縮回,操控臺面上的模塊脫離鎖舌固定后彈出;當(dāng)松開按鈕3時,彈簧4拉伸,驅(qū)動鎖舌6伸出,通過鎖舌固定操控臺面上的模塊。仿真示意圖如圖7所示。

        5? ? 結(jié)論

        本文對艦船顯控臺顯示器系統(tǒng)存在的顯示器不能快速正面拆裝維修、顯示器不能多角度調(diào)節(jié)問題進(jìn)行了描述,利用系統(tǒng)功能模型分析及裁剪、因果鏈分析、技術(shù)矛盾、物理矛盾、物場模型及標(biāo)準(zhǔn)解九屏幕法等多個工具進(jìn)行分析,尋找設(shè)計思路,綜合考慮成本、難易程度、可靠性以及武器裝備作戰(zhàn)環(huán)境因素等多個維度形成了概念方案,并進(jìn)行了設(shè)計研制,滿足了顧客需求。

        [參考文獻(xiàn)]

        [1] 孫永偉,謝爾蓋·伊克萬科.TRIZ打開創(chuàng)新之門的金鑰匙Ⅰ[M].北京:科學(xué)出版社,2015.

        [2] 趙新軍,孔祥偉.TRIZ創(chuàng)新方法及應(yīng)用案例分析[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2020.

        [3] 姚威,韓旭,儲昭衛(wèi).創(chuàng)新之道 TRIZ理論與實戰(zhàn)精要[M].北京:清華大學(xué)出版社,2019.

        [4] 程虎.利用TRIZ創(chuàng)新方法提高BGA芯片貼裝精度[J].船電技術(shù),2022,42(2):55-60.

        [5] 孫震,張夢元,周蕾,等.利用TRIZ提高燃料電池增濕器的增濕能力[J].船電技術(shù),2021,41(6):51-53.

        [6] 趙林林,李景仲,武濤.基于TRIZ理論的洗瓶機出瓶裝置的創(chuàng)新設(shè)計[J].機械,2014,41(11):54-56.

        [7] 楊劍偉,陳文戈,周金平,等.基于TRIZ的水冷系統(tǒng)三通閥設(shè)計[J].機電工程技術(shù),2015,44(9):14-17.

        收稿日期:2023-02-03

        作者簡介:程虎(1986—),男,湖北武漢人,高級技師,研究方向:無線電裝接。

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