基于TRIZ对硅钢带卷绕机进行改进

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摘 要：文章针对本厂采购的硅钢带卷绕机存在的问题进行了改进设计。在改进设计过程中借助TRIZ工具，找到了两种设计方案，发现TRIZ理论在解决工程问题时能够帮助工程人员快速找到解决方案。

关键词：TRIZ；硅钢带卷绕机；冲突矩阵

1 概述

公司采购的硅钢带自动卷绕设备，在试运行中出现硅钢带卷绕松紧不一，硅钢带卷绕后，不整齐。为了解决该问题，安排一名工人，在卷绕机和控制机构之间时刻拽紧硅钢带，卷绕的效果较好，但是存在安全问题，该名工人被划伤两次。为了从结构上解决存在的问题，保证卷绕的紧密度，本文分析问题，借助TRIZ工具寻求解决方案，对卷绕机进行改进。

2 TRIZ理论

TRIZ理论起源于前苏联，由国家技术创新方法与实施工具工程技术研究中心主任檀润华教授首先引入我国，在学术界和工业界进行了坚持不懈的推广，对于指导工业界解决实际问题和实现产品创新发挥了重要作用。TRIZ作为一种方法学，是由解决技术问题和实现创新开发的各种方法、算法组成的综合理论体系，对新设计与改进设计都能起到很好的指导作用。

利用TRIZ理论中冲突矩阵解决具体问题的过程是，首先用该问题所处技术领域中的特定术语描述冲突得到特定工程问题。之后，用标准参数描述该冲突。标准参数描述的是一般问题，借助冲突矩阵，选择可用发明原理。一旦选定某一或某几个原理以后，根据应用该原理指明的一般问题思维方向思考特定的问题以获得具体解，图1给出了求解技术冲突的过程。

3 硅钢带卷绕机的结构改进

硅钢带卷绕机由卷绕机构和电子信号发生机构组成。在自动化冲槽流水线上，硅钢带卷绕机布置在冲槽机的下一道工位，冲槽机每完成一次冲裁，硅钢带就往前运动一定长度，可以理解成是冲槽机送过来的硅钢带进入硅钢带卷绕机，这时硅钢带就会因为重力下垂和电子信号发生机构接触，该机构给控制系统发送动作信号，卷绕机构就会顺时针转过一定角度，完成一次卷绕动作。很明显，硅钢带卷绕机的工作原理决定了，硅钢带卷绕过程是一个间歇式运动过程，在该过程中硅钢带的处于一松一紧的变化状态中。

硅钢带卷绕机的问题解决具体如下。

3.1 确定一般问题

当卷绕机构动作时，对硅钢带施加一个拉力使其缠绕一定角度，卷绕机构转动结束，硅钢带不受力，因为硅钢带厚度0.5mm，具有弹性，由于弹力的作用使其不再贴合卷绕机构上前一圈硅钢带，形成了松圈。如果冲裁在硅钢带上留下的毛刺或锐角挂住硅钢带，将阻止硅钢带的回弹，就会形成了紧圈。故选择恶化参数是12号-形状（其实是硅钢带的缠绕曲率变化），改善参数是10号-力。问题描述为在保持卷绕机间歇式运动对硅钢带施加力的同时保证硅钢带缠绕形状。

3.2 获得一般解

根据选定的恶化及改善工程参数，在冲突矩阵中查找10行12列，得到推荐的发明原理编号是10、35、40和34。

10号是预先动作；35号是变化物理或化学状态；40号是合成材料；34号是抛弃及再生零件

3.3 获得工程解

借助发明原理启发的思考方向，运用类比等方法设计解决方案。

方案一：采用浮动的滚轮从外侧压住绕上卷绕机构的硅钢带，滚轮受弹簧力作用压住硅钢带，使其始终贴紧前一圈硅钢带。该机构安装在卷绕机构的左下侧，预压紧Y构见图2左。

方案二：在卷绕机构和电子信号发生机构中间位置，布置压紧装置，使硅钢带始终受到一个张紧力，克服自身的弹力。同时，压紧装置和电子信号发生机构之间硅钢带的状态不变，保证硅钢带从冲槽机输送过来时能够接触电子信号发生机构。压紧装置结构见图2右。

综上所述，方案一在不移动现有设备的前提下，增加一个预压紧结构。其设计遵循原理10提示的预先动作的方向，卷绕的目的是让硅钢带一层贴一层的缠绕在卷绕机构上，现实的问题是缠绕得松紧不确定，那么在卷绕开始前就让硅钢带在滚轮的压力作用下贴合在前一层硅钢带上。方案二的实施需要适当加长卷绕机构和电子信号发生机构的距离。其设计遵循的是原理35变化物理状态的方向，导致卷绕松紧不确定的原因是硅钢带的弹性，而卷绕机的工作原理决定了硅钢带在卷绕机构和电子信号发生机构之间的状态只能是松紧变化状态。所以，在两者之间增加一个压紧装置，使硅钢带在压紧装置与卷绕机构之间一直处于张紧状态，克服弹力的作用；而硅钢带在压紧装置与电子信号发生机构之间的状态还是松紧变化状态。该压紧装置利用上压紧辊的重力始终将硅钢带伏压在下辊上。

4 结束语

本文对卷绕机的改进过程中运用了TRIZ工具，很快找到了解决问题的方向。在实际工程问题中结构上的改进，属于小的创新，TRIZ理论总结的40条发明原理，为创新提供思考的指引，同时TRIZ中设计的冲突矩阵，为选用发明原理提供了依据。能够使我们快速找到思考的方向，但是冲突矩阵的利用有赖于对具体工程问题的分析和描述，并确定冲突中恶化和改善的工程参数。

参考文献

[1]马建红，檀润华.基于triz及ABD的创新设计研究[J].工程设计学报，2006（04）.

[2]SEMYON D Savransky.Introduction to TRIZ methodology of inventive problem solving [M].New York：CRC Press，2000.

[3]檀润华.产品创新设计若干问题研究进展[J].机械工程学报，2007（3）.

[4]刘晓敏，檀润华.创新概念设计理念与虚拟设计实例分析[J].机械设计与研究，2005（5）.

[5]檀润华.发明问题解决理论[M].北京：科学出版社，2004.

[6]刘彦磊，刘宏勋.基于TRIZ的电永磁吸盘的改进设计[J].天津科技，2011（6）.

作者简介：刘宏勋（1982-），男，汉族，河北省平乡县，研究生学历，工程师，研究方向：创新设计。

梁君宁（1988-），男，汉族，本科，工程师。