基于TRIZ理論的FT651葉片垂直分片機(jī)分片刀驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改造

文/河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司安陽(yáng)卷煙廠 孟瑾中國(guó)煙草總公司職工進(jìn)修學(xué)院 王德吉

1 前言

葉片垂直分片機(jī)是煙草行業(yè)制絲生產(chǎn)線葉片段的關(guān)鍵設(shè)備，位于真空回潮機(jī)的前段，功能是將經(jīng)過(guò)打葉復(fù)烤、醇化、拆包后的煙垛逐刀均切成片，以利于后道工序的處理[1]。

FT651葉片垂直分片機(jī)采用“兩刀五片”分片模式，雙聯(lián)氣缸帶動(dòng)橫移動(dòng)架左右移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)刀尖的定位；電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)鏈帶動(dòng)縱移動(dòng)架上下運(yùn)動(dòng)，完成分切，實(shí)現(xiàn)分片功能[2]。經(jīng)調(diào)查，在生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)煙垛切分不均勻，造成切分后煙塊的大塊率過(guò)高、影響真空回潮效果的現(xiàn)象；同時(shí)，刀柄固定部位和分片刀移動(dòng)架產(chǎn)生嚴(yán)重變形，每年需更換兩組刀片。為此，我們以TRIZ 創(chuàng)新理論為指導(dǎo)，探索解決垂直分片機(jī)煙垛切分不均勻及移動(dòng)架產(chǎn)生變形問(wèn)題的方法。

2 TRIZ 理論的應(yīng)用

TRIZ理論以辯證法、系統(tǒng)論和認(rèn)識(shí)論為哲學(xué)指導(dǎo)，以自然科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)和思維科學(xué)的研究成果為根基和支柱，以技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則為理論基礎(chǔ)，包括了技術(shù)系統(tǒng)和技術(shù)過(guò)程、（技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化過(guò)程中產(chǎn)生的）矛盾、（解決矛盾所用的）資源、（技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化方向）理想化等基本概念[3]。圖1所示為T(mén)RIZ理論基本體系結(jié)構(gòu)，提供了分析工程問(wèn)題所需的方法，包括矛盾分析、功能分析、資源分析和物場(chǎng)分析等，同時(shí)還提供了相應(yīng)的問(wèn)題求解工具，包括技術(shù)矛盾創(chuàng)新原理、物理矛盾分離原理、科學(xué)原理知識(shí)庫(kù)和發(fā)明問(wèn)題標(biāo)準(zhǔn)解法等[4]。TRIZ理論針對(duì)復(fù)雜問(wèn)題的求解提供了發(fā)明問(wèn)題解決算法（ARIZ），同時(shí)TRIZ理論還包括了一些創(chuàng)新思維的方法，例如九屏幕法、智能小人法、金魚(yú)法等等。

TRIZ理論的核心是技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化原理：技術(shù)系統(tǒng)根據(jù)客觀發(fā)展規(guī)律進(jìn)行自我發(fā)展，這些客觀規(guī)律是可以被認(rèn)識(shí)的，并可利用這一客觀規(guī)律有意識(shí)的解決發(fā)明問(wèn)題。按這一原理，技術(shù)系統(tǒng)一直處于進(jìn)化之中，解決沖突是進(jìn)化的推動(dòng)力[5]。其求解過(guò)程如圖2所示：

圖2 TRIZ解決問(wèn)題的過(guò)程

圖1 TRIZ理論基本體系結(jié)構(gòu)

從TRIZ解決問(wèn)題的過(guò)程可以看出，TRIZ的求解過(guò)程是基于標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題的標(biāo)準(zhǔn)解，可以用39個(gè)工程參數(shù)將實(shí)際遇到的問(wèn)題表達(dá)成為標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題所描述的矛盾解決矩陣，然后利用TRIZ中的工具，如發(fā)明原理、標(biāo)準(zhǔn)解等，求出該TRIZ問(wèn)題的標(biāo)準(zhǔn)解，最后在標(biāo)準(zhǔn)解的基礎(chǔ)上，將其具體化得到實(shí)際問(wèn)題的新原理解（新概念）[6]。

3 基于TRIZ理論的FT651葉片垂直分片機(jī)分片刀驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改造

3.1 設(shè)備現(xiàn)狀及問(wèn)題

FT651葉片垂直分片機(jī)工作流程為：當(dāng)裝有待分片煙垛的周轉(zhuǎn)箱到達(dá)分切位置定位后,夾緊裝置夾緊周轉(zhuǎn)箱；縱移動(dòng)架下行令位于左右相距約425mm的兩排切刀插入煙垛；隨后汽缸動(dòng)作，分切裝置的兩排切刀把切開(kāi)的煙片分開(kāi)一定距離，縱移動(dòng)架和切刀上行回位；在汽缸的作用下，兩排切刀移動(dòng)到相距145mm的位置后再次下行，切刀插入位于周轉(zhuǎn)箱中間的未分片的煙垛內(nèi)將煙垛分片，最終整個(gè)煙垛被分成五部分，之后縱移動(dòng)架和切刀上行回位[7]。

圖3 改造前分切刀驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)示意圖

如圖3所示，由于分片刀驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中用于控制分片刀位置的雙聯(lián)氣缸行程不可調(diào)整，因此分片刀刀距不可調(diào)整。進(jìn)行第二刀分片時(shí)，雙聯(lián)氣缸活塞桿全部伸出完成定位后，刀體內(nèi)側(cè)間的間距僅為80mm，煙坯被夾在刀柄內(nèi)側(cè)強(qiáng)行擠壓至周轉(zhuǎn)箱底部，導(dǎo)致分片不均勻，分切效果差，而且底部煙葉因擠壓產(chǎn)生結(jié)塊。同時(shí)，因分片刀夾著煙坯強(qiáng)行下行會(huì)產(chǎn)生巨大的反作用力，造成刀柄固定部位和分片刀驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)架?chē)?yán)重變形，影響設(shè)備正常使用，降低設(shè)備使用壽命。

我們需要解決的就是在進(jìn)行第二刀分切時(shí)，使分片刀夾著煙坯能夠順利下行，煙坯不再受到強(qiáng)行擠壓。在改造過(guò)程中要保證改動(dòng)最小、整體分片效果及整個(gè)系統(tǒng)的安全性。

3.2 確定矛盾雙方

煙坯之所以會(huì)被夾在刀柄內(nèi)側(cè)遭受強(qiáng)行擠壓，是由于在進(jìn)行第二刀分切時(shí)，刀體內(nèi)側(cè)間的間距太小，而用于控制分片刀位置的雙聯(lián)氣缸行程無(wú)法調(diào)整，因此，需采取兩項(xiàng)工作：1）改變氣缸結(jié)構(gòu)，使氣缸伸長(zhǎng)量實(shí)現(xiàn)可控；2）增加電氣控制，并保證系統(tǒng)的安全性。將矛盾雙方轉(zhuǎn)化為T(mén)RIZ語(yǔ)言，即TRIZ理論為工程問(wèn)題的矛盾雙方分別提供的39個(gè)參數(shù)。即將實(shí)現(xiàn)氣缸伸長(zhǎng)量可控轉(zhuǎn)化為提高自動(dòng)化程度，將增加電氣控制、保證系統(tǒng)的安全性轉(zhuǎn)化為可靠性及增加系統(tǒng)的復(fù)雜性。

3.3 矛盾矩陣的建立

在TRIZ矛盾矩陣列表中，從改善的特征中尋找到自動(dòng)化程度，對(duì)應(yīng)的編號(hào)為38；在惡化的特征中尋找到可靠性及系統(tǒng)的復(fù)雜性，對(duì)應(yīng)的編號(hào)為27和36。矛盾雙方組成沖突矩陣，如表1所示。

該矩陣表達(dá)了TRIZ提示的改進(jìn)原理。通過(guò)查找表1沖突特性交匯處各編號(hào)所對(duì)應(yīng)的原理，結(jié)合問(wèn)題實(shí)際情況，擬采用編號(hào)為15,24所對(duì)應(yīng)的發(fā)明原理，其創(chuàng)新思維方向如表2所示。

3.4 TRIZ方案的實(shí)施

根據(jù)沖突矩陣所提供的創(chuàng)新思維方向，我們對(duì)FT651葉片垂直分片機(jī)分片刀驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改造。

1）要想使氣缸伸長(zhǎng)量實(shí)現(xiàn)可控，則必須改變氣缸結(jié)構(gòu)。采用動(dòng)態(tài)特性原理中“使不動(dòng)的物體可動(dòng)或可自適應(yīng)”的想法，在圖1所示的分片機(jī)進(jìn)料端分叉左氣缸2和出料端分叉右氣缸2上各安裝一個(gè)SMC IP8101智能型定位器，用自制的安裝板和固定件將雙聯(lián)氣缸和智能型電氣定位器整合為一體，實(shí)現(xiàn)氣缸活塞桿伸長(zhǎng)量在0～160mm內(nèi)可調(diào)，改造后的分切刀驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)示意圖如圖4所示。

表1：FT651葉片垂直分片機(jī)分片刀驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改造的沖突矩陣

表2：沖突解決原理

圖4 改造后分切刀驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)示意圖

2) 由創(chuàng)新思維方向的中介原理中采用“使用中介物傳遞或完成所需動(dòng)作”的想法，改造壓縮空氣管路和控制線路，新增2個(gè)模擬量輸出模塊用于分叉氣缸開(kāi)度的設(shè)定，2個(gè)模擬量輸入模塊用于分叉氣缸實(shí)際開(kāi)度的反饋，并通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)功能，使分切機(jī)第一刀分切模式不變，第二刀分切時(shí)，電氣定位器根據(jù)操作人員在操作面板上設(shè)定的活塞桿伸長(zhǎng)量控制氣缸伸縮，來(lái)調(diào)節(jié)相對(duì)應(yīng)切片刀刀體內(nèi)側(cè)之間的間距，對(duì)刀尖進(jìn)行精確定位，徹底解決切片刀夾煙坯現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)煙坯的順利分切。垂直分片機(jī)參數(shù)設(shè)置界面如圖5所示。

4 應(yīng)用效果

圖5 改造后垂直分片機(jī)參數(shù)設(shè)置界面

通過(guò)此次改造，采用智能型電氣定位器配合原氣缸使用，使氣缸活塞桿的伸長(zhǎng)量可調(diào)，實(shí)現(xiàn)了分切刀間距無(wú)極可調(diào)、精確定位，分切過(guò)程中分切刀下行順暢，解決了分切刀夾煙坯強(qiáng)行下行問(wèn)題，杜絕了煙葉結(jié)塊的產(chǎn)生，達(dá)到了煙坯分片均勻的目的，有效提升了真空回潮機(jī)的回透率。同時(shí)，減少了分片過(guò)程中因阻力過(guò)大產(chǎn)生的對(duì)刀架的反作用力，解決了刀柄固定部位和分片刀驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)架變形問(wèn)題，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命，大幅減少了設(shè)備維修、維護(hù)工作量。

5 結(jié)論

TRIZ理論成功地揭示了創(chuàng)造發(fā)明的內(nèi)在規(guī)律和原理，能夠幫助我們系統(tǒng)地分析問(wèn)題情境，快速發(fā)現(xiàn)問(wèn)題本質(zhì)或者矛盾，準(zhǔn)確確定問(wèn)題探索方向，突破思維障礙，打破思維定勢(shì)，以新的視覺(jué)分析問(wèn)題，進(jìn)行系統(tǒng)思維。筆者運(yùn)用TRIZ得到了FT651葉片垂直分片機(jī)分片刀驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改造的創(chuàng)新解，實(shí)現(xiàn)了煙坯分片均勻的目的，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命，達(dá)到了提質(zhì)降耗的目的。

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[7] 李震宇，王迎彬，趙文龍，馬劍坤. 垂直分片機(jī)分切機(jī)構(gòu)技術(shù)改造[J] .中國(guó)設(shè)備工程，2013（4）：53-54.