TRIZ理論在花式紗線小樣機(jī)傳動(dòng)帶和張力裝置技術(shù)創(chuàng)新上的應(yīng)用

杜 霞，任學(xué)勤

(西安工程大學(xué) 紡織與材料學(xué)院，陜西 西安 710048)

TRIZ理論在花式紗線小樣機(jī)傳動(dòng)帶和張力裝置技術(shù)創(chuàng)新上的應(yīng)用

杜 霞，任學(xué)勤

(西安工程大學(xué) 紡織與材料學(xué)院，陜西 西安 710048)

TRIZ理論是一種從沖突矛盾中尋解的創(chuàng)新方法理論，它能很好地指導(dǎo)設(shè)計(jì)者進(jìn)行創(chuàng)新，具有巨大的實(shí)用價(jià)值。對(duì)花式紗線小樣機(jī)上的傳動(dòng)帶和張力裝置進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，運(yùn)用創(chuàng)新的方法手段對(duì)設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，使傳送帶工作更穩(wěn)定，耗能更少，張力控制和調(diào)節(jié)更加精確。

技術(shù)創(chuàng)新；TRIZ ；沖突矛盾；傳動(dòng)帶；張力裝置

一直以來(lái)，我國(guó)的紡織機(jī)械設(shè)計(jì)制造企業(yè)存在這樣一個(gè)現(xiàn)狀[1]：只仿不創(chuàng)。長(zhǎng)期以來(lái)形成的引進(jìn)與仿制發(fā)展，不挖掘自己的自主開(kāi)發(fā)能力，致使設(shè)備無(wú)核心競(jìng)爭(zhēng)力。這種狀況對(duì)紡織工業(yè)大而不強(qiáng)的局面有很大影響。然而，近年來(lái)我國(guó)紡織機(jī)械設(shè)備銷(xiāo)售結(jié)構(gòu)顯示，許多紡織企業(yè)對(duì)設(shè)備的投入不再是簡(jiǎn)單的數(shù)量增長(zhǎng)，而更多的是設(shè)備的更新改造來(lái)減少用工并提高生產(chǎn)效率，提升紡織機(jī)械產(chǎn)品的節(jié)能、減排、降耗等性能。而企業(yè)在設(shè)備開(kāi)發(fā)過(guò)程中，工程技術(shù)人員在解決設(shè)備創(chuàng)新問(wèn)題時(shí)，往往過(guò)多依賴(lài)過(guò)往經(jīng)驗(yàn)，偏重于個(gè)人的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域知識(shí)，難以克服心理惰性和擺脫思考問(wèn)題的特定框架，不能把握產(chǎn)品創(chuàng)新的關(guān)鍵問(wèn)題。技術(shù)創(chuàng)新，方法先行，找到一種現(xiàn)代理論的創(chuàng)新方法，有利于找出創(chuàng)新問(wèn)題的位置和方向，對(duì)于創(chuàng)新將事半倍功。TRIZ理論，它是一個(gè)包含創(chuàng)新理論和創(chuàng)新方法的完整創(chuàng)新理論，著力于澄清和強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)中的內(nèi)在矛盾，可促使工程人員找到矛盾點(diǎn)并把握發(fā)明創(chuàng)造的方向，繼而解決產(chǎn)品創(chuàng)新的沖突問(wèn)題。目前，對(duì)紡織設(shè)備進(jìn)行改造的需求越來(lái)越強(qiáng)烈。在花式紗線生產(chǎn)設(shè)備上，花式紗線小樣機(jī)需要改進(jìn)的裝置也有很多，如傳動(dòng)帶及張力裝置的改進(jìn)?，F(xiàn)運(yùn)用TRIZ這種創(chuàng)新的理論方法，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)帶及張力裝置的改進(jìn)。

1 傳動(dòng)帶及張力裝置的作用及發(fā)展趨勢(shì)

1.1 傳動(dòng)帶

傳動(dòng)帶[2]是將原動(dòng)機(jī)的電機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的動(dòng)力，通過(guò)帶輪由膠帶傳導(dǎo)到機(jī)械設(shè)備上，故又稱(chēng)之為動(dòng)力帶。它是機(jī)電設(shè)備的核心聯(lián)結(jié)部件，種類(lèi)繁多，用途廣泛。所以，從原始機(jī)械到現(xiàn)代自動(dòng)設(shè)備都有傳動(dòng)帶的身影，產(chǎn)品歷經(jīng)多次演變，技術(shù)日臻成熟。而與齒輪傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)相比，傳動(dòng)帶傳動(dòng)具有機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、噪聲小和設(shè)備成本低等優(yōu)點(diǎn)。傳動(dòng)帶可分為三角帶、同步帶、平皮帶、農(nóng)用機(jī)皮帶、高速防油帶、圓形帶等。在紡織設(shè)備上，隨處都有傳動(dòng)帶的身影，如花式紗線小樣機(jī)上傳動(dòng)帶帶動(dòng)針筒下的外殼轉(zhuǎn)動(dòng)。

對(duì)于紡織設(shè)備來(lái)說(shuō)，為了更好地滿足生產(chǎn)要求，對(duì)于傳動(dòng)帶的要求會(huì)越來(lái)越高。傳動(dòng)帶的發(fā)展趨勢(shì)為：(1)皮帶強(qiáng)度高。采用高強(qiáng)度的材料，抗拉強(qiáng)度大，曲屈疲勞強(qiáng)度高，承載重、壽命長(zhǎng)；(2)比重小。皮帶高速回轉(zhuǎn)繞過(guò)帶輪時(shí)產(chǎn)生離心力，這個(gè)力與產(chǎn)生摩擦的皮帶壓力方向相反，而比重小可減小離心力；(3)皮帶薄而寬。矩形斷面的抗彎矩小，容易彎曲，而寬可增加帶與輪的接觸面積；(4)表面摩擦因數(shù)大而耐磨；(5)化學(xué)穩(wěn)定性好。耐油、耐酸堿、防靜電。

1.2 張力裝置

在紗線加工過(guò)程中，張力[3]是一個(gè)很重要的因素。張力的大小和穩(wěn)定直接關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率及后續(xù)加工的順利進(jìn)行。同時(shí)，紗線張力的變化會(huì)影響紗線的物理性能，如拉伸強(qiáng)度和彈性。在花式紡紗中，張力控制問(wèn)題是影響紗線紡紗的重要工藝參數(shù)，它在很大程度上決定了花式紗線花型轉(zhuǎn)換的規(guī)律及大小，對(duì)紗線產(chǎn)品的工藝和質(zhì)量影響很大。

紗線張力也一直是紡紗行業(yè)中的難題之一，困難主要在于紗線張力的數(shù)值微小，難以測(cè)量，難以控制。對(duì)于張力，最終目的是使紗線處于理想狀態(tài)且恒定。目前，紗線張力控制的應(yīng)用范圍非常廣泛，包括花式捻線機(jī)、捻線機(jī)、細(xì)紗機(jī)、絡(luò)筒機(jī)等，但是紗線張力的調(diào)節(jié)控制還是不夠理想，張力裝置的發(fā)展還有很大的改進(jìn)空間。張力裝置的發(fā)展趨勢(shì)是：張力的控制操作方便，能夠精確調(diào)節(jié)張力大小，調(diào)節(jié)的張力保持穩(wěn)定。

2 TRIZ理論在紡織設(shè)備上的應(yīng)用

2.1 TRIZ理論概述

TRIZ理論，即發(fā)明問(wèn)題解決理論，英譯為T(mén)heory of Inventive Problem Solving[4-5]。其核心理論是技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化原理[6-7]，該理論的主要來(lái)源及構(gòu)成如圖1所示。同時(shí)，該理論指出技術(shù)系統(tǒng)一直處于不斷發(fā)展與進(jìn)化之中，解決技術(shù)進(jìn)化中存在的矛盾是其進(jìn)化的推動(dòng)力。

TRIZ理論的體系龐大，主要包括[8-10]:

(1)產(chǎn)品進(jìn)化理論。

(2)分析。

(3)沖突解決原理。TRIZ主要是技術(shù)與物理這兩種沖突。TRIZ引導(dǎo)設(shè)計(jì)者挑選能解決特定沖突的原理，其前提是要按標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)確定沖突，然后用39條標(biāo)準(zhǔn)沖突(通用工程參數(shù))和40條發(fā)明創(chuàng)造原理解決沖突。表1為39條標(biāo)準(zhǔn)沖突(通用工程參數(shù))，表2為40條發(fā)明創(chuàng)造原理。

(4)物質(zhì)-場(chǎng)分析。

(5)效應(yīng)。

(6)ARIZ法。

TRIZ理論就是具有完整理論體系的發(fā)明創(chuàng)造方法[11-12]，它具有解決發(fā)明創(chuàng)造問(wèn)題的一般方法。首先設(shè)計(jì)者應(yīng)將需要解決的特殊問(wèn)題加以定義和明確，即在技術(shù)和物理沖突中找準(zhǔn)沖突點(diǎn)；其次利用物質(zhì)-場(chǎng)分析等方法將需要解決的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為類(lèi)似的標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題；再利用TRIZ中解決發(fā)明問(wèn)題的原理和工具，求出該問(wèn)題的標(biāo)準(zhǔn)解決方法；最后，根據(jù)類(lèi)似的標(biāo)準(zhǔn)解決方法的提示并應(yīng)用各種已有的技術(shù)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，就可以構(gòu)思解決特殊問(wèn)題的創(chuàng)新方法。如圖2所示。這樣，以TRIZ理論為依據(jù)的技術(shù)創(chuàng)新的一般方法，可以加快技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)程，并且節(jié)約人力物力，是一種很好的發(fā)明問(wèn)題解決理論的創(chuàng)造方法。

2.2 TRIZ理論在紡織設(shè)備的應(yīng)用

紡織設(shè)備上很多設(shè)備裝置都使用了TRIZ的創(chuàng)新方法，以紡紗設(shè)備的一些設(shè)備裝置為例進(jìn)行研究[13]?；烀迿C(jī)械和給棉機(jī)械運(yùn)用TRIZ理論中的振動(dòng)原理，采用振動(dòng)棉箱，改變了傳統(tǒng)棉箱自由沉降引起的棉箱內(nèi)纖維堆放密度的不均勻性。因?yàn)檎駝?dòng)棉箱能夠使原料上下密度均勻，輸出也就更加均勻，同時(shí)增加了棉箱的儲(chǔ)存量。梳棉機(jī)有預(yù)分梳、主分梳和后分梳等機(jī)構(gòu)，它們應(yīng)用了TRIZ理論中的局部質(zhì)量原理，使各部分具有不同的功能：預(yù)分梳做初始梳理，為主分梳創(chuàng)造條件；主分梳將大部分纖維束分離并排除短絨和雜質(zhì)的功能；后分梳則將剩余的束纖維分解。并條機(jī)、粗紗機(jī)的斷頭自停裝置，可以有效地檢測(cè)到斷頭的出現(xiàn)并及時(shí)停機(jī)，避免次品產(chǎn)生，這也應(yīng)用了TRIZ理論中的預(yù)補(bǔ)償原理。

表2 40條發(fā)明創(chuàng)造原理

3 對(duì)花式紗線小樣機(jī)上傳動(dòng)帶和張力裝置的改進(jìn)

3.1 花式紗線小樣機(jī)上傳動(dòng)帶的作用及其工作中常出現(xiàn)的問(wèn)題

在制造帶子紗的花式紗線小樣機(jī)上，具有很長(zhǎng)的一根傳動(dòng)帶，通過(guò)轉(zhuǎn)軸的帶動(dòng)作用使外殼在傳動(dòng)帶的帶動(dòng)下靠摩擦力高速轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)也讓外殼上的導(dǎo)紗器也跟著回轉(zhuǎn)。傳動(dòng)帶帶動(dòng)外殼高速轉(zhuǎn)動(dòng)可以讓帶子紗包纏更加快速，相對(duì)于手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)外殼，提高了生產(chǎn)效率。

由于傳動(dòng)帶的高速轉(zhuǎn)動(dòng)，在工作中最容易出現(xiàn)的問(wèn)題是打滑，出現(xiàn)這種情況的原因一是傳動(dòng)帶的磨損致使其自身打滑，二是傳動(dòng)帶的轉(zhuǎn)速過(guò)高，超過(guò)它自身的負(fù)載能力致使打滑。傳動(dòng)帶也容易出現(xiàn)彈性滑動(dòng)，致使傳動(dòng)的不穩(wěn)定，從而降低了傳動(dòng)效率，傳動(dòng)帶的彈性滑動(dòng)也將會(huì)加快自身的磨損。在帶子紗的紡紗過(guò)程中應(yīng)該盡量少出現(xiàn)前述情況，以提高紡紗效率和紗線質(zhì)量。

3.2 對(duì)傳動(dòng)帶的改進(jìn)

對(duì)于傳動(dòng)帶中的彈性滑動(dòng)，我們無(wú)法避免，但是可以減少，可以使用彈性模量較大的材料制成傳動(dòng)帶；而對(duì)于打滑來(lái)說(shuō)，可能因?yàn)樯a(chǎn)的原因，如負(fù)荷無(wú)法降低，就需要提高傳動(dòng)帶的強(qiáng)度，同時(shí)傳動(dòng)帶的耐磨損也需提高。對(duì)傳動(dòng)帶的這些問(wèn)題進(jìn)行分析，可以運(yùn)用TRIZ的創(chuàng)新方法，找到解決的方向。對(duì)傳動(dòng)帶加以改進(jìn)，首先要找到需要改進(jìn)問(wèn)題的沖突點(diǎn)，分析可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)傳動(dòng)帶高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)時(shí)常出現(xiàn)打滑的現(xiàn)象，致使轉(zhuǎn)軸與傳動(dòng)帶構(gòu)成的整體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，即需要改善的參數(shù)是結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性13；而高速易發(fā)生彈性滑動(dòng)導(dǎo)致傳動(dòng)帶磨損，即會(huì)惡化的參數(shù)是物質(zhì)損失23。這時(shí)，可以在沖突矩陣表中查詢(xún)，可知對(duì)應(yīng)的矩陣元素是2,14,30,40。

(1)分離原理(2號(hào)創(chuàng)新原理)。如傳動(dòng)帶由強(qiáng)度大和摩擦大的兩種材料結(jié)合，摩擦大的材料將強(qiáng)度大的材料與轉(zhuǎn)軸分離。

(2)曲面化原理(14號(hào)創(chuàng)新原理)。要使傳動(dòng)帶與轉(zhuǎn)軸的接觸面曲面化，就需增大傳動(dòng)帶與轉(zhuǎn)軸的接觸面積。

(3)柔性殼體或薄膜原理(30號(hào)創(chuàng)新原理)。如使用柔性物體將傳動(dòng)帶與轉(zhuǎn)軸隔離，可以和2號(hào)創(chuàng)新原理相結(jié)合。

(4)復(fù)合材料原理(40號(hào)創(chuàng)新原理)。如為了增強(qiáng)傳動(dòng)帶的強(qiáng)度，需要使用復(fù)合材料，盡可能使材料強(qiáng)度大并且使其與轉(zhuǎn)軸的接觸面的摩擦力大。

對(duì)于傳動(dòng)帶的改進(jìn)[14-15]，可以通過(guò)上述4個(gè)TRIZ理論中的創(chuàng)新原理進(jìn)行指導(dǎo)加以改進(jìn)?？梢钥闯?，傳動(dòng)帶工作的穩(wěn)定性與材料的選擇關(guān)系最大；可以盡量使用彈性模量較大且強(qiáng)度也足夠的材料，減小彈性滑動(dòng)；傳動(dòng)帶與轉(zhuǎn)軸的接觸面可以選擇柔性的摩擦因數(shù)較大的材料；增大傳動(dòng)帶與轉(zhuǎn)軸的接觸面有利于提高工作的穩(wěn)定性；而直接開(kāi)發(fā)出一種耐磨損、摩擦因數(shù)大且彎曲性較大的復(fù)合材料是最好的選擇。

3.3 對(duì)花式紗線小樣機(jī)張力裝置的改進(jìn)

3.3.1 紗線小樣機(jī)張力裝置的作用及其不足

花式紗線小樣機(jī)上的彈簧張力器(如圖3)主要是賦予紗線適合的張力，幫助機(jī)器很好地完成紡紗。如在紡帶子紗時(shí)，張力過(guò)大容易使紗線斷頭，而過(guò)小則容易充塞針筒。

對(duì)于目前花式紗線小樣機(jī)上的彈簧張力器，它可以通過(guò)調(diào)節(jié)彈簧來(lái)控制張力大小。而由于可能需要喂入多根帶子，就需對(duì)多根帶子的張力進(jìn)行調(diào)節(jié)，耗費(fèi)的時(shí)間就較多，比較麻煩；每根所調(diào)的張力大小也可能不一樣，不利于帶子張力的均勻性。

3.3.2 對(duì)花式紗線小樣機(jī)張力裝置的改進(jìn)

對(duì)于張力裝置[16-17]來(lái)說(shuō)，需要的是操作方便性,且張力易控制，調(diào)節(jié)也很精確。目前的彈簧張力器張力調(diào)節(jié)比較麻煩，張力控制不夠精確，可以運(yùn)用TRIZ理論的創(chuàng)新方法加以改進(jìn)。分析可知，彈簧張力器上同時(shí)喂入多根帶子紗時(shí)，既要它對(duì)張力控制的操作方便又要它張力調(diào)節(jié)精確，這是一種技術(shù)沖突。從沖突中我們可以發(fā)現(xiàn)，需要改善的參數(shù)是可操作性33，以便使張力調(diào)控操作更方便節(jié)省時(shí)間；會(huì)惡化的參數(shù)是控制和測(cè)量的困難程度37，由于張力裝置需要易控制，調(diào)節(jié)得更精確對(duì)于張力的控制要求也更高。在沖突矩陣表中查詢(xún)可知，對(duì)應(yīng)的矩陣元素分別是5,28,11,29。

(1)合并原理(5號(hào)創(chuàng)新原理)。如將所有的彈簧張力器改進(jìn)后的張力裝置用一個(gè)按鈕控制，方便了操作。

(2)機(jī)械系統(tǒng)的替代原理(28號(hào)創(chuàng)新原理)。對(duì)于機(jī)械系統(tǒng)用電磁場(chǎng)來(lái)控制，如張力大小由電磁場(chǎng)來(lái)調(diào)節(jié)控制。

(3)預(yù)補(bǔ)償原理(11號(hào)創(chuàng)新原理)。如紗線斷頭時(shí)，可以對(duì)機(jī)器自停。

(4)氣壓與液壓原理(29號(hào)創(chuàng)新原理)。如將機(jī)械系統(tǒng)換成液壓或氣動(dòng)系統(tǒng)，采用液壓式或氣動(dòng)式控制張力大小。

對(duì)于彈簧張力器的改進(jìn)，可以運(yùn)用上述4個(gè)原理進(jìn)行指導(dǎo)。從原理可知，對(duì)所有的張力裝置進(jìn)行集體控制，使得操作更方便，可采用電磁場(chǎng)控制張力裝置張力的大小，也可以用氣壓和液壓的原理控制張力大小。

彈簧張力器的改進(jìn)實(shí)施：為了能夠使彈簧張力器整體受到控制，首先將機(jī)械式開(kāi)環(huán)控制部件從中間位置放到兩端；而在中間部位建立磁場(chǎng)，磁場(chǎng)可以通過(guò)繞制線圈，并在線圈中間放置一塊鐵塊(如果線圈磁場(chǎng)太小)通上交流電形成；而對(duì)于張力大小的控制，可以通過(guò)對(duì)纏繞的線圈進(jìn)行控制，通電線圈多時(shí)張力就變大；由于磁場(chǎng)在兩對(duì)開(kāi)環(huán)的正中間，電磁場(chǎng)對(duì)于兩端張力大小的控制是一致的；所有的彈簧張力器都可以改進(jìn)，并且可以將改進(jìn)后的張力裝置并聯(lián)在一起，工作時(shí)只需對(duì)所需用的張力裝置進(jìn)行控制。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著紡織產(chǎn)品的不斷發(fā)展，對(duì)于紡織設(shè)備的要求也越來(lái)越高，只有對(duì)紡織設(shè)備進(jìn)行不斷地創(chuàng)新改進(jìn)，才能滿足紡織企業(yè)的生產(chǎn)要求。而對(duì)于紡織機(jī)械制造企業(yè)來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的技術(shù)創(chuàng)新才能提高競(jìng)爭(zhēng)力，為紡織行業(yè)的發(fā)展打下基礎(chǔ)。技術(shù)創(chuàng)新，方法先行，運(yùn)用TRIZ理論可以對(duì)花式紗線小樣機(jī)上傳動(dòng)帶及張力裝置進(jìn)行改進(jìn)。運(yùn)用TRIZ理論的一般解決方法，可以對(duì)改進(jìn)問(wèn)題進(jìn)行沖突分析，找到需要改善的參數(shù)和會(huì)惡化的參數(shù)，獲得正確的創(chuàng)新原理，再以創(chuàng)新原理為指導(dǎo)，得到改進(jìn)的辦法。

(1)傳動(dòng)帶可以由幾種材料組合而成，傳動(dòng)帶與轉(zhuǎn)軸的接觸面采用摩擦力較大且較柔軟的材料，其他部分采用強(qiáng)度較大的材料；亦可采用具有強(qiáng)度大、摩擦大、耐磨損等優(yōu)點(diǎn)的復(fù)合材料，傳動(dòng)帶與轉(zhuǎn)軸的接觸面盡可能增大。所用材料化學(xué)性能必須穩(wěn)定，如耐油、耐酸堿等。

(2)對(duì)張力裝置進(jìn)行改進(jìn)后，小樣機(jī)的張力調(diào)節(jié)可以整體受到控制，可以利用電磁場(chǎng)作用對(duì)所有的張力裝置進(jìn)行張力控制，比彈簧張力器操作方便且節(jié)約時(shí)間，張力調(diào)節(jié)更精準(zhǔn)。

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Application of TRIZ Theory on the Technical Innovation of Transmission Belt and Tension Device for Fancy Yarn Small Prototype

DU Xia, REN Xue-qin

(School of Textile and Materials, Xi'an Polytechnic University, Xi'an 710048, China)

TRIZ (theory of inventive problem solving) was a kind of innovation method search theory from the conflict. It could better guide the designers innovate, had great practical value. The transmission belt and tension device for fancy yarn machine were proceeded to technology innovation to make the conveyer belt work more stable, less energy consumption, tension control and the adjustment more accurate.

technical innovation; TRIZ; conflict and contradiction; belt; tension device

2016-07-12

杜 霞(1993-)，女，碩士，主要從事新型花式紗線的研發(fā)及生產(chǎn)，E-mail：578970295@qq.com。

TS103.27

A

1673-0356(2016)10-0033-05