基于多色集合的气泡膜收卷机的概念设计.pdf

差チ多色集合的气泡膜收卷机的概含设什
□口陈耀伦
张海燕口吴永明
广东工业大学机电工程学院广州510006
摘要:气泡膜机组中的收卷机,对气泡膜产品的生产效率、质量、外观和储存等都有重要影响。借助多色集合理论,
通过“功能一约東一結构”的模式对收卷机概念设计知识进行分层建模,每一层包括收卷机设计需求、方案描述以及相应的
推理矩阵和约束条件,其中设计需求为多色集合方案层的统一颜色,方案描述为多色集合的个人颜色,推理矩阵为个人颜
色与统一颇色的关系矩眸。最后,推理找出满足收卷机设计需求的可行组合方案集,供后续设计评价优选。
关键谒:概念设计多色集合收卷机方案推理
中图分类号:TH122
文献标识码:A
文章编号:1000-4998(2014)07-0019-06
机械产品设计是设计约束不断分解、传播与满足
的循环迭代进化过程。概念设计一般通过对问题(如用
气泡膜收卷机设计需求及技术简述
户需求)的抽象,根据产品生命周期各个阶段的要求
塑料气泡膜机组是通过物理机械法生产优质气泡
为产品功能创造、功能分解以及功能和子功能的结构膜的成套设备。塑料经机被粉碎处理后进行再造粒,经
设计产生一系列可行概念解,最后经评价确定最优解,加热熔融后塑化挤出成型,气泡膜经冷却、裁剪、展平
伴随形成产品的概念设计过程模型、产品描述模型和和除静电等工序,由收卷机缠绕成膜卷人库。
概念设计系统模型,以便搜寻满足功能和结构要求的
收卷机属于缠绕机械,为成品气池膜卷幅运动提
可行优化方案。
供动力并最终将其港成符合要求的成品幅卷。收卷机
笔者借助多色集合埋论这一新型的数学处理工按图1放置,收卷筒与成型机滚筒平行。收卷机不直接
具,分两步进行废旧塑料气泡膜机组收卷机的概念设参与气泡膜的生产,但其工作效率直接关系到整套机
计研究。分析确定重要需求,用以确定第一步气泡膜机组的稳定运行。并且,收卷机的工作效果直接关系到气
组收卷机的基本结构选型的围道。然后基于选定的基泡膜卷幅收卷的质量,对气泡膜产品的外观、储存、运
本结构型,建立第二步收卷机详细结构组合设计阶段输以及使用都有重要形响。由此可见,收卷机是气泡膜
功能元和结构元素之间的映射关系和约東关系的推理机组不可或缺的部分。
矩阵,通过推理计算获得收卷机所有可行结构组合设
现实生产中,气泡膜机组一般配置中心收卷式的
计方案,为最终结构设计方案的确定提供更大的可选收卷机,电机直接驱动膜卷芯轴,气泡膜跟随芯轴的旋
择空间。
转逐尽从中心往外缠绕。随着膜卷直径的增加,为实现
气泡膜张力恒定或锥度变化,对电机的输出功率和速
副机导轨
度调节范围要求很高,因而,最大膜卷收卷直径受到制
约。同时,这种收卷方式的收卷张力调控精度不高,往
主
住?致收卷后的气泡膜卷产生过松或过紧的缺陷,如
挤
出
图2所示。中心收卷芯轴上作用的扭矩是通过膜层逐
机
层传递,当张力不大时,易造成内层滑移,导致不圆现
象的出现。不圆膜卷在放卷的时候会造成时紧时松的
滚筒
主机导轨
收
丽挤出机成型机
张力波动而引起幅材变形,特别是在印刷加工中会产
卷
生重影。丽当张力过大时,隍着膜卷逐渐增大,膜卷内
层所受的张力在逐渐减小。当内层张力减小到一定程
度,此时膜卷最内层开始出现结块和褶皱,继续收卷,
副模头水轴水轴主模头
膜卷从内往外会产生更多的气泡膜褶皱,收卷质量下
▲图1气泡膜机组放置布局图
降。尤其是当纸芯壁厚较薄时,有可能压溃纸芯,给插
来广东省教育部产学研结合项目(编号:2011A090200021)
人或抽出收卷筒芯轴带来困难。在存储过程中,过紧的
收稿目期:2013年12月
膜卷还会在材料内部引起高残余应力,造成膜卷变形
Nラ机械制造52卷第5期
2014/7
始于输入层,终于输出层,以市场或工艺需求信息为输
入层,以可能性结构组合方案为输出层,通过推理找到
满足市场需求的最优方案集。
3.1收卷机重要设计需求的确定
般而言,正确的形状尺寸、良好的外观是客户对
气泡膜卷的基本要求。就正确的形状尺寸而言,膜卷应
具有良好的圆度和平齐的两侧面,且直径和长度尺寸
满足要求;就良好的外观而言,膜卷的密度均匀,既不
(a)气泡膜内层滑移造成侧面不平齐
(b)气泡膜褶皱
太松又不太紧,外观看上去没有明显瑕疵和缺陷。
▲图2膜卷缺陷
通过对优质膜卷评价标准的分析以及市场需求的
为确保气泡膜机组能正常运行并生产出紧密度
调研,气泡膜机组收卷机的设计需求可大致归纳为:A1
致、无明显缺陷的气泡卷,需要重新对气泡膜机组收卷一具有正确的形状;A2-具有良好的外观;A3-收卷过程
机进行概念设计。
可调控;A4-实现连续收卷;As-多工位收卷;A6-收卷
2气泡膜收卷机概念设计及设计路线
过程不损伤气泡膜;Aー可收卷不同规格气泡膜;:As
可收卷其它类型物料。
在机械产品概念设计中,各设计需求在产品设计
面对众多设计需求,它们有主次轻重之分,因此
中的重要程度各不相同,可刘分成重要需求和次要需对于不同的设计需求,在设计时应给予不同的重视程
求。对于重要需求,在产品概念设计的各阶段各层次都度。为了评估设计需求的重要度,把评估设计需求之间
必须得到满足,而对于次要需求,可以在产品概念设计的相对重要等级划分为9等。如图4所示,此刻度代表
行概念设计,能对某些设计需求给予足够的重视,使推计时,设计需求A较A2应给予多一点说“,後
的初始阶段暂时忽略。这样,有针对性地对机械产品进重要程度,3:1表示对A,稍为重要,也就是说,概念设
理得到的原始方案更加合理。同时,可以有效减少原始
在给出相对重要等级后,需要对各个设计需求进
方案推理的工作量,防止出现方案爆炸。
行评估,给出它们两两之间的相对重要等级,这一步即
气泡膜机组收卷机可按图3所示路线进行概念设是完成相对重要等级判断矩阵。表1中的值由专家根
计,概念设计中的设计需求来源于对用户需求的提取、据经验给出,其中A,表示A行)与A(列)的相对重要
分析、归纳。
性权重比值(例A12=3:1,则A2=1:3)。
概念设计阶段对收卷机性能及功能定义尚不完
根据相对重要等级判断矩阵,计算各设计需求之
备,但概念设计阶段影响着产品的其它方面,例如收卷重要性权重值W=(W1,W2,W3,,W)T,步骤如下:
机的可制造性、稳定性、可靠性、经济性等,因此概念设
计阶段是气泡膜机组收卷机设计过程中关键的一环。
sepl:计算各列的总和:M=2A。G=1,2,8)
3基于多色集合的气泡膜收卷机概念模型
Setp2:矩阵中各个值除以该列的总和:K=AM
Setp3:计算各设计需求的相对重要性权重值:
产品概念设计阶段,通常采用功能一结构方法树模
型,自上而下逐层分解的设计方法来提高设计可行性。
∑K)/8(i=1,2,,8)
W=(W1,W2,W3,…,Ws)"亦称为优先向量,经计
用户需求
概念设计完成
算,W=(0.2471,0.1705,0.1028,0.0739,0.0466,
提取、分析、归纳
0.3194,