一、项目描述
项目名称：铝合金杆全自动双盘成圈收杆机组飞剪机构设计。
项目来源：根据本公司新产品自主创新研发计划，以及市场需求和用户要求，技术中心研发了铝合金杆全自动双盘成圈收杆机组。该机组在国内属于首次研发，机组包含了主机及相配套的一系列辅机。本项目属于机组中相对独立的一个机构。
（一）飞剪机构的作用和原理描述
1．铝合金杆材是制造电线电缆的原材料，由连铸连轧设备生产，连铸连轧设备一般以6m/s以上的速度连续出杆，出杆后由全自动双盘成圈收杆机组卷绕收杆并密排后存入盘具。但是，收杆机在换盘时将暂停收杆，此时就需要将连续输入的杆材剪断成短杆，换盘成功后再继续收杆。
2．飞剪机构是收杆机组的配套装置，主要用于将Φ9.5mm铝（铝合金）杆剪切为长度约2.5米的短杆。在剪切过程中，杆材始终以6m/s的速度喂送到飞剪中。飞剪机构主要由二个上下布置的飞轮构成，飞轮外围各装有一对剪切刀片并且对称布置。当二个飞轮转动一圈时则两个刀片相遇一次，即完成剪切一次，往复剪切实现连续工作。
（二）飞剪机构设计的主要技术要求
1．飞轮转动的线速度必须大于出杆速度，即必须大于6m/s。
2．剪切后的短杆要求长度约2.5米。
3．飞剪机构由单独电机传动并与主机通过PLC程序同步控制。
二、飞剪机构设计过程中的技术矛盾分析
（一）飞轮在转动过程中必须满足的技术条件
a.杆材输入时的线速度≥6m/s；
b.所剪切的短杆长度约2.5米。
（二）设计时所遇到的技术难点分析
1．要满足a条件，必须使飞轮直径变大，使其在相同转速时线速度更快。经计算，满足条件的情况下，飞轮直径需Φ400mm时才能使其达到6m/s的线速度。但此时两轮剪切一次的时间为0.6秒，剪出的短杆长度为4米，无法满足b条件。
2．要满足b条件，必须使飞轮直径变小，其在相同转速下剪一次的时间更短。经计算，满足条件的情况下，飞轮直径为Φ250mm时，剪切一次的时间为0.4秒，可以使其达到2.5米的短杆范围。但此时的线速度为4m/s，无法满足a条件。
因此，根据以上分析，要同时满足a、b二个技术条件，以现有的结构设计方法将无法实现飞剪机构的功能并且达到所需要的技术指标。
三、应用TRIZ理论解决技术矛盾
（一）将技术矛盾绘制成简图：
由以上简图得如下结论：
此项技术问题在将各个外部影响因素简化后，得出主要激化矛盾应为：速度—长度之间的矛盾关系。
（二）利用TRIZ辅助图表查询解决方案
1．从“矛盾矩阵表”中查询两个技术矛盾所对应的参数：
恶化的参数：速度（表中序号9）；
改善的参数：运动对象的长度（表中序号3）。
2．查表后从两个参数的X和Y轴交点得到序号为04、08、13的3个原理可以在本项目的设计中利用，从表中继续查询所对应的3个原理分别为：
a、增加不对称性原理（表中序号04）；
b、重量补偿原理（表中序号08）；
c、反向作用原理（表中序号13）。
（三）分析三种原理在本项目中的可适用性和实施性
1．增加不对称性原理：此原理是改变物体的对称度，使其达到不同的功能，属于改变结构形式的一种原理。此原理不会改变原有条件，而只需改变飞轮结构或剪切方式，与其他限定条件不冲突，属于机械结构形式的改变，初步认为可应用于此设计。
2．重量补偿原理：此原理是将原来的物体附加重量后而达到效果。本设计限定条件为飞轮的运动参数，而不是飞轮的物理参数。因此，改变重量不适用此项目。
3．反向作用原理：此原理主要将原来的作用相反而达到目的。但此设计原始条件已经给定，速度与长度的条件不能变动。因此，无反向的条件。
四.具体实施办法
经过此原理的启发，应用创新方法优化后的结构变为：
（一） 根据“矛盾矩阵表”中的不对称性原理，两个飞轮分别设计为一大一小的结构，其直径比率设计为2:3，并且两轮设计的直径均大于400mm，二轮分别各装一对剪切刀片。因此，两轮由单独电机驱动同时转动时，线速度均可以达到6m/s；
（二）原结构二轮剪切刀片相交一次，即剪切一次，直径相同时每1圈剪一次。现变为大轮3圈，小轮2圈剪切刀片才能相交一次，即剪切一次。这样，剪切的时间间隔更长，则剪切的杆材满足了长度2.5m的条件。
五、本项目应用创新方法所得到的启发
在通常的设计中，一般会认为对称性是设计的最优方案，而往往会忽视不对称性机构，因为不对称的结构会让各个设计条件更难控制，会带来周期性的变化。而在本项目设计中应用不对称性原理后，不对称性的往复效果反而成为有利的因素，使其同时满足了看似矛盾并且无法兼容的两种技术条件。
目前，该设计方案已经应用于铝合金杆全自动双盘成圈收杆机组飞剪机构设计，机组经用户使用满足了产品生产。
责编/刘红伟