項(xiàng) 春,吳國強(qiáng),王 鶯

(浙江水利水電?？茖W(xué)校,浙江 杭州 310018)

1 設(shè)計(jì)背景

為了營造過年氣氛,浙江省各城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村在春節(jié)對煙花爆竹的燃放普遍開禁.在噼噼啪啪的大年氣氛中,因燃放煙花爆竹引發(fā)的人身安全事故頻有發(fā)生,有的炸傷手,有的炸傷眼睛,近距離的直接用火柴、香煙或打火機(jī)點(diǎn)火,手持燃放安全隱患極大,為此,課題組設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)用的、方便的、小巧的“爆竹自動點(diǎn)火裝置”,以解決燃放不安全的問題.

在國家知識產(chǎn)權(quán)局網(wǎng)上進(jìn)行檢索以及市場調(diào)研,了解到現(xiàn)有的煙花爆竹安全燃放器一般為電子裝置遙控,甚至計(jì)算機(jī)程控,如北京奧運(yùn)會開、閉幕式燃放的煙花,此外,還有一些無引線電子點(diǎn)火,非接觸高能電子燃放裝置,安全夾持點(diǎn)火器等,他們多為大型煙花燃放而設(shè)計(jì),對于普通老百姓在過年短時(shí)燃放煙花爆竹并不實(shí)用,成本過高.檢索后也未看到有如本作品的簡易而安全的純機(jī)械式的爆竹點(diǎn)火裝置.

本課題以浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新活動為契機(jī),以培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力、動手能力以及工程實(shí)踐的訓(xùn)練為目標(biāo)[1-2],以機(jī)械產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)為手段[3-4],指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)了一款簡易爆竹自動點(diǎn)火裝置.

2 設(shè)計(jì)思路

根據(jù)市場調(diào)研的情況,課題組著重從以下幾個(gè)方面來考慮：

(1)滿足設(shè)計(jì)所要達(dá)到的目標(biāo)：即使用者不需直接燃放爆竹,適用于家庭常用的多種規(guī)格,一次裝夾可實(shí)現(xiàn)多個(gè)爆竹燃放,進(jìn)行產(chǎn)品的純機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)力求簡單;

(2)根據(jù)爆竹規(guī)格,調(diào)整裝卸機(jī)構(gòu),以適應(yīng)不同的使用環(huán)境和規(guī)格,實(shí)現(xiàn)爆竹的自動逐個(gè)輸送,操作簡單;

(3)考慮爆竹燃放時(shí)對地面會產(chǎn)生較大反作用力,燃放區(qū)底部設(shè)計(jì)成空的結(jié)構(gòu),使燃放時(shí)的爆竹直接接觸地面,以免對裝置造成沖擊;

(4)分析家庭使用者的經(jīng)濟(jì)接受程度,從材料選用、加工方式等各環(huán)節(jié)降低生產(chǎn)成本,力求成本控制在十元以內(nèi);

(5)裝置安全穩(wěn)定,夾持可靠,使用簡單,存儲方便,拆卸后收納體積小;

3 設(shè)計(jì)方案

因?yàn)樗兄频谋褡詣狱c(diǎn)火裝置主要是針對家庭不安全燃放爆竹而設(shè)計(jì)的,所以設(shè)計(jì)時(shí)著重解決手點(diǎn)燃放爆竹的安全隱患,減少危險(xiǎn)事故的發(fā)生.為此我們經(jīng)過調(diào)研,設(shè)計(jì)了多個(gè)方案,經(jīng)過比較分析,最后確定了一個(gè)包括可調(diào)裝卸機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)和點(diǎn)火機(jī)構(gòu)的純機(jī)械式結(jié)構(gòu)的方案,其核心是可調(diào)裝卸機(jī)構(gòu)和點(diǎn)火機(jī)構(gòu),見圖1,圖2.

圖1 可調(diào)裝卸機(jī)構(gòu)

圖2 點(diǎn)火機(jī)構(gòu)

可調(diào)裝卸機(jī)構(gòu)有一個(gè)伸縮框架,能燃放不同型號的爆竹,一次可放置多個(gè),可根據(jù)放置爆竹數(shù)量調(diào)節(jié)至合適的長度.見圖2,固定板與底座相連,滑動板可以在導(dǎo)軌中滑動,根據(jù)爆竹數(shù)量疊加的長度,調(diào)節(jié)兩個(gè)手動擰緊螺母,在合適的位置把板位置固定,在沒燃放的情況下,彈簧處于壓縮狀態(tài).整個(gè)裝置的可調(diào)裝卸機(jī)構(gòu)和點(diǎn)火機(jī)構(gòu)通過燕尾槽聯(lián)接.在燃放的過程中,見圖2,爆竹從右往左運(yùn)送,到達(dá)最左邊的燃放框里,燃放框底部為空,防止爆竹爆炸時(shí)對裝置形成巨大的反沖.而點(diǎn)火主要是通過驅(qū)動機(jī)構(gòu)和點(diǎn)火機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn),如圖2所示,采用純機(jī)械式的發(fā)條驅(qū)動齒輪齒條傳動,進(jìn)而不斷推進(jìn)插有香煙或香之類火源的點(diǎn)火彎管緩慢向前運(yùn)動,實(shí)現(xiàn)運(yùn)動的自動補(bǔ)償.點(diǎn)火彎管能隨意調(diào)節(jié)到任何所需位置,簡單實(shí)現(xiàn)爆竹導(dǎo)火線的準(zhǔn)確定位.

在這一方案中著重要考慮兩點(diǎn)：(1)彈簧能將爆竹準(zhǔn)確壓入燃放框內(nèi),力度合適;(2)發(fā)條帶動齒條上的點(diǎn)火機(jī)構(gòu)要能保證準(zhǔn)確、足夠點(diǎn)完多個(gè)爆竹.

4 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 裝卸機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

裝卸機(jī)構(gòu),見圖3,為更好地提高裝置的適用性和實(shí)用性,要求裝卸機(jī)構(gòu)調(diào)整方便、靈活,夾緊可靠、安全,使爆竹逐個(gè)進(jìn)入燃放區(qū).可調(diào)裝卸裝置俯視圖,見圖4.

可調(diào)裝卸機(jī)構(gòu)可根據(jù)放置爆竹的數(shù)量調(diào)節(jié)到合適的長度,擋板3和7是固定的,擋板2和8是可以在導(dǎo)軌中滑動的,根據(jù)爆竹數(shù)量疊加成的長度,調(diào)節(jié)兩個(gè)手動擰緊螺母,在合適的位置將板調(diào)緊,在未燃放時(shí),彈簧處于壓縮狀態(tài).壓緊裝置由彈簧和V型架組合在一起,彈簧一端安裝在后置板上,另一端連接在V型架上.V型架的設(shè)計(jì)適合直徑10～50 mm的家庭常用爆竹燃放.

圖3 可調(diào)裝卸裝置立體圖

圖4 可調(diào)裝卸裝置俯視圖

4.2 驅(qū)動與點(diǎn)火機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

驅(qū)動與點(diǎn)火機(jī)構(gòu),見圖5,驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括安裝座、二級導(dǎo)軌、發(fā)條箱、齒輪、齒條、軸、軸承以及軸承座.安裝座上加工一個(gè)與可調(diào)裝卸裝置框架上相配合的燕尾槽結(jié)構(gòu),方便兩部分的拆合.二級導(dǎo)軌有兩節(jié),一節(jié)固定在安裝座上,另一節(jié)與齒條相連接,即齒條相對安裝座可以滑動.

圖5 驅(qū)動和點(diǎn)火機(jī)構(gòu)示意圖

驅(qū)動機(jī)構(gòu)的主要核心是發(fā)條箱,由卷簧、棘輪等組成,運(yùn)行速度與發(fā)條擰緊的松緊度有關(guān),擰的越緊速度越快,擰的越松速度越慢,速度可調(diào).卷簧產(chǎn)生的軸向力通過軸連接帶動齒輪,齒輪與齒條嚙合,由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)樗揭苿?軸的一端與軸承座內(nèi)的軸承配合,增加其穩(wěn)定性.

點(diǎn)火機(jī)構(gòu)包括彎管和夾頭,彎管通過螺栓與齒條前段固定在一起,運(yùn)行自如,可折彎至任何位置,達(dá)到不同型號爆竹高度導(dǎo)火線的定位,夾頭上可夾持煙或香,通過齒輪齒條的傳動,帶動彎管,對其進(jìn)行點(diǎn)火.驅(qū)動機(jī)構(gòu)是由發(fā)條(卷簧)產(chǎn)生的力來驅(qū)動齒條,通過齒輪齒條傳動,推動點(diǎn)火彎管前行.

彎管夾頭夾持煙或香來實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火,點(diǎn)完一個(gè)后,靠彈簧的彈性回復(fù)力壓入下一個(gè)爆竹至燃放框中,因?yàn)辇X條運(yùn)行的速度比較慢,進(jìn)而點(diǎn)火機(jī)構(gòu)可以緩慢對下一個(gè)爆竹繼續(xù)點(diǎn)火,直到全部點(diǎn)完.

5 裝置的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢

簡易爆竹自動點(diǎn)火裝置實(shí)物,見圖6,該裝置具有以下的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢：

(1)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)科學(xué)合理,操作簡單,適用于任何家庭的男女老少,使用時(shí)可根據(jù)爆竹大小靈活調(diào)節(jié),一次裝夾可實(shí)現(xiàn)多個(gè)爆竹燃放;

(2)爆竹通過彈簧回復(fù)力自動逐個(gè)送入燃放區(qū),香煙或香的高度可通過彎管自由調(diào)節(jié),且其燃燒后可通過齒輪齒條自動補(bǔ)償,無需任何外接電源,只需提前上好發(fā)條.

(3)安裝、調(diào)節(jié)方便,安全,實(shí)用,重量輕,攜帶方便.

(4)制作工藝簡單,本作品共21個(gè)零件,材料以鋁合金和白鐵皮為主,自重在0.5 kg以內(nèi),試制產(chǎn)品用了約一周的時(shí)間,正式投產(chǎn)成本控制在十元以內(nèi).

(5)不用時(shí)可拆卸折疊收納,存儲體積小.

本裝置適用于農(nóng)村和城鎮(zhèn)的家庭使用,目前國內(nèi)市場尚未有同類產(chǎn)品.伴隨著人們安全意識的提高,對生命的珍視,一款簡單、實(shí)用、安全又便宜的爆竹自動點(diǎn)火裝置將會深受大家的歡迎.

圖6 裝置實(shí)物

6 結(jié) 語

通過這次大學(xué)生科技創(chuàng)新活動,學(xué)生大大提高了創(chuàng)新思維和實(shí)際動手能力,不僅掌握扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識,而且能做到理論與實(shí)際結(jié)合,活學(xué)活用,成長為掌握具有一定創(chuàng)新設(shè)計(jì)技能的應(yīng)用型人才.另一方面,作為教師,也可以將比賽中反映出的創(chuàng)新能力所需的理論知識、專業(yè)技能反饋到教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié),從源頭提高大學(xué)生創(chuàng)新的潛能,還可以將優(yōu)秀作品融入課堂教學(xué),為新編教材充實(shí)設(shè)計(jì)案例[5].

[1] 周 濟(jì).注重培養(yǎng)創(chuàng)新人才,增強(qiáng)高水平大學(xué)創(chuàng)新能力[J].中國高等教育,2006(3)：18-23.

[2] 宮麗華.高校要著力營造大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的生態(tài)環(huán)境[J].教育理論與實(shí)踐,2007,27(3)：48-50.

[3] 李 澄.機(jī)械制圖[M].北京：高等教育出版社,2003.

[4] 胡仁喜.Solid Works 2008中文版標(biāo)準(zhǔn)實(shí)例教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

[5] 馬曉廂,肖俊建.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2008.