淺談TRIZ理論在單梁起重機主梁設計中的應用

胡旭　李廣超　郭長宇

摘 要：介紹了單梁起重機主梁生產工藝的改進，著重闡述了利用TRIZ理論進行單梁起重機主梁設計。經過工藝改進和設計觀念改變，提高材料的利用率和生產效率，達到節能降耗的目的。

關鍵詞：單梁起重機主梁；TRIZ理論；節能降耗

單梁起重機廣泛應用于機械制造車間、冶金車間、石油、石化、港口、鐵路、民航、電站、造紙、建材、電子等行業的車間、倉庫、料場等。具有外形尺寸緊湊、建筑凈空高度低、自重輕、輪壓小等優點。單梁起重機與電動葫蘆配套使用，在市場上占據50%以上的數量份額 。單梁起重機已經是比較成熟的產品，利用TRIZ理論還能將單梁起重機主梁的設計進行合理的優化和改變，使產品制作工藝更趨合理。

1 現狀

經過20多年的發展，單梁起重機已經趨于完美狀態，能夠改進的地方幾乎很少。近10年左右單梁起重機主梁一直有U型槽、斜蓋板、工字鋼和筋板組成。

此種結構形式能夠滿足主梁結構強度、剛度的同時，其制作工藝相對簡單，截面慣性矩相對最合理。但是工字鋼的對接、U型槽的對接和斜蓋板的對接影響了單梁起重機主梁制作的質量和效率。

工字鋼一般采用30T，長度多為9米和12米兩種規格；U型槽通過壓槽機直接利用鋼板冷完成性，長度一般在2-3m之間；斜蓋板利用折彎機對鋼板折邊，受設備限制，一般長度也在2-3m之間。一個單梁起重機跨度一般在15-25米之間居多，按照22.5米計算，主梁需要3根9米的工字鋼對接，需要8節U型槽和斜蓋板對接。根據相關規定，U型槽、斜蓋板、工字鋼對接焊縫相應錯開至少200mm。焊接難度大、焊接質量差，影響主梁的制作效率。

2 改進

TRIZ理論是阿利赫舒列爾于1946年開始創立，有多種工具如沖突矩陣、76標準解答、ARIZ、AFD、物質--場分析、ISQ、 DE、8種演化類型、科學效應、40個創新原理，39個工程技術特性，物理學、化學、幾何學等工程學原理知識庫等，常用的有基于宏觀的矛盾矩陣法（沖突矩陣法）和基于微觀的物場變換法。事實上TRIZ針對輸入輸出的關系（效應）、沖突和技術進化都有比較完善的理論。這些工具為創新理論軟件化提供了基礎，從而為TRIZ的實際應用提供了條件。

根據上述的單梁起重機主梁截面及相關現用數據，利用TRIZ中的40個創新原理中分割原理，把主梁4部分，既U型槽、斜蓋板、工字鋼和筋板部分。由于工字鋼是型鋼標準件并不進行改變，考慮利用TRIZ原理進行其他三個部件的改變。

合并原理既可以是時間上的也可以是空間上的，其目的是將兩個或多個相鄰的對象進行組合和合并。U型槽和斜蓋板類似，都是有短節焊接拼接而成，根據40個創新原理中的合并原理考慮，U型槽和斜蓋板可以達到通長無焊接對接，2-3m的U型槽可以軋制，那么把壓制設備加長到需要的長度，把鋼板截取到需要的長度進行軋制完全可以做到無對接。斜蓋板的成型可以根據鋼結構廠房軋制彩鋼瓦的原理通過多次碾壓所需長度的板材能夠滿足通長的要求。

嵌套（套娃）原理是將一個對象嵌入另一個對象，然后將這兩個對象再嵌入第三個對象，以此類推，例如俄羅斯套娃、老式收音機或電視機上的拉桿天線。對于單梁起重機主梁內的筋板來說，其作用是保證與U型槽焊接后的局部穩定性，其有效作用僅僅是與U型槽和工字鋼的接觸部分既圖示的2部分。序號1所指的部分完全可以移做它用。

3 成果

依22.5m單梁起重機主梁為例，按照上述的改進方法，減少U型槽和斜蓋板的對接焊縫，有8節短節拼接焊接，則共減少焊縫長度約10m左右。減少了焊材的損耗，提高了產品的質量，提高了工作效率。筋板為中空型，按照1m使用一個大筋板，則主梁上需要22塊大筋板，共減少材料損耗80Kg。真正的做到節能降耗。

4 結論

實踐證明，運用TRIZ理論，可大大加快人們創新的進程，而且能得到高質量的改進產品。它能夠幫助我們系統的分析問題情境，快速發現問題本質或者矛盾，它能夠準確確定問題探索方向，幫助我們突破思維障礙，打破思維定勢，以新的視覺分析問題，進行系統思維，根據技術進化規律預測未來發展趨勢，幫助我們開發富有競爭力的新產品。

本文通過利用TRIZ理論對單梁起重機主梁的U型槽、斜蓋板和筋板進行合理的改變，能夠達到提高生產效率，提高產品質量，減少材料的損耗，使制作的產品在同等的條件下更占優勢。產品沒有完美，只有更完美。實現了社會效益和經濟效益的同時，也為同行業的設計、制作引領了新的思路和方向。

參考文獻

[1]張質文、王金諾等、《起重機設計手冊》、第二版、中國鐵道出版社、2013

[2]劉訓濤、曹賀等《TRIZ理論及應用》、北京大學出版社 、2011