通過(guò)TRIZ理論解決拉車機(jī)鋼絲繩過(guò)快磨損的問(wèn)題

杜振宇

天津港第一港埠有限公司

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通過(guò)TRIZ理論解決拉車機(jī)鋼絲繩過(guò)快磨損的問(wèn)題

杜振宇

天津港第一港埠有限公司

針對(duì)火車車廂專用拉車機(jī)鋼絲繩磨損速度過(guò)快的問(wèn)題，通過(guò)TRIZ理論進(jìn)行問(wèn)題求解，得到多個(gè)可行的解決方案，并通過(guò)比選得到最終解決方案，優(yōu)化了拉車機(jī)的設(shè)計(jì)，提升了鋼絲繩的使用壽命。

TRIZ； 沖突； 物質(zhì)場(chǎng)； 進(jìn)化； 裁剪； 鋼絲繩磨損； 拉車機(jī)

我公司主要從事鋼材的港口裝卸服務(wù)。進(jìn)出港區(qū)的鋼材有70%通過(guò)鐵路運(yùn)輸，鐵路部門將整列火車開入港區(qū)貨場(chǎng)后火車機(jī)頭就會(huì)離開。在軌道兩側(cè)設(shè)有指定的起重機(jī)作業(yè)點(diǎn)，作業(yè)過(guò)程中需要經(jīng)常移動(dòng)車廂。由于沒(méi)有火車機(jī)頭，車廂的移動(dòng)必須依靠拉車機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。拉車機(jī)在實(shí)際使用過(guò)程中暴露出鋼絲繩易磨損、易拉斷的問(wèn)題，需要進(jìn)一步完善和改進(jìn)。

1 TRIZ理論簡(jiǎn)介

TRIZ是“發(fā)明問(wèn)題解決理論”的拉丁文縮寫。該理論可以有效引導(dǎo)發(fā)明人找到解決問(wèn)題的發(fā)明方案，極大地提高發(fā)明創(chuàng)造工作的效率。TRIZ理論的基本分析求解過(guò)程見(jiàn)圖1。

圖1 TRIZ理論的問(wèn)題求解流程

2 問(wèn)題分析

建立系統(tǒng)的功能模型，結(jié)合模型中反映出的問(wèn)題點(diǎn)，進(jìn)行因果分析。通過(guò)因果分析找到問(wèn)題的根原因后，利用TRIZ中的工具進(jìn)行求解。

2.1 功能分析

功能分析是指對(duì)已有技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)行分解，明確系統(tǒng)各組件的有用功能及功能等級(jí)、性能水平和有害功能，為進(jìn)一步的因果分析提供基礎(chǔ)[1]。對(duì)拉車機(jī)進(jìn)行功能分析，并繪制功能模型圖(見(jiàn)圖2)。

圖2 功能模型圖

2.2 因果分析

因果分析是對(duì)導(dǎo)致問(wèn)題的原因進(jìn)行剖析，區(qū)別原因現(xiàn)象與非原因現(xiàn)象進(jìn)行，并最終確定問(wèn)題根原因的過(guò)程。拉車機(jī)的問(wèn)題就是鋼絲繩過(guò)快磨損，問(wèn)題的根原因是泥土砂石對(duì)鋼絲繩的磨損和對(duì)托輥的污染(見(jiàn)圖3)。

圖3 根原因分析圖

2.3 沖突區(qū)域確定

問(wèn)題為鋼絲繩在運(yùn)行過(guò)程中與多個(gè)物質(zhì)接觸并發(fā)生摩擦作用。該問(wèn)題的問(wèn)題模型圖見(jiàn)圖4，問(wèn)題發(fā)生的區(qū)域就是鋼絲繩和泥土砂石之間的作用。

圖4 沖突區(qū)域示意圖

2.4 理想解分析

產(chǎn)品處于理想狀態(tài)的解稱為理想化的最終結(jié)果，即最終理想解[2]。本問(wèn)題的最終目的是，所有車廂能夠按照需要移動(dòng)到指定位置。理想解是不需要拉車機(jī)的作用車廂也能自行移動(dòng)。次級(jí)理想解是設(shè)計(jì)免維護(hù)的拉車機(jī)，盡量減少火車移動(dòng)所付出的成本。由于火車歸鐵路部門管理，我們無(wú)權(quán)對(duì)車體進(jìn)行改造，所以此次設(shè)計(jì)的理想解在第二級(jí)上。

2.5 可用資源分析

針對(duì)理想解的實(shí)現(xiàn)，列可用資源列表，分析每項(xiàng)資源在問(wèn)題求解過(guò)程中的可用性。

表1 資源列表

3 問(wèn)題求解

TRIZ理論中為解決技術(shù)問(wèn)題提供了沖突解決理論、物質(zhì)-場(chǎng)和標(biāo)準(zhǔn)解、技術(shù)進(jìn)化理論、功能裁剪理論、效應(yīng)求解理論等工具。不同工具所得到的創(chuàng)新解可能不同。因此，筆者利用多個(gè)工具對(duì)同一問(wèn)題進(jìn)行求解，得到多個(gè)創(chuàng)新解，并從中選取最優(yōu)解。

3.1 工具一：利用沖突理論進(jìn)行求解

方案一：空間分離原理(反向作用原理)。在鋼絲繩的運(yùn)動(dòng)路徑中加入鋼絲繩自動(dòng)清潔潤(rùn)滑器，通過(guò)潤(rùn)滑器不斷清潔油泥并加入潤(rùn)滑劑抵消泥土砂石的負(fù)面影響，從而提高鋼絲繩的使用壽命。

方案二：條件分離原理 (氣液代替機(jī)械)。火車道間安裝一臺(tái)液壓馬達(dá)，馬達(dá)上配滾筒拖拽鋼絲繩。液壓油管在鐵道下方經(jīng)過(guò)，向液壓馬達(dá)輸送油液。油管是封閉結(jié)構(gòu)，完全可以隔絕沙石泥土的影響。

方案三：整體與部分分離(復(fù)合材料原理)。在鋼絲繩上涂敷一層耐磨材料，當(dāng)托輥將涂料磨損后，鋼絲繩就會(huì)裸露，提醒維護(hù)人員重新涂敷涂料。

3.2 工具二：利用物質(zhì)-場(chǎng)分析及標(biāo)準(zhǔn)解進(jìn)行求解

通過(guò)因果分析，確定技術(shù)系統(tǒng)的根原因主要有2個(gè)：泥土砂石對(duì)鋼絲繩產(chǎn)生磨損；泥土砂石污染托輥軸承，托輥損壞后加快了鋼絲繩的磨損。對(duì)這2個(gè)問(wèn)題分析求解，最終得到4個(gè)改進(jìn)方案：

方案一：在鋼絲繩所經(jīng)過(guò)的軌道路基(泥土砂石)上涂敷特制瀝青。

方案二：將鋼絲繩所經(jīng)過(guò)的區(qū)域包括托輥和導(dǎo)向輪所在區(qū)域由泥土砂石環(huán)境改為水泥混凝土環(huán)境。

方案三：在鋼絲繩上涂敷耐磨符合材料。

方案四：在托輥上加裝耐磨套。

3.3 利用裁剪分析進(jìn)行求解

裁剪是TRIZ理論中的一種改進(jìn)系統(tǒng)的方法。通過(guò)裁剪將問(wèn)題功能所對(duì)應(yīng)的元件刪除，改善整個(gè)功能模型，提高系統(tǒng)的效率，降低其成本[2]。系統(tǒng)的核心組件是鋼絲繩，對(duì)鋼絲繩產(chǎn)生有害作用的系統(tǒng)組件應(yīng)進(jìn)行裁剪：泥土和砂石作為超系統(tǒng)是不能被裁剪的；導(dǎo)向輪控制方向的作用無(wú)法由其他組件來(lái)實(shí)現(xiàn)，也不能被裁剪；托輥的支撐作用可以由超系統(tǒng)——泥土和砂石來(lái)實(shí)現(xiàn)；鋼絲繩較易磨損的特性可以被裁剪，可改用鋼鏈條代替鋼絲繩的傳動(dòng)作用。

系統(tǒng)經(jīng)過(guò)裁剪后最終得到的功能模型圖(見(jiàn)圖5)。

3.4 利用進(jìn)化分析原理求解

所謂技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化就是實(shí)現(xiàn)技術(shù)系統(tǒng)功能的各項(xiàng)內(nèi)容從低級(jí)到高級(jí)變化的過(guò)程。運(yùn)用此原理可獲得2種解決方案。

方案一：沿著使能量流動(dòng)路徑縮短的方向發(fā)展。

圖5 裁剪效果圖

采用內(nèi)藏式減速機(jī)，其體積較小，可以布置在軌道中間，省去鋼絲繩的長(zhǎng)距離傳輸。鋼絲繩直接從滾筒連接車廂，不再與其他物體接觸，問(wèn)題得到解決。

方案二：向超系統(tǒng)進(jìn)化。火車車廂的移動(dòng)主要是為了方便輪胎起重機(jī)(以下簡(jiǎn)稱吊車)的裝卸作業(yè)，作業(yè)時(shí)周圍多數(shù)情況都會(huì)有輪胎起重機(jī)。所以可以將拉車機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和傳輸系統(tǒng)用超系統(tǒng)進(jìn)行取代。即在地面一定間距內(nèi)埋設(shè)地錨，當(dāng)需要拉車作業(yè)時(shí)，就近選擇地錨，通過(guò)導(dǎo)向輪和鋼絲繩將車廂和吊車相連，再通過(guò)吊車?yán)瓌?dòng)車廂前進(jìn)即可(見(jiàn)圖6)。

從系統(tǒng)進(jìn)化和理想度角度考慮，對(duì)將導(dǎo)向輪和鋼絲繩進(jìn)行集成和可移動(dòng)化設(shè)計(jì)。將1個(gè)導(dǎo)向輪和1個(gè)鋼絲繩轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)在1個(gè)可移動(dòng)平臺(tái)上，拉車作業(yè)時(shí)將平臺(tái)與地錨進(jìn)行固定，即可進(jìn)行車廂和吊車的連接(見(jiàn)圖7)。

圖6 進(jìn)化后效果圖

圖7 可移動(dòng)式滑輪系統(tǒng)原理圖

4 方案確定

問(wèn)題解決方案匯總見(jiàn)表2。

表2 問(wèn)題解決方案匯總列表

經(jīng)過(guò)分析，方案1、2、9需要投入新設(shè)備，且設(shè)備的成本極高。方案3、4、5、6、7、8方法簡(jiǎn)單，但是沒(méi)有徹底解決問(wèn)題，只是緩解了問(wèn)題的發(fā)生。最終確定的方案為充分利用超系統(tǒng)(吊車)并設(shè)計(jì)可移動(dòng)式的導(dǎo)向輪系統(tǒng)，即方案10。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用測(cè)試，方案10完全滿足對(duì)系統(tǒng)的要求，且制造投入少、維護(hù)負(fù)擔(dān)小，相比其他方案優(yōu)勢(shì)明顯。通過(guò)運(yùn)用TRIZ理論，極大地提高了技術(shù)問(wèn)題分析求解的效率，同時(shí)還保證了方案的有效性、針對(duì)性和經(jīng)濟(jì)性，對(duì)企業(yè)解決技術(shù)難題和進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新意義非凡。

[1] 成思源.技術(shù)處創(chuàng)新方法——TRIZ理論及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2014.

[2] 檀潤(rùn)華.TRIZ及應(yīng)用：技術(shù)創(chuàng)新過(guò)程與方法[M].北京：高等教育出版社，2010.

杜振宇： 300456，天津市濱海新區(qū)塘沽新港一號(hào)路1號(hào)

Solving the Problem of Rapid Wear of Seel Wire Rope in the Machine Pull Railroad Car with TRIZ Theory

Du Zhenyu

No.1 Branch Co.of Tianjin Port Group Ltd.

According to the problem of rapid wear of steel wire rope in the machine pull railroad car, this paper solves the question with TRIZ theory. It gets multiple feasible solutions and determines the final solution by comparing. The plan optimizes the design of machine and the service life of the wire rope is promoted.

TRIZ; conflict; material field; evolution; clipping; wear of steel wire rope; machine pull railroad car

2016-08-06

10.3963/j.issn.1000-8969.2016.06.020