基于TRIZ理論的軋鋼精整液壓系統(tǒng)改善設(shè)計(jì)

盧正臻

1 前 言

山鋼股份萊蕪分公司棒材廠二軋車間是年產(chǎn)能近百萬噸的熱軋帶肋鋼筋生產(chǎn)線，生產(chǎn)效率高，收集節(jié)奏快。產(chǎn)線精整區(qū)域現(xiàn)有托放機(jī)構(gòu)、成型機(jī)和打捆機(jī)3類液壓系統(tǒng)。托放機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)為冷剪后的托放機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)鋼筋定尺由剪后輥道到收集平臺(tái)的移送；成型機(jī)液壓系統(tǒng)為4臺(tái)抱爪裝置提供動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)鋼材捆扎前的收緊，打捆機(jī)起到鋼筋捆扎作用。托放和成型機(jī)液壓系統(tǒng)控制方式相同。生產(chǎn)中，托放機(jī)構(gòu)運(yùn)行平穩(wěn)可靠，流量充足；成型機(jī)流量不穩(wěn)，抱爪緩慢，油箱散熱能力低，故障頻繁，滿足不了高效生產(chǎn)的要求；打捆機(jī)液壓系統(tǒng)精密復(fù)雜，油箱內(nèi)動(dòng)力元件及其附件故障會(huì)造成較長熱停工時(shí)。3處液壓系統(tǒng)控制執(zhí)行裝置設(shè)計(jì)參數(shù)均能滿足要求，如果從提升泵的排量、選用較大油箱、改型抱爪機(jī)構(gòu)或是改造打捆機(jī)，投資額度較大，不利于降本增效。

TRIZ理論能夠突破思維定式，使一個(gè)復(fù)雜的解題過程轉(zhuǎn)化為精確的科學(xué)運(yùn)用過程，以較小的投入獲得理想的產(chǎn)品或辦法，所以探索用TRIZ理論發(fā)明原理來解決問題。

2 液壓系統(tǒng)改善方案分析

2.1 建立系統(tǒng)模型

基于TRIZ理論，描述出該軋鋼精整液壓系統(tǒng)功能模型，如圖1所示。該項(xiàng)目的目標(biāo)是：對(duì)精整區(qū)液壓系統(tǒng)進(jìn)行盡可能小的改動(dòng)使其運(yùn)行工況得到改善，具體體現(xiàn)在抱爪速度滿足要求，工作溫度在許可范圍，打捆機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定可靠等；同時(shí)要維持原液壓系統(tǒng)的初始設(shè)計(jì)和工作原理。

圖1 系統(tǒng)功能模型

2.2 描述技術(shù)矛盾

此精整區(qū)液壓系統(tǒng)存在的TRIZ技術(shù)矛盾是：要降低成型機(jī)液壓系統(tǒng)介質(zhì)溫度，就需降低流量，那么則會(huì)影響收緊節(jié)奏；提高收緊速度又需提高流量，但系統(tǒng)故障和安全隱患將會(huì)提高。此外，考慮打捆機(jī)液壓系統(tǒng)向超系統(tǒng)進(jìn)化的思路來解決，打捆機(jī)液壓系統(tǒng)的超系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 打捆機(jī)液壓系統(tǒng)的超系統(tǒng)

運(yùn)用48個(gè)通用工程參數(shù)描述系統(tǒng)技術(shù)矛盾。若成型機(jī)抱爪速度足夠快，則能滿足鋼筋的收緊節(jié)奏，提高捆扎效果。但速度越大，介質(zhì)溫度越高，系統(tǒng)的安全隱患和故障發(fā)生率就越高，即有害的副作用就越高。經(jīng)過以上分析，確定出改善的參數(shù)—速度，指物體的運(yùn)動(dòng)速度、過程或活動(dòng)與時(shí)間之比；惡化的參數(shù)—有害的副作用，指造成系統(tǒng)效應(yīng)或完成功能質(zhì)量降低的有害因素。根據(jù)改善的參數(shù)和惡化的參數(shù)，通過使用矩陣查找相關(guān)發(fā)明原理9個(gè)［1］：35性能轉(zhuǎn)換原理；21減少有害作用時(shí)間原理；2抽取原理；24借助中介物原理；33均質(zhì)性原理；28機(jī)械系統(tǒng)替代原理；11事先防范原理；16部分超越原理；34拋棄或再生原理。

2.3 應(yīng)用40個(gè)發(fā)明原理尋找解決辦法

1）35性能轉(zhuǎn)換原理：根據(jù)該原理“改變溫度或體積”的提示，設(shè)想把托放液壓站油箱和成型機(jī)液壓站油箱連為一體，變通擴(kuò)大油箱的體積，一方面增大了散熱面積，另一方面可以使托放液壓站換熱器為成型機(jī)液壓介質(zhì)散去部分熱量。設(shè)計(jì)方案能解決部分的問題。

2）21減少有害作用時(shí)間原理：沒有合適的解決方案。

3）2抽取原理：根據(jù)該原理“抽取物質(zhì)中必要的有用的部分或?qū)傩浴钡奶崾荆O(shè)想抽出托放液壓系統(tǒng)的部分流量補(bǔ)償成型機(jī)液壓系統(tǒng)，將兩液壓站的定量泵并聯(lián)，使其流量增大，方案能解決部分問題。

4）24借助中介物原理：可以嘗試用風(fēng)機(jī)對(duì)油箱降溫，方案能解決部分問題。

5）33均質(zhì)性原理：存在相互作用的物體用相同材料或特性相近的材料制成，沒有合適方案。

6）28機(jī)械系統(tǒng)替代原理：沒有合適解決方案。

7）11事先防范原理：在成型機(jī)液壓站安裝高溫報(bào)警和急停連鎖裝置，當(dāng)介質(zhì)溫度超出安全范圍時(shí)自動(dòng)報(bào)警停泵，但這樣會(huì)影響高效生產(chǎn)的連貫性。

8）16部分超越原理：無合適方案。

9）34拋棄或再生原理：無合適方案。

3 確定最終方案

綜合以上分析確定最終方案。串聯(lián)成型機(jī)液壓站和托放液壓站兩油箱，并聯(lián)兩液壓站油泵，整合成一套液壓系統(tǒng)。因控制方式和工作原理相同，改進(jìn)后新系統(tǒng)工作正常。兩液壓泵并聯(lián)使流量增大，兩油箱貫通使散熱能力提高，原托放液壓站的冷卻器再吸收部分熱量，降低了成型機(jī)介質(zhì)的溫度。同時(shí)，考慮向超系統(tǒng)進(jìn)化的原則，從創(chuàng)新后的托放-成型機(jī)液壓系統(tǒng)引出一條進(jìn)回油支路接入打捆機(jī)液壓主管路，安裝高壓球閥常閉，緊急情況下作為打捆機(jī)的備用動(dòng)力源；在整個(gè)系統(tǒng)末端安裝蓄能器［2］。改進(jìn)后的精整區(qū)液壓系統(tǒng)功能模型如圖3所示，本項(xiàng)目基于TRIZ理論巧妙解決問題。

圖3 改進(jìn)后的精整區(qū)液壓系統(tǒng)功能

4 應(yīng)用效果

改造后的抱爪節(jié)奏完全滿足生產(chǎn)需要，油溫處于正常范圍，常發(fā)故障和安全隱患消除。托放機(jī)構(gòu)運(yùn)行亦不受影響，并且在啟用備用動(dòng)力的特殊情況下打捆機(jī)完全能夠正常工作，本項(xiàng)目以低投資短工期實(shí)現(xiàn)了軋鋼精整液壓系統(tǒng)運(yùn)行工況的改善設(shè)計(jì)。項(xiàng)目實(shí)施后，一方面設(shè)備綜合效率提升，機(jī)物料消耗、維修費(fèi)用和生產(chǎn)熱停工時(shí)等大幅降低，安全隱患消除；另一方面鋼筋捆扎緊湊結(jié)實(shí)，消除了質(zhì)量異議，降低了質(zhì)量成本。經(jīng)測算，年實(shí)現(xiàn)綜合效益近180萬元。

［1］ 趙敏.TRIZ進(jìn)階及實(shí)踐［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

［2］ 吳博.液壓系統(tǒng)使用與維修手冊［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.