基于創(chuàng)新理論的輔助供風(fēng)模塊設(shè)計(jì)方案

郭小行 崔任永 李化明 曲秋芬 張義文

摘要：輔助供風(fēng)模塊是軌道車輛的重要設(shè)備，主要用來產(chǎn)生壓縮空氣，為受電弓起升提供動(dòng)力。本文針對現(xiàn)有輔助供風(fēng)模塊存在不足，運(yùn)用創(chuàng)新理論，解決了輔助供風(fēng)模塊中管接頭銹蝕現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：動(dòng)車組；輔助供風(fēng)；TRIZ

1 引言

受電弓是軌道車輛一個(gè)重要部件，功能是從接觸網(wǎng)取得電能，來牽引列車運(yùn)行。受電弓在非工作模式，處于降弓狀態(tài)。列車運(yùn)行時(shí)，需要壓縮空氣驅(qū)動(dòng)受電弓傳動(dòng)氣缸進(jìn)行升弓。因此，在設(shè)有受電弓的車輛，需要設(shè)置輔助供風(fēng)設(shè)備或腳踏泵，用于產(chǎn)生壓縮空氣，保證動(dòng)車組總風(fēng)管壓力過低時(shí)，為受電弓起升提供動(dòng)力。各個(gè)型號的動(dòng)車組均設(shè)計(jì)了輔助供風(fēng)設(shè)備，為受電弓升弓提供壓縮空氣，保證動(dòng)車組的正常運(yùn)營。在動(dòng)車組設(shè)計(jì)中，輔助供風(fēng)設(shè)備一般采用模塊化設(shè)計(jì)，用吊架吊裝在車下。

對運(yùn)營車輛的輔助供風(fēng)設(shè)備進(jìn)行檢修時(shí)，發(fā)現(xiàn)空氣管路內(nèi)的管接頭有銹蝕現(xiàn)象。若銹蝕后的雜質(zhì)存留在空氣管路內(nèi)，將會(huì)影響正常升弓從而影響正常出車。因此需要在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)上對輔助供風(fēng)模塊進(jìn)行改進(jìn)。

2 問題分析

輔助供風(fēng)設(shè)備的壓縮機(jī)采用活塞壓縮機(jī)，由蓄電池系統(tǒng)為輔助壓縮機(jī)提供DC110V電能。為防止用風(fēng)設(shè)備的耗風(fēng)量超過輔助壓縮機(jī)供風(fēng)量，保證氣流的平穩(wěn)性，設(shè)置了容積為25L用于升弓的專用風(fēng)缸。原輔助供風(fēng)模塊所有元件風(fēng)缸、單向閥、安全閥、輔助空壓機(jī)集成為一個(gè)單獨(dú)安裝模塊內(nèi)，通過吊裝螺栓吊掛在車體底架下。系統(tǒng)主要元件如圖1所示。

圖1 輔助供風(fēng)模塊主要元件

2.1 原因分析

根據(jù)系統(tǒng)元件組成及相互間作用，建立功能模型圖，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能模型圖

運(yùn)用魚骨圖分析方法對問題產(chǎn)生的根原因進(jìn)行分析，空氣中存在水分子是不可避免的事實(shí)，而從整個(gè)技術(shù)系統(tǒng)的基本元件中發(fā)現(xiàn)，此系統(tǒng)產(chǎn)生的壓縮空氣未經(jīng)濾水處理，在輔助供風(fēng)設(shè)備工作時(shí)，吸入大量空氣的同時(shí)夾雜著空氣中的水分子，濕氣日積月累，長時(shí)間存留在管路內(nèi)，使得技術(shù)系統(tǒng)內(nèi)易于生銹的元件—碳鋼管接頭發(fā)生銹蝕。

2.2 沖突區(qū)域確定

通過上述根原因分析，可知技術(shù)系統(tǒng)壓縮空氣與碳鋼管接頭之間存在作用不足現(xiàn)象。建立此技術(shù)系統(tǒng)的問題模型圖，如下圖3所示。

圖3 問題模型圖

3 問題解決

3.1 沖突解決理論

為了提高輔助供風(fēng)設(shè)備的可維修性及可操作性，做到免維護(hù)，面臨的問題是：輔助供風(fēng)設(shè)備將會(huì)變得復(fù)雜，同時(shí)提高了裝置的重量和可制造性。按照TRIZ理論，應(yīng)用技術(shù)沖突解決該問題。

技術(shù)沖突：因管路銹蝕或存水，需要維護(hù)人員定期進(jìn)行檢查及排水操作。提高輔助供風(fēng)設(shè)備的可維修性及可操作性，將導(dǎo)致技術(shù)系統(tǒng)變得復(fù)雜，并提高整體結(jié)構(gòu)的重量和可制造性。由此確定標(biāo)準(zhǔn)工程參數(shù)為：

1）希望改進(jìn)的特性：可操作性（No.33）、可維修性（No.34）；

2）惡化的特性：靜止物體的重量（No.2）、可制造性（No.32）、裝置的復(fù)雜性（No.36）。

由沖突矩陣可查出發(fā)明原理如下表1所示。

通過查沖突矩陣，選擇40條發(fā)明原理中的No.1分割、No.6多用性和No.35參數(shù)變化三條發(fā)明原理。方案一：No.1分割，使物體分成容易組裝及拆卸的部分；即將連接管路易生銹的部件管接頭改成容易裝配的快速接頭，增加可維護(hù)性。方案二：No.6多用性，使一個(gè)物體能完成多項(xiàng)功能，可以減少原設(shè)計(jì)中完成這些功能多個(gè)物體的數(shù)量；即將連接管路部件管接頭做成復(fù)式結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)連接及濾水功能。方案三：No.35參數(shù)變化，改變溫度，即將系統(tǒng)溫度降低到水分凝固點(diǎn)以下，使得系統(tǒng)中的壓縮空氣含的水分子降低，從而避免銹蝕。

3.2 物質(zhì)-場分析

方案四：采用物質(zhì)—場模型的變換規(guī)則2：欲提高現(xiàn)有物質(zhì)—場的功效，可延伸既有物質(zhì)—場與其他獨(dú)立的物質(zhì)—場的連結(jié)；即在易于銹蝕的管接頭增加化學(xué)場，防止水分子與碳鋼接頭發(fā)生化學(xué)反映。Fch表示化學(xué)場。具體如圖4所示。

方案五：也可采用物質(zhì)—場模型的變換規(guī)則4：消除有害的、多余的、不需要的物質(zhì)或場的最有效方法是引入第三種物質(zhì)元件；即引入第三種物質(zhì)元件干燥器，用來吸收來自空氣中的水分子。具體如圖5所示。

4 方案實(shí)施

運(yùn)用TRIZ理論分析得到解決本課題問題的5個(gè)創(chuàng)新解，通過評價(jià)，考慮方案的成本、實(shí)現(xiàn)的難易程度、可靠性、安裝空間以及對其他部位的影響，最終選用方案5來解決此實(shí)際問題。將技術(shù)系統(tǒng)引入第三種物質(zhì)元件干燥器，用來吸收來自空氣中的水分子。此系統(tǒng)增加干燥器后，需要增加壓力開關(guān)、小風(fēng)缸等輔助元件。新方案系統(tǒng)主要元件如圖6所示。

5 結(jié)論

按著新方案設(shè)計(jì)的輔助供風(fēng)模塊，已成功應(yīng)用于運(yùn)營車輛上，售后人員反饋，輔助供風(fēng)單元解決了管路銹蝕現(xiàn)象，而且做到了免維護(hù)，應(yīng)用狀況良好。

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[3]王月明，王松文.動(dòng)車組制動(dòng)技術(shù)[M].北京：中國鐵道出版社，2010.

（作者單位：中車唐山機(jī)車車輛有限公司產(chǎn)品研發(fā)中心）