基于TRIZ理論的全方位新型運輸車設計

高 輝 王妍瑋 肖顯昊

(哈爾濱石油學院 數理教研部，黑龍江 哈爾濱 150027)

一、選題背景及問題的初步分析

(一)項目來源

在生產運輸中，人們常常被這樣的問題困擾，當運輸大物件時由于承重量比較大導致轉向和操控起來及其不便，同時運輸大物件時對運輸車體積要求比較高，駕駛員操控運輸車輛難度很大。以上這些問題廣泛存在于生產和實踐中，適用于TRIZ理論的研究，因此確定本課題，并運用TRIZ理論對產品進行創新設計。

(二)發明問題初始情況

1.當前系統的功能及組成

當前系統功能：運載物品。當前系統組成：載物臺、輪子、軸承、發動機、控制系統。

2.當前系統的工作原理

主要是行走車輪的驅動原理，用車輪的移動帶動載物臺和載物臺上的貨物。

3.存在的主要問題

目前大型陸地運輸機器基本上都是用鋼材制造，由于自身體積龐大，導致空閑時占地面積過大并且轉向困難，對于駕駛員技術有嚴格要求。

4.技術參數

表1 運輸車參數

5.問題解決目標

減少運載工具的重量，增加靈活度，使運載工具能達到全方位運輸。

6.限制條件

(1)運輸車組裝拆卸困難，總體結構不可變。

(2)轉向受體積、重量的限制。

7.詳細列出目前解決的方案或類似產品的解決方案或已有專利

目前，市場上已存在一種液壓平板運輸車，由一整套液壓系統帶動。柴油機/電機帶動液壓泵，機械能轉化為液壓能，液壓能通過液壓馬達轉化為機械能，并且這種運載車不能靈活轉向、可操作性差且體積龐大。

二、系統詳細分析及方案設想

(一)九屏幕法

圖1 運輸車系統九屏圖

提出技術方案：

F1.采用分割原理和組合原理，將大型運載機器分成個體運載機器，做到既能運送小的物體也能運送大的物體。

F2.采用逆向思維原理，用低速馬達代替高速馬達使車子的穩定性提升。

(二)因果鏈分析

圖2 運輸車系統因果鏈分析

歸納根本原因：(1)運載工具體積太大；

(2)駕駛室視野有盲區；

(3)運載機器驅動方式落后；

(4)運載器械軸距太長；

(5)空間場地有限。

確定要解決的關鍵問題：輪子驅動，運載平臺的空間。

提出技術方案：

F3.采用組合原理：將運載平面分成單個運載器械做到理想化無限拼接，解決運載平臺面積有限的問題。

F4.采用預先反作用原理：安裝車載影像系統。

F5.采用組合原理：用獨立驅動系統代替傳統驅動方式。

F6.采用分割原理：將傳統的長軸距分割成獨立的短軸距。

圖3 新式45°角輪子

(三)最終理想解

表2 最終理想解

提出技術方案：

F7.采用曲面化原理：改變輪的內部結構，用滾珠來代替傳統的橡膠材料。

F8.采用中介物法：使用磁懸浮使輪和地面不接觸。

F9.采用中介法、預先反作用法、有效作用持續法，使用氣墊原理使車和地面分離，運用多角度吹風的原理改變風向從而改變車的運動方向。

(四)資源分析

超級平板車材料都是一些常見的材料，比如塑料、橡膠、常見金屬等，選擇資源的順序如下表3。

表3 資源分析

(五)功能分析

表4 運輸車功能分析

歸納不良效應：

(1)載物板對車輪造成較大的壓力；

(2)車輪對地面造成較大的壓力；

(3)駕駛室對載物板的控制作用不足。

提出技術方案：

F10.利用組合原理：在載物臺底下多放幾個輪子，讓多個輪子同時運動，一起帶動載物臺。

F11.利用不對稱原理、多維原理、曲面化原理：改變輪子內部結構，用旋轉滾軸代替輪胎，采用45°傾斜讓輪子更加靈活的運作，真正做到全方位行走。

(六)功能裁剪模型

建立功能模型后，刪除或替換系統某個組件，保留該系統的有用功能[1]。結合該種方法運用，找到關鍵問題，駕駛室對載物臺不能實現多角度靈活控制。

提出技術方案：

F12.采用替代法：裁減掉駕駛室，保留其功能，用手柄來代替駕駛室，讓操作人員能更好地觀察到載物平臺的每個角度。

圖4 傳統輪子與新式輪子對比圖

(七)技術矛盾

1.原問題技術矛盾的表達

表5 技術矛盾表述

2.問題模型——對應的39個通用工程參數

改善的參數：力

惡化的參數：可操作性

查矛盾矩陣，應用40個發明原理中的1、28、3、25原理來解決上述技術矛盾[2]。

提出技術方案：

F13.分割原理、組合原理：將載重臺分割成無數個小車，再將小車任意組合拼接。

F14.機械系統替代法：在每個車輪上安裝小馬達，用馬達替代發動機驅動。

圖5 產品設計簡易圖

F15.局部特征原理：用小型軸承來代替橡膠輪胎內部。

(八)物理矛盾

(1)如果載重臺面積增大，那么承重量多，但靈活度降低。

(2)如果載重臺面積減小，那么靈活度升高，但承重量少。

應用分離原理：時間分離、條件分離、整體與部分分離[3]。

提出技術方案：

F16.裝載大量重物時將載重臺小車進行無限拼接，裝載少量重物時將載重臺小車進行拆分。

(九)物場模型

圖6 物場模型圖

提出技術方案：

F17.采用預先作用原理：在輪胎的鋼珠表面加上耐磨涂層增加輪胎的耐磨度。

三、技術方案整理及評價

表6 方案評價表

四、結論

通過以上TRIZ工具的運用，得出具體技術方案，對方案進行評價和總結，得出最優方案為：改變輪子內部結構，用旋轉滾軸代替輪胎，采用45°傾斜設計讓輪子更加靈活運作，使運輸車實現全方位旋轉，并運用組合原理，對技術系統進行組合，實現無限拼接以達到減少占用空間的目的，基于TRIZ理論設計的新型全方位運輸車更靈活、更節約空間、可操作性大大增加。

圖7 產品最終設計圖及實物圖