鋼絲繩電動葫蘆是一種輕小型起重設(shè)備,具有體積小、自重輕、操作簡單和使用方便等特點,常用于工礦企業(yè)、倉儲碼頭等場所,鋼絲繩電動葫蘆上的導(dǎo)繩器為使鋼絲繩按規(guī)定間隔整齊地繞上卷筒的裝置,當(dāng)導(dǎo)繩器在卷筒上移動與鋼絲繩的卷繞不能同步時,常有導(dǎo)繩器被拉壞、連接桿被折彎等現(xiàn)象。導(dǎo)繩器的破裂會使導(dǎo)繩器無法完成其壓繩、排繩的功能,同時可能致使高度限位無效,導(dǎo)致過卷揚事故的發(fā)生。維修損壞的導(dǎo)繩器時,更換弧形壓板非常麻煩,并具有一定的危險性。針對這種情況,作者利用TRIZ理論對鋼絲繩電動葫蘆導(dǎo)繩器進(jìn)行了分析,給出了解決方案,并將解決方案同時補充到TRIZ發(fā)明原理數(shù)據(jù)庫中,為其他設(shè)計者進(jìn)行類比創(chuàng)新設(shè)計提供參考。
1 TRIZ理論
TRIZ英文全稱是theory of the solution of inventive problems(發(fā)明問題解決理論)。該理論是蘇聯(lián)科學(xué)家G.S.Altshuller及一批研究人員在分析了世界各國250萬件專利的基礎(chǔ)上提出來的,他們從這些最有效的解中抽象出TRIZ解決發(fā)明問題的基本方法,這些方法又可以普遍地適用于新出現(xiàn)的發(fā)明問題,協(xié)助人們獲得這些發(fā)明問題的最有效的解。
Altshuller提出了用于描述沖突的39個通用工程參數(shù)和用于解決沖突的40個發(fā)明原理,并建立了對應(yīng)的關(guān)系,即沖突解決矩陣。在沖突解決矩陣中,第1行為惡化的工程參數(shù),第1列為改進(jìn)的工程參數(shù),行與列交叉處所對應(yīng)的數(shù)字為推薦采用的40條發(fā)明原理的序號,沖突矩陣的行和列使用的是通用的工程參數(shù),推薦的發(fā)明原理是原理解,所以在設(shè)計過程中,要使用沖突解決矩陣就必須將設(shè)計中的特定問題進(jìn)行預(yù)先處理,即用TRIZ的39個工程參數(shù)描述沖突,并且要對使用沖突解決矩陣得到的標(biāo)準(zhǔn)解進(jìn)行后處理,即把標(biāo)準(zhǔn)解轉(zhuǎn)化為具體解。應(yīng)用沖突矩陣解決問題的一般過程如圖1所示。
圖1 TRIZ理論解決問題的一般流程
TRIZ中的發(fā)明原理是由研究人員對不同領(lǐng)域的已有創(chuàng)新成果進(jìn)行分析、總結(jié)后得到的具有普遍意義的經(jīng)驗,這些經(jīng)驗對指導(dǎo)各領(lǐng)域的創(chuàng)新都有重要參考價值,實踐證明這些原理對于指導(dǎo)設(shè)計人員的發(fā)明創(chuàng)造具有重要作用。當(dāng)找到確定的發(fā)明原理以后,就可以根據(jù)這些發(fā)明原理來考慮具體的解決方案。
利用TRIZ矩陣將標(biāo)準(zhǔn)問題轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)解,所得到的原理解只是所抽象出來的一般性描述文字,根據(jù)TRIZ解決問題的一般過程構(gòu)建出計算機輔助創(chuàng)新系統(tǒng),并根據(jù)發(fā)明原理構(gòu)造解決問題的樣例數(shù)據(jù)庫,使工程設(shè)計人員從其他行業(yè)得到解決類似問題的啟發(fā),可以讓工程設(shè)計人員更為方便地從獲得的標(biāo)準(zhǔn)解得到解決具體問題切實可行的具體解。
2 鋼絲繩電動葫蘆導(dǎo)繩器
鋼絲繩電動葫蘆是工廠、礦山、港口、倉庫、貨場等處為提高勞動效率、改善勞動條件必備的常用起重設(shè)備之一。
常見電動葫蘆的結(jié)構(gòu)由起升電動機、起升機構(gòu)減速裝置、制動裝置、卷筒裝置、電動小車、導(dǎo)繩器等部分組成,其外形結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 電動葫蘆結(jié)構(gòu)組成示意圖
其中5為現(xiàn)用電動葫蘆導(dǎo)繩器,其組成結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。
圖3 導(dǎo)繩器結(jié)構(gòu)示意圖
電動葫蘆導(dǎo)繩器的工作原理是:在圓鋼帶1繞曲的整體式內(nèi)螺紋導(dǎo)繩器塊4外周上固定連接一個弧形壓板3,弧形壓板中部設(shè)有過繩槽,弧形壓板兩端向外設(shè)有在電動葫蘆外殼上滑動的卡塊,安裝時將內(nèi)螺紋卡箍與卷筒上的螺紋對應(yīng)轉(zhuǎn)動套在一起,再把鋼絲繩從弧形壓板中部的過繩槽內(nèi)引出與吊件相連即可。使用時鋼絲繩從弧形壓板中部的過繩槽內(nèi)通過,卷筒相對于導(dǎo)繩器軸向移動使鋼繩按順次卷繞在卷筒上。
其工作特點是,導(dǎo)繩器不能轉(zhuǎn)動,當(dāng)卷筒轉(zhuǎn)動時,隨鋼絲繩卷繞,由螺紋槽帶動沿軸向移動,隨時將所纏繞的鋼絲繩準(zhǔn)確地引入、引出卷筒的螺旋槽,鋼絲繩由弧形壓板上的過繩槽排出,同時當(dāng)電動葫蘆升降到一定高度時,弧形壓板兩端的卡塊撥動高度限位器傳動桿上的卡塊,防止電動葫蘆發(fā)生過卷揚或保持足夠的安全圈數(shù)。若導(dǎo)繩器在卷筒上的移動與鋼絲繩的卷繞不同步、歪拉斜吊等違章操作行為常常會使導(dǎo)繩器被拉壞。
當(dāng)導(dǎo)繩器發(fā)生損壞后需要對其弧形壓板更換時,需要從鋼絲繩繩端固定處進(jìn)行拆卸,然后取下?lián)p壞的弧形壓板,再安裝新的導(dǎo)繩器并重新固定繩端,非常麻煩,尤其在空中進(jìn)行就會更為困難。
3 對導(dǎo)繩器的改進(jìn)
為了解決導(dǎo)繩器弧形壓板更換困難的問題,利用以TRIZ理論為基礎(chǔ)的創(chuàng)新系統(tǒng)對導(dǎo)繩器進(jìn)行分析研究。TRIZ理論中將可維修性作為一種通用工程參數(shù),在維修性沖突解決過程中有2種基本思路:一是將維修性作為改善的一方,解決產(chǎn)品其他工程參數(shù)惡化的問題;二是將其他工程參數(shù)作為改善的一方,解決產(chǎn)品維修性惡化的問題。
顯然在這里,想要提高的工程參數(shù)是產(chǎn)品的可維修性;而提高可維修性同時又不能使其惡化的工程參數(shù),對電動葫蘆生產(chǎn)商和電動葫蘆使用者而言也不相同。由于導(dǎo)繩器只是電動葫蘆上的零配件,對電動葫蘆的使用者而言,在提高可維修性的同時,還需關(guān)注導(dǎo)繩器的強度參數(shù)不能惡化;導(dǎo)繩器的生產(chǎn)廠家要提高可維修性的同時還應(yīng)關(guān)注到導(dǎo)繩器裝置的復(fù)雜性及其本身的可制造性等因素。
分析后將需改善的技術(shù)參數(shù)可維修性34、提高可維修性將可能惡化的技術(shù)參數(shù)強度14、可制造性32、裝置的復(fù)雜性36利用基于TRIZ理論構(gòu)建的創(chuàng)新設(shè)計系統(tǒng)進(jìn)行求解如圖4所示?傻贸鲞m用發(fā)明原理分別為1,2,9,10,11,13,35。
圖4 利用技術(shù)參數(shù)得出適用發(fā)明原理
選擇發(fā)明原理后可根據(jù)系統(tǒng)進(jìn)入如圖5所示界面。此界面可分為2個部分、4個區(qū)域。2個部分分別為原理部分和實例部分。4個區(qū)域為原理文字闡述區(qū)域、原理圖形解釋區(qū)域、實例文字闡述區(qū)域和實例圖形解釋區(qū)域。
圖5 分割發(fā)明原理
分割原理的含義可細(xì)分為:1)把一個物體分成幾個部分;2)將物體分模塊組裝;3)提高物體的分割性。類比可拆鏟斗的唇緣設(shè)計等案例,將導(dǎo)繩器弧形壓板分為卡環(huán)、連接和出繩三個功能模塊部分。將連接和出繩兩個部分進(jìn)行分離,可得如圖6所示結(jié)構(gòu)。
圖6 由分割原理得弧形壓板結(jié)構(gòu)
將弧形壓板分割為兩部分,采用壓塊3、螺栓2重新將其連接。若因?qū)ЮK器的損壞,需要更換弧形壓板,只需卸下螺栓,拿掉壓塊就可以將鋼絲繩直接拿出,而不必再將整根鋼絲繩從過繩孔抽出,才可維修更換導(dǎo)繩器弧形壓板。
采用這種結(jié)構(gòu),更換新的導(dǎo)繩器時,雖然可以避免將鋼絲繩繩端固定處拆卸后再重新固定,但明顯增加了裝置的復(fù)雜程度,受目前導(dǎo)繩器塊原有結(jié)構(gòu)的影響,實用性較差,暫時并不推薦使用。
采用發(fā)明原理2分離(分開)的設(shè)計思路,將弧形壓板上的過繩功能和導(dǎo)繩功能進(jìn)行分離,可得如圖7所示結(jié)構(gòu)設(shè)計。
直接在弧形壓板上加工出可以拆下鋼絲繩的槽,再用壓塊將其封住,若導(dǎo)繩器發(fā)生損壞,需要更換弧形壓板,可拆除螺栓,拿掉壓塊后直接從側(cè)槽將鋼絲繩取出.這種結(jié)構(gòu)容易實現(xiàn),很多情況下,即使在電動葫蘆施工現(xiàn)場也可以對其改造。
圖7 采用分離原理得弧形壓板結(jié)構(gòu)
發(fā)明原理9,10,11分別為事先(預(yù)制)反作用、動作(行為)預(yù)制和事先對策預(yù)防。9主要指的是預(yù)先實施相反的功能,使事物工作時按照預(yù)先設(shè)想動作進(jìn)行。10往往可以指預(yù)先對物體進(jìn)行特殊安排,使其在時間上有準(zhǔn)備或已處于易操作位置。11指通過物體的事先動作補足其可靠程度。這3條原理所指的都是預(yù)先對物體進(jìn)行操作,以減少或避免優(yōu)化造成有效參數(shù)的惡化,導(dǎo)繩器的損壞往往是由于斜吊重物造成的,因此防止歪拉斜吊是避免電動葫蘆導(dǎo)繩器損壞的有效方式,采用行程限位開關(guān),采用微動開關(guān),都是預(yù)先采用傳感器避免斜拉或側(cè)拉的方式,使起升裝置斷電從而令起升功能失效,可視為預(yù)操作原理的典型應(yīng)用。
發(fā)明原理13(逆問題)指可試著用相反的動作來取代指定的動作,導(dǎo)致電動葫蘆導(dǎo)繩器損壞的主要原因是導(dǎo)繩器的磨損和不規(guī)范操作即歪拉斜吊,F(xiàn)在,假設(shè)鋼絲繩電動葫蘆不存在磨損,并且允許歪拉或斜拉,那么就要求在歪拉和斜拉的同時,鋼絲繩不能脫槽,電動葫蘆可以照常使用。我們知道,電動葫蘆導(dǎo)繩器的主要功能是壓繩導(dǎo)繩,那么能否在不使用導(dǎo)繩器的狀態(tài)下實現(xiàn)其功能?考慮采用電磁力、流體力或其他方式的力實現(xiàn)壓繩,發(fā)現(xiàn)并不容易實現(xiàn)。
結(jié)合發(fā)明原理35(物體的物理或化學(xué)狀態(tài)變化),可將所設(shè)想具體化,所要得到的是壓繩、導(dǎo)繩的功能,同時避免歪拉斜吊對實現(xiàn)該功能的損害,那么改變導(dǎo)繩器的柔度,采用其他材料制作導(dǎo)繩器及壓板,可在增大導(dǎo)繩器耐磨性的基礎(chǔ)上進(jìn)一步增強導(dǎo)繩器的彈性,F(xiàn)已有廠家試圖利用工程塑料等材料取代鑄鐵制作導(dǎo)繩器,且取得了一定的成果。
4 結(jié)論
在基于TRIZ理論構(gòu)建計算機輔助創(chuàng)新系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,對電動葫蘆導(dǎo)繩器進(jìn)行了深入的分析,給出了便于電動葫蘆導(dǎo)繩器弧形壓板更換的結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案,肯定了采用預(yù)操作方式避免電動葫蘆導(dǎo)繩器損壞的方案及通過采用物體的物理或化學(xué)狀態(tài)變化改進(jìn)其性能的方案.這些方案可為生產(chǎn)或使用電動葫蘆的企業(yè)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計提供參考;另外,將這些方案補充到計算機輔助創(chuàng)新系統(tǒng)的發(fā)明原理數(shù)據(jù)庫中,也可以為其他使用該系統(tǒng)的設(shè)計人員提供更多案例,便于進(jìn)行類比創(chuàng)新設(shè)計。
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本文標(biāo)題:應(yīng)用TRIZ理論對鋼絲繩電動葫蘆導(dǎo)繩器的改進(jìn)設(shè)計
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