通過TRIZ理論解決拉車機鋼絲繩過快磨損的問題

杜振宇

天津港第一港埠有限公司

?

通過TRIZ理論解決拉車機鋼絲繩過快磨損的問題

杜振宇

天津港第一港埠有限公司

針對火車車廂專用拉車機鋼絲繩磨損速度過快的問題，通過TRIZ理論進行問題求解，得到多個可行的解決方案，并通過比選得到最終解決方案，優化了拉車機的設計，提升了鋼絲繩的使用壽命。

TRIZ； 沖突； 物質場； 進化； 裁剪； 鋼絲繩磨損； 拉車機

我公司主要從事鋼材的港口裝卸服務。進出港區的鋼材有70%通過鐵路運輸，鐵路部門將整列火車開入港區貨場后火車機頭就會離開。在軌道兩側設有指定的起重機作業點，作業過程中需要經常移動車廂。由于沒有火車機頭，車廂的移動必須依靠拉車機來實現。拉車機在實際使用過程中暴露出鋼絲繩易磨損、易拉斷的問題，需要進一步完善和改進。

1 TRIZ理論簡介

TRIZ是“發明問題解決理論”的拉丁文縮寫。該理論可以有效引導發明人找到解決問題的發明方案，極大地提高發明創造工作的效率。TRIZ理論的基本分析求解過程見圖1。

圖1 TRIZ理論的問題求解流程

2 問題分析

建立系統的功能模型，結合模型中反映出的問題點，進行因果分析。通過因果分析找到問題的根原因后，利用TRIZ中的工具進行求解。

2.1 功能分析

功能分析是指對已有技術系統進行分解，明確系統各組件的有用功能及功能等級、性能水平和有害功能，為進一步的因果分析提供基礎[1]。對拉車機進行功能分析，并繪制功能模型圖(見圖2)。

圖2 功能模型圖

2.2 因果分析

因果分析是對導致問題的原因進行剖析，區別原因現象與非原因現象進行，并最終確定問題根原因的過程。拉車機的問題就是鋼絲繩過快磨損，問題的根原因是泥土砂石對鋼絲繩的磨損和對托輥的污染(見圖3)。

圖3 根原因分析圖

2.3 沖突區域確定

問題為鋼絲繩在運行過程中與多個物質接觸并發生摩擦作用。該問題的問題模型圖見圖4，問題發生的區域就是鋼絲繩和泥土砂石之間的作用。

圖4 沖突區域示意圖

2.4 理想解分析

產品處于理想狀態的解稱為理想化的最終結果，即最終理想解[2]。本問題的最終目的是，所有車廂能夠按照需要移動到指定位置。理想解是不需要拉車機的作用車廂也能自行移動。次級理想解是設計免維護的拉車機，盡量減少火車移動所付出的成本。由于火車歸鐵路部門管理，我們無權對車體進行改造，所以此次設計的理想解在第二級上。

2.5 可用資源分析

針對理想解的實現，列可用資源列表，分析每項資源在問題求解過程中的可用性。

表1 資源列表

3 問題求解

TRIZ理論中為解決技術問題提供了沖突解決理論、物質-場和標準解、技術進化理論、功能裁剪理論、效應求解理論等工具。不同工具所得到的創新解可能不同。因此，筆者利用多個工具對同一問題進行求解，得到多個創新解，并從中選取最優解。

3.1 工具一：利用沖突理論進行求解

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

方案二：條件分離原理 (氣液代替機械)。火車道間安裝一臺液壓馬達，馬達上配滾筒拖拽鋼絲繩。液壓油管在鐵道下方經過，向液壓馬達輸送油液。油管是封閉結構，完全可以隔絕沙石泥土的影響。

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

3.2 工具二：利用物質-場分析及標準解進行求解

通過因果分析，確定技術系統的根原因主要有2個：泥土砂石對鋼絲繩產生磨損；泥土砂石污染托輥軸承，托輥損壞后加快了鋼絲繩的磨損。對這2個問題分析求解，最終得到4個改進方案：

方案一：在鋼絲繩所經過的軌道路基(泥土砂石)上涂敷特制瀝青。

方案二：將鋼絲繩所經過的區域包括托輥和導向輪所在區域由泥土砂石環境改為水泥混凝土環境。

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 利用裁剪分析進行求解

裁剪是TRIZ理論中的一種改進系統的方法。通過裁剪將問題功能所對應的元件刪除，改善整個功能模型，提高系統的效率，降低其成本[2]。系統的核心組件是鋼絲繩，對鋼絲繩產生有害作用的系統組件應進行裁剪：泥土和砂石作為超系統是不能被裁剪的；導向輪控制方向的作用無法由其他組件來實現，也不能被裁剪；托輥的支撐作用可以由超系統——泥土和砂石來實現；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作用。

系統經過裁剪后最終得到的功能模型圖(見圖5)。

3.4 利用進化分析原理求解

所謂技術系統進化就是實現技術系統功能的各項內容從低級到高級變化的過程。運用此原理可獲得2種解決方案。

方案一：沿著使能量流動路徑縮短的方向發展。

圖5 裁剪效果圖

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

方案二：向超系統進化。火車車廂的移動主要是為了方便輪胎起重機(以下簡稱吊車)的裝卸作業，作業時周圍多數情況都會有輪胎起重機。所以可以將拉車機的動力系統、控制系統和傳輸系統用超系統進行取代。即在地面一定間距內埋設地錨，當需要拉車作業時，就近選擇地錨，通過導向輪和鋼絲繩將車廂和吊車相連，再通過吊車拉動車廂前進即可(見圖6)。

從系統進化和理想度角度考慮，對將導向輪和鋼絲繩進行集成和可移動化設計。將1個導向輪和1個鋼絲繩轉軸設計在1個可移動平臺上，拉車作業時將平臺與地錨進行固定，即可進行車廂和吊車的連接(見圖7)。

圖6 進化后效果圖

圖7 可移動式滑輪系統原理圖

4 方案確定

問題解決方案匯總見表2。

表2 問題解決方案匯總列表

經過分析，方案1、2、9需要投入新設備，且設備的成本極高。方案3、4、5、6、7、8方法簡單，但是沒有徹底解決問題，只是緩解了問題的發生。最終確定的方案為充分利用超系統(吊車)并設計可移動式的導向輪系統，即方案10。

5 結語

經過現場實際使用測試，方案10完全滿足對系統的要求，且制造投入少、維護負擔小，相比其他方案優勢明顯。通過運用TRIZ理論，極大地提高了技術問題分析求解的效率，同時還保證了方案的有效性、針對性和經濟性，對企業解決技術難題和進行技術創新意義非凡。

[1] 成思源.技術處創新方法——TRIZ理論及應用[M].北京：清華大學出版社，2014.

[2] 檀潤華.TRIZ及應用：技術創新過程與方法[M].北京：高等教育出版社，2010.

杜振宇： 300456，天津市濱海新區塘沽新港一號路1號

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