基于TRIZ理論對10 m3電鏟旋轉氣接頭的優化研究

林震源 袁英杰 尹 力 張 建 陶雪宏 王本金

（馬鋼（集團）控股有限公司南山礦業公司）

電動挖掘機又稱電鏟，是露天礦主要采掘設備。WK-10B 電鏟是WK-10 型電鏟的第三代改進機型，屬于礦用機械正鏟式挖掘機，主要用來剝離和采掘露天礦山的巖石及礦石。此種電鏟單臺每班次（9 h）可采掘1萬t左右的原礦，生產效率十分高。

1 問題背景

WK-10B電鏟的各運動部分都為電機驅動，制動部分為氣動抱閘控制，且為常閉式控制，氣壓系統失壓時自動抱死。因此保證供氣系統的穩定可靠是電鏟安全運行的重要工作。此種電鏟中央樞軸上部的行走旋轉供氣裝置一旦出現磨損漏氣，會造成整個電鏟車下行走部分無法正常工作。且因其結構特殊，出現此種故障后，拆裝工作量大，對采場的生產組織造成很大的影響。

因為電鏟的平臺部分與底盤行走部分是作相對回轉運動的，所以由平臺主氣路輸至行走部分的壓縮空氣必須經過旋轉供氣裝置才能輸送。而且，在供氣裝置的上部，還依次安置有低壓集電環和高壓集電環（6 000 V），所以要想更換氣接頭內部的V 型組合密封圈，就必須將整臺電鏟的高壓電拉斷。另從外部變壓器引入維修用電，然后將外部護罩拆除，之后將四道高壓集電環及各電纜接頭拆除，再將十幾道低壓集電環及各電纜、小線接頭拆除，最后才能對供氣裝置進行拆解，拆解后更換V 型密封組件；然后再逐步進行恢復組裝、試車。整個檢修過程十分繁瑣，難度較大［1，2］。

2 基于TRIZ理論的技術難題突破

2.1 技術矛盾分析

應用TRIZ 創新方法對所訴問題進行分析［3-5］。首先對系統進行功能分析，明確系統中各組件的有用功能、不足功能、有害功能以及過度功能，詳細了解技術系統中組件之間的相互作用關系（見圖1）。

系統分析發現影響功能的因素有：①壓縮空氣擠壓密封件的有害功能；②密封件磨損供氣裝置的有害功能；③低壓環覆蓋供氣裝置的有害功能；④套管穿過各部件的有害功能；⑤供氣裝置支撐磨損密封件的過度功能。

為了進一步找出影響系統正常功能的原因，以現實問題為起點，通過因果邏輯層層剖析，得出對問題有影響的相應因素。對系統進行因果鏈分析如圖2所示，為下一步做技術矛盾分析尋找入手點。

當想改善技術系統中某一特性和參數時，同時引起系統中另一特性或參數的惡化，這就產生了技術矛盾。從因果分析、功能分析發現，檢修困難的原因是結構設計造成的。如果改變裝置或部件的結構，那么將簡化檢修過程，提高檢修效率，但是會增加裝置的復雜性，存在技術矛盾。

將問題中的參數用TRIZ理論的工程參數進行定義描述，得到技術矛盾。①改善的參數：易維修性；②惡化的參數：裝置的復雜性。通過查找TRIZ 矛盾矩陣表中改善參數與惡化參數的交集欄，獲得了01（分割原理）、11（預補償原理）、13（反向作用原理）、35（物理及化學參數改變原理）4個推薦改進原理。

通過01號原理（分割原理：將體系分割成相互獨立的幾個部分，以便于實現系統的改造）提示，獲得了2個解決方案。

（1）方案1。將氣接頭做成分腔式，當一個腔出現漏氣時，更換其他分腔使用。

（2）方案2。將氣接頭結構做成分體式，可以直接更換密封圈的形式，減少拆卸過程。

通過11號原理（預補償原理：通過預先準備好的應急措施—如備用系統、矯正措施等來補償對象較低的可靠性）又獲得2個解決方案：

（3）方案3。在事先安裝氣接頭密封圈時，多加裝一道密封圈，增強密封效果延長使用周期。

（4）方案4。將氣接頭改制成可安裝預留密封圈的形式，在維修時多預留幾個密封圈，方便下次檢修。

2.2 物理矛盾

在本系統中如果抬高氣接頭的位置，將其置于高、低集電環與護罩之上，那么就能大大減小檢修的難度與工作量；如果降低氣接頭的位置，將其置于高低壓集電環的下部，那么可以不需考慮風管的絕緣問題，存在物理矛盾。

解決物理矛盾的核心思想是實現矛盾雙方的分離，即空間、時間、條件分離以及整體與部分分離。現有矛盾適合采用空間分離，在推薦的相關發明原理中通過17號發明原理（空間維數變化原理）獲得提示，得到解決方案5：將氣接頭改造后置于高低壓集電環之上，將風管換成高壓絕緣管，經過各部件的空腔給車下供氣。

2.3 物場分析

針對旋轉供氣裝置漏氣問題進行物場分析，根據物場模型76 個標準解查表得到標準解法：將原物場模型轉化為復雜的鏈式物場模型，如圖3。通過增加一個新的供氣裝置，增強物場模型。

2.4 方案評價

根據對設備維修率與改造經濟性的綜合對比，對所獲得的6 個解決方案進行對比分析（見表1），最終采用方案6，其優點是可以提高系統的可靠度，將原有的行走氣路由串聯系統改為并聯系統，并聯能提高系統的可靠度與維修性。同時在達到優化的前提下，改造方案成本最低。通過采用一種外形體積小巧的旋轉氣接頭并聯接入行走氣路，作為備用氣路，當原氣接頭損壞時，將備用氣路接入使用，見圖4。

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3 成果介紹

改造后每次檢修僅需一名鉗工，耗時1 h，提高工效約80 倍。間接經濟效益是每班次可生產1 萬t 原礦，那么2.5 d 生產5 萬t 原礦。通過對WK-10B 電鏟行走旋轉供氣裝置的優化，大大提高了設備可靠度和維修性。

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4 結 語

通過應用TRIZ 理論獲取改造創新提示，并結合實際生產條件，選擇直接有效的方案：對供氣系統增設并聯供氣裝置。最終提高了設備的可靠度與維修性，同時獲得了較大的間接效益。