基于TRIZ理論的耐磨混凝土彎頭的設計.doc

基于TRIZ理論的耐磨混凝土彎頭的設計 馬建偉 （山推楚天工程機械有限公司湖北武漢） 摘要：應用理論，根據推薦的解決技術矛盾的發(fā)明原理，分析混凝土彎頭耐磨的技術矛盾，并將其用個工程參數描述，通過矛盾矩陣，查詢出相應的解決發(fā)明原理。結合耐磨材料技術，擬定相應解決方案。最終，設計出使用壽命更長的的耐磨混凝土彎頭。 關鍵詞：混凝土彎頭；磨損； ：TH122：646 基金項目：科技部科技基礎性工作專項“湖北省創(chuàng)新方法應用推廣與示范”（項目編號：） ： 引言 混凝土臂架泵車是一種先進的混凝土輸送設備，以其快速高效靈活方便等顯著的特點，近年來已被廣泛用于工業(yè)設施、民用建筑、國防工程等混凝土澆注工作。砼配管是混凝土泵車的重要零部件，包括彎頭和直管?；炷恋哪Σ料禂递^大且直接與砼配管接觸，除了受到較大的摩擦力之外，還要受到由混凝土換向帶來的巨大沖擊力。在兩種力的綜合作用下，混凝土彎頭管壁很快被磨穿。目前砼配管的材質主要是合金鋼，直管的使用壽命一般是萬方，而彎頭的使用壽命更短，只有萬方左右。砼配管的耐磨性一直是各泵車生產廠家研究的難點之一。應用先進有效的創(chuàng)新設計方法學理論（發(fā)明問題解決理論），針對混凝土彎頭的工作原理，結合新材料的耐磨技術，進行了耐磨混凝土彎頭的創(chuàng)新設計。 理論 是基于知識的、面向人的發(fā)明問題解決系統(tǒng)化方法學。早期的發(fā)明往往采用試錯法，漫無目標，耗費巨大，創(chuàng)新效率極低。通過對大量的發(fā)明設計研究后發(fā)現：在以往不同領域的發(fā)明中所用到的原理（方法）并不多，不同時代的發(fā)明、不同領域的發(fā)明中所用到的原理（方法）被反復使用；每條發(fā)明原理（方法）并不限定應用于某一特殊領域，而是融合了物理的、化學的和各工程領域的原理，這些原理適用于不同領域的發(fā)明創(chuàng)造和創(chuàng)新；類似的沖突或問題與該問題的解決原理在不同的工業(yè)及科學領域交替出現；技術系統(tǒng)進化的模式（規(guī)律）在不同的工程及科學領域交替出現；創(chuàng)新設計所依據的科學原理往往屬于其它領域。正是基于這一思想，阿奇舒勒與前蘇聯專家經過多年對數以百萬計的專利文獻加以搜集、研究、歸納、提煉，建立起一整套體系化、使用的解決發(fā)明問題的理論方法體系。的主要內容包括：技術系統(tǒng)演變的個模式、條發(fā)明原理、個技術參數、沖突矩陣、個發(fā)明性問題的標準解決方案、（發(fā)明問題解決算法）和工程知識庫等。 基本原理 矛盾原理是的重要組成部分，包括技術矛盾和物理矛盾。阿奇舒勒定義的技術矛盾是指：一個作用同時導致有用及有害兩種結果，為了改善技術系統(tǒng)的某個參數，導致該技術系統(tǒng)的另一個參數惡化。其典型描述為：當使改善，就會惡化，反之亦然。為了把實際工程設計中的矛盾轉化為一般或標準技術矛盾，提出了用個通用工程參數描述技術矛盾沖突。個通用工程參數是連接具體問題與的橋梁，借助于個通用工程參數可將一個具體問題轉化并表達為標準的問題。除了轉化工具，阿奇舒勒還提出了問題解決工具矛盾矩陣（表）。阿奇舒勒對不同行業(yè)的不同問題解決方法總結歸納后得到個常用的解決問題方法，并將個通用工程參數與條發(fā)明原理建立了對應關系，稱為矛盾矩陣（見表）。實際應用中，特定技術矛盾所對應的變好規(guī)范特性和變壞規(guī)范特性對應行與列的相交處的數字，便是推薦的發(fā)明原理序號集。 應用技術矛盾解決工程問題的一般步驟為：在因果分析功能分析找到問題點， 運用三步法定義技術矛盾，查詢矛盾矩陣找出對應的發(fā)明原理，將發(fā)明原理類比應用得到最終的工程問題解決方案。圖表明了技術矛盾解題的全過程。 基于理論的設計 確定問題點 針對混凝土彎頭在摩擦力和沖擊力的共同作用下被磨穿的問題，我們初步思路就是對彎頭易破損部位進行局部加厚，從而延長彎頭的使用壽命。但是由此也帶來了新的問題，局部加厚使彎頭重量增加，整車重量也因此增加，造成整個統(tǒng)配管系統(tǒng)平衡性變差，泵送時震動加劇。 定義技術矛盾 運用工程問題描述理論，將上述問題轉化為矛盾問題模型。參照個工程參數，對彎頭局部加厚可以描述為標準參數強度，彎頭重量增加可以描述為靜止物體的重量。 技術矛盾為強度，靜止物體的重量。 利用創(chuàng)新原理解決問題模型 根據上面定義的技術矛盾，查詢矛盾矩陣，得到創(chuàng)新原理， ，。 創(chuàng)新原理復合材料原理用復合材料代替均質材料。 創(chuàng)新原理復制原理。 創(chuàng)新原理廉價品替代原理。 創(chuàng)新原理分割原理將物體分成容易組裝和拆卸的部分。 類比應用 利用以上推薦的創(chuàng)新原理，結合彎頭實際的工作原理，類比應用得到以下幾種解決方案。 復合材料彎頭 方案描述：采用復合材料替換純鋼彎頭，外層采用鋼材，內層采用耐磨陶瓷。 快速更換彎頭 方案描述：用簡單的、廉價的彎頭復制品代替易損的彎頭。為了更換彎頭的便捷性，采用快速接頭來實現快速更換彎頭。 可更換管套彎頭 方案描述：在彎頭內側安裝一個廉價的磨損套管。用一個新的磨損套管更換舊的磨損套筒是很容易的。 可拆卸耐磨混凝土彎頭 方案描述：將彎頭易磨損部位拆分出來，采用法蘭連接裝在彎頭上。 方案實施 通過對上述方案的可行性、成本、使用壽命等方面的分析，最后選擇方案可拆卸耐磨混凝土彎頭作為實施方案?；炷翉濐^有本體（紅色部分）和耐磨件（黃色）組成，二者通過連接件（螺栓螺母）連接在一起；連接法蘭面增加密封墊，以實現整個彎頭的密封，防止混凝土從法蘭面泄露；彎頭本體采用普通鋼材，耐磨件采用新型耐磨材料，從而整個彎頭的使用壽命得到提升，又不至于成本大幅上升；通過實驗證明，新型可拆卸式耐磨混凝土彎頭的使用壽命為原彎頭的倍，成本僅為原彎頭成本的倍。 結論 理論可以實現產品的快速創(chuàng)新，是解決技術問題強有力的理論工具。它可以使設計人員突破思維慣性，進行創(chuàng)造性思維；并可以為