基于TRIZ理論的耐磨混凝土彎頭的設(shè)計(jì).doc

基于TRIZ理論的耐磨混凝土彎頭的設(shè)計(jì) 馬建偉 （山推楚天工程機(jī)械有限公司湖北武漢） 摘要：應(yīng)用理論，根據(jù)推薦的解決技術(shù)矛盾的發(fā)明原理，分析混凝土彎頭耐磨的技術(shù)矛盾，并將其用個(gè)工程參數(shù)描述，通過(guò)矛盾矩陣，查詢出相應(yīng)的解決發(fā)明原理。結(jié)合耐磨材料技術(shù)，擬定相應(yīng)解決方案。最終，設(shè)計(jì)出使用壽命更長(zhǎng)的的耐磨混凝土彎頭。 關(guān)鍵詞：混凝土彎頭；磨損； ：TH122：646 基金項(xiàng)目：科技部科技基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)“湖北省創(chuàng)新方法應(yīng)用推廣與示范”（項(xiàng)目編號(hào)：） ： 引言 混凝土臂架泵車是一種先進(jìn)的混凝土輸送設(shè)備，以其快速高效靈活方便等顯著的特點(diǎn)，近年來(lái)已被廣泛用于工業(yè)設(shè)施、民用建筑、國(guó)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?shù)較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(lái)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(zhì)主要是合金鋼，直管的使用壽命一般是萬(wàn)方，而彎頭的使用壽命更短，只有萬(wàn)方左右。砼配管的耐磨性一直是各泵車生產(chǎn)廠家研究的難點(diǎn)之一。應(yīng)用先進(jìn)有效的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法學(xué)理論（發(fā)明問(wèn)題解決理論），針對(duì)混凝土彎頭的工作原理，結(jié)合新材料的耐磨技術(shù)，進(jìn)行了耐磨混凝土彎頭的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。 理論 是基于知識(shí)的、面向人的發(fā)明問(wèn)題解決系統(tǒng)化方法學(xué)。早期的發(fā)明往往采用試錯(cuò)法，漫無(wú)目標(biāo)，耗費(fèi)巨大，創(chuàng)新效率極低。通過(guò)對(duì)大量的發(fā)明設(shè)計(jì)研究后發(fā)現(xiàn)：在以往不同領(lǐng)域的發(fā)明中所用到的原理（方法）并不多，不同時(shí)代的發(fā)明、不同領(lǐng)域的發(fā)明中所用到的原理（方法）被反復(fù)使用；每條發(fā)明原理（方法）并不限定應(yīng)用于某一特殊領(lǐng)域，而是融合了物理的、化學(xué)的和各工程領(lǐng)域的原理，這些原理適用于不同領(lǐng)域的發(fā)明創(chuàng)造和創(chuàng)新；類似的沖突或問(wèn)題與該問(wèn)題的解決原理在不同的工業(yè)及科學(xué)領(lǐng)域交替出現(xiàn)；技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化的模式（規(guī)律）在不同的工程及科學(xué)領(lǐng)域交替出現(xiàn)；創(chuàng)新設(shè)計(jì)所依據(jù)的科學(xué)原理往往屬于其它領(lǐng)域。正是基于這一思想，阿奇舒勒與前蘇聯(lián)專家經(jīng)過(guò)多年對(duì)數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的專利文獻(xiàn)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(wèn)題的理論方法體系。的主要內(nèi)容包括：技術(shù)系統(tǒng)演變的個(gè)模式、條發(fā)明原理、個(gè)技術(shù)參數(shù)、沖突矩陣、個(gè)發(fā)明性問(wèn)題的標(biāo)準(zhǔn)解決方案、（發(fā)明問(wèn)題解決算法）和工程知識(shí)庫(kù)等。 基本原理 矛盾原理是的重要組成部分，包括技術(shù)矛盾和物理矛盾。阿奇舒勒定義的技術(shù)矛盾是指：一個(gè)作用同時(shí)導(dǎo)致有用及有害兩種結(jié)果，為了改善技術(shù)系統(tǒng)的某個(gè)參數(shù)，導(dǎo)致該技術(shù)系統(tǒng)的另一個(gè)參數(shù)惡化。其典型描述為：當(dāng)使改善，就會(huì)惡化，反之亦然。為了把實(shí)際工程設(shè)計(jì)中的矛盾轉(zhuǎn)化為一般或標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)矛盾，提出了用個(gè)通用工程參數(shù)描述技術(shù)矛盾沖突。個(gè)通用工程參數(shù)是連接具體問(wèn)題與的橋梁，借助于個(gè)通用工程參數(shù)可將一個(gè)具體問(wèn)題轉(zhuǎn)化并表達(dá)為標(biāo)準(zhǔn)的問(wèn)題。除了轉(zhuǎn)化工具，阿奇舒勒還提出了問(wèn)題解決工具矛盾矩陣（表）。阿奇舒勒對(duì)不同行業(yè)的不同問(wèn)題解決方法總結(jié)歸納后得到個(gè)常用的解決問(wèn)題方法，并將個(gè)通用工程參數(shù)與條發(fā)明原理建立了對(duì)應(yīng)關(guān)系，稱為矛盾矩陣（見(jiàn)表）。實(shí)際應(yīng)用中，特定技術(shù)矛盾所對(duì)應(yīng)的變好規(guī)范特性和變壞規(guī)范特性對(duì)應(yīng)行與列的相交處的數(shù)字，便是推薦的發(fā)明原理序號(hào)集。 應(yīng)用技術(shù)矛盾解決工程問(wèn)題的一般步驟為：在因果分析功能分析找到問(wèn)題點(diǎn)， 運(yùn)用三步法定義技術(shù)矛盾，查詢矛盾矩陣找出對(duì)應(yīng)的發(fā)明原理，將發(fā)明原理類比應(yīng)用得到最終的工程問(wèn)題解決方案。圖表明了技術(shù)矛盾解題的全過(guò)程。 基于理論的設(shè)計(jì) 確定問(wèn)題點(diǎn) 針對(duì)混凝土彎頭在摩擦力和沖擊力的共同作用下被磨穿的問(wèn)題，我們初步思路就是對(duì)彎頭易破損部位進(jìn)行局部加厚，從而延長(zhǎng)彎頭的使用壽命。但是由此也帶來(lái)了新的問(wèn)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(gè)統(tǒng)配管系統(tǒng)平衡性變差，泵送時(shí)震動(dòng)加劇。 定義技術(shù)矛盾 運(yùn)用工程問(wèn)題描述理論，將上述問(wèn)題轉(zhuǎn)化為矛盾問(wèn)題模型。參照個(gè)工程參數(shù)，對(duì)彎頭局部加厚可以描述為標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)強(qiáng)度，彎頭重量增加可以描述為靜止物體的重量。 技術(shù)矛盾為強(qiáng)度，靜止物體的重量。 利用創(chuàng)新原理解決問(wèn)題模型 根據(jù)上面定義的技術(shù)矛盾，查詢矛盾矩陣，得到創(chuàng)新原理， ，。 創(chuàng)新原理復(fù)合材料原理用復(fù)合材料代替均質(zhì)材料。 創(chuàng)新原理復(fù)制原理。 創(chuàng)新原理廉價(jià)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(yīng)用 利用以上推薦的創(chuàng)新原理，結(jié)合彎頭實(shí)際的工作原理，類比應(yīng)用得到以下幾種解決方案。 復(fù)合材料彎頭 方案描述：采用復(fù)合材料替換純鋼彎頭，外層采用鋼材，內(nèi)層采用耐磨陶瓷。 快速更換彎頭 方案描述：用簡(jiǎn)單的、廉價(jià)的彎頭復(fù)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(lái)實(shí)現(xiàn)快速更換彎頭。 可更換管套彎頭 方案描述：在彎頭內(nèi)側(cè)安裝一個(gè)廉價(jià)的磨損套管。用一個(gè)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(lái)，采用法蘭連接裝在彎頭上。 方案實(shí)施 通過(guò)對(duì)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(shí)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(guò)連接件（螺栓螺母）連接在一起；連接法蘭面增加密封墊，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)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(gè)彎頭的使用壽命得到提升，又不至于成本大幅上升；通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(jié)論 理論可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速創(chuàng)新，是解決技術(shù)問(wèn)題強(qiáng)有力的理論工具。它可以使設(shè)計(jì)人員突破思維慣性，進(jìn)行創(chuàng)造性思維；并可以為