基于TRIZ理論的圓盤剪刀盤滴油裝置創(chuàng)新設(shè)計(jì)

賈海亮，景群平，冀俊杰，張康武，鄧良豐，李建文，張寧國(guó)

(1.中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司，陜西 西安 710032；2.武漢鋼鐵有限公司硅鋼事業(yè)部，湖北 武漢 430083)

0 前言

切邊圓盤剪是金屬板帶精整作業(yè)線(重卷、縱剪、拉矯、酸洗等機(jī)組)上的核心設(shè)備之一。用來(lái)將帶鋼兩側(cè)邊不合格部分剪切掉，并保證整個(gè)帶鋼寬度一致，提高帶鋼的寬度精度。剪切時(shí), 上下兩個(gè)圓盤刀以相等于板帶的運(yùn)動(dòng)速度做圓周運(yùn)動(dòng), 形成一對(duì)無(wú)端點(diǎn)的剪刃，對(duì)帶鋼進(jìn)行連續(xù)剪切。板帶剪切過程是上下刀的刃口距離隨著刀盤不斷轉(zhuǎn)動(dòng)逐漸減小,中間的板帶被刀片不斷地切入, 使板帶材料發(fā)生變形, 最終被完全切斷的過程[1-4]。刀盤剪切鋼板時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量和鐵屑，導(dǎo)致刀盤發(fā)熱磨損，降低刀盤使用壽命，從而導(dǎo)致刀具損耗增加，換刀頻繁，占用生產(chǎn)時(shí)間增加，生產(chǎn)成本提高。通常在圓盤剪上設(shè)置刀盤滴油裝置，用來(lái)對(duì)刀盤進(jìn)行潤(rùn)滑冷卻清掃，提高剪切質(zhì)量，延長(zhǎng)刀盤使用壽命，降低生產(chǎn)成本。但在實(shí)際使用中，經(jīng)常出現(xiàn)刀盤潤(rùn)滑冷卻清掃效果不好，以致刀盤磨損加劇，因此，對(duì)圓盤剪刀盤滴油裝置進(jìn)行升級(jí)換代勢(shì)在必行。

TRIZ 理論是在歸納總結(jié)了海量發(fā)明專利的基礎(chǔ)上，提出的基于知識(shí)的、面向人的發(fā)明問題解決理論和系統(tǒng)化的方法學(xué)。由分析問題、解決問題和實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的各種方法及工具組成。將TRIZ 理論應(yīng)用到產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程中，有條理地、系統(tǒng)地指導(dǎo)產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，能夠大大縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，提高問題解決的效率[5-9]。本文基于TRIZ 理論對(duì)圓盤剪刀盤滴油裝置進(jìn)行了系統(tǒng)分析，找出裝置的不足與缺陷之處，并對(duì)其進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

1 圓盤剪刀盤滴油裝置問題分析

圓盤剪刀盤滴油裝置通常設(shè)置在圓盤剪頂部，由油箱、管接頭、開關(guān)球閥、流量調(diào)節(jié)球閥、鋼管、軟管和海綿布等組成，如圖1所示。油箱通過支架固定在圓盤剪機(jī)架頂部，海綿布通過海綿布支架固定在圓盤剪機(jī)架側(cè)面，海綿布設(shè)置在圓盤剪刀盤上部且與刀盤接觸；油箱側(cè)面設(shè)置有油標(biāo)，油箱頂部設(shè)置有油箱蓋；海綿布支架一側(cè)加工環(huán)形槽，用細(xì)鐵絲將海綿布固定在支架的環(huán)形槽處。

圖1 圓盤剪刀盤滴油裝置

油箱、開關(guān)球閥、管接頭、鋼管、流量調(diào)節(jié)球閥、軟管、海綿布組成滴油系統(tǒng)；油箱設(shè)置在滴油裝置的最高位，依靠重力的作用對(duì)圓盤剪刀盤進(jìn)行滴油潤(rùn)滑冷卻；管路中設(shè)置有開關(guān)球閥，當(dāng)?shù)侗P工作時(shí)，由操作工將開關(guān)球閥打開，開始滴油，當(dāng)?shù)侗P停止工作時(shí)，由操作工將開關(guān)球閥關(guān)閉，停止滴油；管路中設(shè)置有流量調(diào)節(jié)球閥，可以對(duì)滴油量進(jìn)行調(diào)節(jié)；管路的末端設(shè)置有海綿布，海綿布與刀盤輕微接觸，可使刀盤得到均勻的潤(rùn)滑油且將刀盤上的鐵屑擦掉。

根據(jù)圖1各組件之間的關(guān)系，建立刀盤滴油裝置的功能模型，如圖2所示。

結(jié)合圓盤剪刀盤滴油裝置功能模型及實(shí)際使用中存在的問題，現(xiàn)有圓盤剪刀盤滴油裝置存在以下3個(gè)方面的問題。(1)當(dāng)圓盤剪工作時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)操作工忘記打開開關(guān)球閥，滴油裝置無(wú)法滴油，影響刀盤使用壽命；當(dāng)圓盤剪停止工作時(shí)，操作工忘記關(guān)閉開關(guān)球閥，滴油裝置繼續(xù)滴油，造成油的浪費(fèi)。因此開關(guān)球閥對(duì)潤(rùn)滑油的控制功能和操作工對(duì)開關(guān)球閥的控制功能屬于不足功能。(2)海綿布與刀盤接觸，刀盤旋轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致海綿布磨損，海綿布磨損后無(wú)法將刀盤上的鐵屑擦掉，也無(wú)法將潤(rùn)滑油均勻的刷到刀盤上，且海綿布磨損后更換不便，影響刀盤使用壽命。分析得出刀盤對(duì)海綿布的磨損屬于有害功能，海綿布對(duì)刀盤的清掃和對(duì)潤(rùn)滑油的分散屬于不足功能。(3)流量調(diào)節(jié)球閥用的是普通球閥，對(duì)潤(rùn)滑油調(diào)節(jié)不精確，屬于不足功能。

圖2 圓盤剪刀盤滴油裝置功能模型

對(duì)圓盤剪刀盤滴油裝置進(jìn)行因果軸分析，得出圓盤剪刀盤滴油裝置因果軸分析圖，如圖3所示。

圖3 圓盤剪刀盤滴油裝置因果軸分析

針對(duì)圓盤剪刀盤滴油裝置中出現(xiàn)的問題，應(yīng)用物質(zhì)-場(chǎng)問題求解策略、沖突理論和裁剪法對(duì)問題進(jìn)行求解。

2 圓盤剪刀盤滴油裝置創(chuàng)新設(shè)計(jì)

2.1 開關(guān)球閥創(chuàng)新設(shè)計(jì)

針對(duì)問題1，開關(guān)球閥對(duì)潤(rùn)滑油的控制功能和操作工對(duì)開關(guān)球閥的控制功能不足，應(yīng)用TRIZ理論的物質(zhì)-場(chǎng)工具進(jìn)行分析[10-11]，構(gòu)建物質(zhì)-場(chǎng)分析模型，如圖4所示。其中, S2對(duì)S1的作用為不足作用，采用76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解中第2.2子類加強(qiáng)物場(chǎng)模型的啟示進(jìn)行求解，其中第2.2子類包含的標(biāo)準(zhǔn)解如表1所示。

S1-潤(rùn)滑油;S2-為開關(guān)球閥;F-機(jī)械場(chǎng)圖4 物質(zhì)-場(chǎng)分析模型

子類標(biāo)準(zhǔn)解S2 2加強(qiáng)物場(chǎng)模型S2 2 1使用更可控制的場(chǎng)S2 2 2增加物質(zhì)的分割程度S2 2 3使用毛細(xì)管和多孔的物質(zhì)S2 2 4使系統(tǒng)更加動(dòng)態(tài)化S2 2 5使用異構(gòu)場(chǎng)S2 2 6使用異構(gòu)物質(zhì)

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)解S 2.2.1 用更加容易控制的場(chǎng)代替原來(lái)不容易控制的場(chǎng)，或者疊加到不容易控制的場(chǎng)上的啟示，將S′2電動(dòng)馬達(dá)疊加到S2開關(guān)球閥上，制成微型電動(dòng)球閥，當(dāng)?shù)侗P工作時(shí)，微型電動(dòng)球閥打開，開始滴油，當(dāng)?shù)侗P停止工作時(shí)，微型電動(dòng)球閥關(guān)閉，停止滴油，微型電動(dòng)球閥開閉靠電氣程序控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)滴油。

2.2 海綿布創(chuàng)新設(shè)計(jì)

針對(duì)問題2，為提高潤(rùn)滑油對(duì)刀盤的潤(rùn)滑冷卻效果，需要海綿布強(qiáng)度增大，以確保海綿布不容易磨損，長(zhǎng)期給刀盤提供良好潤(rùn)滑并將鐵屑清掃掉；但海綿布強(qiáng)度提高后，會(huì)導(dǎo)致加工制造困難，可制造性變差。因此，可將強(qiáng)度作為改善的參數(shù)，將可制造性作為惡化的參數(shù)，建立如表2所示的矛盾矩陣[12-13]。

表2 矛盾矩陣

根據(jù)矛盾矩陣可知，可能解決此問題的發(fā)明原理有：11事先防范原理；3局部質(zhì)量原理；10預(yù)先作用原理；32顏色改變?cè)?。?duì)上述原理進(jìn)行分析，可知運(yùn)用發(fā)明原理10能解決此問題。

發(fā)明原理10預(yù)先作用原理：(1)預(yù)先對(duì)物體(全部或部分)施加必要的改變；(2)預(yù)先安置物體，使其在最方便的位置，開始發(fā)揮作用而不浪費(fèi)運(yùn)送的時(shí)間。具體到本次需要解決的問題中時(shí)，可預(yù)先將海綿布或高強(qiáng)度的棕櫚毛的一端固定到螺紋接頭上，同時(shí)在毛刷支架上加工螺紋接頭，海綿布或棕櫚毛可以和螺紋接頭提前批量加工，提高其可制造性，如圖5所示。

圖5 毛刷

2.3 流量調(diào)節(jié)球閥創(chuàng)新設(shè)計(jì)

流量調(diào)節(jié)球閥用的是普通球閥，對(duì)潤(rùn)滑油調(diào)節(jié)不精確，可運(yùn)用裁剪法解決[14-15]，如圖6所示，其原理為：技術(shù)系統(tǒng)的新添組件可以完成組件A的功能。

圖6 裁剪模型

具體到該問題中就是將系統(tǒng)中的普通球閥裁剪掉，用流量調(diào)節(jié)更精確的針閥代替，如圖7所示。

圖7 用針閥代替普通球閥

3 改進(jìn)后的圓盤剪刀盤自動(dòng)滴油裝置

根據(jù)開關(guān)球閥、海綿布和流量調(diào)節(jié)球閥的創(chuàng)新設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體升級(jí)改進(jìn)，改進(jìn)后的圓盤剪刀盤自動(dòng)滴油裝置如圖8所示，包括：油箱、微型電動(dòng)球閥、管接頭、鋼管、管夾、針閥、快插接頭、軟管、毛刷、毛刷支架、油箱支架、油標(biāo)、油箱蓋和合頁(yè)；油箱通過油箱支架固定在圓盤剪機(jī)架頂部，毛刷通過毛刷支架固定在圓盤剪機(jī)架側(cè)面，毛刷設(shè)置在圓盤剪刀盤上部且刷毛與刀盤接觸；油箱側(cè)面設(shè)置有油標(biāo)，油箱頂部設(shè)置有油箱蓋，油箱蓋與油箱之間通過合頁(yè)連接；毛刷支架一側(cè)加工外螺紋，用于與毛刷連接，另一側(cè)加工內(nèi)螺紋，用于與快插接頭連接。

1.油箱 2.微型電動(dòng)球閥 3.管接頭 4.鋼管 5.管夾 6.針閥 7.快插接頭 8.軟管 9.毛刷 10.毛刷支架 11.油箱支架 12.油標(biāo) 13.油箱蓋 14.合頁(yè) 15.圓盤剪刀盤 16.圓盤剪機(jī)架圖8 圓盤剪刀盤自動(dòng)滴油裝置

油箱、微型電動(dòng)球閥、管接頭、鋼管、針閥、快插接頭、軟管、毛刷組成自動(dòng)滴油系統(tǒng)；油箱設(shè)置在滴油裝置的最高位，依靠重力的作用對(duì)圓盤剪刀盤進(jìn)行滴油潤(rùn)滑冷卻；管路中設(shè)置有微型電動(dòng)球閥，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)滴油，當(dāng)?shù)侗P工作時(shí)，微型電動(dòng)球閥打開，開始滴油，當(dāng)?shù)侗P停止工作時(shí)，微型電動(dòng)球閥關(guān)閉，停止滴油，微型電動(dòng)球閥開閉靠電氣程序控制；管路中設(shè)置有針閥，可以對(duì)滴油量進(jìn)行精確控制；管路的末端設(shè)置有毛刷，刷毛與刀盤輕微接觸，可使刀盤得到均勻的潤(rùn)滑油，且接觸面積大，潤(rùn)滑冷卻清掃效果好。

該圓盤剪刀盤自動(dòng)滴油裝置已成功申請(qǐng)發(fā)明專利(ZL 201410193075.6)，且在實(shí)際生產(chǎn)中得到了很好的應(yīng)用。

4 結(jié)論

利用TRIZ理論可以大大地加快人們創(chuàng)造發(fā)明的進(jìn)程，進(jìn)而能得到高質(zhì)量的創(chuàng)新產(chǎn)品。應(yīng)用此方法對(duì)圓盤剪刀盤滴油裝置進(jìn)行了功能分析和因果分析，找出模型中存在的問題，應(yīng)用物質(zhì)-場(chǎng)問題求解策略、沖突理論和裁剪法分別對(duì)開關(guān)球閥、海綿布和流量調(diào)節(jié)球閥進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，得到了圓盤剪刀盤自動(dòng)滴油裝置。該裝置自動(dòng)化程度高，滴油量控制精確，對(duì)切邊圓盤剪刀盤的潤(rùn)滑冷卻清掃效果好，且避免了潤(rùn)滑油的浪費(fèi)。

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