鋼絲繩電動(dòng)葫蘆是一種輕小型起重設(shè)備，具有體積小、自重輕、操作簡(jiǎn)單和使用方便等特點(diǎn)，常用于工礦企業(yè)、倉(cāng)儲(chǔ)碼頭等場(chǎng)所，鋼絲繩電動(dòng)葫蘆上的導(dǎo)繩器為使鋼絲繩按規(guī)定間隔整齊地繞上卷筒的裝置，當(dāng)導(dǎo)繩器在卷筒上移動(dòng)與鋼絲繩的卷繞不能同步時(shí)，常有導(dǎo)繩器被拉壞、連接桿被折彎等現(xiàn)象。導(dǎo)繩器的破裂會(huì)使導(dǎo)繩器無(wú)法完成其壓繩、排繩的功能，同時(shí)可能致使高度限位無(wú)效，導(dǎo)致過卷?yè)P(yáng)事故的發(fā)生。維修損壞的導(dǎo)繩器時(shí)，更換弧形壓板非常麻煩，并具有一定的危險(xiǎn)性。針對(duì)這種情況，作者利用TRIZ理論對(duì)鋼絲繩電動(dòng)葫蘆導(dǎo)繩器進(jìn)行了分析，給出了解決方案，并將解決方案同時(shí)補(bǔ)充到TRIZ發(fā)明原理數(shù)據(jù)庫(kù)中，為其他設(shè)計(jì)者進(jìn)行類比創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供參考。

1 TRIZ理論

    TRIZ英文全稱是theory of the solution of inventive problems(發(fā)明問題解決理論)。該理論是蘇聯(lián)科學(xué)家G.S.Altshuller及一批研究人員在分析了世界各國(guó)250萬(wàn)件專利的基礎(chǔ)上提出來(lái)的，他們從這些最有效的解中抽象出TRIZ解決發(fā)明問題的基本方法，這些方法又可以普遍地適用于新出現(xiàn)的發(fā)明問題，協(xié)助人們獲得這些發(fā)明問題的最有效的解。

    Altshuller提出了用于描述沖突的39個(gè)通用工程參數(shù)和用于解決沖突的40個(gè)發(fā)明原理，并建立了對(duì)應(yīng)的關(guān)系，即沖突解決矩陣。在沖突解決矩陣中，第1行為惡化的工程參數(shù)，第1列為改進(jìn)的工程參數(shù)，行與列交叉處所對(duì)應(yīng)的數(shù)字為推薦采用的40條發(fā)明原理的序號(hào)，沖突矩陣的行和列使用的是通用的工程參數(shù)，推薦的發(fā)明原理是原理解，所以在設(shè)計(jì)過程中，要使用沖突解決矩陣就必須將設(shè)計(jì)中的特定問題進(jìn)行預(yù)先處理，即用TRIZ的39個(gè)工程參數(shù)描述沖突，并且要對(duì)使用沖突解決矩陣得到的標(biāo)準(zhǔn)解進(jìn)行后處理，即把標(biāo)準(zhǔn)解轉(zhuǎn)化為具體解。應(yīng)用沖突矩陣解決問題的一般過程如圖1所示。

圖1 TRIZ理論解決問題的一般流程

    TRIZ中的發(fā)明原理是由研究人員對(duì)不同領(lǐng)域的已有創(chuàng)新成果進(jìn)行分析、總結(jié)后得到的具有普遍意義的經(jīng)驗(yàn)，這些經(jīng)驗(yàn)對(duì)指導(dǎo)各領(lǐng)域的創(chuàng)新都有重要參考價(jià)值，實(shí)踐證明這些原理對(duì)于指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員的發(fā)明創(chuàng)造具有重要作用。當(dāng)找到確定的發(fā)明原理以后，就可以根據(jù)這些發(fā)明原理來(lái)考慮具體的解決方案。

    利用TRIZ矩陣將標(biāo)準(zhǔn)問題轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)解，所得到的原理解只是所抽象出來(lái)的一般性描述文字，根據(jù)TRIZ解決問題的一般過程構(gòu)建出計(jì)算機(jī)輔助創(chuàng)新系統(tǒng)，并根據(jù)發(fā)明原理構(gòu)造解決問題的樣例數(shù)據(jù)庫(kù)，使工程設(shè)計(jì)人員從其他行業(yè)得到解決類似問題的啟發(fā)，可以讓工程設(shè)計(jì)人員更為方便地從獲得的標(biāo)準(zhǔn)解得到解決具體問題切實(shí)可行的具體解。

2 鋼絲繩電動(dòng)葫蘆導(dǎo)繩器

    鋼絲繩電動(dòng)葫蘆是工廠、礦山、港口、倉(cāng)庫(kù)、貨場(chǎng)等處為提高勞動(dòng)效率、改善勞動(dòng)條件必備的常用起重設(shè)備之一。

    常見電動(dòng)葫蘆的結(jié)構(gòu)由起升電動(dòng)機(jī)、起升機(jī)構(gòu)減速裝置、制動(dòng)裝置、卷筒裝置、電動(dòng)小車、導(dǎo)繩器等部分組成，其外形結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 電動(dòng)葫蘆結(jié)構(gòu)組成示意圖

    其中5為現(xiàn)用電動(dòng)葫蘆導(dǎo)繩器，其組成結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖3 導(dǎo)繩器結(jié)構(gòu)示意圖

    電動(dòng)葫蘆導(dǎo)繩器的工作原理是：在圓鋼帶1繞曲的整體式內(nèi)螺紋導(dǎo)繩器塊4外周上固定連接一個(gè)弧形壓板3，弧形壓板中部設(shè)有過繩槽，弧形壓板兩端向外設(shè)有在電動(dòng)葫蘆外殼上滑動(dòng)的卡塊，安裝時(shí)將內(nèi)螺紋卡箍與卷筒上的螺紋對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)套在一起，再把鋼絲繩從弧形壓板中部的過繩槽內(nèi)引出與吊件相連即可。使用時(shí)鋼絲繩從弧形壓板中部的過繩槽內(nèi)通過，卷筒相對(duì)于導(dǎo)繩器軸向移動(dòng)使鋼繩按順次卷繞在卷筒上。

    其工作特點(diǎn)是，導(dǎo)繩器不能轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，隨鋼絲繩卷繞，由螺紋槽帶動(dòng)沿軸向移動(dòng)，隨時(shí)將所纏繞的鋼絲繩準(zhǔn)確地引入、引出卷筒的螺旋槽，鋼絲繩由弧形壓板上的過繩槽排出，同時(shí)當(dāng)電動(dòng)葫蘆升降到一定高度時(shí)，弧形壓板兩端的卡塊撥動(dòng)高度限位器傳動(dòng)桿上的卡塊，防止電動(dòng)葫蘆發(fā)生過卷?yè)P(yáng)或保持足夠的安全圈數(shù)。若導(dǎo)繩器在卷筒上的移動(dòng)與鋼絲繩的卷繞不同步、歪拉斜吊等違章操作行為常常會(huì)使導(dǎo)繩器被拉壞。

    當(dāng)導(dǎo)繩器發(fā)生損壞后需要對(duì)其弧形壓板更換時(shí)，需要從鋼絲繩繩端固定處進(jìn)行拆卸，然后取下?lián)p壞的弧形壓板，再安裝新的導(dǎo)繩器并重新固定繩端，非常麻煩，尤其在空中進(jìn)行就會(huì)更為困難。

3 對(duì)導(dǎo)繩器的改進(jìn)

    為了解決導(dǎo)繩器弧形壓板更換困難的問題，利用以TRIZ理論為基礎(chǔ)的創(chuàng)新系統(tǒng)對(duì)導(dǎo)繩器進(jìn)行分析研究。TRIZ理論中將可維修性作為一種通用工程參數(shù)，在維修性沖突解決過程中有2種基本思路：一是將維修性作為改善的一方，解決產(chǎn)品其他工程參數(shù)惡化的問題；二是將其他工程參數(shù)作為改善的一方，解決產(chǎn)品維修性惡化的問題。

    顯然在這里，想要提高的工程參數(shù)是產(chǎn)品的可維修性；而提高可維修性同時(shí)又不能使其惡化的工程參數(shù)，對(duì)電動(dòng)葫蘆生產(chǎn)商和電動(dòng)葫蘆使用者而言也不相同。由于導(dǎo)繩器只是電動(dòng)葫蘆上的零配件，對(duì)電動(dòng)葫蘆的使用者而言，在提高可維修性的同時(shí)，還需關(guān)注導(dǎo)繩器的強(qiáng)度參數(shù)不能惡化；導(dǎo)繩器的生產(chǎn)廠家要提高可維修性的同時(shí)還應(yīng)關(guān)注到導(dǎo)繩器裝置的復(fù)雜性及其本身的可制造性等因素。

    分析后將需改善的技術(shù)參數(shù)可維修性34、提高可維修性將可能惡化的技術(shù)參數(shù)強(qiáng)度14、可制造性32、裝置的復(fù)雜性36利用基于TRIZ理論構(gòu)建的創(chuàng)新設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行求解如圖4所示�？傻贸鲞m用發(fā)明原理分別為1，2，9，10，11，13，35。

圖4 利用技術(shù)參數(shù)得出適用發(fā)明原理

    選擇發(fā)明原理后可根據(jù)系統(tǒng)進(jìn)入如圖5所示界面。此界面可分為2個(gè)部分、4個(gè)區(qū)域。2個(gè)部分分別為原理部分和實(shí)例部分。4個(gè)區(qū)域?yàn)樵�理文字闡述區(qū)域、原理圖形解釋區(qū)域、實(shí)例文字闡述區(qū)域和實(shí)例圖形解釋區(qū)域。

圖5 分割發(fā)明原理

    分割原理的含義可細(xì)分為：1）把一個(gè)物體分成幾個(gè)部分；2）將物體分模塊組裝；3）提高物體的分割性。類比可拆鏟斗的唇緣設(shè)計(jì)等案例，將導(dǎo)繩器弧形壓板分為卡環(huán)、連接和出繩三個(gè)功能模塊部分。將連接和出繩兩個(gè)部分進(jìn)行分離，可得如圖6所示結(jié)構(gòu)。

圖6 由分割原理得弧形壓板結(jié)構(gòu)

    將弧形壓板分割為兩部分，采用壓塊3、螺栓2重新將其連接。若因?qū)ЮK器的損壞，需要更換弧形壓板，只需卸下螺栓，拿掉壓塊就可以將鋼絲繩直接拿出，而不必再將整根鋼絲繩從過繩孔抽出，才可維修更換導(dǎo)繩器弧形壓板。

    采用這種結(jié)構(gòu)，更換新的導(dǎo)繩器時(shí)，雖然可以避免將鋼絲繩繩端固定處拆卸后再重新固定，但明顯增加了裝置的復(fù)雜程度，受目前導(dǎo)繩器塊原有結(jié)構(gòu)的影響，實(shí)用性較差，暫時(shí)并不推薦使用。

    采用發(fā)明原理2分離（分開）的設(shè)計(jì)思路，將弧形壓板上的過繩功能和導(dǎo)繩功能進(jìn)行分離，可得如圖7所示結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

    直接在弧形壓板上加工出可以拆下鋼絲繩的槽，再用壓塊將其封住，若導(dǎo)繩器發(fā)生損壞，需要更換弧形壓板，可拆除螺栓，拿掉壓塊后直接從側(cè)槽將鋼絲繩取出．這種結(jié)構(gòu)容易實(shí)現(xiàn)，很多情況下，即使在電動(dòng)葫蘆施工現(xiàn)場(chǎng)也可以對(duì)其改造。

圖7 采用分離原理得弧形壓板結(jié)構(gòu)

    發(fā)明原理9，10，11分別為事先（預(yù)制）反作用、動(dòng)作（行為）預(yù)制和事先對(duì)策預(yù)防。9主要指的是預(yù)先實(shí)施相反的功能，使事物工作時(shí)按照預(yù)先設(shè)想動(dòng)作進(jìn)行。10往往可以指預(yù)先對(duì)物體進(jìn)行特殊安排，使其在時(shí)間上有準(zhǔn)備或已處于易操作位置。11指通過物體的事先動(dòng)作補(bǔ)足其可靠程度。這3條原理所指的都是預(yù)先對(duì)物體進(jìn)行操作，以減少或避免優(yōu)化造成有效參數(shù)的惡化，導(dǎo)繩器的損壞往往是由于斜吊重物造成的，因此防止歪拉斜吊是避免電動(dòng)葫蘆導(dǎo)繩器損壞的有效方式，采用行程限位開關(guān)，采用微動(dòng)開關(guān)，都是預(yù)先采用傳感器避免斜拉或側(cè)拉的方式，使起升裝置斷電從而令起升功能失效，可視為預(yù)操作原理的典型應(yīng)用。

    發(fā)明原理13（逆問題）指可試著用相反的動(dòng)作來(lái)取代指定的動(dòng)作，導(dǎo)致電動(dòng)葫蘆導(dǎo)繩器損壞的主要原因是導(dǎo)繩器的磨損和不規(guī)范操作即歪拉斜吊�，F(xiàn)在，假設(shè)鋼絲繩電動(dòng)葫蘆不存在磨損，并且允許歪拉或斜拉，那么就要求在歪拉和斜拉的同時(shí)，鋼絲繩不能脫槽，電動(dòng)葫蘆可以照常使用。我們知道，電動(dòng)葫蘆導(dǎo)繩器的主要功能是壓繩導(dǎo)繩，那么能否在不使用導(dǎo)繩器的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)其功能？考慮采用電磁力、流體力或其他方式的力實(shí)現(xiàn)壓繩，發(fā)現(xiàn)并不容易實(shí)現(xiàn)。

    結(jié)合發(fā)明原理35（物體的物理或化學(xué)狀態(tài)變化），可將所設(shè)想具體化，所要得到的是壓繩、導(dǎo)繩的功能，同時(shí)避免歪拉斜吊對(duì)實(shí)現(xiàn)該功能的損害，那么改變導(dǎo)繩器的柔度，采用其他材料制作導(dǎo)繩器及壓板，可在增大導(dǎo)繩器耐磨性的基礎(chǔ)上進(jìn)一步增強(qiáng)導(dǎo)繩器的彈性。現(xiàn)已有廠家試圖利用工程塑料等材料取代鑄鐵制作導(dǎo)繩器，且取得了一定的成果。

4 結(jié)論

    在基于TRIZ理論構(gòu)建計(jì)算機(jī)輔助創(chuàng)新系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)電動(dòng)葫蘆導(dǎo)繩器進(jìn)行了深入的分析，給出了便于電動(dòng)葫蘆導(dǎo)繩器弧形壓板更換的結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案，肯定了采用預(yù)操作方式避免電動(dòng)葫蘆導(dǎo)繩器損壞的方案及通過采用物體的物理或化學(xué)狀態(tài)變化改進(jìn)其性能的方案．這些方案可為生產(chǎn)或使用電動(dòng)葫蘆的企業(yè)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)提供參考；另外，將這些方案補(bǔ)充到計(jì)算機(jī)輔助創(chuàng)新系統(tǒng)的發(fā)明原理數(shù)據(jù)庫(kù)中，也可以為其他使用該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員提供更多案例，便于進(jìn)行類比創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

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本文標(biāo)題：應(yīng)用TRIZ理論對(duì)鋼絲繩電動(dòng)葫蘆導(dǎo)繩器的改進(jìn)設(shè)計(jì)

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