史常青　邓援超　赵黎明

（湖北工业大学机械工程学院，湖北武汉　430068）

　　在水泥生产行业，生产环境及其恶劣，给水泥装车机码垛装置的研发与设计带来一系列的问题。围绕着水泥装车的码垛问题，设计和研究一种针对车厢内的码垛装车装置。在码垛装置中，有着大量的导轨导柱装置，而水泥生产环境给导柱导套装置的运行带来极大不便，技术人员针对这一系列问题，运用TRIZ理论中的发明原理提出新的解决方案。
　　1　码垛装置背景介绍
　　水泥装车机在工作过程中，其工序包括：灌包，输送，转向，对中，分配，码垛。
　　水泥装车机在工作过程中，首先是水泥经过灌装系统灌装成袋装；水泥之后经过输送皮带输送到转向工位，转向工位动作之后，水泥包由原来的竖包变成横向，然后到达对中皮带机进行对中动作，调整水泥包在输送过程中可能产生的方向不正问题，经过对中之后，水泥包由分配皮带机分配到左右两侧的码垛装置，然后由码垛装置进行码垛。
　　码垛装置是水泥装车机的关键部位，其结构示意图（见图1）。

　　前后闸门连接在侧板上，闸门的开合由气缸驱动连杆来完成，侧板固定在方导套上，方导套由气缸驱动可以在方导轨上完成升降动作。水泥包掉入前后闸门之后，气缸驱动方导套带动侧板进而带动水泥包下降到落包工位，然后闸门打开，水泥包掉入车厢底板，完成码包动作。
　　2　问题分析
　　2.1问题描述
　　由于水泥装车机工作环境恶劣，工作车间内含有大量的悬浮水泥颗粒，这些悬浮的水泥颗粒附着于方导轨上之后，影响方导套在导轨上的升降动作，甚至因此有卡顿现象，从而降低了水泥装车机的工作效率。针对此问题，在以往的工作过程中，通常是依靠定期清理方导轨上的水泥灰尘．短时间内定期加润滑油来解决，而这样做不仅费时费力，而且过多的润滑油会顺着方导轨流下，滴落在车厢内的水泥包上，影响水泥质量。
　　2.2系统组件分析
　　根据系统组件及系统的工作原理，对系统进行组件分析。该系统包括码垛装置组件包括：码垛行走轴套，方导轨连接板，方导轨，铜板，侧板，连杆装置，闸门装置，码垛升降驱动气缸和闸门驱动气缸。组件模型。
　　根据系统组件模型及系统的工作原理，对系统进行功能分析。该系统中的超系统组件有：码垛平台，空气压缩机，能量源，控制单元；系统组件包括：连杆装置，方滑块装置，前码垛闸门装置，后码垛闸门装置，放导轨装置。
　　通过系统组件模型分析，可以很清楚的得出系统中的组件有哪些，以及它们之间的相互关系，并得出影响码垛工作的4个功能因素：①水泥装车机的工作环境中大量存在的粉尘；②方导轨和方导套的润滑周期和润滑油的用量；③铜板油槽的布置形式；④导套的密封效果。
　　2.3因果分析
　　通过对系统中问题进行因果分析，找出造成问题的原因，利用相关资源，从而寻求问题的入手点。通过对本案例进行因果分析，可以得出其原因轴。
　　通过查看其原因轴，可以得出几点主要原因如下：①装车机的工作环境中含有大量的粉尘导致需要较短的润滑周期；②较短的润滑周期导致需要耗费较多的润滑油；③较多的润滑油因为密封问题导致润滑油的滴落问题。
　　3　解决问题
　　通过分析，以及问题入手点的寻找，提出两组矛盾，并利用创新原理、矛盾矩阵、标准解等来提出解决方案。利用TRIZ理论对问题中的矛盾进行定义，定义两对矛盾如下：
　　矛盾一：要使运方导套与方导轨运行稳定可靠，就会产生润滑油消耗增多，油耗增多就会产生润滑油滴落问题。
　　需要改善的参数：27^#可靠性（改善运行的稳定性）。
　　造成恶化的参数：26^#物质或事物的数量（润滑油的消耗增多并产生滴落问题）。
　　矛盾二：加入润滑油提高方滑块滑动的速度进而提高工作效率，就会出现润滑油滴落问题。
　　需要改善的参数：9^#速度（提高方滑块滑动的速度）。
　　造成恶化的参数：28^#物质或事物的数量（润滑油的消耗增多并产生滴落问题）。
　　矛盾1需要改善的参数：27^#可靠性（改善运行的稳定性）；
　　造成恶化的参数：26^#物质或事物的数量（润滑油的消耗增多并产生滴落问题）。
　　查阅阿奇苏勒矛盾矩阵可以得到四个解，对应的四个发明原理分别是：①21^#快速；②28^#机械系统的代替；③40^#复合材料；④3^#局部质量。
　　根据上述四个发明原理，初步提出一种解决方案，其对应原理是28^#原理——机械系统的代替。机械系统的代替，顾名思义，就是用一种新的机械系统替代原有的机械系统，进而避开原来产生问题的部位。水泥装车机在该案例中产生问题的主要原因是水泥厂车间内水泥粉尘较多，从而不可避免的需要经常注入润滑油进行润滑，进而导致过多的润滑油滴落到水泥上，要想用一种新的机械系统代替原有机械系统，就是要用一种全新的结构代替原有的方导轨和导套装置，来完成码垛的升降动作。基于这条发明原理，提出的一种新的码垛结构（见图2）。

　　这种结构是一种剪叉式结构，通过液压缸驱动来完成升降码垛装置的升降动作，可以完全避开方导轨与方导套的润滑问题。
　　矛盾2需要改善的参数：9^#速度（提高方滑块滑动的速度）。
　　造成恶化的参数：26^#物质或事物的数量（润滑油的消耗增多并产生滴落问题）。
　　查阅阿奇苏勒矛盾矩阵可以得到四个解，对应的四个发明原理分别是：①10^#预先作用；②19^#周期性作用；③29^#气压与液压结构；④38^#加速氧化。
　　通过梳理以上四个发明原理，初步提出一种解决方案，方案对应原理是19^#周期性作用。周期性作用，根据这一条发明原理展开思维，可以考虑将多余的润滑油再次引入润滑系统，形成一个周期性作用，既可以保证方导轨的润滑效果，又可以避免过多的润滑油顺着方导轨流下滴落到水泥包上面，如何才能让多余的润滑油形成周期性作用？通过对方导轨内的铜板提出一种新结构，将油槽的布置形式由以前的螺旋形改成分层布置，并将Z后一层油槽做成异性油槽，形成一个储油空间，再通过管接头将储存在Z后一个油槽的多余的润滑油引入其它过滤装置，经过过滤的油又可以重复进入润滑系统，形成周期性作用。
　　润滑油从进油孔进入之后，经过4层油槽后多余的油会进入Z后一层异形油槽，异形油槽呈一个V字形状，并且呈45度角向下倾斜，起一个储油的作用，V形油槽和出油孔联通，多余的油可以顺着管路流向其他装置。从而解决了以前的润滑油滴落问题。
　　4　总结
　　利用TRIZ创新方法，得到码垛装置润滑问题的两个解决方案：方案一采用机械系统替代的方法解决问题，剪叉式升降结构形式复杂，而且安装困难，耗费的成本较高；方案二通过使润滑油形成一个周期性作用，既可以保证方导轨和方导套的润滑效果，又可以有效解决润滑油滴落的问题，简单易行，在原有的结构上改动量也比较小。通过对上述两种方案的对比，认为方案二较好，所以Z终采用方案二。利用方案二对码垛装置进行优化设计，制作完成样机。样机中方导套和方导轨能运行顺畅，并解决了润滑油滴落问题。
　　参考文献
　　[1]黄蕾，邓援超.TRIZ理论及其在袋装饲料智能装车机中的应用[J].饲料工业，2015（15）
　　[2]黄蕾，邓援超.基于TRIZ理论的水泥自动装车机研究[J].湖北工业大学学报，2015（4）

来源：《科技创业月刊》2016年第24期