运用TRIZ理论改进收集区液压系统，提高钢材包装质量 |
| 2012-09-09 11:35 作者：卢正臻 张印 陈斌 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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硅谷网9月9日消息 《硅谷》杂志2012年第14期刊文称，针对生产线收集区液压系统流量和散热不足而导致钢材包装质量低的问题，通过TRIZ创新理论的矛盾原理得到改进方案，巧妙解决现场问题。
1初始问题描述
山钢股份莱芜分公司棒材厂第二生产线后部收集区域现有两相邻液压系统：平托液压系统为剪后平托提供动力，实现轧材由剪后辊道到收集链的运送；抱紧液压系统为四台成型机提供动力，实现钢材包装前的抱紧状态。两液压站技术参数和控制方式相同。
在实际生产中，平托液压系统运行稳定，流量也有富余；但抱紧液压系统一直存在两个问题：1）流量不足，成型机机构动作缓慢，不能与打捆机动作实现联锁控制，抱紧跟不上捆扎节奏，致使包装松散，时有散捆现象，严重影响了钢材包装质量；2）散热能力不足，系统介质温度最高达七十多度，影响设备寿命周期、存在安全隐患。通过计算，管路、阀组和油缸设计均能满足要求，若改用更大流量的变量泵（现用小流量定量泵）和换热面积更大的冷却器及油箱，或是对成型机进行改型，成本费用都很高。
基于上述分析，该项目的目标是：对液压系统进行最小的改动，提高流量，降低发热（或及时散热），同时维持液压系统的初始设计和工作原理。
2问题分析
定义问题模型
图1系统功能图
其对应的超系统是：
图2抱紧液压系统的超系统
3描述技术矛盾
3.1阐述技术矛盾
此技术系统的组成是：抱紧液压站、成型机、平托液压站、平托机构等。通过对系统的分析发现系统中存在技术矛盾。即为减小抱紧液压系统发热（或及时散热），我们希望降低系统流量，但成型机机构动作缓慢，将严重影响成型机包装质量；而提高产品包装质量又需要增大系统流量，但这样系统的故障率将会提高。
3.2用通用工程参数描述技术矛盾
技术矛盾1：若抱紧液压系统流量足够大，则可以为成型机执行装置提供足够大的速度和有效作用时间，提高钢材包装效果，但系统易损坏性提高；
技术矛盾2：若抱紧液压系统流量足够小，则现有设备将足够满足散热要求，但成型机抱紧效果不好，影响产品包装质量，系统的可靠性降低。
使用2003矛盾矩阵查找相关的发明原理，没有查到“流量”这个通用工程参数，这里我们用与之相关的“功率”这个参数（增大流量也就意味着功率的提高，液压系统功率=压力*流量/612），见表1。
恶化的参数
改善的参数 易损坏性（38） 可靠性（35）
功率（18） 35、19、11、25、31、30、17、12、08 35、02、03、24、28、12、37、19、31
表1技术问题对应矛盾矩阵
4根据40个发明原理应用方法提出解决方案
4.1功率----易损坏性
1）35状态和参数变化原理
考虑方案一：结合该原理的D项提示“改变物体的温度和体积”，我们考虑把超系统中平托液压站的油箱和抱紧液压站油箱用管路连接，这样我们就增大了油箱的体积，不仅增大了散热面积，也可以使平托液压站的冷却器为抱紧液压站的液压油散去部分热量。方案可行。
2）19周期性动作原理----没有可行方案。
3）11预先防范原理。
考虑方案二：在抱紧液压站安装高温自动报警紧急停止控制系统，当系统达到预设温度时自动停止，这样不能保证生产的连贯性，影响车间指标完成。方案不可行。
4）25自服务原理----没有可行方案。
5）31多孔材料原理。
考虑方案三：在抱紧液压站油箱上部开多孔，增加与气流交换程度，这样会导致油液污染。方案不可行。
6）30柔性壳体或薄膜结构原理----没有可行方案。
7）17多维化原理。
将油箱做成换热器式的多层间隔是结构，增大换热面积，成本太高，方案不可行。
8）12等势原理----没有可行方案。
9）08反重力原理----没有可行方案。
4.2功率----可靠性
1）35状态和参数变化原理----没有可行方案。
2）02抽出原理。
考虑方案一：结合该原理的D项提示“抽取物质中必要的有用的部分或需要的属性”，利用逆向思维，我们考虑抽出超系统（平托液压系统）的部分流量补偿抱紧液压系统，具体改进措施是将两液压站的定量泵并联，使其流量增大。方案可行。
3）03局部特性原理----没有可行方案。
4）24中介原理----没有可行方案。
5）28替换机械系统原理----没有可行方案。
6）12等势原理----没有可行方案。
7）37热膨胀原理----没有可行方案。
8）19周期性作用原理。
考虑方案二：将四台成型机分成并联的两组，用一电磁换向阀控制换向，使两组成型机交替周期性的工作，这样液压系统功率（流量）能满足钢材包装要求，但包装效率将会降低。方案不可行。
9）31多孔材料原理----没有可行方案。
5最终解决方案
综合以上分析，我们可以得出最终解决方案：将抱紧液压站与相邻的平托液压站的两油箱贯通、油泵并联，具体改进措施是将两液压站油箱和泵出口处分别相连（实际上是形成了一个新的大的液压站），因控制方式和工作原理相同，改进后不会影响系统正常工作。两油泵并联使系统流量增大，两油箱贯通使散热面积增大，同时可以使平托液压站的换热器吸收部分热量，提高了抱紧液压站的散热效果，这样最终结果既提高了钢材包装质量，又可以使系统快速散热，完全满足了工作要求。这也应用了TRIZ创新理论中向超系统进化的思想。
图3改进后的系统功能图
6效果验证
本项目利用现有管件巧妙地解决了问题，降低了成本，缩短了改进周期。项目实施以来，成型机抱紧机构运行可靠，钢材包装质量提升，不再出现松捆散捆现象，系统温度在40℃左右，同时平托机构工作也没有受到任何影响，实践证明方案成功。
7取得的效益
项目实施后，系统运行稳定，设备热停工时大幅降低，提高了设备的有效作业率，同时，钢材包装质量明显提升，维护了山钢股份棒材产品的质量形象。据测算，实现年经济效益120万元。（原文载于《硅谷》杂志2012年第14期，硅谷网及《硅谷》杂志版权所有，未经允许禁止转载） |
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