姜 婷，舒宏富，郭 湛，徐 雁

(馬鋼股份公司 安徽省馬鞍山 243000)

液化天然氣簡(jiǎn)稱LNG，是地球上最干凈的化石能源，我國正在大量進(jìn)口和儲(chǔ)存。耐零下165 ℃低溫鋼筋用于儲(chǔ)罐外墻和內(nèi)墻建設(shè)，是LNG儲(chǔ)罐建設(shè)中的關(guān)鍵材料之一，長期依賴進(jìn)口。國內(nèi)少數(shù)鋼廠經(jīng)過技術(shù)攻關(guān)，開發(fā)出低溫鋼筋，但必檢項(xiàng)目超低溫鋼筋“零下165 ℃的拉伸力學(xué)性能試驗(yàn)”在國內(nèi)無法檢測(cè)，因?yàn)閲鴥?nèi)目前僅能夠進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)力學(xué)試樣的低溫檢測(cè)，而對(duì)于必須整體檢驗(yàn)的鋼筋試樣并不適用。為了配合低溫鋼筋的供貨，開發(fā)了低溫鋼筋的零下165 ℃條件下的拉伸設(shè)備，但是夾持試樣的夾具在超低溫條件下失效，無法完成檢驗(yàn)。針對(duì)此問題，采用TRIZ創(chuàng)新方法進(jìn)行分析，尋求解決方法。

1 TRIZ理論概述

TRIZ意為發(fā)明問題解決理論，是指導(dǎo)人們進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)新、解決工程問題的系統(tǒng)化的方法學(xué)體系。其基本概念包括技術(shù)系統(tǒng)、功能、矛盾、理想度等[1]。使用TRIZ解決問題時(shí)，可首先進(jìn)行系統(tǒng)組件列表，建立作用關(guān)系，建立系統(tǒng)組件模型。在針對(duì)存在問題進(jìn)行系統(tǒng)剪裁、矛盾分析、因果分析等。所有技術(shù)系統(tǒng)的方向都是增加理想度，得到最終理想結(jié)果(ideal final result，IFR)。

2 應(yīng)用TRIZ理論解決夾具問題

2.1 技術(shù)系統(tǒng)分析

對(duì)鋼筋低溫拉伸進(jìn)行組件模型建立，進(jìn)行技術(shù)系統(tǒng)分析。通過系統(tǒng)分析發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致試驗(yàn)失敗的功能因素有：(1)低溫箱液氮對(duì)夾具的冷卻有害；(2)夾具對(duì)試樣夾持不足。

圖1 低溫拉伸試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)組件模型

系統(tǒng)分析發(fā)現(xiàn)，置于低溫箱內(nèi)的夾具受熱脹冷縮作用，失去了對(duì)試樣的夾緊力，是導(dǎo)致試驗(yàn)是失敗的主要原因。萌生將夾具從試驗(yàn)箱內(nèi)分離出來的技術(shù)思想，這樣，夾具處于箱外環(huán)境溫度不受過度冷卻作用，得到的方案如圖2所示。

2.2 技術(shù)矛盾分析

技術(shù)矛盾是是指改善系統(tǒng)的一個(gè)參數(shù)，導(dǎo)致了另一個(gè)參數(shù)的惡化。是生活中最常見的矛盾之一。使用TRIZ方法，按照39個(gè)通用技術(shù)參數(shù)對(duì)技術(shù)矛盾參數(shù)進(jìn)行歸類，再查找矛盾矩陣，可得到推薦創(chuàng)新原理用于啟發(fā)解決矛盾的思路[2]。

圖2 將夾具從試驗(yàn)箱內(nèi)分離方案

上一節(jié)中系統(tǒng)分析得出的方案使用以后，雖然有效果，但仍然存在試樣松動(dòng)失效的現(xiàn)象。如果采用在夾具縫隙間墊塞填布的措施，那么會(huì)提高夾緊力，但是墊塊或布會(huì)被凍住，效果不穩(wěn)定。存在技術(shù)矛盾。其改善的參數(shù)是“力”，惡化的參數(shù)是“結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性”。查找矛盾矩陣，得到推薦的發(fā)明原理有：35#物理化學(xué)參數(shù)變化、10#預(yù)先作用、21#減少有害作用時(shí)間。根據(jù)其中“35#物理或化學(xué)參數(shù)改變?cè)怼钡膯⑹?，得到方案：改造夾具結(jié)構(gòu)，增加楔塊，并開設(shè)導(dǎo)向槽，防止試樣打滑。

2.3 IFR最終理想解法

IFR最終理想解是指系統(tǒng)能夠自行消除有害的、不足的、過度的功能，完成有用功能。其分析步驟為：1.設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)；2.IFR是什么；3.達(dá)到最終理想結(jié)果的障礙；4.如何使障礙消失；5.什么資源可以幫助解決問題。

上一節(jié)中的“增加楔塊”方案使用效果良好，但有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)試樣松動(dòng)失效的現(xiàn)象。從IFR最終理想結(jié)果的角度看，無需楔塊也能固定試樣。最簡(jiǎn)單的做法，那就是，延長試樣固定到拉伸機(jī)架上，甚至可以替代夾具。但是，試樣的斷裂位置不一定發(fā)生在低溫箱內(nèi)，代表不了真正意義上的低溫力學(xué)性能。通過資源分析，得到方案：可以利用更大規(guī)格的低溫鋼筋焊接試樣，形成整體，在拉伸試驗(yàn)時(shí)，能夠保證斷裂位置發(fā)生在低溫箱內(nèi)，且斷在更小規(guī)格的試驗(yàn)鋼筋上，示意圖見圖3。

2.4 再次技術(shù)矛盾分析

上一節(jié)得到的方案使用效果穩(wěn)定，但是，每次試驗(yàn)前都需要焊接，費(fèi)時(shí)費(fèi)力、操作不方便。存在技術(shù)矛盾。其改善的參數(shù)是“力”，惡化的參數(shù)是“可操作性”。查找矛盾矩陣，得到推薦的發(fā)明原理有：1#分割原理、3#局部質(zhì)量原理、25#自服務(wù)原理、28#機(jī)械系統(tǒng)替代原理。根據(jù)其中“1#分割原理”和“28#機(jī)械系統(tǒng)替代原理”的啟示，得到方案：試樣兩端加工外螺紋，夾具端部加工內(nèi)螺紋，連接固定試樣，拆裝方便，可反復(fù)使用，見圖4。

圖3 試樣兩頭焊接大規(guī)格低溫鋼筋方案

圖4 螺紋夾具方案

3 結(jié)論

針對(duì)低溫鋼筋在零下165 ℃條件下進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)，夾持試樣的夾具在超低溫條件下失效的問題，采用TRIZ創(chuàng)新理論的思想，利用技術(shù)系統(tǒng)分析、技術(shù)矛盾分析、IFR最終理想解的方法，得到四種方案，并結(jié)合專業(yè)知識(shí)運(yùn)用于鋼筋低溫拉伸試驗(yàn)，解決了夾具失效問題，保證了低溫鋼筋的生產(chǎn)檢驗(yàn)和交付周期。

參考文獻(xiàn)

[1] 林 岳, 齊二石, 等. 創(chuàng)新方案教程[M]. 北京：高等教育出版社, 2011

[2] 成思源, 周金平, 郭鐘寧. 技術(shù)創(chuàng)新方法-TRIZ理論及應(yīng)用[M]. 北京：清華大學(xué)出版社, 2014