高 輝 王妍瑋 肖顯昊

(哈爾濱石油學(xué)院 數(shù)理教研部，黑龍江 哈爾濱 150027)

一、選題背景及問題的初步分析

(一)項目來源

在生產(chǎn)運(yùn)輸中，人們常常被這樣的問題困擾，當(dāng)運(yùn)輸大物件時由于承重量比較大導(dǎo)致轉(zhuǎn)向和操控起來及其不便，同時運(yùn)輸大物件時對運(yùn)輸車體積要求比較高，駕駛員操控運(yùn)輸車輛難度很大。以上這些問題廣泛存在于生產(chǎn)和實踐中，適用于TRIZ理論的研究，因此確定本課題，并運(yùn)用TRIZ理論對產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計。

(二)發(fā)明問題初始情況

1.當(dāng)前系統(tǒng)的功能及組成

當(dāng)前系統(tǒng)功能：運(yùn)載物品。當(dāng)前系統(tǒng)組成：載物臺、輪子、軸承、發(fā)動機(jī)、控制系統(tǒng)。

2.當(dāng)前系統(tǒng)的工作原理

主要是行走車輪的驅(qū)動原理，用車輪的移動帶動載物臺和載物臺上的貨物。

3.存在的主要問題

目前大型陸地運(yùn)輸機(jī)器基本上都是用鋼材制造，由于自身體積龐大，導(dǎo)致空閑時占地面積過大并且轉(zhuǎn)向困難，對于駕駛員技術(shù)有嚴(yán)格要求。

4.技術(shù)參數(shù)

表1 運(yùn)輸車參數(shù)

5.問題解決目標(biāo)

減少運(yùn)載工具的重量，增加靈活度，使運(yùn)載工具能達(dá)到全方位運(yùn)輸。

6.限制條件

(1)運(yùn)輸車組裝拆卸困難，總體結(jié)構(gòu)不可變。

(2)轉(zhuǎn)向受體積、重量的限制。

7.詳細(xì)列出目前解決的方案或類似產(chǎn)品的解決方案或已有專利

目前，市場上已存在一種液壓平板運(yùn)輸車，由一整套液壓系統(tǒng)帶動。柴油機(jī)/電機(jī)帶動液壓泵，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能，液壓能通過液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，并且這種運(yùn)載車不能靈活轉(zhuǎn)向、可操作性差且體積龐大。

二、系統(tǒng)詳細(xì)分析及方案設(shè)想

(一)九屏幕法

圖1 運(yùn)輸車系統(tǒng)九屏圖

提出技術(shù)方案：

F1.采用分割原理和組合原理，將大型運(yùn)載機(jī)器分成個體運(yùn)載機(jī)器，做到既能運(yùn)送小的物體也能運(yùn)送大的物體。

F2.采用逆向思維原理，用低速馬達(dá)代替高速馬達(dá)使車子的穩(wěn)定性提升。

(二)因果鏈分析

圖2 運(yùn)輸車系統(tǒng)因果鏈分析

歸納根本原因：(1)運(yùn)載工具體積太大；

(2)駕駛室視野有盲區(qū)；

(3)運(yùn)載機(jī)器驅(qū)動方式落后；

(4)運(yùn)載器械軸距太長；

(5)空間場地有限。

確定要解決的關(guān)鍵問題：輪子驅(qū)動，運(yùn)載平臺的空間。

提出技術(shù)方案：

F3.采用組合原理：將運(yùn)載平面分成單個運(yùn)載器械做到理想化無限拼接，解決運(yùn)載平臺面積有限的問題。

F4.采用預(yù)先反作用原理：安裝車載影像系統(tǒng)。

F5.采用組合原理：用獨立驅(qū)動系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)驅(qū)動方式。

F6.采用分割原理：將傳統(tǒng)的長軸距分割成獨立的短軸距。

圖3 新式45°角輪子

(三)最終理想解

表2 最終理想解

提出技術(shù)方案：

F7.采用曲面化原理：改變輪的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，用滾珠來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的橡膠材料。

F8.采用中介物法：使用磁懸浮使輪和地面不接觸。

F9.采用中介法、預(yù)先反作用法、有效作用持續(xù)法，使用氣墊原理使車和地面分離，運(yùn)用多角度吹風(fēng)的原理改變風(fēng)向從而改變車的運(yùn)動方向。

(四)資源分析

超級平板車材料都是一些常見的材料，比如塑料、橡膠、常見金屬等，選擇資源的順序如下表3。

表3 資源分析

(五)功能分析

表4 運(yùn)輸車功能分析

歸納不良效應(yīng)：

(1)載物板對車輪造成較大的壓力；

(2)車輪對地面造成較大的壓力；

(3)駕駛室對載物板的控制作用不足。

提出技術(shù)方案：

F10.利用組合原理：在載物臺底下多放幾個輪子，讓多個輪子同時運(yùn)動，一起帶動載物臺。

F11.利用不對稱原理、多維原理、曲面化原理：改變輪子內(nèi)部結(jié)構(gòu)，用旋轉(zhuǎn)滾軸代替輪胎，采用45°傾斜讓輪子更加靈活的運(yùn)作，真正做到全方位行走。

(六)功能裁剪模型

建立功能模型后，刪除或替換系統(tǒng)某個組件，保留該系統(tǒng)的有用功能[1]。結(jié)合該種方法運(yùn)用，找到關(guān)鍵問題，駕駛室對載物臺不能實現(xiàn)多角度靈活控制。

提出技術(shù)方案：

F12.采用替代法：裁減掉駕駛室，保留其功能，用手柄來代替駕駛室，讓操作人員能更好地觀察到載物平臺的每個角度。

圖4 傳統(tǒng)輪子與新式輪子對比圖

(七)技術(shù)矛盾

1.原問題技術(shù)矛盾的表達(dá)

表5 技術(shù)矛盾表述

2.問題模型——對應(yīng)的39個通用工程參數(shù)

改善的參數(shù)：力

惡化的參數(shù)：可操作性

查矛盾矩陣，應(yīng)用40個發(fā)明原理中的1、28、3、25原理來解決上述技術(shù)矛盾[2]。

提出技術(shù)方案：

F13.分割原理、組合原理：將載重臺分割成無數(shù)個小車，再將小車任意組合拼接。

F14.機(jī)械系統(tǒng)替代法：在每個車輪上安裝小馬達(dá)，用馬達(dá)替代發(fā)動機(jī)驅(qū)動。

圖5 產(chǎn)品設(shè)計簡易圖

F15.局部特征原理：用小型軸承來代替橡膠輪胎內(nèi)部。

(八)物理矛盾

(1)如果載重臺面積增大，那么承重量多，但靈活度降低。

(2)如果載重臺面積減小，那么靈活度升高，但承重量少。

應(yīng)用分離原理：時間分離、條件分離、整體與部分分離[3]。

提出技術(shù)方案：

F16.裝載大量重物時將載重臺小車進(jìn)行無限拼接，裝載少量重物時將載重臺小車進(jìn)行拆分。

(九)物場模型

圖6 物場模型圖

提出技術(shù)方案：

F17.采用預(yù)先作用原理：在輪胎的鋼珠表面加上耐磨涂層增加輪胎的耐磨度。

三、技術(shù)方案整理及評價

表6 方案評價表

四、結(jié)論

通過以上TRIZ工具的運(yùn)用，得出具體技術(shù)方案，對方案進(jìn)行評價和總結(jié)，得出最優(yōu)方案為：改變輪子內(nèi)部結(jié)構(gòu)，用旋轉(zhuǎn)滾軸代替輪胎，采用45°傾斜設(shè)計讓輪子更加靈活運(yùn)作，使運(yùn)輸車實現(xiàn)全方位旋轉(zhuǎn)，并運(yùn)用組合原理，對技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)行組合，實現(xiàn)無限拼接以達(dá)到減少占用空間的目的，基于TRIZ理論設(shè)計的新型全方位運(yùn)輸車更靈活、更節(jié)約空間、可操作性大大增加。

圖7 產(chǎn)品最終設(shè)計圖及實物圖