高铁车下大型设备运送安装系统优化 探究

高铁车下大型设备运送安装系统优化 探究

胡俊祥 、王士龙、陈玉峰

中车长春轨道客车股份有限公司，吉林长春， 130062

内容摘要：本文针对高铁车下大型设备运送安装系统现有结构工作原理和所产生的问题进行了解析，并通过运用TRIZ创新方法中的功能分析、因果分析、技术矛盾、物理矛盾、物质场、资源分析等多种工具进行求解，得出15种解决方案，为高铁车下大型设备运送安装系统优化提供了新的思路和方法，结合实际应用环境和要求运用动态化结构和周期性原理对高铁车下大型设备运送安装系统进行优化改造。

关键词：TRIZ创新方法高铁线缆破损检测

高铁以安全、舒适、高效，向全世界展示着中国轨道交通行业所创造的奇迹。控制和驱动这庞然大物的大型设备就悬挂吊装在车下设备仓内，这些设备在安装的过程中需要运送装备能够灵活移动，在紧凑的空间内准确对正吊装位置，并且在安装过程中保持不发生位置变动，以免影响安装质量，引发安全事故。

1. 现有系统原理及问题解析

高铁车下大型设备运送安装系统现有结构工作原理为：电机驱动四个万向轮带动载重框架和工作平台，承载所要安装的大型设备移动，到达安装位置后停止运动，闸片将轮子锁住，由液压举升机构托举工作平台将设备置于安装位置，与车体进行部件连接。由于该系统中轮子硬度大，并且与地面成圆切面形态，与地面接触面积小，致使在安装过程中进行设备紧固时系统搭载设备易与地面发生位移，导致与车体安装对位不准，引发紧固件存在横向剪切力或松动隐患，车辆运行时易发生设备松脱造成安全事故。

经专利检索现有技术中通常采用附加支撑导柱，由支撑导柱向地面施加压力，增加稳定性。例如：ZL201721355241.3一种起重机的稳定装置、ZL201721893424.0一种稳固的起重机支脚盘。存在缺点：现有技术支撑高度不易准确控制，易引发受力不均，承受载荷的能力有限，并且支撑导柱容易对地面造成损坏。

2. 运用TRIZ工具进行问题求解

经过因果分析确定与地面接触面积小和轮子硬度大为根原因。以“与地面接触面积小”为入手点解决问题，运用技术冲突解决理论，为了增加系统“运动物体的面积”，我们需要更多部位与地面相接触，但这样会导致系统的“适应性及通用性”恶化。查找冲突矩阵得到动态化原理、柔性壳体或薄膜发明原理。动态化原理可以将轮子的部分成为可移动结构，在希望轮子静止时可移动部分伸出与地面接触增加稳定性；也可以让轮子整体可以移动形成与框架之间的相对运动，在希望轮子静止时将其整体移动提起使框架与地面接触增加稳定性。柔性壳体或薄膜发明原理可以用柔性材料做成充气轮子或者在轮子表面附加柔性材料，使轮子与地面接触面积增大增强稳定性。

运用物理冲突解决理论，为了“增加稳定性”，需要参数“接触面积”为“大”，但又为了“运送时灵活性”，需要参数“接触面积”为“小”，即，某个参数既要“大”又要“小”。考虑到该参数“接触面积”在不同的“时间段”具有不同的特性，因此该冲突可以从“时间”上进行分离。基于时间分离分离得到周期性作用、气动与液压发明原理。周期性作用原理形成载重框架在不同周期发生高度变化方案；气动与液压原理可以通过在载重框架下增加气囊、载重框架下增加液压部件的方案解决。

以“轮子硬度大”为入手点解决问题，运用技术冲突解决理论，为了改善轮子“强度”，我们需要降低轮子的硬度，但这样会导致系统的“稳定性”、“运动物体的能量”恶化。查找冲突矩阵得到维数变化原理、反向原理、参数变化原理、预先作用原理。维数变化原理可以采用麦克纳姆轮；反向原理可以在地面安装传送带，使原本运动的物体静止；参数变化原理采用一种遇热摩擦力变大，遇冷摩擦力变小的新材料做轮子；预先作用原理在工作区域预先铺设防滑垫。

运用物理冲突解决理论，为了增大“摩擦系数”，需要参数“轮子硬度”为“软”，但又为了“承载能力”，需要参数“轮子硬度”为“硬”，即，某个参数既要“软”又要“硬”。考虑到该参数“轮子硬度”在不同的“系统层次上”具有不同的特性，因此该冲突可以从“整体与部分”上进行分离。基于系统层次分离得到机械系统替代原理、多孔材料原理。机械系统替代原理采用空气产生悬浮力替代轮子，形成气垫船式的移动结构；多孔材料原理将轮子径向为多孔结构，内含压缩橡胶，橡胶受压力可从多孔结构中溢出填充与地面接触部位，增大接触面积增强稳定性，压力消失后自动收回。

基于物质-场分析及76个标准解，确定在作用力不足的情况下依据No.2.2.1标准解加入一个新的物质场，形成了在装置上增加真空吸盘，用真空吸附系统增强作用力的方案。

通过功能分析，现有系统中闸片用于限制轮子滚动，但由于轮子自身与地面摩擦力不足致使在施加紧固的横向工作载荷时出现位移。在这种情况下轮子与地面发生了滑动摩擦，轮子制动力越大发生滑动擦伤就会越严重。闸片不但不能有助于解决位移问题还会产生次生损耗，因此将其裁剪，同时制动机构也失去作用一起裁掉。裁剪后系统在进行安装过程中用载重支架替代轮子的支撑功能，并与地面接触产生摩擦力，替代闸片对轮子的限制后由轮子与地面接触形成的摩擦力。

功能是实现发明的线索和抓手，将稳定轮子概念化，提取上位功能为稳定固体，为实现稳定固态物体通过搜索效应库得到“波纹状”原理，形成将轮子的胎面做成波纹状方案。

3. 方案整合确认最终方案

依据上面得到的若干创新解，通过评价，确定最优解。将车下大型设备运送安装系统的四个轮子与载重框架间改成动态结构，利用举升机构在运送期和安装期不同的状态来控制工作平台对支撑机构进行压迫和释放。实现运送期轮子接触地面灵活移动设备，并通过设备和工作平台的重量补偿确保运送期的安全性；安装期由载重框架替代轮子与地面接触实现支撑功能，提高系统稳定性和可靠性确保系统和设备不出现位移。

结束语：

通过TRIZ创新方法的应用形成运用动态化结构和周期性原理对高铁车下大型设备运送安装系统进行优化改造，实现该系统在运送期的灵活移动和安装期的稳定支撑。此原理可以扩展应用到移动式驾车装备。提升高铁列车制造质量，确保广大旅客出行安全。

参考文献：

1. 孙永伟、【美】谢尔盖.伊克万科，打开创新之门的金钥匙，科学出版社，2018年1月；

2. 姚威、韩旭、储昭卫，创新之道--TRIZ理论与及实战精要，清华大学出版社，2019年5月；

3. 赵敏、张武城、王冠殊，TRIZ进阶及实战--大道至简的发明方法，机械工业出版社，2016年1月；

4. 李梅芳、赵永翔，TRIZ创新思维与方法理论及应用，机械工业出版社，2016年9月。

作者简介：

胡俊祥（1978.11.22-），男，吉林省长春市，中车长春轨道客车股份有限公司，高级技师，本科，研究方向：铁路客车制造。

邮寄地址：吉林省长春市青年路希望家园综合楼3单元206室