基于TRIZ理论的城铁车铝合金枕梁钢套安取创新设计

基于 TRIZ理论的城铁车铝合金枕梁钢套安取创新设计

王欢 张庆羽 王一凡

中国中车长春轨道客车股份有限公司吉林长春

摘要:目前，铝合金城铁车应用广泛。它的安全性一直备受关注，而枕梁是城铁车主要零部件，枕梁钢套又极易磨损。它的更换给生产现场带来了很大难题。通过应用TRIZ理论对枕梁钢套进行创新设计，得到8种解决方案，发明1项专利，同时结合实际生产得到最优方案。并获得吉林省创新方法大赛二等奖。

关键词：钢套安取；枕梁；创新设计；TRIZ原理

一、引言

随着铁路运输现代化的快速发展，对铁道运输的质量要求也随之越来越高[1]。枕梁是整列车的关键零部件，它质量的稳定性及可靠性是列车高速且安全运行的首要条件。本文主要基于TRIZ发明问题解决原理，解决目前生产中城铁车铝合金枕梁钢套的安取效率低、存在安全隐患等问题[2]。

二、项目背景及现有问题

2.1项目背景

目前城铁车铝合金车体枕梁与转向架的主要连接为空心弹簧与中心销的连接，由于铝合金车体相较于其他车体材料而言强度较低，而枕梁中心盘内需要承受巨大的力，铝合金材料强度有所欠缺，因此在制造城铁车的过程中需要用强度更高的钢套来代替铝合金型材。经过液氮冷却后的钢套，采用过盈配合的方式将其压入铝合金机加孔中。由于城铁车长时间且高速运行，也会使枕梁内的钢套严重磨损。为保证运行的安全性以和平稳性，我们需将枕梁内磨损的钢套进行更换。

2.2现有问题

当前采用的更换方式是先将磨损的钢套内部焊接连接条，连接条处悬挂与地环连接的手拉葫芦，利用手拉葫芦的齿轮原理将磨损的钢套从枕梁中取出。此方法会对枕梁母材造成极大的损伤并且无法保证操作工人的安全性。应用TRIZ发明原理，发散思维，针对枕梁母材的损伤和工人操作的安全创新设计一种枕梁钢套安取装置。

三、利用TRIZ原理创新设计

3.1功能分析

原有枕梁钢套安取系统存在以下问题：

（1）人手拉手拉葫芦需要很大的力，对手造成磨损伤害。

（2）地脚螺栓固定的地环位置受限，局限性大。

（3）在取出钢套时，钢套及手拉葫芦存在坠落的安全隐患。

（4）连接杆与钢套固定点少，钢套受力不均匀，取出钢套时容易对枕梁母材造成伤害。

（5）工具磨损很大。

3.2因果分析

根据现场实际情况，从人、机、料、法、环、测多个因素绘制枕梁钢套安取系统存在问题的因果分析图，如图3.1所示。

图3.1 枕梁钢套安取系统因果分析图

3.3应用技术矛盾求解

通过对系统中手拉葫芦的分析，得到以下技术矛盾。技术矛盾1既要减少人对手拉葫芦的力，又不能使操作过程变得复杂。技术矛盾2既要减少焊接连接条带来的复杂性又要使钢套受力均匀。由此分别确定了两个改善参数和恶化参数，如表3.1所示。

表3.1 技术矛盾

由表3.1构成的两个技术矛盾，查阅矛盾矩阵可以得到以下多个发明原理。根据实际情况，选择适当的发明原理，求的当前问题的解决方案。

根据技术矛盾1得到发明原理26性能转换。 应用此原理将千斤顶直接焊接在地环上，将手拉葫芦换成千斤顶。人手在操作千斤顶时，需要的力很小，减轻对人手的磨损。与此同时，也使操作流程变得简单化。

根据技术矛盾2得到发明原理26性能转换，应用此原理通过将连接环替换成连接杆，既可以缓解钢套受力不均匀引起的稳定性下降，又可以减少起弧和收弧所带来的系统操作复杂性。

3.4应用物理矛盾求解

为了“保证操作过程的安全性，避免地环迸射”，需要将地脚螺栓及地环“更换”成压铁。但又为了“操作过程的稳定性”又不能将地环更换。考虑到在不同的“空间下”具有不同的特性，因此该冲突可以从“空间分离”上进行分离。得到以下三个发明原理：No.13反作用原理、No.17多维化原理、No.24中介物原理。根据反作用原理，应加大地环与地面的接触面积，从而减少由于作用力与反作用力导致的对地环及地脚螺栓的破坏。防止地环迸溅对人员造成伤害。根据多维化原理，增加地脚螺栓的个数，在钢套取出时可以悬挂在多个地环上，减轻对地环的损伤为操作人员提高环境的安全性。也可使钢套稳定安全取下。根据中介物原理，可以采用焊接方法添加熔融状态焊接填充物，对地环与地面进行焊接作业，从而对地环进行加固处理，以达到加强地环固定程度，避免迸溅。

3.5应用物场分析求解

在重力场的作用下，取出的钢套由于自身重力下落，对操作者身体造成危害。属于有害物质-场模型。根据76个标准解，提出方案:在手拉葫芦的钩头上安装承接装置，对掉落下来的钢套起到承接作用。

3.6应用剪裁法求解

利用作用力与反作用力原理，来代替被裁组件手拉葫芦的功能，通过螺纹与螺栓连接使钢套与进给轴连接，使用中心销将进给轴与外壳连接在一起，通过千斤顶将外壳内部的滑动壳向上推，由于作用力与反作用力将钢套向下拉，最终将钢套取出，如图3.2所示。

图3.2 剪裁法求解图

四、结论

最终通过技术矛盾与剪裁法结合使用发明一项枕梁钢套安取装置，并申请专利，该装置既可以使钢套安全高效的取出，还可以减轻对枕梁母材的伤害。有效的提高了破损钢套安取效率的80%。从而达到降低劳动强度、节省成本、提高生产效率、节约产品前导时间的目的，真正达到降本提能，提高生产效率。

五、参考文献

[1]罗彬宾.浅探TRIZ理论在机械创新教学中的应用[J].科技与创新,2021(22).

[2]李卫,郭雪艳.城铁车辆铝合金车体底架钻孔装置的结构设计[J].现代机械,2019.