基于TRIZ理论的轧钢精整液压系统改善设计

卢正臻

1 前 言

山钢股份莱芜分公司棒材厂二轧车间是年产能近百万吨的热轧带肋钢筋生产线，生产效率高，收集节奏快。产线精整区域现有托放机构、成型机和打捆机3类液压系统。托放机构液压系统为冷剪后的托放机构提供动力，实现钢筋定尺由剪后辊道到收集平台的移送；成型机液压系统为4台抱爪装置提供动力，实现钢材捆扎前的收紧，打捆机起到钢筋捆扎作用。托放和成型机液压系统控制方式相同。生产中，托放机构运行平稳可靠，流量充足；成型机流量不稳，抱爪缓慢，油箱散热能力低，故障频繁，满足不了高效生产的要求；打捆机液压系统精密复杂，油箱内动力元件及其附件故障会造成较长热停工时。3处液压系统控制执行装置设计参数均能满足要求，如果从提升泵的排量、选用较大油箱、改型抱爪机构或是改造打捆机，投资额度较大，不利于降本增效。

TRIZ理论能够突破思维定式，使一个复杂的解题过程转化为精确的科学运用过程，以较小的投入获得理想的产品或办法，所以探索用TRIZ理论发明原理来解决问题。

2 液压系统改善方案分析

2.1 建立系统模型

基于TRIZ理论，描述出该轧钢精整液压系统功能模型，如图1所示。该项目的目标是：对精整区液压系统进行尽可能小的改动使其运行工况得到改善，具体体现在抱爪速度满足要求，工作温度在许可范围，打捆机运行稳定可靠等；同时要维持原液压系统的初始设计和工作原理。

图1 系统功能模型

2.2 描述技术矛盾

此精整区液压系统存在的TRIZ技术矛盾是：要降低成型机液压系统介质温度，就需降低流量，那么则会影响收紧节奏；提高收紧速度又需提高流量，但系统故障和安全隐患将会提高。此外，考虑打捆机液压系统向超系统进化的思路来解决，打捆机液压系统的超系统如图2所示。

图2 打捆机液压系统的超系统

运用48个通用工程参数描述系统技术矛盾。若成型机抱爪速度足够快，则能满足钢筋的收紧节奏，提高捆扎效果。但速度越大，介质温度越高，系统的安全隐患和故障发生率就越高，即有害的副作用就越高。经过以上分析，确定出改善的参数—速度，指物体的运动速度、过程或活动与时间之比；恶化的参数—有害的副作用，指造成系统效应或完成功能质量降低的有害因素。根据改善的参数和恶化的参数，通过使用矩阵查找相关发明原理9个［1］：35性能转换原理；21减少有害作用时间原理；2抽取原理；24借助中介物原理；33均质性原理；28机械系统替代原理；11事先防范原理；16部分超越原理；34抛弃或再生原理。

2.3 应用40个发明原理寻找解决办法

1）35性能转换原理：根据该原理“改变温度或体积”的提示，设想把托放液压站油箱和成型机液压站油箱连为一体，变通扩大油箱的体积，一方面增大了散热面积，另一方面可以使托放液压站换热器为成型机液压介质散去部分热量。设计方案能解决部分的问题。

2）21减少有害作用时间原理：没有合适的解决方案。

3）2抽取原理：根据该原理“抽取物质中必要的有用的部分或属性”的提示，设想抽出托放液压系统的部分流量补偿成型机液压系统，将两液压站的定量泵并联，使其流量增大，方案能解决部分问题。

4）24借助中介物原理：可以尝试用风机对油箱降温，方案能解决部分问题。

5）33均质性原理：存在相互作用的物体用相同材料或特性相近的材料制成，没有合适方案。

6）28机械系统替代原理：没有合适解决方案。

7）11事先防范原理：在成型机液压站安装高温报警和急停连锁装置，当介质温度超出安全范围时自动报警停泵，但这样会影响高效生产的连贯性。

8）16部分超越原理：无合适方案。

9）34抛弃或再生原理：无合适方案。

3 确定最终方案

综合以上分析确定最终方案。串联成型机液压站和托放液压站两油箱，并联两液压站油泵，整合成一套液压系统。因控制方式和工作原理相同，改进后新系统工作正常。两液压泵并联使流量增大，两油箱贯通使散热能力提高，原托放液压站的冷却器再吸收部分热量，降低了成型机介质的温度。同时，考虑向超系统进化的原则，从创新后的托放-成型机液压系统引出一条进回油支路接入打捆机液压主管路，安装高压球阀常闭，紧急情况下作为打捆机的备用动力源；在整个系统末端安装蓄能器［2］。改进后的精整区液压系统功能模型如图3所示，本项目基于TRIZ理论巧妙解决问题。

图3 改进后的精整区液压系统功能

4 应用效果

改造后的抱爪节奏完全满足生产需要，油温处于正常范围，常发故障和安全隐患消除。托放机构运行亦不受影响，并且在启用备用动力的特殊情况下打捆机完全能够正常工作，本项目以低投资短工期实现了轧钢精整液压系统运行工况的改善设计。项目实施后，一方面设备综合效率提升，机物料消耗、维修费用和生产热停工时等大幅降低，安全隐患消除；另一方面钢筋捆扎紧凑结实，消除了质量异议，降低了质量成本。经测算，年实现综合效益近180万元。

［1］ 赵敏.TRIZ进阶及实践［M］.北京：机械工业出版社，2015.

［2］ 吴博.液压系统使用与维修手册［M］.北京：机械工业出版社，2012.