基于TRIZ理論的加熱爐爐門密封設(shè)計

孫鎮(zhèn)鎮(zhèn)

(馬鋼輪軸事業(yè)部 安徽馬鞍山 243000)

火車車輪制造工藝相當復(fù)雜，其中首先是鋼錠的加熱，所以加熱爐在車輪生產(chǎn)中占著非常重要的位置，在不影響生產(chǎn)的情況下加熱爐的各個方面都要完好，在此僅在加熱爐爐門密封方面做必要闡述，將TRIZ創(chuàng)新方法應(yīng)用到實際工作當中，針對爐門密封問題分析。

1 TRIZ創(chuàng)新方法簡介

TRIZ方法有一定的思維模式，熟練掌握并運用TRIZ方法，對于實際工作有較為明顯的幫助。實際工作中的機械工程問題大都可以簡化成一個TRIZ模型，將問題用專業(yè)語言進行描述，不放過一個細節(jié)，描述的越詳細，物體的功能越清楚，我們分析問題就越順利，就越容易找到最根本原因。根據(jù)問題描述，向標準化靠攏，利用40條發(fā)明原理，尋找76個標準解法，最后給出建議方案，逐步完善。

TRIZ可以理解為創(chuàng)新，人人都有一種創(chuàng)新的思維，想別人不敢想。要敢于沖破慣性思維模式，沖破傳統(tǒng)的、固定的觀念，將生活及工作中“一直都是這么干的”“一般我們都是”“正常情況下”，這樣的習(xí)慣定勢打破，才能有更好的思路。TRIZ正是給了我們這樣一套思維算法，根據(jù)步驟，一步一步的向著問題根源進軍，友一步一步的走向最佳解決方案，非常巧妙的將現(xiàn)實問題轉(zhuǎn)化成可以推理的書面問題。其中TRIZ的基本工具主要包含：問題分析、矛盾確定、方案解評價、解決方法改進等。

2 問題描述

車輪加熱過程在加熱爐中實現(xiàn)，通常加熱爐在正常工作中溫度約1300 ℃，需在一定溫度下加熱一定的時間，為保證爐體內(nèi)溫度恒定，減少爐門外支柱的燒傷損壞，需對爐門密封效果加以改善。目前加熱爐爐門屬于鏈輪上下拉動過程，爐門與左右側(cè)支柱之間存在一定間隙，爐膛壓力偏高，火焰冒出，長時間對左右側(cè)及上不支柱進行燒灼，易變形，壽命降低。主要存在問題如下：

1.加熱爐正常工作狀態(tài)，爐門與爐體之間密封效果不好，損鋼構(gòu)，減小周圍鋼構(gòu)的壽命。

2.爐門上下運動不穩(wěn)定，存在碰撞、摩擦支柱現(xiàn)象。

3.密封效果不好，爐內(nèi)部的溫度有所降低，比要求的溫度值小。

4.密封效果不好，致使爐門口外溫度較高，點檢困難。

3 初步分析算法

主要強調(diào)矛盾與理想解和程式化，按照一定的規(guī)則順序進行。

明確要解決的問題：如何改善爐門的密封效果，使之燒不到外側(cè)支柱，如何減小間隙，如何讓爐門穩(wěn)定升降。

對新技術(shù)系統(tǒng)的要求：能夠?qū)t口進行有效密封，減小燒到外側(cè)支柱的時間，爐門運動可靠。

技術(shù)系統(tǒng)IFR:設(shè)備能夠自己完全密封，工作穩(wěn)定。

3 TRIZ分析法

3.1 系統(tǒng)分析

系統(tǒng)分析主要將產(chǎn)品各個組成部分的關(guān)系理清，一個產(chǎn)品以哪個功能為目的，有哪些組件組成，存在哪些關(guān)系，如圖1所示，我們對爐門分析。

圖1 爐門系統(tǒng)組件模型

建立組件模型，對整個組件模型進行分析，得出可能的四個功能因素：

1.爐門和爐體之間的密封不足。

2.主鏈條拉偏爐門有害。

3.爐門閉合，間隙冒出火焰有害。

4.鏈輪磨損有害。

3.2 因果分析

根據(jù)組件模型，建立爐門密封性不足的因果分析和爐門密封面積不足的因果分析，分別為如圖2、圖3。

圖2 爐門密封性不足因果分析

圖3 爐門密封面積不足因果分析

通過因果分析，引起爐門密封不足的原因是：1、密封面積不足；2、爐口損壞變形；3、 爐門晃動不穩(wěn)定；4、爐膛壓力過高。

3.3 資源分析

在TRIZ理論中資源分析是重要方法之一，通過資源分析可以充分考慮并使用周圍資源，達到提高理想度的目的。

(1)對爐口變形有害資源分析:

物質(zhì)資源：左右側(cè)支柱、上不水冷支柱、底座、左右側(cè)立柱、底部鋼構(gòu)、火焰、機械手、鋼錠、爐門。

能量資源：沖力、壓力、溫度、信息資源：左右側(cè)支柱材料、水冷上部支柱材料、底座材料。

(2)鏈輪軸孔磨損過度資源分析：

物質(zhì)資源：鏈輪軸孔表面、鏈輪軸孔內(nèi)部、鑄鐵套、軸、鏈輪、主鏈條。

能量資源：壓力、摩擦力

信息資源：鏈輪材料

(3)對爐門密封性不足資源分析：

物質(zhì)資源：門框、耐火材料、左右吊鉤、主鏈條、爐口、火焰

能量資源：溫度、液壓動力、摩擦力

信息資源：門框材料

3.4 運用TRIZ原理解決問題

(1)根據(jù)資源分析,鏈輪軸孔磨損過度的原因是鏈輪軸孔強度不足，增加強度時，將導(dǎo)致鑄鐵套的重量增加。

參數(shù)：強度

要求1：大

要求2：小

空間1:外表面

空間2：內(nèi)部

應(yīng)用空間分離(改變結(jié)構(gòu))

圖4 鏈輪軸孔圖示

通過物理矛盾分析，主要是在鏈輪軸孔外表面增加強度即可，外表面滑動摩擦力較大，1、可在鏈輪軸孔外表面進行迅速加熱，淬火，提高耐磨性。鏈輪材質(zhì)不變。淬火區(qū)域如圖4所示。

(2)根據(jù)資源分析,爐門的密封性不足的原因是爐門寬度小，增加爐門寬度時，將導(dǎo)致爐門與左右側(cè)支柱的磨損。

參數(shù)：尺寸

要求1：大

要求2：小

空間1:密封時

空間2：開門時

通過物理矛盾分析，主要是在密封時做到密封效果好，爐門寬度寬即可，在爐門開啟時需要爐口全部露出，采用移門形式左右滑動方式對爐口進行關(guān)閉和開啟，密封時效果很好，開門時將完全打開，爐門往一側(cè)開啟或關(guān)閉，不會因為高溫而燒損。如圖5所示。

圖5 鏈輪軸孔圖示

(2)應(yīng)用條件分離 根據(jù)系統(tǒng)分析，進行物場分析，確定問題所處的區(qū)域范圍，關(guān)鍵問題之一：火焰燒灼左右側(cè)支柱有害。如圖6所示。

圖6 鏈輪軸孔圖示

火焰S2與左右側(cè)支柱S1之間燒灼有害，應(yīng)用S1.2的模型標準解，我們考慮在左右側(cè)支柱表層涂抹耐火層,或耐高溫涂層等。

(4)利用小人發(fā)分析，爐口底座變形的原因是爐口底座左右側(cè)與爐體之間的焊接部分不牢靠，將底座看成一個小人并分解成若干個小人，左右端綠色小人起到連接的功能，中間紅色小人起到支撐的作用。

解決方案：聰明的綠色小人牽手更多的集中在兩端，并且成擴張趨勢，所以可以在兩端分別加上拉筋，或做成斜坡形式，加強底座與爐體之間的連接作用，減輕重力在豎直方向的分力。

4 總結(jié)

采用TRIZ理論，能夠在爐門密封上找到新的突破，獲得新的解決方案，在鏈輪加工過程中，在鏈輪軸孔外表面熱處理，提高耐磨性；改變爐門的啟閉方式，實現(xiàn)左右滑動方式對爐口進行開啟、密封；在左右側(cè)支柱涂抹耐火層，提高了表面的耐火性能；在底座與爐體之間加拉筋，加強底座與爐體之間的連接作用。方案不僅上述幾種，完全可以利用TRIZ方法沖破思維慣性，找到更多相關(guān)的解決方法。

參考文獻

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