基于TRIZ理论的全方位新型运输车设计
2020-05-13王妍玮肖显昊
高 辉 王妍玮 肖显昊
(哈尔滨石油学院 数理教研部，黑龙江 哈尔滨 150027)
一、选题背景及问题的初步分析
(一)项目来源
在生产运输中，人们常常被这样的问题困扰，当运输大物件时由于承重量比较大导致转向和操控起来及其不便，同时运输大物件时对运输车体积要求比较高，驾驶员操控运输车辆难度很大。以上这些问题广泛存在于生产和实践中，适用于TRIZ理论的研究，因此确定本课题，并运用TRIZ理论对产品进行创新设计。
(二)发明问题初始情况
1.当前系统的功能及组成
当前系统功能：运载物品。当前系统组成：载物台、轮子、轴承、发动机、控制系统。
2.当前系统的工作原理
主要是行走车轮的驱动原理，用车轮的移动带动载物台和载物台上的货物。
3.存在的主要问题
目前大型陆地运输机器基本上都是用钢材制造，由于自身体积庞大，导致空闲时占地面积过大并且转向困难，对于驾驶员技术有严格要求。
4.技术参数
表1 运输车参数
5.问题解决目标
减少运载工具的重量，增加灵活度，使运载工具能达到全方位运输。
6.限制条件
(1)运输车组装拆卸困难，总体结构不可变。
(2)转向受体积、重量的限制。
7.详细列出目前解决的方案或类似产品的解决方案或已有专利
目前，市场上已存在一种液压平板运输车，由一整套液压系统带动。柴油机/电机带动液压泵，机械能转化为液压能，液压能通过液压马达转化为机械能，并且这种运载车不能灵活转向、可操作性差且体积庞大。
二、系统详细分析及方案设想
(一)九屏幕法
图1 运输车系统九屏图
提出技术方案：
F1.采用分割原理和组合原理，将大型运载机器分成个体运载机器，做到既能运送小的物体也能运送大的物体。
F2.采用逆向思维原理，用低速马达代替高速马达使车子的稳定性提升。
(二)因果链分析
图2 运输车系统因果链分析
归纳根本原因：(1)运载工具体积太大；
(2)驾驶室视野有盲区；
(3)运载机器驱动方式落后；
(4)运载器械轴距太长；
(5)空间场地有限。
确定要解决的关键问题：轮子驱动，运载平台的空间。
提出技术方案：
F3.采用组合原理：将运载平面分成单个运载器械做到理想化无限拼接，解决运载平台面积有限的问题。
F4.采用预先反作用原理：安装车载影像系统。
F5.采用组合原理：用独立驱动系统代替传统驱动方式。
F6.采用分割原理：将传统的长轴距分割成独立的短轴距。
图3 新式45°角轮子
(三)最终理想解
表2 最终理想解
提出技术方案：
F7.采用曲面化原理：改变轮的内部结构，用滚珠来代替传统的橡胶材料。
F8.采用中介物法：使用磁悬浮使轮和地面不接触。
F9.采用中介法、预先反作用法、有效作用持续法，使用气垫原理使车和地面分离，运用多角度吹风的原理改变风向从而改变车的运动方向。
(四)资源分析
超级平板车材料都是一些常见的材料，比如塑料、橡胶、常见金属等，选择资源的顺序如下表3。
表3 资源分析
(五)功能分析
表4 运输车功能分析
归纳不良效应：
(1)载物板对车轮造成较大的压力；
(2)车轮对地面造成较大的压力；
(3)驾驶室对载物板的控制作用不足。
提出技术方案：
F10.利用组合原理：在载物台底下多放几个轮子，让多个轮子同时运动，一起带动载物台。
F11.利用不对称原理、多维原理、曲面化原理：改变轮子内部结构，用旋转滚轴代替轮胎，采用45°倾斜让轮子更加灵活的运作，真正做到全方位行走。
(六)功能裁剪模型
建立功能模型后，删除或替换系统某个组件，保留该系统的有用功能[1]。结合该种方法运用，找到关键问题，驾驶室对载物台不能实现多角度灵活控制。
提出技术方案：
F12.采用替代法：裁减掉驾驶室，保留其功能，用手柄来代替驾驶室，让操作人员能更好地观察到载物平台的每个角度。
图4 传统轮子与新式轮子对比图
(七)技术矛盾
1.原问题技术矛盾的表达
表5 技术矛盾表述
2.问题模型——对应的39个通用工程参数
改善的参数：力
恶化的参数：可操作性
查矛盾矩阵，应用40个发明原理中的1、28、3、25原理来解决上述技术矛盾[2]。
提出技术方案：
F13.分割原理、组合原理：将载重台分割成无数个小车，再将小车任意组合拼接。
F14.机械系统替代法：在每个车轮上安装小马达，用马达替代发动机驱动。
图5 产品设计简易图
F15.局部特征原理：用小型轴承来代替橡胶轮胎内部。
(八)物理矛盾
(1)如果载重台面积增大，那么承重量多，但灵活度降低。
(2)如果载重台面积减小，那么灵活度升高，但承重量少。
应用分离原理：时间分离、条件分离、整体与部分分离[3]。
提出技术方案：
F16.装载大量重物时将载重台小车进行无限拼接，装载少量重物时将载重台小车进行拆分。
(九)物场模型
图6 物场模型图
提出技术方案：
F17.采用预先作用原理：在轮胎的钢珠表面加上耐磨涂层增加轮胎的耐磨度。
三、技术方案整理及评价
表6 方案评价表
四、结论
通过以上TRIZ工具的运用，得出具体技术方案，对方案进行评价和总结，得出最优方案为：改变轮子内部结构，用旋转滚轴代替轮胎，采用45°倾斜设计让轮子更加灵活运作，使运输车实现全方位旋转，并运用组合原理，对技术系统进行组合，实现无限拼接以达到减少占用空间的目的，基于TRIZ理论设计的新型全方位运输车更灵活、更节约空间、可操作性大大增加。
图7 产品最终设计图及实物图
