基于TRIZ理论的机场消防车顶盖设计*

2021-12-03王云鹏

机械研究与应用 2021年5期

王云鹏，王都，杨科

(陕西重型汽车有限责任公司，陕西西安 710200)

0 引言

由于机场各种不确定因素的存在，飞行事故也时有发生，因此都会配置相关设施随时应对突发状况。机场消防车是指专门用于预防及扑救飞机火灾、并对机上乘员予以及时救援、可在车辆行驶中喷射灭火剂的机场专用消防车辆[1]。

消防水炮是消防工作中最常用的灭火装备之一，不仅可以用于消防车、消防船、海监船等移动设备上，还可以固装在油罐区、工业园、港口码头等火灾高发区域。消防水炮的反作用力非常大，并且由于持续时间长，方向不定，对承载物的承载能力有很大要求。对于机场消防车，消防水炮的承载物，即机场消防车顶盖，需要承受住大范围角度的反作用力，故需要在不影响重量的前提下进行创新设计，增加其承载力，以达到使用需求。

相对传统创新方法，TRIZ理论(Theory of Inventive Problem Solving)使得创新过程效率提高，能够帮助预测产品的发展角度，具有良好的可推广性和普适性。笔者以机场消防车顶盖设计为例，利用TRIZ理论进行设计，得出优选方案，为机场消防车顶盖设计提出具有参考性的设计方案，并为其他消防工具的创新设计提供新思路。

1 TRIZ理论和消防车顶盖设计

1.1 TRIZ理论概述

TRIZ理论是前苏联G．S．Altshuler及其领导的一批研究人员提出的发明问题解决理论，目标就是把创新问题转换为常规问题，利用前人的经验快速获得创新问题解决方案。TRIZ理论的几大经典理论体系包括：技术系统八大进化法则、最终理想解IFR、40个发明原理、39个工程参数及矛盾矩阵、物理矛盾和四大分离原理、物一场模型分析、发明问题的标准解、发明问题解决算法ARIZ、科学效应和知识库。TRIZ理论能够系统地分析问题，直面问题矛盾所在，并解决它，帮助设计者突破思维惯性，以新的视角分析并解决问题[2]。图1为基于TRIZ理论的产品开发流程。

图1 基于TRIZ理论的产品开发流程

1.2 消防车顶盖方案

基于现有车型及设计方向，认为加强顶盖强度能够增加其承载力，但是会增加驾驶室重量。利用TRIZ理论，这种矛盾属于技术矛盾，通过查阅TRIZ矛盾矩阵表，得到解决矩阵[3]。对资料进行整理，结果如表1所列。

表1 消防车顶盖分析表

查看工程参数提供的发明原理，并根据成本，生产难度等方面进行分析，得出3个设计方案，如表2所列。

表2 消防车顶盖分析表

对表2进行分析，并进行概念设计，得到3个设计方案，初始方案和设计方案如图2～5所示。

图2 消防车顶盖初始方案图3 消防车顶盖设计方案1

图4 消防车顶盖设计方案2 图5 消防车顶盖设计方案3

此图为目前消防车顶盖横梁结构，后续方案均在此基础上进行调整。

方案1根据组合原理，增加组合横梁，具体为双层焊接横梁，焊接螺栓等，增强承受力。

方案2根据中介原理，对原先较分散的焊点进行重新布置，同时对薄弱地方进行增加焊点密度处理。

方案3根据多孔材料原理和组合原理，在前横梁表面焊接一个多孔横梁，在尽减轻重量的前提下增加强度。

2 仿真结果分析

使用软件HyperMesh进行分析，按照水炮喷射方向，载荷共有9种，载荷大小为4500 N，为水炮反作用力平均值的1.5倍，方向与喷射方向相反。载荷投影与x轴夹角分别为180°，90°，7.5°，喷射仰角分别为-45°，0°，70°，按照喷射方向将工况标记为：180_-45，180_0，180_70，90_-45，90_0，90_70，7.5_-45，7.5_0，7.5_70，如图6所示[4]。