林震源 袁英杰 尹 力 張 建 陶雪宏 王本金

（馬鋼（集團）控股有限公司南山礦業(yè)公司）

電動挖掘機又稱電鏟，是露天礦主要采掘設(shè)備。WK-10B 電鏟是WK-10 型電鏟的第三代改進機型，屬于礦用機械正鏟式挖掘機，主要用來剝離和采掘露天礦山的巖石及礦石。此種電鏟單臺每班次（9 h）可采掘1萬t左右的原礦，生產(chǎn)效率十分高。

1 問題背景

WK-10B電鏟的各運動部分都為電機驅(qū)動，制動部分為氣動抱閘控制，且為常閉式控制，氣壓系統(tǒng)失壓時自動抱死。因此保證供氣系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠是電鏟安全運行的重要工作。此種電鏟中央樞軸上部的行走旋轉(zhuǎn)供氣裝置一旦出現(xiàn)磨損漏氣，會造成整個電鏟車下行走部分無法正常工作。且因其結(jié)構(gòu)特殊，出現(xiàn)此種故障后，拆裝工作量大，對采場的生產(chǎn)組織造成很大的影響。

因為電鏟的平臺部分與底盤行走部分是作相對回轉(zhuǎn)運動的，所以由平臺主氣路輸至行走部分的壓縮空氣必須經(jīng)過旋轉(zhuǎn)供氣裝置才能輸送。而且，在供氣裝置的上部，還依次安置有低壓集電環(huán)和高壓集電環(huán)（6 000 V），所以要想更換氣接頭內(nèi)部的V 型組合密封圈，就必須將整臺電鏟的高壓電拉斷。另從外部變壓器引入維修用電，然后將外部護罩拆除，之后將四道高壓集電環(huán)及各電纜接頭拆除，再將十幾道低壓集電環(huán)及各電纜、小線接頭拆除，最后才能對供氣裝置進行拆解，拆解后更換V 型密封組件；然后再逐步進行恢復(fù)組裝、試車。整個檢修過程十分繁瑣，難度較大［1，2］。

2 基于TRIZ理論的技術(shù)難題突破

2.1 技術(shù)矛盾分析

應(yīng)用TRIZ 創(chuàng)新方法對所訴問題進行分析［3-5］。首先對系統(tǒng)進行功能分析，明確系統(tǒng)中各組件的有用功能、不足功能、有害功能以及過度功能，詳細(xì)了解技術(shù)系統(tǒng)中組件之間的相互作用關(guān)系（見圖1）。

系統(tǒng)分析發(fā)現(xiàn)影響功能的因素有：①壓縮空氣擠壓密封件的有害功能；②密封件磨損供氣裝置的有害功能；③低壓環(huán)覆蓋供氣裝置的有害功能；④套管穿過各部件的有害功能；⑤供氣裝置支撐磨損密封件的過度功能。

為了進一步找出影響系統(tǒng)正常功能的原因，以現(xiàn)實問題為起點，通過因果邏輯層層剖析，得出對問題有影響的相應(yīng)因素。對系統(tǒng)進行因果鏈分析如圖2所示，為下一步做技術(shù)矛盾分析尋找入手點。

當(dāng)想改善技術(shù)系統(tǒng)中某一特性和參數(shù)時，同時引起系統(tǒng)中另一特性或參數(shù)的惡化，這就產(chǎn)生了技術(shù)矛盾。從因果分析、功能分析發(fā)現(xiàn)，檢修困難的原因是結(jié)構(gòu)設(shè)計造成的。如果改變裝置或部件的結(jié)構(gòu)，那么將簡化檢修過程，提高檢修效率，但是會增加裝置的復(fù)雜性，存在技術(shù)矛盾。

將問題中的參數(shù)用TRIZ理論的工程參數(shù)進行定義描述，得到技術(shù)矛盾。①改善的參數(shù)：易維修性；②惡化的參數(shù)：裝置的復(fù)雜性。通過查找TRIZ 矛盾矩陣表中改善參數(shù)與惡化參數(shù)的交集欄，獲得了01（分割原理）、11（預(yù)補償原理）、13（反向作用原理）、35（物理及化學(xué)參數(shù)改變原理）4個推薦改進原理。

通過01號原理（分割原理：將體系分割成相互獨立的幾個部分，以便于實現(xiàn)系統(tǒng)的改造）提示，獲得了2個解決方案。

（1）方案1。將氣接頭做成分腔式，當(dāng)一個腔出現(xiàn)漏氣時，更換其他分腔使用。

（2）方案2。將氣接頭結(jié)構(gòu)做成分體式，可以直接更換密封圈的形式，減少拆卸過程。

通過11號原理（預(yù)補償原理：通過預(yù)先準(zhǔn)備好的應(yīng)急措施—如備用系統(tǒng)、矯正措施等來補償對象較低的可靠性）又獲得2個解決方案：

（3）方案3。在事先安裝氣接頭密封圈時，多加裝一道密封圈，增強密封效果延長使用周期。

（4）方案4。將氣接頭改制成可安裝預(yù)留密封圈的形式，在維修時多預(yù)留幾個密封圈，方便下次檢修。

2.2 物理矛盾

在本系統(tǒng)中如果抬高氣接頭的位置，將其置于高、低集電環(huán)與護罩之上，那么就能大大減小檢修的難度與工作量；如果降低氣接頭的位置，將其置于高低壓集電環(huán)的下部，那么可以不需考慮風(fēng)管的絕緣問題，存在物理矛盾。

解決物理矛盾的核心思想是實現(xiàn)矛盾雙方的分離，即空間、時間、條件分離以及整體與部分分離?，F(xiàn)有矛盾適合采用空間分離，在推薦的相關(guān)發(fā)明原理中通過17號發(fā)明原理（空間維數(shù)變化原理）獲得提示，得到解決方案5：將氣接頭改造后置于高低壓集電環(huán)之上，將風(fēng)管換成高壓絕緣管，經(jīng)過各部件的空腔給車下供氣。

2.3 物場分析

針對旋轉(zhuǎn)供氣裝置漏氣問題進行物場分析，根據(jù)物場模型76 個標(biāo)準(zhǔn)解查表得到標(biāo)準(zhǔn)解法：將原物場模型轉(zhuǎn)化為復(fù)雜的鏈?zhǔn)轿飯瞿Ｐ?，如圖3。通過增加一個新的供氣裝置，增強物場模型。

2.4 方案評價

根據(jù)對設(shè)備維修率與改造經(jīng)濟性的綜合對比，對所獲得的6 個解決方案進行對比分析（見表1），最終采用方案6，其優(yōu)點是可以提高系統(tǒng)的可靠度，將原有的行走氣路由串聯(lián)系統(tǒng)改為并聯(lián)系統(tǒng)，并聯(lián)能提高系統(tǒng)的可靠度與維修性。同時在達到優(yōu)化的前提下，改造方案成本最低。通過采用一種外形體積小巧的旋轉(zhuǎn)氣接頭并聯(lián)接入行走氣路，作為備用氣路，當(dāng)原氣接頭損壞時，將備用氣路接入使用，見圖4。

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3 成果介紹

改造后每次檢修僅需一名鉗工，耗時1 h，提高工效約80 倍。間接經(jīng)濟效益是每班次可生產(chǎn)1 萬t 原礦，那么2.5 d 生產(chǎn)5 萬t 原礦。通過對WK-10B 電鏟行走旋轉(zhuǎn)供氣裝置的優(yōu)化，大大提高了設(shè)備可靠度和維修性。

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4 結(jié) 語

通過應(yīng)用TRIZ 理論獲取改造創(chuàng)新提示，并結(jié)合實際生產(chǎn)條件，選擇直接有效的方案：對供氣系統(tǒng)增設(shè)并聯(lián)供氣裝置。最終提高了設(shè)備的可靠度與維修性，同時獲得了較大的間接效益。