新型液压起重象驱动机构的创新设计

    新型液压起重器是一种利用液用传动技术和新型夹紧机构、实现有限空间的大型设备吊装的、具有我国自主知识产权的新型起重设备，它从工作原理上改变了传统的塔式起重机(俗称塔吊)，其重量和体积约为相同起重量塔吊的1/10,能够在大型设备、特别是电力设备的安装施工中获得广泛的应用。
   
    由Altshuller等人提出的发明问题解决理论(Theory ofInventive Problem Solving,TIPS)通常取俄文缩写用TRIZ表示。该理论给出了解决创新设计问题的通用模式。TRIZ理论认为，发明问题的核心是解决矛盾(或冲突)，未克服矛盾的设计不是创新设计。产品进化过程就是不断解决产品所存在矛盾的过程，一个矛盾解决后，产品进化过程处于停顿状态;之后的另一个矛盾解决后，产品移到一个新的状态。设计人员在设计过程中不断地发现并解决矛盾，是推动其向理想化方向进化的动力。
   
    消除技术矛盾是TRIZ理论的主要研究内容之一。这里介绍在新型液压起重器创新设计中消除驱动机构技术矛盾的过程。

1 TRIZ消除技术矛盾的基本原理
   
    技术矛盾是指由于系统本身某一部分的影响，所需达到的状态不能满足。技术矛盾总是涉及到两个基本特性A和B，当A得到改善时，B变得更差。TR1Z理论提取了描述技术矛盾的39个规范特性和40条创新原理。实际应用时，把组成矛盾的双方内部性能用该39个规范特性中的2个来表示，目的是把实际工程设计中的矛盾转化为一般的或标准的技术矛盾。为了科学地选择创新原理，以指导技术矛盾的解决，Altshuler将描述技术矛盾的39个规范特性与40条创新原理建立了对应关系，形成了矛盾解决矩阵(见表1)。

    矩阵的第1行和第1列分别为39个变坏和变好的规范特性。实际应用中，首先应分别找出某个特定技术矛盾所对应的变好的规范特性和变坏的规范特性及其序号，然后在两序号对应行与列的相交处确定其矩阵元素，该元素所给出的数字便是推荐的创新原理序号集。

2 原液压起重器驱动机构存在的问题
   
    美国费城的拉克制造公司制造了一种液压提升装置(图l)。

    每台装置的顶部有一个丁字头(图2)，丁字头的两端装有卡爪。起吊时，液压缸升起丁字头，上部的卡爪就卡住两条直径为57mm的钢绳，并将钢绳连同缚住的吊件升高一段距离，同时在每台装里底部的卡爪则松开钢绳，使钢绳可以向上移动。提升动作完成后，液压油缸缩回，此时，丁字头上的卡爪松开钢绳，底部的卡爪则夹紧钢绳。起吊过程就这样周而复始的循环。

    美国的这种提升装置存在两个问题:(1)油缸体积问题:在动力机构中采用普通油缸的结构，要达到一定的功率时所需液压缸体积较大;(2)钢绳布置问题:夹紧机构中丁字头上钢绳的布置容易使油缸受载不平衡，加速油缸的磨损，且钢绳根数少，不易调节。
   
    按照TRIZ解决技术矛盾的理论方法，首先要确定上述问题的技术矛盾，并用问题所处领域的专业术语描述该矛盾，然后再利用矛盾解决矩阵寻找创新原理。

3 油缸体积问题的解决

    3.1确定技术矛盾
   
    对于油缸体积问题，可以将其矛盾描述为:若要减小液压缸的体积或容积V，为了保证活塞每次行程达到一定的提升高度和系统结构的稳定性，假设液压缸活塞每次行程高度H不变，则会导致液压缸的底面积S减小(由S=V/H可以得出)，而液压缸底面积S的减小是我们不希望看到的，因为S的减小会导致液压缸推力F的降低(由F=p·S可以得出，P为工作油压，假设为定值)。所以可以得出此问题的设计冲突为液压缸的容积V与液压缸底面积S之间的矛盾。
   
    用TRIZ的39个规范特性将上述矛盾抽象为一般问题的描述(规范特性后的数字为序号):
   
    (1)希望变好的特性:运动物体的体积(No.7 )，一般指运动物体所占的空间体积，在这里是液压缸的体积或容积。
   
    (2)导致变坏的特性:运动物体的面积(No.5 )，一般指运动物体内部或外部所具有的表面或部分表面的面积，在这里是液压缸的横截面积。