卷帘门机构钢带断裂问题.doc

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原文
TRIZ创新流程应用实践报告——

卷帘门机构钢带断裂问题

一航沈阳所

2008．9

目 录
原文
摘要
1.    前言
2.    工程问题描述
3.    工程问题的分析及解决过程
系统的功能分析
功能模型
根本原因分析
解题工具的应用
采用技术矛盾、创新原理方法解决
采用物理矛盾、分类方法解决
采用物场分析方法解决
4.结论
摘要：
原文
本文试想通过TRIZ理论方法解决卷帘门机构钢带断裂问题。给出了几种方案的解决思路，可为今后改进设计提供一定的参考。
关键词：卷帘门机构，钢带，断裂，TRIZ，创新原理
1.前言：
卷帘门机构，是安装在前机身中整流罩上的一套开、闭机构，它相当于照相机上的镜头盖。安装卷帘门机构的目的是在飞机滑跑时防止飞溅的砂石打坏照相窗口玻璃，在停放时保护窗口玻璃。机构以靠电机驱动，通过链齿机构传动，克服由于在飞行过程中空气动力对卷帘所产生的压力而引起的摩擦力和卷帘重力，拉动卷帘门并实现其开、闭需求。在其到达开、闭极限位置时，卷帘门边缘内带条上的碰块与终点电门开关弹簧片碰撞实现电机的制动。卷帘门开、关时间为10秒～20秒。
l       卷帘门机构的组成
卷帘门机构由两部分组成：即机械部分和控制机构正常工作的电控部分。
每套卷帘门机构由带滑轨的卷帘门框、卷帘、卷帘盖板（2个）、钢带（2条）、链条（2条或者3条）、大齿轮（1个）、小齿轮（3个或者4个）、卷帘轴（1个）、卷带轴（1个）、电机及电机支座（2个）、终点电门开关及支座（2个）、导向轮（4个）等构件组成（见下图）。
在卷帘门框左、右侧各设计1个卷帘轴和卷带轴，在卷帘轴和卷带轴附近框腹板上各安装1部电机，并安装链轮和传动链，在滑轨两端设有导向轮，卷帘和卷带沿框上的滑轨进行滑动。在窗口两侧有终点电门开关及支座，在卷帘门的边缘内带条上有与终点电门开关弹簧片碰撞的碰块。

原文
1钢带 2卷帘 3卷帘门框 4、13电机安装板 5、9、16、18链轮6、15电机支架 7、14电机 8、17链条 10卷帘轴 11导向轮 12卷帘盖板19卷带轴 20钢带连接件21、22终点电门开关
典型卷帘门机构组成
l       卷帘门机构的工作原理
卷帘门机构的工作原理：开门时，控制系统驱动电机正转，此时卷帘轴驱动电机主动，卷带轴驱动电机从动，通过传动链带动卷帘轴和卷带轴，使卷帘门卷起，当卷帘门边缘内带条上的碰块触动打开位置终点电门开关时，电机制动使卷帘门处于打开位置；关门时，控制系统驱动电机反转，此时卷带轴驱动电机主动，卷帘轴驱动电机从动，通过传动链带动卷带轴和卷帘轴，使卷帘关闭，当卷帘门边缘内带条上的碰块触动关闭位置终点电门开关时，电机制动使卷帘门处于关闭位置（见下图）。

卷帘门机构工作原理图
2.工程问题描述：
名称：卷帘门机构
功能描述：通过卷帘门的开、闭实现空中照相和飞机滑跑、停放时保护窗口玻璃
工程问题：截止2007年1月，安装卷帘门机构的飞机共进行了156次试飞，据试飞现场反馈，三种状态的卷帘门机构出现了钢带折断7次（见下图）
原文

钢带折断故障初步分析
问题出现后，主要从以下几个方面采用排除法进行了分析。
1）设计原理问题
卷帘门机构在交付前都进行了50次地面开闭磨合试验，从未发现过上述问题。而且典型件的功能和寿命试验进行了10000次，钢带断裂都在3000次左右，因此可以排除设计原理上存在问题。
2）使用状态问题（大表速下卷帘门开闭）
卷帘门开闭应有限制，如在大表速下开闭会出现问题。就此问题专门了解了卷帘门在试飞中的使用状态。为保证飞行任务的完成，试飞站制定的试飞方案是：在地面就将卷帘门打开，执行完飞行任务后，在着陆时关闭卷帘门，验证其性能。因此可排除这种可能性。
3）细节设计问题
单条钢带的承拉能力是150kg，除非受力形式改变，使钢带承受了较大的附加撕扯力或折弯力，否则不会拉断。在了解问题时注意到：某状态卷帘门机构，钢带折断是在地面调试时出现的，并未受气动载荷，在第一次钢带折断后，更换了钢带，也作了离机调试，并无问题，装机调试后，钢带又马上折断。因此怀疑与机上连接时电路接反了，电机反转，钢带受折弯力，很快就折断了，后经确认确实是连接时电路接反了。另两种状态卷帘门机构，钢带折断伴随着钢带横向脱轨，钢带横向脱轨后钢带受力形式改变，承受了很大的撕扯力，因此折断。
原文
造成钢带横向脱轨的原因经分析是机构在开闭位置，卷帘未被锁紧，导致钢带松弛，钢带被气动力吸出。为此将机构在卷帘打开状态用机械方法锁死，进行试验飞行，飞行了两个起落，钢带完好，初步认定卷帘在开闭位置锁紧力矩不够是主要原因。
采购的电机成品最初带有刹车装置，（在典型件试验中，带刹车装置无法实现电机的主从控制，因此取消了刹车装置，靠电机阻力距锁紧。）。其它机构的卷帘尺寸相对出问题的卷帘要小，所受的气动力也就小，力臂也要小，飞行的次数有限，因此未发现问题，但并不一定没有隐患。
3.工程问题的分析及解决过程
l       系统功能分析
系统的功能分析主要包含三个步骤，建立组件模型、建立结构模型和建立功能模型。
组件模型：
组件模型是列出技术系统中包含的组件，包括超系统组件、系统组件和子系统组件。此系统的组件模型如下。

系统结构模型：
结构模型——相互作用矩阵
结构模型包含两张表，相互作用矩阵和相互作用表。下表为相互作用矩阵，用此矩阵描绘出系统各组件之间是否有关联。

原文

结构模型——相互作用表
下表为相互作用表，它描述了有相互作用关系的组件之间的具体关系是什么，并判断此关系的属性。

功能模型
功能模型包含两张表，第一张为功能表，第二张为功能模型。
下表为功能表，描述了某组件对系统中其他组件的所有功能。

原文

下表是功能模型，描述了系统中各组件之间的功能关系。

l       根本原因分析：
为了找到导致现有问题的原因，基于刚刚建立的功能模型，进行了根本原因分析，从而得到了更多的解决问题的突破口。
（增加和补充一些内容）
1．同轴转动带动两条钢带时,两条钢带受力不均匀,拉动卷帘时容易拉断钢带；
2．电机反向转动时容易拉断钢带；
3．钢带拉动卷帘时承受过大载荷（气动力、变形、卡住等）时容易拉断钢带。
l       解题工具的应用
（1） 采用技术矛盾、创新原理解决
原文
根据根本原因分析中的因果链，定义出技术矛盾，并利用矛盾矩阵和创新原理解决工程问题。
定义技术矛盾
1．问题：选择两条钢带拉动卷帘。
2．现有解决方案：选择同轴转动带动两条钢带拉动卷帘。
3．现有解决方案的缺点：同轴转动带动两条钢带时,两条钢带受力不均匀,拉动卷帘时容易拉断钢带。
技术矛盾：改善:力（10）； 改善:力（10）
恶化:适应性、通用性（35）。 操作流程的方便性（33）
创新原理：根据矛盾矩阵可得创新原理：（15、17、18,20）(1,28,3,25)
15（动态特性） 1(分割)
20(有效作用的连续性) 3(局部质量)
25(自服务)
原理15：A自动调节物体，使其在各动作、阶段的性能最佳。
B将物体的结构划分成即可变化又可相互配合的若干组成部分。
原理20: A物体的各个部分同时满载持续工作,以提供持续可靠的性能.
B消除空闲和间歇性动作.
原理1: A把一个物体分成相互独立的部分.
原理3: C让物体的各部分处于完成各自功能的最佳状态.
原理25:A物体通过执行辅助或维护功能为自身服务.
l       解决方案：
根据原理15A/B,20A/B,1A,3C:
把一个通轴分成两个,由不同的电机带动.
根据原理 20B,25A:
在卷轴前增加一个可移动（压动）的导向轴.
（2）    采用物理矛盾、分类方法解决
第一步：定义物理矛盾
参数： 力
原文
要求1：大
要求2：小
第二步：什么空间/时间需要满足什么要求？
空间/时间1：加载足够大的力拉动卷帘.
空间/时间2：加载足够小的力避免拉坏钢带.
第三步：以上两个空间/时间段是否交叉？
否 Ｖ 应用空间分离
物理矛盾：加载拉坏钢带
分离方法：应用空间分离方法
创新原理：1，2，3，7，4，17
1.分割原理：把一个物体分成相互独立的部分。
3.局部质量原理：让物体的各部分处于各自动作的最佳状态。
l       解决方案：
根据分割原理和局部质量原理综合考虑，把一个通轴分成两个,由不同的电机带动（解决方案同上）。
（3）    采用物场分析方法解决
建立物场模型分析并解决工程问题。
物场模型：
应用的标准解：
用2.2.1：
用更加容易控制的场来代替原来不容易控制的场，或叠加到不容易控制的场上。

l       解决方案：
在卷轴前增加一个可移动的导向轴（解决方案同上）.
4.结论
本文给出2种解决方案思路，可为今后改进设计提供解决思路和主要参考。
建议
一、 印象：
整个解题过程，描述清晰，分析深入，目标明确，方案具体。
二、 建议：
现从其他角度，利用TRIZ其他几个工具，提供几个思路，供参考。
防护
防护
门
玻璃
相机
1. 首先，从门的功能出发，利用最终理想结果IFR来分析此问题。

此系统的最终理想结果IFR：没有门依然能够实现对相机的保护。
那么，是否可以把门和玻璃合并。合并可有两种方式
a) 门完全替代玻璃，既要有强度又要透光。
需要选用高强度玻璃或高强高透的新型材料。目前，钢化玻璃、定向有机玻璃或聚碳酸酯塑料多被飞机制造业选用。
b) 如空间和结构允许，可将照相窗和照相机的安装座连接在一起。安装座兼作自动门。如下图：

建议
或者，以及舱内比为导轨

2. 利用TRIMMING方法
从系统模型中选取TRIMMING对象。

钢带问题最多，将其TRIMMING掉。系统模型变为，
实现方案为，卷帘与链条结合，用链轮直接带动。卷帘两端用导槽导向。
建议
如下图：

建议
链条可选用带固定板的非金属自润滑标准件（如德国igus）
俯视图展开如下：

3. 按照前面的矛盾定义
技术矛盾：改善:力（10）；
恶化:适应性、通用性（35）。
创新原理：根据矛盾矩阵可得创新原理：（15、17、18、20）
创新原理17：空间维数变化原理
C．将物体倾斜或侧向放置；
建议

PROI界面

转化为工程方案：
原来的门是上下开启的，改为左右开启
如下图：
建议

另附方案动画PPT