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基于TRIZ理论的边坡防护网改进研究

2015-2-11    四川省技术创新方法网|http://www.chinatriz.net.cn/

    一、描述
    相对发达国家,我国同类产品技术水平仍停留在国外上世纪九十年代水平,具体表现为:
    1)防护能级低。大部分厂商生产的被动型柔性防护网防护能级仍停留在1000KJ以下甚至更低。
    2)结构设计不合理。被动型柔性防护网结构在承受滚石撞击时的整体协调性不强,在立柱底端固定、支撑绳与立柱顶端连接、缝合绳端部连接等的处理上不尽合理,部分部件受力集中严重,容易造成立柱侧向弯曲、钢丝绳网成片脱落等破坏。
    3)产品质量有待提高。近几个月来,多个厂家的防护网产品在新建成的大型落石冲击试验平台(西南交通大学)上接受检验,大部分产品在设计能级下即被撞毁,部分产品虽能勉强拦住落石,但破坏严重,无法继续发挥功能,经济性较差。
    4)现有检测标准和方法无法对系统进行综合性能测试,导致大量伪劣产品流入市场。
    5)现有产品没有科学规范的生产工艺和安装工艺,造成工程质量不达标。
    综上所述,我们亟需对现有的被动型柔性防护网产品进行优化改进。
    二、建立功能模型
    分析防护网主要组件功能:
被动型柔性防护网系统功能一览表
部件名称
功       能
力学性能
部件型式
承受冲击荷载下的消能与能量传递
直接与冲击荷载相互作用
环形钢丝网
钢绳
承受冲击荷载下的能量传递
最佳力学性能:承担拉力
支撑绳
拉锚绳
立柱
支撑装置
最佳力学性能:承担轴线压力
带肋工字钢
底端绞支座
顶端滑轮
扣件
连接作用
传递引导力
直接传递能量
允许被连接部件适当移动
U型扣件
锚固扣件
消能装置
吸收能量
缓冲延时
提供防护系统变形能力
塑性变形吸能
减压环
U型消能构件
 
    根据分析的防护网组件功能,建立了如下功能模型:
    三、问题重构
    之前提出的防护网问题较为笼统,无法针对防护网产品进行分析,因此根据防护网模型,对现有防护网系统存在的问题进行了重构,找出需要解决的主要问题如下:
    问题一: 防护网的整体变形协调性不强,无法提供大的变形能力,上下支撑绳的变形量远小于环形网的变形量。
    问题二 :钢柱底端无法适应各向弯矩荷载,需改进钢柱底端与地面的连接方式。
    问题三 :支撑绳传递能量不通畅。
    问题四 :各部件的连接是固定的,减弱了系统的变形协调能力。比如钢柱与拉锚绳子的连接,支撑绳与辅助支撑绳子的连接。
    问题五: 消能环能够吸收大的能量,但无法提供较大的变形量,同时启动消能环的能量大于了防护网系统部分组件。在系统破坏时候,消能环还未发挥作用。
    问题六:落石的瞬时冲击能量巨大,会对防护网产生损害。
    四、国内外专利查询
    利用CAI软件,对国内外主流公司的现有防护网产品专利进行了搜寻整理:
    五、产品:已交付产品设计,厂家正进行试生产
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