破解过渡辊台影响玻璃质量难题的创新思路

      浮法工艺是平板玻璃生产的主要工艺，生产过程中过渡辊台对产品质量的影响是直接的。针对目前过渡辊台存在的问题，本文分析过渡辊台的结构，采用TRIZ创新工具的76个标准解及冲突理论来分析，找到解决问题的方案。
　　过渡辊台难题待解
　　难题之一，过渡辊台的擦锡装置通常采用桥式结构，是靠桥对石墨的支撑，板弹簧顶住石墨实现辊子下部与辊子的紧密接触。常规玻璃的玻璃板锡槽出口温度为615℃，过渡辊台出口温度为600℃；特种玻璃锡槽出口温度为700℃～750℃，出口温度为650℃～700℃。使用的板弹簧在600℃温度中会逐渐失效，导致支撑产生20mm～25mm弯曲挠度；挠度产生使下部密封不严，外部空气逆袭致使锡氧化，随玻璃带下表面带出，当与辊子接触时，沾在辊子表面上。而石墨与辊子不能紧密接触，沾在辊子表面的锡灰不能及时擦掉，会在辊子表面累积形成结块，破坏辊子表面光洁度，影响玻璃质量。
　　难题之二，密封不严，外部凉空气进入辊台内部，使玻璃横向不均匀降温，造成玻璃带横向温差，玻璃进入退火窑后需要加热，提高能耗，不利于节能减排。
　　难题之三，过渡辊台辊道传动通过退火窑辊道的传动轴，经过过桥齿轮箱（安装在6号与7号辊子之间），万向联轴节及带离合的减速箱，传给本设备1#至3#辊，使之运转。辊子的运转方向和速度与退火窑辊道相同。减速箱位于固定的地面，辊子的支撑座位于下渣箱的侧壁上，下渣箱可以随着锡槽的膨胀再支撑大梁移动，即渣箱相对带离合的减速箱随着锡槽温差变化有水平位移，位移会导致传动轴受力发生变化，产生卡、阻现象；渣箱本身随着玻璃带的传动受到玻璃带的热能辐射，箱体会变形，因侧墙上下各部分受热不一致，会导致因侧墙倾斜，辊道支座、轴承、密封石墨环等局部受力而导致传动不稳定。
　　难题之四，过渡辊台在辊子损坏后不能及时更换，导致玻璃下表面质量受损。
　　过渡辊台功能分析
　　目前过渡辊台主要问题有密封不严、擦锡不尽、传动不稳、维修不便。为了找到破解过渡辊台影响玻璃质量难题方法，下面用TRIZ创新工具对现有辊台进行问题逐一分析。
　　图1为过渡辊台反鱼骨图，从中可以看出零部件之间的关系，它由传动、渣箱、擦锡、上罩、挡帘和观察密封块等几部分组成。
　　由上述反鱼骨图，看到了过渡辊台的主要组成，那么各零部件有什么功能及相互作用如何？下面对过渡辊台的功能进行分析（图2），从中找到问题的根源。
　　从功能模块图分析，其有问题部分结果如表1
　　解决问题的创新思路
　　由表1及对过渡辊台的各零部件的功能分析中看到，有六组零部件之间产生功能性问题，问题为功能缺乏，或产生有害功能。其中，表1中第1、2和3三项属于擦锡与密封，这里合称为问题一，表1中第4和5两项属于传动问题，称之为问题二；表1中第6项涉及辊子更换与维修，这里合称为问题三。下面采用TRIZ创新工具的76个标准解及冲突理论来分析，从分析中找到其解决问题的方案，即得到解。
　　1.问题一分析
　　可以看出表1中第1项弹簧对导板支撑力度不够，同样第3项是石墨对辊子不能很好接触，导致摩擦不够，密封不严。根据76个标准解应用采用2.1类标准解中的2.1.1并联物质——场模型，即可控性差的系统需要改进，但是无法改变已有系统的要素。根据该思路分析，这里导致摩擦不够的原因是导板因高温变形使石墨位置发生偏移，石墨和辊子不能紧密接触，致使密封不严；另一原因是弹簧板在高温下材质结构发生改变，材质弹性系数发生改变，导致石墨受力方向改变。要消除这种有害作用，需要引入第二个场，这里可以得到两个解。解答一，引入系统资源中的氮气，直接喷到弹簧板及导板上对其冷却，避免导板变形和弹簧板材质结构发生改变；解答二，在弹簧板和导板的环境中引入水包冷却装置，降低导板及板弹簧所处的环境温度，防止导板变形及环境温度超过板弹簧材质结构蠕变温度；表1中第2项导板对石墨作用过剩，根据76个标准解应用1.2类标准解中的1.2.3表述，有害作用由一个场引起，引入要素吸收有害效应，由此可以得到解答三，在导板下加金属薄壁调节压力气囊，矫正导板变形，消除变形对石墨条的有害作用。
　　问题一主要是辊道下面的密封及辊道擦锡装置问题，就密封而言需要装置为一体，且不露缝隙越长越好，但装置越长在高温下其不可预见的变形越大，其有害作用也越大，按TRIZ创新工具的冲突理论，这是一个明显的物理冲突问题，可以采用分离的方法中空间分离原理得到解答四，将擦锡与密封功能分开，辊子与擦锡及下密封装置及轴承支座为一体，通过支座与渣箱下部采用螺栓连接。两端通过轴承支座装于渣箱上。擦锡块设为活动的，通过特殊机构带动其工作。根据辊子沾锡情况不定期操作，轴承支座内设有水冷装置。密封板设在擦锡装置的一侧，密封板由带有膨胀缝的多块耐热钢板组成。过渡辊台擦锡，采用石墨条与辊子下母线线性接触，其擦锡稳定性和效果明显不足，因此，增加石墨与辊子的接触面积，将改善擦锡效果。增加其接触面积，结构会变复杂，不利于制作。因此增加其接触面积是有利因素，增加其复杂程度，是不利因素，这样我们可以用TRIZ创新工具中的矛盾矩阵来查解题原理：查静止物体的面积为改善的通用参数8，系统的复杂性为恶化通用工程参数36，得到原理3条，分别是1、18和36。1是分割原理，18机械振动原理，36是相变原理。查TRIZ冲突原理得知，分割原理1是将一个物体分割成多个独立的物体，增加物体的独立程度可得到解答五，即将板弹簧用圆柱螺旋弹簧，或变径螺旋弹簧替代，上部导板分割成多个与弹簧对应连接，可以有效消除变形产生的有害作用；还可以得到解答六，用小型高压气囊替代解答五中的圆柱螺旋弹簧，气囊内冲入氮气，上设气帘密封，即能解决弹簧高温失效问题，还能增加下部密封效果。
　　原理18是可用高频振动替代机械，因此可以得到解答七，在辊子周围设置高频振动发生器，通过高频振动将辊子上沾的锡及锡灰除掉，但这里要求装置能在高温下工作；
　　原理36是相变原理，及利用物资固态、液态和气态转换求解，可得到解答八，沾在辊子上的锡及锡灰是固态，如果将其变成液态滴落或变成气态挥发，沾锡就迎刃而解了，因此可以在辊子表面附近设喷雾装置，向其表面喷一种可以溶解沾在辊子上的“锡灰”（SnO、SnS等）而又不腐蚀辊子的溶液，解决沾锡问题。
　　2.问题二分析
　　在高温下渣箱产生严重变形，使两端墙板向外倾斜，导致装在渣箱墙板外两侧的辊子支承座相应倾斜，这样支承座里面的辊子轴头与支承座内孔壁相摩擦，轻者轴头被严重磨损，发出“吱呀吱呀”的怪叫声，重者导致辊子被卡死，即表1中第4和5项中分析结果，热变形产生有害作用。侧墙的变形，还导致轴承座对辊子万向轴、辊子万向轴对带离合器减速箱产生有害作用。可用TRIZ创新工具的76个标准解分析求解，即应用1.2类标准解中的1.2..3有害作用有一个场引起，引入要素S3吸收有害效应，得到解答一：新加轴承支撑座，将新支撑座与下渣箱侧墙分开，消除侧墙热膨胀对轴承座的有害作用；用TRIZ冲突原理，可知下渣箱形状的稳定对传动的稳定是有利的工程因素，但产生的热膨胀这一有害因素的作用是恶化传动因素，因此可以用TRIZ创新工具中矛盾矩阵查找解决问题的原理，即改善的通用工程参数12（形状），恶化的通用工程参数30（作用于物体产生的有害因素）得到原理22、1、2、35，即对应变害为利原理、分割原理、抽取（分离）原理和物理或化学参数改变原理。查相关资料得知，原理22变害为利，即以另一种使用有害因数，让其转换成有效因素，由此可得到解答二，玻璃带在经过渣箱时将热量传给箱体，箱体受热不均，其膨胀量也不一致，导致渣箱侧墙变形，由此在辊道与辊子轴承座间设置调节装置，根据渣箱侧墙变形情况调整轴承座的位置。
　　查TRIZ冲突原理，原理1是分割原理。即将一个物体分割成多个独立的物体，增加物体的独立程度，可得到解答三，将传动与渣箱分开，各自独立，避免渣箱变形对传动产生有害作用；原理2是分离原理，即将干扰的部分(特性)从物体中分离，或将必须的部分（特性）从物体中挑出来，可得到解答四，渣箱侧墙因热膨胀才变形，产生对传动有害作用，因此，需再用保温材料将热源隔开，并用冷却器冷却侧墙。
　　原理35参数改变原理，即改变物体的物理状态，由此可以得到解答五，将渣箱外墙与内壁连接改为间接接触，改变保温材料的填充方式及材料结构，消除或减少外墙的变形。
　　3.问题三分析
　　主要是辊子检修及更换问题。表1中6，带离合的减速箱对辊子产生有害作用，主要是辊子在沾锡严重时，不便于更换辊子，减速箱占用其操作空间，即无操作空间。为解决这一问题，一是将减速箱及传动放置在渣箱下部，将上部空间空出，以便辊子检修及更换；二是将辊子支撑及擦锡装置单独一体，与下渣箱采用螺栓连接，并与专用小车、绞车配合，便于辊子更换。其结构由在量轨道之间放置辊子01，绞车02、拉车03，连接架04和尾车05组成（图3）。
　　解决问题思路的分析
　　在设计过程中从起点向理想解过渡为理想化过程，用公式表示：
　　I=??B/（??C+??H）
　　式中，I-理想度，B-有用功能，C-成本，H-有害作用。
　　所以设计理想化的方法需增加有用功能，减少成本，减小有害作用。最终解决本文开头提到的问题，即辊子擦锡问题、下部密封问题、传动不稳问题及辊子维修与更换问题。在解决擦锡与密封问题，即问题一得到八个解答，八个解答都能有效去除或减小有害作用，增加有用功能，且不增加成本或成本增加不多，因此八个解答思路均有效；在解决传动不稳问题，即问题二的五个解答中，解答一与解答三基本相同，可并成一个方案①，解答四与解答五接近可以合并为一个解答③，解答二可以独立成方案②，最终形成三个解答方案：①解答一：新加轴承支撑座，将传动与渣箱分开，各自独立；②在辊道与辊子轴承座间设置调节装置，根据渣箱侧墙变形情况调整轴承座的位置；③将渣箱外墙与内壁连接改为间接接触，需再用保温材料将热源隔开，改变保温材料的填充方式及材料结构，并用冷却器冷却侧墙。这三个方案能有效剔除有害作用，基本不增加成本或增加成本较少。问题三的两种解决可以有效解决辊子维修及更换问题。
　　综上可知，实施创新方法可以有效消除渣箱有害变形，增加擦锡效果，增加密封效果，减少辊子沾锡概率。密封性能的提高，有效地控制了锡槽内部保护气体的外溢，使锡槽的压力提高，稳定了锡槽生产工艺参数，减少了玻璃缺陷的产生，为生产出优质的玻璃产品创造了有利条件；传动平稳将减少生产事故发生的概率，提高了玻璃外观质量和光学性能，即有效提高产品优等品的比例；传动结构的改变，便于辊子维修及更换，降低了设备成本，为提高玻璃质量提供了保证。