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发明创新设计结课作业


发 创 设 与 实
结 课

明 新 计 践
作 业

姓名:许 班级: 学号: 电话:

一、作业题目:

货车起火原因及解决办法(装置)
二、问题背景:
【来源】近年来货车起火的事件频繁发生,货车起火经常在行驶过程中发生,司 机无法在起火之前发现火灾隐患,

最终导致大火蔓延,而货车起火经常导致车、 货两空,直接造成了极大的经济损失。 【关键问题分析】 经过对以往多起货车起火事件的分析结合有关分析文献, 本 人总结出以下几点主要原因: (1)轮胎起火是主要原因。大约 50%的货 车起火事件都是轮胎起火造成的,而轮胎部 分没有电路,因此不可能是电路起火所致。 货车在空载时轮胎与地面摩擦较小,但在高 速远距离重载情况下,轮胎最容易因与地面 摩 擦 起 热 而 高 温 燃 烧 。 如 :

(2)货车车轮部分主要由轮胎、车轴、制动器、制动鼓等组成。其中制动片与 制动鼓最容易在长时间抱合情况下摩擦发热引起局部高温最终导致起火。 制动片 与制动鼓长时间摩擦主要是受地形因素影响, 货车在长时间下坡过程中需要不断 地制动,由于货车重载下坡时,质量大,惯性也大,需要的制动力也大,所以产 生的摩擦热极高, 目前为了解决此问题大多重型货车都配备有给车轮降温的专用 水箱和管路设备以便长时间刹车使用, 但经常有司机忘记及时给车轮降温而导致 火灾发生。 (3)其次,制动片与制动鼓的磨损也会导致两者不正常接触。如果磨损较为严 重, 而司机又未及时更换就会造成制动片上的铆钉与制动鼓发生摩擦,而金属之 间的摩擦会使局部温度迅速升高, 极易 引发轮胎起火。如右图。 (4)司机未能及时对货车进行保养检 修,导致车辆有零件故障隐患。有些司 机在车辆行驶过程中抽烟, 且会把烟头 扔向窗外, 烟头顺风可能会落在货车的

货物上,在风力作用下极易起火。 (5)轴承磨损也会导致温度升高引起车轮部分失火,但该种情况较少发生。

三、TRIZ 分析解决问题 (1)TRIZ的技术系统进化法则 技术系统的 S 曲线进化法则 【婴儿期】 :车载防火能力低,装置可靠性差,缺乏材料、 资金、技术支持,发展缓慢。 单一地为轮胎浇冷水就如同这一时期,实际的应用效果 比较差, 会显著增加水箱重量, 导致车重增加车体不够紧凑, 使用过程加水过多可能会导致轮胎风化磨损加快,导致轮胎 寿命和安全度下降, 达不到预期的效果, 甚至导致危险出现。 同时也浪费了大量车体空间,造成运输空间的减少,使运输 成本的大幅增长与期望的目的严重不成正比。 【成长期】 :运输的安全保障要求增加,作用价值和潜力显 现,财力的投入增加,材料和技术的进步支持,性能和效率 显著提高,防火装置快速发展。 随着材料科学的发展, 人们研究出各种高性能, 耐高温, 等优点重重的新材料,使得刹车片的选材更加科学化,同时 机电控制技术的迅速发展也使车轮温度检测和降温控制更 加实时精确,司机安全意识的提高也使得车辆得到应有的保 养,新的防火装置也加入车辆之中。 (本防火装置的设计即 处于该时期: ) 。

【成熟期】 :车载防火系统日趋完善,防火性能达到最佳, 成本逐渐降低,功能更加多样化、先进化、智能化。 【衰退期】 :技术达到极限,很难有新突破,将被新的技术 系统所替代,新的 S 曲线开始产生。

(2)整体方向:

增加防火系统的功能;传输尽可能多的功能到工作元 件上;将一些系统功能转移到超系统或外部环境中;利用内 部或外部存在的可利用资源。防火系统应趋向于智能化、高 效化、精确化、简约化方向发展。 (3)IF\THEN\BUT分析: IF增加轮胎的浇水量,THEN轮胎部分得到降温,BUT车辆 稳定性降低可能出现刹车失灵、漂移等危险且水箱笨重; IF将刹车片更换成耐高温易散热的高性能材料,THEN轮胎部 分起火几率降低,BUT材料技术不够成熟、成本太高;

IF在轮胎等易起火部位安装智能温度检测报警装置, THEN 司机可以实时了解到车辆关键部位的温度,智能防火系统也 会及时合理地利用有限的冷却资源对其降温,司机也可以根 据警报采取果断措施,BUT需要设计一套智能防火系统。 因此选择设计一套智能车载防火系统。

(4)最终理想解:
表 1 最终理想解分析表 问题 设计最终目标? 理想化最终结果? 达到理想解的障碍是什么? 分析结果 车载防火系统可以在易起火部位温度接近 燃点时起到对司机警告作用并及时开启冷 却系统对高温部件进行冷却,防火与未燃。 车载防火系统可以集多功能、智能、高效、 及时于一体。 (1)车载防火系统的冷却水箱不可能做到 很大; (2)司机的提前防范意识可能不是太 强。 防火系统的有效降温事件受到冷却水箱容 量的限制,防火系统的防火与未燃作用无法 充分被利用。 司机应该提高防范意识及时加水并检查车 况,车载防火装置应最充分地利用有限的冷 却水直到下次加水。 电能、空气、冷却物质、监测系统、控制系 统、执行机构、机械能、承载装置。

出现这种障碍的结果是什么?

不出现这种障碍的条件是什么? 创造这些条件所用的资源是什么?

表 2 资源最优选择表 资源类型 电能 冷却物质 检测系统 控制系统 执行机构 机械能 承载装置 选择结果 车载电源 水、 冷却液 (价格相对高, 但可以选用) 红外温度传感器/人眼、烟雾探测器 微机(单片机)智能控制系统,接受并处 理温度传感器的数据并进行显示和警报以 及控制冷却物质的释放 电磁阀 泵 水箱

四、最终解决方案:
结合货车起火原因, 车起针对货车轮胎最容易起火这一隐患利用现有 技术,本人设计了一套车载防火预警处理装置: (1)对于轮胎部位处各设置了红外测温仪,并通过连接线路将实时 数据传回驾驶室内的处理器端,一旦温度超过警告温度,处理端将通 过闪烁黄灯进行警告, 同时自动判断哪个传感器发出的超温信号及时 打开离其最近的电磁阀, 此时高压水箱提供一定压力的水流通过水管 输送, 对轮胎喷水降温。 设置喷头可以大面积迅速地为轮胎部位降温, 同时能把有限的水源充分利用 (2)对于货车车厢,考虑货车起火事故大多在行驶过程中,在车厢 侧面安装红外测温仪对车厢温度监测,超温时会同上一步一样处理。 (3)但一旦车厢迅速起火,烟雾将向后飘去,因此在车厢的顶部及 其尾部顶端安装烟雾探测仪, 此时总监控端发出红色闪灯及蜂鸣声严 重警告司机, 这时司机应迅速带上车载灭火器灭火, 同时打求救电话。 (4)传感器安装示意图如下图一。 (5)本系统电路草图如下图二。 (6)水箱可以加装在现有货车的车头后上部,或者利用已有水箱, 但须连接一个小型加压泵,水箱内可以加装水位探测仪,也可以将水 箱一侧做成一条透明刻度窗口提醒司机水位剩余。 不同大小的货车车 型要视车体大小和轮胎数目等, 对该系统中的监测仪器和电磁阀数量 做适当调整,也应对水箱容量做出适应性调整。 (7)控制电路端可利用单片机等小型电路板实现其功能,电源可通 过车载电瓶提供。

图一:

总监控 及控制 处理端 图二: 喷水头

测温仪 高 压 水箱

电磁阀

测温仪线路

水管 电磁阀线路 烟雾 探测

五、意义:
本装置虽然增加了许多电路, 但是控制端向外输出的电压和电流却很 小,且线路上的负载型号各自同一,线路连接极有规律,因此发生电 路短路导致的起火情况不会发生, 另外负载系统全部安装在车体的金 属部位,也不可能导致起火。各个传感器互相之间也有相互监控的作 用,总之发生该装置起火的可能性几乎为零,该系统具有安全,能耗 低,无污染,监测灵敏,实时监测及时自动控制,能防患未然把损失 降到最低,提高货车运输安全性。

六、创新点:
在现有成熟的元器件技术情况下, 本方案可以实现监测货车易起火部 位温度的功能,防火与未燃,并利用本系统使货车运输过程中有限的 冷却物质得到充分利用,避免因浪费而在关键时刻无法冷却,在该系 统的帮助下可使货车运输损失大大降低, 且本系统的零部件在目前市 场情况下看,成本并不高,因此方案可行。


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