基于TRIZ理論對(duì)散裝粉物罐車加料口裝置密封性能的改進(jìn)

齊雙強(qiáng)，屠劍，賈裕祥，李丹，崔博影

（包頭北方創(chuàng)業(yè)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 包頭 014032）

基于TRIZ理論對(duì)散裝粉物罐車加料口裝置密封性能的改進(jìn)

齊雙強(qiáng)，屠劍，賈裕祥，李丹，崔博影

（包頭北方創(chuàng)業(yè)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 包頭 014032）

為了實(shí)現(xiàn)散裝粉物罐車加料口裝置密封性能的改進(jìn)，采用TRIZ理論對(duì)加料口裝置進(jìn)行功能分析、因果分析、問題沖突區(qū)域的確定，基于沖突解決理論、物質(zhì)-場分析及76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解等兩種TRIZ工具找到解決問題的辦法，提出加料口裝置密封性能改進(jìn)的設(shè)計(jì)方案。這些方案為以后的產(chǎn)品設(shè)計(jì)及開發(fā)提供了參考，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

散裝粉物罐車；加料口裝置；TRIZ理論

1 TRIZ基本創(chuàng)新方法

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)創(chuàng)新中，某一方面性能的改善往往意味著另一方面性能的下降，即技術(shù)沖突的存在。針對(duì)技術(shù)沖突的存在，TRIZ 提出描述技術(shù)沖突的39 個(gè)通用工程參數(shù)：運(yùn)動(dòng)物體質(zhì)量、靜止物體質(zhì)量、運(yùn)動(dòng)物體長度、靜止物體長度等。同時(shí)，為了解決技術(shù)沖突，TRIZ 理論提出了40項(xiàng)發(fā)明原理。技術(shù)沖突的解決過程：確定技術(shù)沖突的存在；繪制沖突矩陣表；選擇發(fā)明原理；獲得解決方案。

Altshuller對(duì)TRIZ理論的貢獻(xiàn)之一是提出了功能的物質(zhì)－場描述方法與模型。其原理為：所有的功能可分解為兩種物質(zhì)和一種場，即一種功能由兩種物質(zhì)及一種場的三元件組成。產(chǎn)品是功能的一種實(shí)現(xiàn)，因此可用物質(zhì)－場分析產(chǎn)品的功能，這種分析方法是TRIZ的工具之一。

2 現(xiàn)有粉物罐車加料口裝置存在的問題

加料口裝置采用的是自密封式結(jié)構(gòu)，這種形式的結(jié)構(gòu)使用方便，維護(hù)工作量小，并具有一定的防盜功能，見圖1。但應(yīng)用中一直存在以下問題：①在罐體壓強(qiáng)小于0．2MPa時(shí)，加料口裝置往往存在漏風(fēng)的現(xiàn)象，如果加料口蓋和加料口座裝配不合適，或使用中加料口蓋發(fā)生變形，則這種泄漏會(huì)始終存在；②在罐體壓強(qiáng)高于0．6MPa時(shí)，在高壓的作用下，加料口裝置中的C型密封圈經(jīng)常會(huì)被從加料口蓋和加料口座之間擠出。

圖1 加料口裝置

3 基于TRIZ理論的問題分析

3.1 功能分析

由功能分析可知：存在兩個(gè)作用不足，分別為C型密封圈對(duì)加料口座的擠壓作用不足和C型密封圈對(duì)粉粒流化物的阻礙作用不足，表現(xiàn)在：（1）罐體壓強(qiáng)較小時(shí)，C型密封圈對(duì)加料口座的擠壓作用不足導(dǎo)致加料口裝置的密封不良。（2）罐體壓強(qiáng)較大時(shí)，C型密封圈對(duì)粉粒流化物的阻礙作用不足導(dǎo)致加料口裝置的密封不良。

3.2 因果分析

罐體壓強(qiáng)較小時(shí)，加料口裝置密封不良的原因分析見表1。

表1

由因果分析可知：罐體壓強(qiáng)較小時(shí)，加料口裝置密封不良的原因?yàn)镃型密封圈自身變形不良。罐體壓強(qiáng)較大時(shí)，加料口裝置密封不良的原因?yàn)镃型密封圈自身剛度不足；與C型密封圈接觸的加料口座形狀不合理，沒有限位裝置。

3.3 沖突區(qū)域的確定

問題發(fā)生的區(qū)域是C型密封圈和加料口座之間的作用、C型密封圈和粉粒流化物之間的作用。

根據(jù)因果分析存在兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：問題關(guān)鍵點(diǎn)1（罐體壓強(qiáng)較小）： 要使C型密封圈自身變形能力良好，就需要較大的初始?jí)毫Γ@樣會(huì)增加風(fēng)源和加料口裝置的復(fù)雜性。問題關(guān)鍵點(diǎn)2（罐體壓強(qiáng)較大）：（1）要使C型密封圈自身剛度較大，就需要加大密封圈的體積，這樣會(huì)使密封圈的占用空間加大，不利于加料口裝置的設(shè)計(jì)。（2）在現(xiàn)有C型密封圈結(jié)構(gòu)不變的情況下，能否采用其他方式增強(qiáng)密封圈剛度。

4 基于TRIZ理論的問題解決

基于沖突解決理論、物質(zhì)-場分析及76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解等兩種TRIZ工具解決問題。

4.1 基于沖突解決理論解決問題

4.1.1 沖突描述

沖突1：為了提高C型密封圈自身變形能力，就需要較大的初始?jí)毫Γ@樣會(huì)增加風(fēng)源和加料口裝置的復(fù)雜性。

沖突2：為了提高C型密封圈自身剛度，就需要加大密封圈的體積，這樣會(huì)使密封圈的占用空間加大，加料口裝置的局部面積變小，不利于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

沖突3：為了提高C型密封圈自身的工作可靠性，就需要改變加料口裝置的結(jié)構(gòu)，這樣會(huì)增加加料口裝置的復(fù)雜性。

4.1.2 轉(zhuǎn)換成TRIZ標(biāo)準(zhǔn)沖突（表2）

表2

4.1.3 查找沖突矩陣，選擇發(fā)明原理

沖突1：得到No．1分割發(fā)明原理、No．16未達(dá)到或超過的作用發(fā)明原理、No．28機(jī)械系統(tǒng)的代替發(fā)明原理、No．29氣動(dòng)與液壓結(jié)構(gòu)發(fā)明原理。

沖突2：得到No．9預(yù)加反作用發(fā)明原理、No．28機(jī)械系統(tǒng)的代替發(fā)明原理、No．40復(fù)合材料發(fā)明原理。

沖突3：得到No．1分割發(fā)明原理、No．13反向發(fā)明原理、No．35參數(shù)化發(fā)明原理。

4.1.4 依據(jù)選定的發(fā)明原理，得到問題的解

方案1：依據(jù)No．16未達(dá)到或超過的作用發(fā)明原理，得到解如下：在加料口裝置中增加一個(gè)可以改變局部壓力的裝置結(jié)構(gòu)。壓力較小時(shí)，此裝置可進(jìn)行局部壓力的提高，壓力較大時(shí)，此裝置可進(jìn)行局部壓力的降低。

方案2：依據(jù)No．9預(yù)加反作用發(fā)明原理、No．13反向發(fā)明原理，得到解如下：將C型密封圈立面改為內(nèi)凹式結(jié)構(gòu)，加料口座與密封圈接觸處的斜面反向，改進(jìn)方案見圖2所示。

圖2 改進(jìn)方案2

方案3：依據(jù)No．35參數(shù)化發(fā)明原理，得到解如下：改變密封元件的材料，選用柔性可變的材料。

4.2 基于物質(zhì)-場分析及76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解解決問題

4.2.1 建立問題的物質(zhì)-場模型

根據(jù)3．3節(jié)中問題關(guān)鍵點(diǎn)2（在現(xiàn)有C型密封圈結(jié)構(gòu)不變的情況下，能否采用其他方增強(qiáng)密封圈剛度）建立的物質(zhì)-場模型見圖3。

圖3

4.2.2 根據(jù)所建問題的物質(zhì)-場模型，應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)解解決流程，確定問題的通解

此問題是一個(gè)無效完整功能，應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)解解決流程，采用No．1．1．3條標(biāo)準(zhǔn)解：系統(tǒng)不能改變，但允許使用一個(gè)永久或暫時(shí)的外部附加成分S3改變S1或S2。

4.2.3 依據(jù)選定的標(biāo)準(zhǔn)解，得到問題的解決方案

方案4：依據(jù)No．1．1．3條標(biāo)準(zhǔn)解，得到問題的解如下：與C型密封圈接觸處的加料口座外邊緣增加限位止擋，以提高C型密封圈的剛度，改進(jìn)方案見圖4所示。

5 確定最終問題的解

最終改進(jìn)方案：采用方案2和方案4的組合方案，即將C型密封圈立面改為內(nèi)凹式結(jié)構(gòu)，加料口座與密封圈接觸處的斜面反向，加料口座外邊緣增加限位止擋，最終改進(jìn)方案見圖5所示。

圖4 改進(jìn)方案4

圖5 最終改進(jìn)方案

6 試驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)最終解決方案進(jìn)行了樣件試制及耐壓密封性試驗(yàn)，結(jié)果表明:裝有該種密封圈的人孔蓋能在一開始就起到密封作用；對(duì)該密封圈的水壓試驗(yàn)達(dá)到0．75MPa, 未出現(xiàn)密封圈翻出人孔蓋的現(xiàn)象，密封效果良好。

7 結(jié)語

基于TRIZ理論，對(duì)散裝粉物罐車加料口裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入分析，利用沖突解決理論、物質(zhì)-場分析及76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解等TRIZ工具提出結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。這些方案為以后的產(chǎn)品設(shè)計(jì)及開發(fā)提供了參考，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

[1]檀潤華．TRIZ及應(yīng)用[M]．北京：高等教育出版社，2011．11．

[2]趙峰．TRIZ理論及應(yīng)用教程[M]．西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2012．8．

[3]彭開元，葉際隆，方春平等．TRIZ理論在自行小車優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 [J]．機(jī)械制造， 2014，6：76–99．

U270.11

A

1671-0711（2017）09（上）-0090-03