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
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。
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
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。
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。
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?,這樣會(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。
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。
4.1.1 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。
4.2.1 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。
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
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。
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