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        基于TRIZ理論對散裝粉物罐車加料口裝置密封性能的改進

        2017-09-18 02:38:36齊雙強屠劍賈裕祥李丹崔博影
        中國設(shè)備工程 2017年17期
        關(guān)鍵詞:罐體密封圈原理

        齊雙強,屠劍,賈裕祥,李丹,崔博影

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

        基于TRIZ理論對散裝粉物罐車加料口裝置密封性能的改進

        齊雙強,屠劍,賈裕祥,李丹,崔博影

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

        為了實現(xiàn)散裝粉物罐車加料口裝置密封性能的改進,采用TRIZ理論對加料口裝置進行功能分析、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個標準解等兩種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的設(shè)計方案。這些方案為以后的產(chǎn)品設(shè)計及開發(fā)提供了參考,具有實際應用價值。

        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。針對技術(shù)沖突的存在,TRIZ 提出描述技術(shù)沖突的39 個通用工程參數(shù):運動物體質(zhì)量、靜止物體質(zhì)量、運動物體長度、靜止物體長度等。同時,為了解決技術(shù)沖突,TRIZ 理論提出了40項發(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TRIZ理論的貢獻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,維護工作量小,并具有一定的防盜功能,見圖1。但應用中一直存在以下問題:①在罐體壓強小于0.2MPa時,加料口裝置往往存在漏風的現(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,則這種泄漏會始終存在;②在罐體壓強高于0.6MPa時,在高壓的作用下,加料口裝置中的C型密封圈經(jīng)常會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:存在兩個作用不足,分別為C型密封圈對加料口座的擠壓作用不足和C型密封圈對粉粒流化物的阻礙作用不足,表現(xiàn)在:(1)罐體壓強較小時,C型密封圈對加料口座的擠壓作用不足導致加料口裝置的密封不良。(2)罐體壓強較大時,C型密封圈對粉粒流化物的阻礙作用不足導致加料口裝置的密封不良。

        3.2 因果分析

        罐體壓強較小時,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:罐體壓強較小時,加料口裝置密封不良的原因為C型密封圈自身變形不良。罐體壓強較大時,加料口裝置密封不良的原因為C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)因果分析存在兩個關(guān)鍵點:問題關(guān)鍵點1(罐體壓強較?。?要使C型密封圈自身變形能力良好,就需要較大的初始壓力,這樣會增加風源和加料口裝置的復雜性。問題關(guān)鍵點2(罐體壓強較大):(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,這樣會使密封圈的占用空間加大,不利于加料口裝置的設(shè)計。(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個標準解等兩種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,就需要較大的初始壓力,這樣會增加風源和加料口裝置的復雜性。

        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。

        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),這樣會增加加料口裝置的復雜性。

        4.1.2 轉(zhuǎn)換成TRIZ標準沖突(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未達到或超過的作用發(fā)明原理、No.28機械系統(tǒng)的代替發(fā)明原理、No.29氣動與液壓結(jié)構(gòu)發(fā)明原理。

        沖突2:得到No.9預加反作用發(fā)明原理、No.28機械系統(tǒng)的代替發(fā)明原理、No.40復合材料發(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可以改變局部壓力的裝置結(jié)構(gòu)。壓力較小時,此裝置可進行局部壓力的提高,壓力較大時,此裝置可進行局部壓力的降低。

        方案2:依據(jù)No.9預加反作用發(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,改進方案見圖2所示。

        圖2 改進方案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個標準解解決問題

        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,應用標準解解決流程,確定問題的通解

        此問題是一個無效完整功能,應用標準解解決流程,采用No.1.1.3條標準解:系統(tǒng)不能改變,但允許使用一個永久或暫時的外部附加成分S3改變S1或S2。

        4.2.3 依據(jù)選定的標準解,得到問題的解決方案

        方案4:依據(jù)No.1.1.3條標準解,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,改進方案見圖4所示。

        5 確定最終問題的解

        最終改進方案: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,最終改進方案見圖5所示。

        圖4 改進方案4

        圖5 最終改進方案

        6 試驗驗證

        根據(jù)最終解決方案進行了樣件試制及耐壓密封性試驗,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;對該密封圈的水壓試驗達到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,對散裝粉物罐車加料口裝置的結(jié)構(gòu)進行深入分析,利用沖突解決理論、物質(zhì)-場分析及76個標準解等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)計及開發(fā)提供了參考,具有實際應用價值。

        [1]檀潤華.TRIZ及應用[M].北京:高等教育出版社,2011.11.

        [2]趙峰.TRIZ理論及應用教程[M].西安:西北工業(yè)大學出版社,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)計中的應用 [J].機械制造, 2014,6:76–99.

        U270.11

        A

        1671-0711(2017)09(上)-0090-03

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