基于TRIZ理论对散装粉物罐车加料口装置密封性能的改进

齐双强，屠剑，贾裕祥，李丹，崔博影

（包头北方创业有限责任公司，内蒙古 包头 014032）

基于TRIZ理论对散装粉物罐车加料口装置密封性能的改进

齐双强，屠剑，贾裕祥，李丹，崔博影

（包头北方创业有限责任公司，内蒙古 包头 014032）

为了实现散装粉物罐车加料口装置密封性能的改进，采用TRIZ理论对加料口装置进行功能分析、因果分析、问题冲突区域的确定，基于冲突解决理论、物质-场分析及76个标准解等两种TRIZ工具找到解决问题的办法，提出加料口装置密封性能改进的设计方案。这些方案为以后的产品设计及开发提供了参考，具有实际应用价值。

散装粉物罐车；加料口装置；TRIZ理论

1 TRIZ基本创新方法

产品结构创新中，某一方面性能的改善往往意味着另一方面性能的下降，即技术冲突的存在。针对技术冲突的存在，TRIZ 提出描述技术冲突的39 个通用工程参数：运动物体质量、静止物体质量、运动物体长度、静止物体长度等。同时，为了解决技术冲突，TRIZ 理论提出了40项发明原理。技术冲突的解决过程：确定技术冲突的存在；绘制冲突矩阵表；选择发明原理；获得解决方案。

Altshuller对TRIZ理论的贡献之一是提出了功能的物质－场描述方法与模型。其原理为：所有的功能可分解为两种物质和一种场，即一种功能由两种物质及一种场的三元件组成。产品是功能的一种实现，因此可用物质－场分析产品的功能，这种分析方法是TRIZ的工具之一。

2 现有粉物罐车加料口装置存在的问题

加料口装置采用的是自密封式结构，这种形式的结构使用方便，维护工作量小，并具有一定的防盗功能，见图1。但应用中一直存在以下问题：①在罐体压强小于0．2MPa时，加料口装置往往存在漏风的现象，如果加料口盖和加料口座装配不合适，或使用中加料口盖发生变形，则这种泄漏会始终存在；②在罐体压强高于0．6MPa时，在高压的作用下，加料口装置中的C型密封圈经常会被从加料口盖和加料口座之间挤出。

图1 加料口装置

3 基于TRIZ理论的问题分析

3.1 功能分析

由功能分析可知：存在两个作用不足，分别为C型密封圈对加料口座的挤压作用不足和C型密封圈对粉粒流化物的阻碍作用不足，表现在：（1）罐体压强较小时，C型密封圈对加料口座的挤压作用不足导致加料口装置的密封不良。（2）罐体压强较大时，C型密封圈对粉粒流化物的阻碍作用不足导致加料口装置的密封不良。

3.2 因果分析

罐体压强较小时，加料口装置密封不良的原因分析见表1。

表1

由因果分析可知：罐体压强较小时，加料口装置密封不良的原因为C型密封圈自身变形不良。罐体压强较大时，加料口装置密封不良的原因为C型密封圈自身刚度不足；与C型密封圈接触的加料口座形状不合理，没有限位装置。

3.3 冲突区域的确定

问题发生的区域是C型密封圈和加料口座之间的作用、C型密封圈和粉粒流化物之间的作用。

根据因果分析存在两个关键点：问题关键点1（罐体压强较小）： 要使C型密封圈自身变形能力良好，就需要较大的初始压力，这样会增加风源和加料口装置的复杂性。问题关键点2（罐体压强较大）：（1）要使C型密封圈自身刚度较大，就需要加大密封圈的体积，这样会使密封圈的占用空间加大，不利于加料口装置的设计。（2）在现有C型密封圈结构不变的情况下，能否采用其他方式增强密封圈刚度。

4 基于TRIZ理论的问题解决

基于冲突解决理论、物质-场分析及76个标准解等两种TRIZ工具解决问题。

4.1 基于冲突解决理论解决问题

4.1.1 冲突描述

冲突1：为了提高C型密封圈自身变形能力，就需要较大的初始压力，这样会增加风源和加料口装置的复杂性。

冲突2：为了提高C型密封圈自身刚度，就需要加大密封圈的体积，这样会使密封圈的占用空间加大，加料口装置的局部面积变小，不利于结构设计。

冲突3：为了提高C型密封圈自身的工作可靠性，就需要改变加料口装置的结构，这样会增加加料口装置的复杂性。

4.1.2 转换成TRIZ标准冲突（表2）

表2

4.1.3 查找冲突矩阵，选择发明原理

冲突1：得到No．1分割发明原理、No．16未达到或超过的作用发明原理、No．28机械系统的代替发明原理、No．29气动与液压结构发明原理。

冲突2：得到No．9预加反作用发明原理、No．28机械系统的代替发明原理、No．40复合材料发明原理。

冲突3：得到No．1分割发明原理、No．13反向发明原理、No．35参数化发明原理。

4.1.4 依据选定的发明原理，得到问题的解

方案1：依据No．16未达到或超过的作用发明原理，得到解如下：在加料口装置中增加一个可以改变局部压力的装置结构。压力较小时，此装置可进行局部压力的提高，压力较大时，此装置可进行局部压力的降低。

方案2：依据No．9预加反作用发明原理、No．13反向发明原理，得到解如下：将C型密封圈立面改为内凹式结构，加料口座与密封圈接触处的斜面反向，改进方案见图2所示。

图2 改进方案2

方案3：依据No．35参数化发明原理，得到解如下：改变密封元件的材料，选用柔性可变的材料。

4.2 基于物质-场分析及76个标准解解决问题

4.2.1 建立问题的物质-场模型

根据3．3节中问题关键点2（在现有C型密封圈结构不变的情况下，能否采用其他方增强密封圈刚度）建立的物质-场模型见图3。

图3

4.2.2 根据所建问题的物质-场模型，应用标准解解决流程，确定问题的通解

此问题是一个无效完整功能，应用标准解解决流程，采用No．1．1．3条标准解：系统不能改变，但允许使用一个永久或暂时的外部附加成分S3改变S1或S2。

4.2.3 依据选定的标准解，得到问题的解决方案

方案4：依据No．1．1．3条标准解，得到问题的解如下：与C型密封圈接触处的加料口座外边缘增加限位止挡，以提高C型密封圈的刚度，改进方案见图4所示。

5 确定最终问题的解

最终改进方案：采用方案2和方案4的组合方案，即将C型密封圈立面改为内凹式结构，加料口座与密封圈接触处的斜面反向，加料口座外边缘增加限位止挡，最终改进方案见图5所示。

图4 改进方案4

图5 最终改进方案

6 试验验证

根据最终解决方案进行了样件试制及耐压密封性试验，结果表明:装有该种密封圈的人孔盖能在一开始就起到密封作用；对该密封圈的水压试验达到0．75MPa, 未出现密封圈翻出人孔盖的现象，密封效果良好。

7 结语

基于TRIZ理论，对散装粉物罐车加料口装置的结构进行深入分析，利用冲突解决理论、物质-场分析及76个标准解等TRIZ工具提出结构优化方案。这些方案为以后的产品设计及开发提供了参考，具有实际应用价值。

[1]檀润华．TRIZ及应用[M]．北京：高等教育出版社，2011．11．

[2]赵峰．TRIZ理论及应用教程[M]．西安：西北工业大学出版社，2012．8．

[3]彭开元，叶际隆，方春平等．TRIZ理论在自行小车优化设计中的应用 [J]．机械制造， 2014，6：76–99．

U270.11

A

1671-0711（2017）09（上）-0090-03