利用TRIZ理论解决液压技术问题

1、利用 TRIZ 理论解决液压技术问题1. TRIZ 基本理论TRIZ理论是由苏联工程师、发明家阿奇舒勒提出的一套体 系相对完整的系统化的技术创新方法论和发明问题求解理论。 经 典TRIZ规律包括：S曲线、进化法则、40个创新原理、76个标 准解、 11 种分离方法、科学效应库。1.1 TRIZ 的核心思想与理论体系TRIZ的核心思想：技术系统进化过程是有客观规律可以遵循，且这些规律在不同领域里可反复出现。它是以辩证法、系统 论和认识论为哲学指导， 以自然科学、 系统科学和思维科学的分 析、研究成果为根基和支柱，以技术系统进化法则为理论基础， 以技术系统、技术过程、矛盾、资源、理想化为四大基本概

2、念， 包括了解决工程矛盾问题和复杂发明问题所需的各种分析方法、 解题工具和算法流程。1.2 TRIZ 中的解题工具 当一个技术系统出现问题时，虽然其表现形式可以多种多样，但均可归类到TRIZ理论中的四种问题模型之中，即：技术 矛盾、物理矛盾、HOW T（模型、物场模型。与此相对应， TRIZ 的解题工具也有四种，即：矛盾矩阵、分离方法、知识库和标准 解法系统。使用TRIZ理论解决发明问题，其流程大致分为三步：首先 将一个待解决的实际问题抽象转化为问题模型， 然后针对不同的 问题模型，应用不同的 TRIZ 解题工具，得到解决方案模型，最 后通过类比应用，得到问题的最终解决方案。在本文中，主要应用

3、了“技术矛盾分析”、“物理矛盾分 析”与“物场模型分析”解题工具。1.2.1 技术矛盾是指技术系统中两个参数之间存在着相互 制约，简单地说，是两个参数之间的问题，是在提高技术系统中 的某一个参数 （特性、子系统） 时，而导致了另一个参数 （特性、 子系统） 的恶化而产生的技术矛盾。矛盾矩阵是 TRIZ 理论中为了提高解决技术矛盾的效率，搞 清楚在什么情况下使用哪些创新原理， 创建的矛盾矩阵表， 并将 描述技术矛盾的 39个通用技术参数与 40 个创新原理建立起的对 应关系，很好地解决了创新过程中人们选择发明原理的困惑。1.2.2 物理矛盾：阿奇舒勒定义了物理矛盾：对同一个对象 的某个特性提出了

4、互斥的要求。 常见的物理矛盾可以是针对几何 参数、物理参数的，也可以针对功能参数。为了解决物理矛盾，阿奇舒勒总结了 11 个分离原理，这 11 个分离原理可以概括为 4 种分离方法：时间分离、空间分离、条 件分离、系统级别上的分离。利用分离方法解决物理矛盾，大致 可以分为以下三个步骤： 1）分析技术系统； 2）定义物理矛盾； 3）解决物理矛盾。1.2.3 物场模型：阿奇疏勒将技术系统简化为以下形式：技 术系统是由物质和场这两种元所构成的集合体。 物场模型就是从 功能的角度对技术系统进行抽象和建模， 利用物质和场的概念对 技术系统进行分析， 不仅可以找出技术系统中所包含的所有实体 性对象，而且可

5、以找出存在于这些实体性对象之间的作用关系， 从而揭示出技术系统的作用机制。这种以技术系统为分析对象， 以物质和场为基本分析要素， 以揭示技术系统的作用机制为目的 的分析方法，称为物 - 场分析方法。物质：指工程系统中包含的任意复杂级别的具体对象， 可以 是任何实质性的东西，例如：基本粒子，铅笔，汽车等。场：在 物理学中，人们把实现物质微粒之间相互作用的物质形式叫做 场。按照可控性由低到高的顺序，可以将场依次排列为：重力场 - 机械场-声场- 热场-化学场- 电场- 磁场辐射场。物场模型至少应该包含以下三个元素：第一种物质（ S1） - 作用的承受者（或称为产品） 第二种物质（ S2） - 作用

6、的施加者（或称为工具） 场（ F）- 存在于作用施加者与作用承受者之间的作用。 最基本的完整的物场模型应该是一个三角形结构， 如图 1 所 示：图1 基本的完整的物场模型2. 工程案例 液压系统具有结构紧凑、惯性小、重量轻、传动平稳、易于 实现过载保护和无级变速、 标准化程度高等优点， 而在冶金行业 中得到广泛应用。 随之而来的是出现大量的液压工程技术问题需 要解决。实际工作中，采用TRIZ理论解决了很多液压技术问题， 现介绍几个典型的案例。2.1 利用技术矛盾原理解决多级油缸活塞杆安装问题 案例：三级油缸中，一级活塞杆与儿级活塞杆、二级活塞杆 与三级活塞杆之间采用橡胶密封圈密封。 为保证密封

7、可靠性， 密 封圈材质较硬，且外径大于下一级油缸缸筒内壁约3-4mm导致活塞安装困难。一 确定技术矛盾 工作目的：快速的安装油缸。目前使用的方法：锤击或用压力机将活塞压入油缸缸筒。目前方法的优点： 用简单的方法完成安装任务。 目前方法的 缺点：费时费力，且易损坏密封和活塞杆。二 表达技术矛盾技术矛盾 改善的参数 恶化的参数为保证密封可靠性， 活塞杆密封圈材质较硬， 且外径大于下 一级活塞杆筒内壁约34mm 导致下一级活塞杆筒安装困难。27 可靠性 34 可维修性三 解决技术矛盾查 70 版矛盾矩阵表恶化的参数可维修性可靠性 1 ， 11分析 TRIZ 通解得领域解创新原理 提示思考1 分割原理

8、 由于分割密封和活塞杆会导致设备性能下降， 且易损坏。因此，决定采用预补偿原理。11 预补偿原理 答案：做一个导向钢套，钢套内壁呈锥形，大口内径和密封 圈外径相近， 小口内径与下一级活塞杆筒内径相同。 钢套套上活 塞及密封圈，小口对准缸筒安装，既不损坏密封和活塞杆，又省 时省力。2.2 利用物理矛盾原理解决密封安装问题案例：安装液压缸 V 型密封时， 密封需先经过活塞外壁然后 嵌入活塞槽内，活塞外壁直径大于活塞槽。 V 型密封硬度高、内 径小，导致安装困难。一 分析技术系统确定技术系统组成元素： V 型密封、活塞。问题根源：为了保证油缸密封性能良好， 就要使V型密封具 有足够的硬度和较小的内径

9、，这导致安装困难。关键参数：密封 硬度、密封内径。二 定义物理矛盾油缸工作时， 密封应该硬、 内径小，以保证良好的密封性能。 密封安装时，密封应该软，内径大，以保证安装方便且不损伤密 封。三 解决物理矛盾相反特性的时间分离： 在不同的时间实现对同一个参数的不 同要求。密封硬度低、内径大 密封硬度高、内径小 安装时 工作时15 动态化原理 9 预先反作用原理 答案：事先将密封加热，受热后，密封膨胀内径变大，硬度 降低，便于安装。工作时，温度降低，内径和硬度恢复正常，确 保油缸密封良好。2.3 利用物质 - 场标准解法处理步进梁升降不同步问题 案例：步进梁升降由液压系统控制的入口、出口油缸完成， 油缸的速度通过伺服阀调节。有时，入、出口油缸不同步，造成 步进梁倾斜。模型属于“完整但存在有害作用”类型， 对应标准解 1.2.1 、1.2.2 、1.2.4 、1.2.5 分析物质 场，得标准解 1.2.1 ，引 入外部物质，消除有害作用。答案：在步进梁的入口和出口处安装编码器， 监控步进梁位 置，并将信号传至液压控制系统。如果步进梁发生倾斜，则调整 伺服阀的开口大小，进而控制入、出口步进梁的速度，使步进梁 平衡。通过以上实例可知：应用 TRIZ 理论，将待解决的问题转化 为问题模型， 且通过查询矛盾矩阵和建立物场模型， 运用“物理 矛盾”和“技术矛盾”、 “物场模型分析”等，