基于TRIZ理论的干燥过滤器夹紧装置结构优化设计

基于TRIZ理论的干燥过滤器夹紧装置结构优化设计来源：制慧网本文在学习研究TRIZ理论的基础上，两次构造了阿奇舒勒矩阵，通过由其得到的发明原理，很好的解决了问题，改善了现有干燥器的夹紧装置，并且将进行了优化设计后的干燥器在实际生产中进行了验证，取得了预想的效果。1引言上世纪40年代前苏联著名发明发明家阿奇舒勒及其工作团队在分析了大量专利的基础上，总结出各种技术发展进化遵循的规律模式及解决各种工程技术矛盾和物理矛盾的创新原理和法则。建立一个由解决技术，实现创新开发的各种方法、算法组成的综合理论体系，并综合多学科领域的原理和法则，建立起TRIZ理论体系。日后，TRIZ理论被成功地应用于竞争激烈的汽车工业、航空和航天工业以及全球范围内的产品开发中。TRIZ对各种各样的商业需求具有不同寻常的实用性和普遍的适用性。在某海运集装箱制冷机组中，使用到竖直放置的圆柱形干燥过滤器，并使用不锈钢夹紧装置。在实际颠簸的海运中，不锈钢卡夹时常会磨损过滤器表面喷漆，造成过滤器被腐蚀。运用TRIZ理论对过滤器的夹紧装置进行重新设计。2TRIZ理论及阿奇舒勒矛盾矩阵阿奇舒勒等人在通过对大量专利的研究、分析、比较、统计之后归纳出来39条工程参数及40条发明原理。根据39个通用工程参数的特点，又可分为物理及几何参数、技术负向参数和技术正向参数3大类。物理及几何参数一共有15个，如物体的重量、长度、面积等基本物理几何属性参数；11个技术负向参数足指当这些参数提高时，系统的性能变差，如物体外部有害因素作用的敏感性、物体产生的有害因素等；与此相反，当提高技术正向参数时，系统的性能编号，共有13个：结构的稳定性，强度、可靠性、制造精度、可操作性等等。在使用TRIZ理论对系统进行改进的时候，根据以上工程参数的变化，可以分为改善的参数和恶化的参故；系统改进中将提升和加强的特性所对应的参数为改善的参数；相反在某个工程参数获得的提升的同时，必然将导致其他一个或多个参数变差，即恶化的参数。改善与恶化的参数就构成了技术系统内部的矛盾，可以表现为阿奇舒勒矛盾矩阵，TRIZ理论就是要克服这些矛盾，推进系统向理想化进化。阿奇舒勒矛盾矩阵是一个个(40×40)的矩阵，其中第1列与第1列为顺序排列的工程参数，剩下的39行及39列形成一个矩阵，里面的数字则对应着解决矛盾的通用发明原理。如表1所示，给出了一段截取的阿奇舒勒矩阵：表1阿奇舒勒矛盾矩阵在实际工作中，将一个具体的问题转化并表达为一个TRIZ问题。使用通用工程参数对问题进行表达，将问题TRIZ化；然后使用阿奇舒勒矛盾矩阵找出相对应的发明原理、最后运用这些通用发明原理将矛盾解决。3设计过程3.1问题描述某公司生产的海运制冷机组中使用到一款垂直面放置的圆柱形干燥器罐体，上下两端接管路，如图1所示。干燥器由一不锈钢卡夹夹紧，卡夹一端固定在一垂直面上，另一端由螺栓螺母联接将干燥器夹紧。图1现有干燥过滤器装置的固定形式在海运运愉中，整个机组将经受持续强烈的振动，甚至会产生较强的撞击，而处在竖直平面的干操器上下两端连接管路，必须依靠单侧的不锈钢卡夹进行固定。不锈钢螺栓联接的优点是强度高，联接稳定，耐磨损，耐腐蚀。然而由于不锈钢的强度过高，在长年累月的摩擦与振动情况下，很容易将干操器表面的喷漆刮伤，失去喷漆保护的铁质干燥器在恶劣的海运环境中随即将会被腐蚀，从而影响整个机组的运行情况。除了以上问题以外，针对不锈钢卡夹而使用的螺栓螺母联接，在员工的日常的生产操作中耗时相对较长，必须双手将螺母拧紧，并且属于C类零件的螺栓螺母在装配线上极易丢失，从而影响生产进度；企业产品的售后服务上也必须为此卡夹准备其螺栓螺母。3.2分析问题并建立阿奇舒勒矛盾矩阵首先我们需要分析以上问题，将一般领域问题描述转换成39项工程参数中的2项，即转化为TRIZ标准化问题。仔细研究此问题可以发现，我们首先需要改善的地方是干燥器表面的生锈状态，所以选择31号工程参数：物体产生有害因素为改善的参数。干操器表面被刮伤进而发生锈蚀产生有害因素主要是由于不锈钢卡夹的强度要大于干燥器表面，而修改其强度则必将恶化其可靠性，所以选择27号工程参可靠性为恶化的参教。根据得到的两个工程参数，改善参教31：物体产生的有害因素；恶化参数27：物体的可靠性，查阅阿奇舒勒矩阵可以得到以下发明原理，如表2所示，给出了相对应的阿奇舒勒矩阵所得出的发明原理信息。表2改善参数31与恶化参数27所得出的发明原理(1)发明原理2抽取：1将物体中“负面”的部分或特性抽取出来；2只从物体中抽取必要的部分或特性；(2)发明原理24中介物；1采用中介体传递或完成所需动作；2把一个物休和另一个物体临时结合在一起；(3)发明原理39惰性环境：1用惰性气体环境代替通常环境；2在真空中完成过程；(4)发明原理40复合材料：从单材料改成复合材料。综合以上4条发明原理，其中2号，24号，39号原理对该问题的彻底解决指导意义不大，而a40号符合材料原理是解决该问题最有价值的发明原理。为了解决第二个问题：螺栓螺母固定方式，装配时较繁琐，消耗工时较长，同时也极易丢失。我们需要改善的地方是生产效率(即改善的参数)，可以通过更改这种固定联接方式以达到提高生产率的目的；螺栓螺母的联接方式虽然比较繁琐，但是由于有国际通用的标准件，全球基本都可以找到其相对应的零配件，其可维修程度相对较高，如果更改则必将恶化34号工程参数：可维修性。根据得到的两个工程参数，改善参数39：生产率；恶化参数34；可维修性，我们又可以报据以下阿奇舒勒矩阵得到相对应的发明原理。如表3所示，给出了相对应的啊奇舒勒矩阵所得出的发明原理信息。表3改善参数39与恶化参数34所得出的发明原理(1)发明原理1分割：①将物体分剖成独立的部分；②使物体成为可组合的；③增加物体被分割的程度；(2)发明原理32改变颜色：①改变物体或其周围环境的颜色；②改变难以观察的物体或过程的透明度或可视性；③采用有颜色的添加剂，使不易观察的物体或过程容易观察到；④如果已经加入了颜色添加剂，则借助发光迹线追踪物质；(3)发明原理25自服务：①使物体具有自补充和自恢复功能以完成自服务；②利用废弃的资源、能量或物资；(4)发明原理10预先作用：①事先完成部分或全部的动作或功能；②在方便的位置预先安置物体，使其在第一时间发挥作用，避免时间的浪费。在以上4种发明原理中，我们可以看到，前三条基本对解决本问题基本没有帮助，而第四条发明原理10：预先作用则对本问题有很大帮助。4解决方案根据以上TRIZ理论阿奇舒勒矩阵得出的各项发明原理，经过仔细分析，找们选择的发明原理40、10：(1)使用发明原理40：复合材料解决第一个问题。即针对不锈钢材料的卡夹对干操器表面的刮伤。我们选择使用尼龙66材料。尼龙66(聚己二酸己二胺，PA66)的物理性能：尼龙：66在聚酰胺材料中有较高的熔点(238～248)℃，它是一种半晶体-晶体材料。在较高拐度也能保持较强的强度和刚度；尼龙66的黏性较低，因此流动性很好，因而可以用来加工较薄的元件；尼龙66对许多溶剂具有抗溶性，但对酸和其它一些氯化剂的抵抗力较弱；其脆化温度可达-35℃，拉伸强度≥65MPa，弯曲强度≥100MPa。总的来说，尼龙66疲劳强度和刚性较高，耐热性较好，脆化温度低，摩擦系数低，耐磨性好，初步来看，其性能可以符合海运制冷集装箱的需要。(2)由于螺拴螺母联接形式在操作时费时，同时也极易发生丢失的情况，针对这种请况，我们运用根据阿奇舒勒矩阵所得到的发明原理10：预先反作用。图2新型双面齿啮合联接方式螺栓螺母的联接主要是起到是卡夹锁紧固定干燥器的作用，为防止干燥器松动，我们参照扎带的扎紧原理设计了一种自锁模型，改善了卡夹的接口方式，如图2所示，将卡夹的开口出改为双面齿啮合联接，这种卡口在卡紧后将形成自锁，不加认为用力很难将其打开，同时整个卡紧的操作过程相对简单易行，普通操作员一只手便可完成装配，大大提高了生产效率。5实践与验证在使用快速成型机作出样品之后，如图3、图4所示，现有实际样品。我们对实际样品进行了高低温测试，确保其能够满足(20～120)℃的环境要求，同时其硬度、强度也能够符合工程方面的指标。图3快速成型出的新型卡夹样品图4新型卡夹的实际使用情况同时整个改善之后的尼龙66自锁卡夹也能够完全符合实际生产的需要，其操作过程相对于原有不锈钢卡夹，十分简易，只需探作人员一只手便可轻松完成装配，所需时间仅为原先的25%左右，其固定效果也符合实际需要，并且在操作过程中没有再发生零配件缺失等问题。6结束语为了解决某海运集装箱制冷装置中的一处夹紧装置存在的两个问题(划伤干燥过滤器以及生产繁琐)，在进行细致分析的基础上，将实际中的问题矛盾TRIZ化，构造了通用工程参数(改善的参数以及恶化的参数)并建立阿奇舒勒矩阵，再利用阿奇舒勒矩阵得出的发明原理，通过筛选，选择对解决问题起到关键作用的发明原理，最终成功的解决了这两个问题，并且将优化改善过的干操过滤器卡夹用于实际生产，取代了原先的不锈钢卡夹，对产品的稳定性以及生产的过程的简化优化都起到了很好的帮助。