摘　要：文章（zhāng）采用TRIZ理論（lùn）指導，對泥水盾構機的泥（ní）漿門（mén）密封係統（tǒng）進行了設計改進。首先對泥（ní）漿門密封進行了技術矛盾的描述和參數轉（zhuǎn）化，運用矛盾矩（jǔ）陣擇優（yōu）選用創新原理，結合工程實際對不同方案進（jìn）行比較分析，Z後得到了較合理的（de）問題解決方案。本次應用嚐試表明TRIZ理論在解決工程技術問題過程中具有較好的指導意義，可供技術創（chuàng）新方法研究提供一定參考。
　　關鍵詞：TRIZ；創新理論；泥（ní）漿（jiāng）門；密封
　　1　概述
　　“TRIZ”理（lǐ）論是當今世（shì）界上Z先（xiān）進的科學思維，是技術創新的現代化工（gōng）具^[1]。傳統創新方法采用（yòng）知識學習和交流的方式，消耗大量時（shí）間，而利用TRIZ語言和思維方法定義創新問題（tí），可使（shǐ）研發人員快速地理解和掌握問題實質^[2]。許多公司都已成功地（dì）把TRIZ運用於生產和管理等方麵，如福特、三星等^[3]。目前，TRIZ已逐漸由當初擅長的工程技術領域，向自然科學、社會科（kē）學、管理科學、生物科學等多種領域滲透，嚐試解決更廣泛範圍內的（de）問題^[4]。
　　TRIZ理（lǐ）論引進中（zhōng）國時間（jiān）並不長，目前國內也僅有極少數企業（yè）進行應用嚐試，具體實（shí）施方法、案例和經驗均較欠缺，部分企業的管理者和技術人員對TRIZ還持有一定懷疑態度和觀望心態^[5]。積極在企業管理和（hé）研發過程中應用這一創新方法、積累（lèi）更多的應（yīng）用實例對促進TRIZ在我國企業中的推廣應用很有意義。本文運用TRIZ理論中解決技術矛盾的相關方法，對泥水盾構機（jī）的泥漿門密（mì）封進行改進設計，得到了較好的解（jiě）決方案，可供運用（yòng）TRIZ解決（jué）工程實際問題進行參考。
　　2　問題背景
　　泥漿門是泥水平（píng）衡盾構機（簡稱泥水盾構）上重要（yào）的安全裝置，如圖1所示，使用過程是：油缸將泥漿門下放直至門板將泥漿進口完（wán）全遮蓋，然後往密封氣囊（náng）裏麵充氣使密封圈膨脹，膨脹的密封圈外部密封麵壓緊在泥漿進口周圍的隔板上，這樣（yàng）位於泥（ní）漿門前麵的泥水（shuǐ）艙與後麵的（de）氣（qì）墊艙被隔離開來；隨後，排空氣墊艙內泥漿，工（gōng）作人員在常壓下進入氣墊艙內作業，從（cóng）而避免了（le）高風險和（hé）高成本的潛水作業和（hé）氣壓作業。在實際工程中（zhōng），由於泥漿門使用頻率低（dī），常年浸泡在氣墊艙內的泥漿中，易受到泥漿中（zhōng）固體顆粒的磨蝕，密封圈經常失（shī）效損壞。另外，這種密封結構的密封效果也不穩定，有泥（ní）漿泄漏的風險（xiǎn），給（gěi）艙內工作人員帶來很大危險。泥（ní）漿門密封的（de）失效原因主要有：（1）密封圈容易磨損（sǔn）破壞；（2）密封麵容易嵌入固（gù）體顆粒影響密封（fēng）效果；（3）密封圈（quān）的充氣氣嘴容易（yì）漏氣。 　　3　問題分析
　　3.1技術係統分析
　　根（gēn）據TRIZ理論（lùn），一個技術係統包括兩種物質（zhì）和一個場三部分，解決技術問（wèn）題（tí），首先（xiān）應明確引起問題的技（jì）術係統。在這個問題（tí）中，引起問題的技術係統是泥（ní）水艙和氣墊艙內的泥漿、固體顆粒、充壓介質（壓縮空氣）。泥漿門密封這一技術係統的主要成分及對應功能如表1所示（shì）。 　　在該技術方案中，密封圈在充入壓縮空氣後膨脹，將唇形密封麵壓（yā）緊（jǐn）在隔板上（shàng）實現密（mì）封。密封麵的接觸壓力可以通過調（diào）節空氣（qì）壓力來控製。增大充氣壓力有利於提高密封效果，但盾構機上常用空壓機額定壓力較小，調壓範（fàn）圍有限；另外，由於充氣密封圈的（de）結構特點，其壁厚不能（néng）太厚，否則同樣密封（fēng）接觸壓力下（xià）將需（xū）要更大（dà）的充氣壓力。由於泥漿門（mén）使用頻率低，如配（pèi）置高壓（yā）空壓機，將導致設備利用率（lǜ）低、盾構機管路係統（tǒng）整體成（chéng）本增高。
　　3.2陳述技術矛盾
　　在該實例中，需要改善的技（jì）術特性是密封圈的耐磨性、抵抗（kàng）固體顆粒雜（zá）質的能力和氣嘴可靠性。綜（zōng）合考慮密封圈（quān）材料、結（jié）構等方麵的改善因素，又不至（zhì）過多（duō）增加係統的複雜性，構建以下技術矛盾：
　　技術矛（máo）盾1：增加密（mì）封圈壁厚（可提高抵抗破壞性（xìng）能），則需要提高充壓壓力。
　　技術矛盾2：提高充壓壓力（lì）（可提高密封性能和抵抗（kàng）固體顆粒能力），則需增大空壓機的額定輸出壓力，這將要求全麵（miàn）提高（gāo）整個供（gòng）氣管路及（jí）其所有元器（qì）件的承壓能力，這將較大幅度增加供氣係統的成本和係統泄漏風險。
　　3.3解決技術矛盾
　　3.3.1技術矛盾1
　　對照TRIZ中的矛盾矩陣（zhèn），尋找意（yì）義（yì）上與上述矛盾特性Z接近的通用工程（chéng）參（cān）數。與特性“增加密封圈壁（bì）厚”Z接近的是“形（xíng）狀”，與“需要的充壓能力”Z接近（jìn）的是（shì）“力”。在矛盾矩陣中（zhōng）對應的單元（yuán）格數字是：10^#、35^#、37^#、40^#。對這些（xiē）創新原理分析如下：
　　原理10^#“預先作用原理”建議如下：A.預先對物體（全部或（huò）部分）施加（jiā）必要的改變；B.預先（xiān）安置物體，使其（qí）在Z方便的位置，開始發揮（huī）作用而（ér）不浪費運送時間。
　　應用原理10^#需要使密封圈預先承受一定的力（壓力或張緊（jǐn）力），在不使用泥漿門或密封圈不起（qǐ）作用期間，將密封圈置於一個安全的位置，該位置應有效避免實際使用環（huán）境對密封圈造成損傷進而影響其（qí）性能。這使我們想到：在泥漿門使用前可以將密封圈“封裝”保護在密封槽（cáo）內，或者安裝（zhuāng）時就使（shǐ）密封圈（quān）在預緊力作用下“收縮”在密封槽內。
　　原理35^#“物（wù）理或化學參數改（gǎi）變原理”建議如下：A.改變物體的物理狀態；B.改變物體的（de）濃度或密度；C.改變物體的柔性；D.改（gǎi）變溫度或體積。
　　應用原理35^#建議改變係統的物理性能，可以考慮改變密封圈安裝座、密（mì）封圈或充壓介質的物理性能。安裝座（zuò）由於尺寸較大，目前采用普通鋼材，使用期間並無不合適之（zhī）處；密封圈目前使用的是具有較好耐磨（mó）性和耐腐蝕（shí）特性的橡膠材（cái）料，其使用中的破壞（huài）並非來自材料自身；根據該處的使用（yòng）要求和環境特性，應使用一（yī）種（zhǒng）耐腐蝕（shí）的（de）、具有一定彈性和耐磨性的材料（liào）。因此，目前采用的橡膠材料（liào）是合適的，但是可以考慮（lǜ）改變密封（fēng）圈的局部性能（如密封接觸麵的硬度（dù）），也可考慮改變密封圈斷麵的形狀或尺寸；改變充壓介質的物理特性（xìng）則可以考慮將當前的充壓介質由氣態改為液態，即使用液（yè）壓或（huò）水壓來加（jiā）壓，此時，充壓介質的壓力將不再是問題（特（tè）別是液壓，不但調壓（yā）範圍大，而（ér）且取壓方（fāng）便），但（dàn）液體的質量和黏性遠大於氣體，這又要求密封圈回彈性能和強度要相應增強，充壓係統的結構性能需要改善以彌補上述缺陷。
　　原理37^#“熱膨脹原理”建議如下：A.利用材（cái）料的熱（rè）膨脹或熱收縮；B.組合使用不同熱膨脹係數的幾種材料。
　　根據原理37^#A，可考慮在密封圈充氣腔內加設電加熱裝置（zhì）或對密封安裝槽加（jiā）熱（不實用），在需要高的（de）密封氣壓時可（kě）以對腔內氣體加熱使其進一步膨（péng）脹而獲得更大壓力。原理37^#B需要使用幾（jǐ）種材料（liào），這直接增加了結構的複雜（zá）性，不適合該處較惡劣的使用工況。
　　原理40^#“複合材料原理”建議如下：用複合材料（liào）代替均質材料。
　　經分析和比選（xuǎn），在目前工程上使用的密封材料中（zhōng），“橡膠”具有更經濟、通用的（de）優點（diǎn）。
　　3.3.2技術矛盾（dùn）2
　　與特性“增大充壓（yā）能力”Z接近的是（shì）“力”，與“供（gòng）氣係統的適應性（xìng）變差且導致（zhì）整個供氣網絡複（fù）雜化”Z接近的是“係統（tǒng）的（de）複（fù）雜性”。在矛盾矩陣中對應（yīng）的單元格數字是：10^#、18^#、26、35^#。對這些創新原理分析如下：
　　原理10^#“預先作用原理（lǐ）”建（jiàn）議如下：A.預先對物體（全部或部分）施加必要（yào）的改變；B.預（yù）先安置物體，使其（qí）在Z方便的位置（zhì），開始發揮（huī）作用而（ér）不浪費運送時間。
　　根據原理10^#A，可在泥漿門上下提升動作和密封貼緊動（dòng）作之前或過程中，對泥漿門周圍的環境進行改善（shàn）處理，如人工清理泥漿進口（kǒu）周（zhōu）圍的大顆粒固體，對密封麵進（jìn）行必要衝刷等，創造一（yī）個良好的係統運行環境有利（lì）於密封係統（tǒng）的後續功（gōng）能實現。
　　原理18^#“機械振動原理（lǐ）”建議如下：A.使物（wù）體處於振動狀態；B.如果已經（jīng）處於振動狀態的物體，提高其振動頻率；C.利用共振現象；D.用壓電振動代替機械振動；E.超聲波振（zhèn）動和電磁場耦（ǒu）合。
　　根（gēn）據原（yuán）理18^#建議，可以利用機械振（zhèn）動預先對泥漿門密封區域進行“清洗”以便為後續（xù）的密封作用實現創造（zào）一個更好的接觸（chù）麵條件。但綜合考（kǎo）慮（lǜ）泥漿門係統中諸如提升油缸、傳感器等必要組成部件，機（jī）械振動對整體係統是有害的，會帶來新的問題。
　　原理26^#“複製原理”建議如下：A.用經過簡化的（de）廉價複製品，代替不易獲得的、複雜的、昂貴（guì）的、不方便的或易碎的物體；B.用光學複製品（圖像）代替實物係（xì）統；C.如果已使用了可見光拷貝，用（yòng）紅外或紫（zǐ）外線代替。
　　根據使用環境，本條建議不具有（yǒu）實（shí）用價值（zhí），不適用。
　　原理35^#“物理或化學參數改變原理”再次出現，分析見上述說明。
　　4　Z終方案
　　將原理10^#和原理35^#結合起來，提出一個簡單的解（jiě）決方案：采用液壓作為充壓介質（35^#A）提高加壓能力，加大密（mì）封圈厚度，特別是（shì）密封麵方向的厚（hòu）度尺寸（35^#D）以提高（gāo）耐機械磨損（sǔn）性能和回彈性（10^#），在泥漿門底部加設一道刮擦裝置（10^#）以便在（zài）泥漿門下移（yí）過程中提前刮除密封麵上可能粘附的固體顆粒。該方案並不增加當前係統（tǒng）複雜性，可明顯提高密封的使用壽命和承壓性能。改進方（fāng）案經工廠驗證，達到了預期效果。
　　5　結束語
　　創新是推動技術進（jìn）步關鍵，任何有助於提高我們創新能力的物質、方法理論均應（yīng）大力提倡和推廣，TRIZ創新理（lǐ）論更應如此。本次應用嚐試表明，在應用TRIZ指導創新和解決（jué）實際問題（tí）過程（chéng）中，除了正確理解該理論的原理和各種方法內涵外，還需應用者具備一定的知識和經驗，寬廣的知（zhī）識麵和豐富的實踐經驗輔以正確（què）的創新（xīn）方法（fǎ）指導，能夠更有利於產生高質量的創（chuàng）新火花（huā）。
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