基于TRIZ理論的安全節能閉門裝置創新設計

郭清++張坤+祝海波

摘 要：為確定一款多領域自動關門裝置的最佳解決方案，將TRIZ（Theory of Inventive Problem Solving）理論引入安全節能閉門裝置創新設計中，在分析現有閉門裝置所存在弊端的基礎上，提出了3種帶有減速功效的自動關門裝置設計方案，運用TRIZ理論中的自服務原理和多用性原理，對安全節能閉門裝置的解決方案進行了創新設計。通過TRIZ原理分析得出了最終理想解分析表，驗證了TRIZ應用于工程訓練領域進行創新設計的可行性和高效性，為拓寬傳統工程綜合訓練的設計思路提供了新的工具，具有廣闊的應用前景。

關鍵詞：TRIZ 閉門裝置 創新設計 工程綜合訓練

中圖分類號：THl22 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）04（c）-0002-01

1 研究背景

現今日常生活中最常用的閉門裝置都采用液壓式，其液壓結構中的密封圈與周圍殼體產生的摩擦損耗又會導致密封不嚴，致使無法控制關門速度，在長期失效的情況下使用，液壓式閉門裝置極易造成門框和門體的損壞。鑒于此，有必要設計一款新型閉門裝置，能夠滿足如下設計初衷：（1）達到自動關門目的；（2）具有減速功能，能夠完成減緩關門速度的效果；（3）在自動關門階段，所產生的加速度不會對門體造成磨損；（4）不額外附加任何能源。同時該裝置在加工制作時應滿足如下要求：（1）該閉門裝置的制造工藝不能太過復雜，成本盡量少于或不應超出現有閉門裝置太多；（2）該閉門裝置所使用的材料應簡便易得，不應有過于苛刻的材料要求；（3）該閉門裝置設計時應盡可能地減小總體積，以節約占地空間。

2 TRIZ原理過程分析

TRIZ的中文含義是指“發明問題解決理論”，TRIZ提供的是一種思維模式，它是幫助人們在處理問題時快速找到解決方法的一種系統創新設計思考模式。為解決液壓式閉門裝置功能與結構上矛盾的問題，采用TRIZ理論中的逆向思維原理，進行逆向分析后發現，既然摩擦不可避免，為何不利用摩擦來達到減速的目的呢？進而我們重點設計了機械式減速模塊，用其與殼體的摩擦來達到減速關門目的。

2.1 TRIZ自服務原理&多用性原理

為避免閉合過程中出現劇烈的碰撞而造成門體破壞，閉門裝置還應當具有控速功能。在進行創新方案設計時，將這樣的功能也整合到閉門裝置中，以增加閉門裝置的實用性。設計開發的這款關門裝置將開門時的能量收集在能量收集模塊中，待關門時能將存儲能量轉換得到的加速度轉變為勻速，從而完成自動平穩關門動作。它能夠幫助用戶快速自動關門，在門自動回彈的過程中達到勻速效果，減小對門體及門邊框之間的沖擊力，同時也避免因為忘記關門而造成的安全隱患或能源浪費，應用領域十分廣泛。

2.2 TRIZ發明創新理論最終理想解

為確立安全節能閉門裝置的最佳設計方案，對TRIZ閉門裝置的理想解進行了整理，得出了最終理想解分析表，見表1。每一個關門過程都必然先有一個開門過程，為利用開門這部分的能量來實現關門目的，將其開門時的能量儲存起來，在沒有額外能量消耗的情況下，利用其自身存儲能量實現自動閉門的目的，做到低碳節能。

3 TRIZ解決方案

閉門裝置的減速模塊是保證實現自動關門的核心構件，對其進行改良和優化有助于提升閉門裝置的整體性能。在前期的TRIZ分析基礎上，提出了三種閉門裝置設計解決方案。

3.1 方案一

將門板與門框之間用彈簧連接，開門時彈簧被拉伸產生的彈性勢能存儲，松手后彈簧收縮門閉合。利用離心原理在減速模塊中的使用重錘，利用其甩出與外壁產生的摩擦力達到減速的目的，以達到控制關門速度的預期設計目標。即使用傳動機構帶動摩擦盤高速旋轉，使重錘依靠重力甩出與外壁摩擦產生制動力從而控制速度。

3.2 方案二

為了獲得勻速關門效果，在方案一的設計基礎上進行了改進。將開門過程中剩余能量儲蓄在閉門裝置中的彈簧內，手離開門后彈簧開始釋放能量，彈簧伸長帶動齒條移動，移動的齒條撥動主齒輪讓主齒輪轉動，經過高傳動比的齒輪組帶動摩擦盤高速旋轉，最后高速轉動的摩擦盤將內部的重錘甩出，并與外壁相互摩擦產生制動力從而控制門閉合的速度。

3.3 方案三

方案二中提到的摩擦盤和其轉軸是完全固定的，因而不論開門還是關門都會帶動摩擦盤轉動，這樣會導致開門比較費力，浪費能量，為解決這一弊端添加棘輪機構，將摩擦盤和棘輪機構外圈固定在一起，轉軸與棘輪內圈相對固定，因棘輪具有單向轉動特性，所以開門時棘輪外圈不轉動，只有關門時棘輪機構才鎖死帶動摩擦盤高速轉動，借助產生的摩擦制動力達到減速效果。

運用TRIZ創新理論，研究分析得到三種閉門裝置設計方案，最終確定方案三為閉門裝置的最佳創新設計方案。

4 TRIZ創新設計總結

4.1 方案技術評價

該方案采用成熟穩定的齒輪機構，使用富有創意的機械摩擦減速模塊代替易損耗的橡膠密封圈，提升了該閉門裝置的安全技術指標，延長了整個閉門裝置的使用年限，并且所用材料均為現代工業大量使用的材料，采購便捷，現有加工工藝完全可以滿足技術要求，本設計方案不失為現有閉門裝置的一個良好的代替方案。

4.2 市場前景分析

閉門裝置在商業和公共建筑物中為必須之物，有著巨大的市場需求。在智能城市、智能家居的智能化浪潮中，閉門裝置作為智能系統中的基本組成部分將會進入發展升級階段。本方案設計研發的安全節能閉門裝置低碳環保，可以預見，該安全節能閉門裝置將具有廣闊的市場需求空間和發展前景。

參考文獻

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