基于TRIZ的閥門定位器先導(dǎo)閥的創(chuàng)新設(shè)計

摘 要：針對目前閥門定位器先導(dǎo)閥因雜質(zhì)等原因而出現(xiàn)的堵塞問題，應(yīng)用TRIZ理論分析閥門定位器先導(dǎo)閥中存在的技術(shù)矛盾和物理矛盾，運用發(fā)明原理和最終理想解對其進行分析，設(shè)計得到帶檢修孔和過濾裝置的定位器先導(dǎo)閥，有效地提高了先導(dǎo)閥的工作穩(wěn)定性和工作效率。

關(guān)鍵詞：TRIZ；定位器；先導(dǎo)閥；改進優(yōu)化

一、引言

閥門定位器是一種精密的控制裝置，可確保閥門的實際位置與控制系統(tǒng)發(fā)出的指令一致。先導(dǎo)閥可看作是閥門定位器的“大腦”，其很大程度上決定了閥門定位器的精度和穩(wěn)定性，但目前先導(dǎo)閥存在堵塞問題，嚴(yán)重影響其功能[1-3]。

發(fā)明問題解決理論（TRIZ）是一種系統(tǒng)性的創(chuàng)新方法，旨在通過科學(xué)原理和法則來解決發(fā)明和創(chuàng)新過程中的問題。TRIZ理論體系包括技術(shù)系統(tǒng)八大進化法則、最終理想解（IFR）、40個發(fā)明原理、39個通用技術(shù)參數(shù)、矛盾矩陣等九大體系，本文應(yīng)用40個發(fā)明原理和最終理想解對閥門定位器先導(dǎo)閥進行改進設(shè)計[4]。

二、基于發(fā)明原理的先導(dǎo)閥的創(chuàng)新設(shè)計

TRIZ理論中，矛盾可分為技術(shù)矛盾和物理矛盾。技術(shù)矛盾指的是兩個參數(shù)之間的矛盾，即當(dāng)改善技術(shù)系統(tǒng)中某一個參數(shù)時，另一個參數(shù)就被惡化，而發(fā)明創(chuàng)造過程的本質(zhì)就在于消除技術(shù)矛盾。技術(shù)矛盾是發(fā)明過程中的主要矛盾，通常運用40個發(fā)明原理解決[5]。

欲改善先導(dǎo)閥堵塞問題，需要先導(dǎo)閥內(nèi)部各處受力相當(dāng)，轉(zhuǎn)換成 TRIZ 標(biāo)準(zhǔn)矛盾，改善的參數(shù)：通用技術(shù)參數(shù) 10（力）；惡化的參數(shù)：通用技術(shù)參數(shù) 34（可維修性）。通過查找矛盾矩陣表得到可行性發(fā)明原理為：No.1 分割原理、No.11 預(yù)補償原理、No.15 動態(tài)特性原理。

No.1 分割原理：指一個有形或無形的物體、系統(tǒng)功能或過程分解為相對簡單的若干部分[4]。考慮將先導(dǎo)閥的拐彎處與其他部分分開，以便在拐彎處出現(xiàn)堵塞時，可單獨對此部分進行清理和維修，但這樣會使先導(dǎo)閥的結(jié)構(gòu)變復(fù)雜，且在實際應(yīng)用中會出現(xiàn)密封問題。

No.11 預(yù)補償原理：指以事先準(zhǔn)備好的應(yīng)急手段補償物體的低可靠性[5]。如圖1所示，在先導(dǎo)閥內(nèi)增加檢修孔，設(shè)置在易發(fā)生堵塞的區(qū)域，先導(dǎo)閥內(nèi)部一旦出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，可通過檢修孔快速準(zhǔn)確地進行疏通。這一方案不僅簡單易行，且不會增加整個系統(tǒng)的復(fù)雜性。

No.15 動態(tài)特性原理：指使系統(tǒng)狀態(tài)或?qū)傩猿蔀槎虝旱摹⑴R時的、可動的、自適用的、柔性的或可變的[5]。采用可調(diào)節(jié)的閥門或擋板，根據(jù)流體的流量和壓力自動調(diào)整其位置，從而保持流體的順暢流動，減少雜質(zhì)在拐彎處的沉積。此外，還可增加動態(tài)的清潔裝置，如旋轉(zhuǎn)刷子或噴射器，定期對先導(dǎo)閥內(nèi)部進行清潔，防止堵塞的形成。雖然該方案具有一定的創(chuàng)新性，但實施起來成本高，維護難度大。

綜合分析，最終采用 No.11 預(yù)補償原理（見圖1），在先導(dǎo)閥內(nèi)易堵塞的區(qū)域增加檢修孔，可以通過檢修孔快速準(zhǔn)確地進行疏通，改善了易堵塞問題。

三、基于最終理想解的先導(dǎo)閥的創(chuàng)新設(shè)計

TRIZ理論在解決問題之初，首先拋開各種客觀限制條件，通過理想化來定義問題的最終理想解（Ideal Final Result，IFR），以明確理想解所在的方向和位置，保證在問題解決過程中沿著此目標(biāo)前進并獲得最終理想解[5]。

基于IFR對閥門定位器先導(dǎo)閥分析如下：

（1）設(shè)計的最終目的是什么：為解決閥門定位器先導(dǎo)閥的堵塞問題。

（2）最終理想解是什么：自我實現(xiàn)，氣源通過閥門定位器先導(dǎo)閥時，不再含有雜質(zhì)。

（3）達到理想解的障礙是什么：氣源通過先導(dǎo)閥時不可避免會攜帶灰塵、水分和油污。

（4）出現(xiàn)這種障礙的結(jié)果是什么：灰塵、水分和油污引起先導(dǎo)閥的堵塞。

（5）不出現(xiàn)這種障礙的條件是什么：氣源中的雜質(zhì)能預(yù)先去除。

基于理想解分析，考慮在閥門定位器的氣體通道中增加一個過濾裝置（見圖2、圖3），對氣體進行過濾處理，去除其中的灰塵、水分和油污等雜質(zhì)，從而保證進入先導(dǎo)閥的氣體純凈、潔凈。

四、結(jié)論

基于 TRIZ 理論，本文對閥門定位器先導(dǎo)閥進行了創(chuàng)新設(shè)計，提高了先導(dǎo)閥的工作穩(wěn)定性和工作效率。應(yīng)用預(yù)補償原理，在先導(dǎo)閥內(nèi)易堵塞的區(qū)域增加檢修孔，解決了先導(dǎo)閥的高效疏通問題。利用最終理想解（IFR），通過在主要管路中增加一個過濾裝置，阻礙了氣源中的雜質(zhì)進入定位器先導(dǎo)閥，有效地解決了先導(dǎo)閥的堵塞問題。

參考文獻

[1] 倪敏，談卓雅.改善閥門定位器可靠性的技術(shù)研究[J].儀表技術(shù)，2020（7）：22-25+46.

[2] D HARROLD. Making Valve Controllers/Positioners Smarter is Smart Business[J]. Control Engineering， 2003， 50（1）： 24-30.

[3] 洪華，孔利明.一種閥門定位器用先導(dǎo)閥的檢測裝置及其檢測方法：CN103134667B[P]. 2015-07-22.

[4] Y MEI， X YIMIN， J LIANHUI. A modular design method based on TRIZ and AD and its application to cutter changing robot[D].New York： Advances in Mechanical Engineering， 2021.

[5] 張明勤，范存禮，王日君，等.TRIZ 入門100問：TRIZ創(chuàng)新工具導(dǎo)引[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012.

責(zé)編 / 馬銘陽