基于TRIZ的立式环模秸秆压块机创新设计
免耕播种机破茬机构的创新设计——基于TRIZ理论

在规 律 和原 理 , 眼 于澄 清 和 强 调 系 统 中存 在 的 矛 盾 着
并解 决矛 盾 。针 对 新 设计 与改 进 设 计 , 在产 品 的 概 念
设 计 阶段 为 设计 者 提 供 了过程 模 型 、 具 与 方 法 。产 工
品 的发 明创造 需 要 长 时 间 的探 索 , 短 产 品设 计 周 期 缩 和 提 高 产 品 创 新 的 成 功 率 已 成 为 当 前 研 究 热 点 ] 。
企业 的竞争力。相对 于传统 的创新方法 , 发明问题解
决 理论 ( R Z T er f n et ePolm Slig 具 有 T I , h o o Ivni rbe o n ) y v v
TI R Z专 家 ( R Z mat )S vasy博 士 定 义 : T I s r arnk e
T I 基 于 知识 的 、 向人 的发 明 问题 解 决 系统 化 方 R Z是 面
明显 的特点 和 优 势 。T I R Z成 功 揭 示 了创 造 发 明 的 内
收 稿 日期 :2 1 0 0—0 4—0 9
法学 -3 RZ理 论 经 过 古 典 时 期 、 i i v时期 和 6。T I Ks n he
流 程 的 介 绍 , 对 我 国 免 耕 播 种 机 破 茬 机 构 存 在 的 问 题 , 立 了 破 茬 机 构 发 明 问 题 解 决 过 程 模 型 , 义 了 破 茬 针 建 定 机 构 的 物 理 和 技 术 冲 突 , 用 T I 术 矛 盾 解 决 矩 阵 的 创 新 原 理 和 解 决 物 理 冲 突 的 分 离 原 理 , 破 茬 机 构 进 应 RZ技 对 行 改 进 设计 , 出了 一种 新 的设 计 方 案 。 提 关 键 词 :免 耕 播 种 机 ; 破 茬 机 构 ;T I 冲 突 矩 阵 RZ;
基于TRIZ的自动售货机创新设计共3篇

基于TRIZ的自动售货机创新设计共3篇基于TRIZ的自动售货机创新设计1随着社会进步和人们生活水平的提高,自动售货机已经成为人们日常生活中必不可少的一部分,它为我们的生活带来了很大的方便,也成为了众多生产企业竞相开发和生产的热门产品。
自动售货机一直在不断地进行着更新换代,以满足不同消费者的需求。
然而在市场竞争激烈的今天,如何通过创新设计来提高自动售货机的竞争力是一个亟待解决的问题。
在众多的创新设计方法中,TRIZ(俄罗斯创新理论)是一个非常值得注意的方法。
TRIZ是一种基于问题解决的方法,并试图寻找最佳的解决方案,以更有效地解决新的问题。
其最重要的特点是创造性解决问题,它能够提高创造力的水平,从而达到创新设计的目的。
下面笔者将介绍基于TRIZ的自动售货机创新设计。
1.问题定义自动售货机的主要问题在于其空间利用率低。
随着售货机的不断改进和配套产品的推进,售货机的类型越来越多,功能也越来越丰富,售货机的规模也在不断扩大。
这对售货机的空间利用率提出了更高的要求。
因此,我们有必要考虑如何提高售货机的空间利用率。
2.TRIZ分析TRIZ提供了一系列的分析工具,供我们利用。
在本次的分析工具中,分别有以下的工具:(1)物理化学挑战的分析(2)发明原理的应用(3)技术矛盾的矛盾矩阵基于以上的工具,我们可以列举出以下的分析结果:(1)问题:如何提高售货机的空间利用率?解决原则:物理化学挑战我们可以提出如下的解决方案:使用不同的物理化学原理,以减小售货机的体积。
例如,对于食品售货机,烘烤技术可以帮助将原本体积较大的食品制品压缩成体积较小的产品,从而使售货机更加紧凑。
(2)发明原则的应用①资源的保存原则售货机上可以储存一定重量的商品,这意味着售货机中贮存并成批销售产品的需求得到了满足,同时,也支持了公司的资金储备。
②组合原则如果售货机设计的足够灵活,那么它可以在各物流环节中使用,从而使物流转运变得更有组织。
③离心分离原理售货机使用的分离原理是重力分离和离心分离。
基于triz理论的清洁机器人创新设计

第35卷第2期2020年4月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀山东建筑大学学报JOURNALOFSHANDONGJIANZHUUNIVERSITY㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Vol.35No.2Apr.2020收稿日期:2020-03-11作者简介:黄巍岭(1978-)ꎬ女ꎬ副教授ꎬ博士ꎬ主要从事创新工程和特种设备等方面的研究.E ̄mail:weiling008@126.com[∗通讯作者]DOI:10.12077/sdjz.2020.02.012基于TRIZ理论的清洁机器人创新设计黄巍岭∗ꎬ张振宇ꎬ赵东鸣ꎬ唐巨新(山东建筑大学机电工程学院ꎬ山东济南250101)摘要:管道在给排水㊁农业灌溉和长距离输送石油和天然气等工程和工业生产领域有着广泛地应用ꎬ然而各种污染物经常附着于管道造成堵塞ꎬ智能化是管道清洁的重要突破点ꎮ发明问题解决理论(TRIZ)具有对问题深度分析并解决其中的矛盾而得到最佳方案设计的优点ꎮ文章针对油污管道清洁不彻底㊁耗时耗力等问题ꎬ利用TRIZ理论ꎬ创新设计并改进了机器人的清洁㊁行进和废液回收装置以及中央控制系统㊁动力系统ꎬ提出了一种吸盘式履带带动螺旋清洗的管道清洁机器人的设计方案ꎬ可实现竖直清洁ꎬ从而改进了清洁效果ꎬ为实物机器人的制造提供了理论依据ꎮ关键词:TRIZꎻ油污管道ꎻ管道清洁机器人中图分类号:TP242.3㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀㊀㊀文章编号:1673-7644(2020)02-0084-06InnovativedesignofcleaningrobotbasedonTRIZHUANGWeiling∗ꎬZHANGZhenyuꎬZHAODongmingꎬTANGJuxin(SchoolofMechanicalandElectricalEngineeringꎬShandongJianzhuUniversityꎬJinan250101ꎬChina)Abstract:Pipelinesarewidelyusedinwatersupplyanddrainageꎬagriculturalirrigationꎬlong ̄distancetransportationofoilandgasandotherengineeringandindustrialproductionfields.Howeverꎬavarietyofpollutantsoftenadheretothepipelinetocauseblockageꎬandtheintelligentpipelinecleaningisanimportantbreakthroughpointofpipelinecleaning.TRIZtheoryhastheadvantageofin ̄depthanalysisofproblemsandsolvingthecontradictoryproblemstoobtainthebestsolutiondesign.Aimingattheproblemssuchasthedifficultyꎬincompletenessꎬtimeandenergyconsumptionofoilpollutionpipelinecleaningꎬthispapermakesfulluseoftheinventionproblemsolvingtheory(TRIZ)todesignandimprovethecleaningdeviceꎬmovingdeviceandwasteliquidrecoverydeviceoftherobotꎬandfinallyputsforwardapipelinecleaningrobotbasedonspiralcleaning.Thepipelinecleaningrobotbasedonspiralcleaningdesignedinthispaperprovidesatheoreticalbasisforthemanufactureofphysicalrobot.Keywords:TRIZꎻoilpollutionpipelineꎻpipelinecleaningrobot0㊀引言随着工业化的发展ꎬ管道在石油㊁天然气㊁污水废水废气等输送方面的应用越来越多ꎮ随之而来的管道堵塞及其清理成为影响传输效率的问题[1]ꎮ智能化成为管道清洁的重要突破点ꎬ管道机器人由此诞生ꎮ管道机器人是一种可沿细小管道内部或外部自动行走㊁携带一种或多种传感器及操作机械ꎬ在工作人员的遥控操作或计算机自动控制下ꎬ进行一系列管道作业的机㊁电㊁仪一体化系统[2]ꎮ按照运动方式ꎬ当前的管道机器人主要有轮式㊁蠕动式㊁履带式㊁脚式等4种[3-4]ꎮ如(株)百斯特环境产业发明设计的由轮子驱动㊁运用高压空气清洁管道的机㊀第2期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀黄巍岭ꎬ等:基于TRIZ理论的清洁机器人创新设计㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀85㊀器人[5]ꎻ王文月等[6]发明设计的由圆刷旋转清洁管道内壁ꎬ同时运动机构接触管道内壁实现往复运动的一种往复式管道清洁机器人ꎮ然而ꎬ无论是轮式还是履带式在管道内只能水平行进ꎬ清洁管道的范围大大降低ꎬ且现有的机器人多数为物理清洗ꎬ对于同一个地方的清洁方式比较单一ꎬ容易出现清洁不彻底的现象ꎻ往复式机器人的应用虽然部分解决了这一问题ꎬ但是清洁的效率却大大降低ꎮ发明问题解决理论TRIZ(TheoryoftheSolutionofInventiveProblems)是从专利中抽象出来的㊁解决发明问题的基本方法ꎬ多适用于新出现的发明问题ꎬ可以帮助人们获得发明问题的最有效解[7]ꎮ陈潇磊[8]运用TRIZ成功地解决了履带式行走机构攀爬阶梯冲角不足以及攀爬阶梯时机身后倾的问题ꎮ国海芝等[9]等应用TRIZ理论提供的方法分析问题ꎬ借助定义得出其最终理想解ꎬ应用因果分析得出现有问题的根本原因ꎬ提出了解决方案ꎬ研制了海参捕捞机器人ꎮ为解决物流行业普遍存在的劳动力大且费工费时等问题ꎬ程浩杰等[10]研制了一种混联式搬运机器人ꎬ并基于TRIZ理论结合系统功能分析和因果分析优化设计了机器人ꎮ为解决目前铸件抓手在搬运中㊁大型铸件和表面结构复杂铸件过程中存在的稳定性差㊁适应性不足和工作效率低等问题ꎬ王成军等[11]基于TRIZ理论ꎬ结合因果轴分析㊁物场分析和技术矛盾分析等方法ꎬ设计了一种铸造机器人用全向多指异步抓手ꎮ近年来ꎬ越来越多的人使用TRIZ理论解决一些实际问题ꎬ然而应用TRIZ方法设计的管道类机器人仍然较少ꎮ针对油污管道的清洁困难㊁耗时耗力等问题ꎬ文章充分利用发明问题解决理论ꎬ设计了可对同一位置多次清洗㊁喷洒清洗一体的螺旋清洗轴ꎬ及可垂直爬升㊁高稳定性的吸盘式履带装置ꎻ利用离心原理设计了与清洗同步进行的废液回收螺旋盘ꎬ采用了多层密封轴承设计ꎬ将废清洗液输送管和废液回收管集合在同一个部件上ꎮ1㊀基于TRIZ理论的管道机器人创新设计1.1㊀问题定义管道油污使管道的清洗工作变得异常艰难ꎮ主要原因是管道内环境复杂㊁油污附着力强㊁机器人自动化程度不够㊁行进装置易受干扰等ꎮ应用TRIZ方法设计油污清理彻底㊁环保经济㊁高效率的机器人ꎬ将问题定义为如何高效地清除管道油污ꎮ1.2㊀最终理想解从管道的角度出发ꎬ理想的状况为管道能够不附着油污ꎬ从而实现油污的自动清理ꎮ然而油污的粘性大㊁附着能力强ꎬ显然无法实现管道的自清理ꎮ因此ꎬ根据理想程度的不同ꎬ将问题的理想解定义为设计能够彻底清理油污而不被油污所限制ꎬ且没有污染的管道清洁机器人ꎮ1.3㊀机器人的结构设计针对上述问题定义ꎬ利用TRIZ中的矛盾矩阵对问题进行矛盾分析ꎬ以寻求解决方案ꎮ1.3.1㊀机器人外形的设计实现机器人自动清洗管道ꎬ即提高自动化程度ꎬ将机器人控制算法比较复杂这一问题转化为对可靠性㊁系统复杂性和安全性的分析ꎮ在矛盾矩阵中找到改善的特征ꎬ自动化程度特征对应的编号为43ꎬ在恶化的特征中找到可靠性㊁安全性㊁系统复杂性的对应编号分别为35㊁37㊁45ꎮ矛盾双方组成冲突矩阵见表1ꎮ其中ꎬ02为分离原理㊁07为嵌套原理㊁13为反向原理㊁15为动态化原理㊁23为反馈原理㊁24为中介物原理㊁28为机械系统替代原理ꎮ表1㊀外形设计的矛盾矩阵表改善参数恶化参数35可靠性37安全性45系统复杂性43自动化程度28㊁23㊁0713㊁28㊁0215㊁24㊁28㊀㊀用编号24和28所对应的发明原理对管道机器人外部构造进行创新设计ꎬ以解决机器人在自动化程度与可靠性㊁系统复杂性和安全性所形成的矛盾ꎮ运用探针㊁摄像头重力感应等方式ꎬ将探测算法输入到单片机中ꎬ并发出指令ꎬ实现了机器人在管道内的行进㊁转弯㊁攀爬㊁下降等自动操作ꎮ将管道结构特性的分析数据输入到机器人的控制算法中ꎬ利用管道的结构特性和形状特性ꎬ引导机器人在管道内自动行进ꎬ同时实现清洗液的自动喷洒ꎬ从而减少人为干涉ꎬ提高机器人的自动化程度ꎮ针对上述对矛盾矩阵的分析ꎬ将机器人外形设计成与管道相匹配的圆柱状ꎬ在有限的空间内增大机器人内部的容量ꎬ以放置更多的元器件ꎬ提高有效载荷ꎮ同时ꎬ使机器人能够依靠管道内壁引导无障碍地运行ꎬ而不受其他因素的影响ꎮ1.3.2㊀机器人整体的设计机器人需要深入到管道内部进行作业ꎬ机器人的结构和形状要适应多数管道ꎮ而为了高效地清86㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀山东建筑大学学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2020年㊀洗ꎬ不能降低机器人的运动和清洗速度ꎬ这就需要电机输出的功率能够完成机器人动作的运行ꎮ分析上述问题ꎬ可以转化为机器人体积与速度㊁功率㊁能量的矛盾ꎮ将上述矛盾转化为48个工程参数ꎮ改善的特征为运动物体的体积ꎬ编号为7ꎬ恶化的特征为速度㊁运行功率和能量损失ꎬ对应编号分别为14㊁24和27ꎮ此改进过程中ꎬ矛盾双方组成冲突矩阵见表2ꎮ其中ꎬ01为分割原理㊁04为不对称原理㊁05为组合原理㊁10为预先作用原理㊁13为反向作用原理㊁14为曲面化原理㊁15为动态性原理㊁19为周期性原理ꎮ表2㊀机器人体积与速度㊁功率㊁能量的矛盾矩阵表改善参数恶化参数14速度24运行功率27能量损失7运动物体的体积04㊁01㊁13㊁1410㊁13㊁05㊁0115㊁04㊁19㊁13㊀㊀油污的主要化学成分是高级脂肪酸甘油酯ꎮ其黏性较大ꎬ恶化了管道环境ꎬ这就对机器人结构的强度和稳定性提出更高的要求ꎮ然而ꎬ增大机器人结构的强度与稳定性ꎬ会导致行进重量增加㊁速度下降㊁能量损失严重等问题ꎮ因此将技术矛盾分解成48个工程参数ꎬ改善的参数为强度㊁结构稳定性ꎬ编号为20和21ꎬ恶化的参数为运动物体的重量㊁速度㊁能量损失ꎬ对应编号分别为01㊁14和27ꎮ矛盾双方组成冲突矩阵见表3ꎮ其中ꎬ05为合并原理㊁06为多用性原理㊁34为抛弃与修复原理㊁40为复合材料原理ꎮ表3㊀机器人强度㊁稳定性与重量㊁速度㊁能量的矛盾矩阵表改善参数恶化参数01运动物体的重量14速度27能量损失20强度㊀㊀㊀40063421结构稳定性404005㊀㊀(1)系统构成的设计由编号01㊁04和05所对应的发明原理对管道机器人进行创新设计ꎮ在控制体积的前提下ꎬ为使机器人能够获得合理的速度和功率ꎬ将机器人工作部分分离㊁重新组合成新的整体的方案设计ꎮ将机器人分割成不同的工作单元ꎬ机器人的各个系统及其作用如图1所示ꎮ利用不对称原理对行进系统㊁废液回收系统㊁清洗系统㊁动力系统的位置布局进行平衡调节ꎬ将机器人的能量利用达到最大化ꎬ提高了电动机的效率ꎮ图1㊀机器人的系统组成图㊀㊀(2)清洗装置的设计由编号10㊁19㊁05和40所对应的发明原理创新设计管道机器人的清洁系统ꎮ目前ꎬ大部分清洁类机器人多为单层圆形毛刷[12-14]ꎮ依据螺旋输送机的螺旋装置持续对货物输送的原理ꎬ改变单层清洁毛刷的设计ꎮ将原来单层的结构设计成多层螺旋状清洁毛刷ꎬ可以使机器人在行进速度一定的情况下实现毛刷对同一位置油污的多次清洗ꎬ达到对同一位置进行多次清洗的目的ꎮ采用金属螺旋片ꎬ提高了其刚度和强度ꎬ避免了遇到强硬的阻挡物而使整个清洗装置报废的可能性ꎮ毛刷由塑料制成ꎬ隔绝了管道与螺旋片的接触ꎬ将管道放置于安全的环境中进行清洗ꎮ同时ꎬ螺旋状的清洁装置能够很好的适应管道ꎬ增加了机器人清洁管道的效率ꎮ结合上述方案的设计提出了螺旋清洗轴ꎬ其装置的结构如图2所示ꎮ1.螺旋片ꎻ2.喷头ꎻ3.清洗液输送轴图2㊀螺旋清洗轴示意图㊀第2期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀黄巍岭ꎬ等:基于TRIZ理论的清洁机器人创新设计㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀87㊀喷头采用与淋头相似的结构设计ꎬ可以使清洗液喷洒均匀且不造成浪费ꎬ同时可增大清洗液的压力ꎮ通过喷头喷洒出的高压清洗液ꎬ清洗管道的内壁ꎮ螺旋片上安装毛刷ꎬ在机器人工作时ꎬ螺旋轴的转动带动螺旋片转动ꎬ同时毛刷清洗管道内壁ꎮ螺旋片的使用ꎬ可以将管道的清洗由单一的点接触ꎬ变为面接触ꎬ极大地提高了清洗的效率ꎮ(3)行进装置的设计根据编号13和15所对应的发明原理对管道机器人的行进系统进行创新设计ꎮ为让机器人能够在体积一定的情况下ꎬ实现对管道的彻底㊁高效清洗ꎬ可以使机器人清洗部分动ꎬ而其他部分不动ꎮ将机器人的不动部分借助管道实现静止ꎬ而可动部分清洗管道油污ꎮ对于机器人的行进部分ꎬ通过在其四周安装行进装置ꎬ改变了与管道单维度的接触方式ꎬ实现机器人与管道的多维度接触ꎮ与此同时改变原有机器人与管壁接触的静态特性ꎬ使之变成动态ꎮ在管内行走ꎬ必须满足机器人移动载体对管壁的附着力Ffȡ移动载体的牵引力Fqꎮ载体牵引力包括负载和载体行走阻力等ꎬ附着力Ff由式(1)表示为Ff=φμN(1)式中:φμ为附着系数ꎻN为行走机构与管壁接触的正压力ꎬNꎮ结合自适应功能管道机器人设计及仿真研究[15]ꎬ通过改善原来的履带ꎬ提出一种新型履带行进装置ꎬ结构如图3所示ꎮ1.弹簧ꎻ2.履带内层ꎻ3.吸盘ꎻ4.履带外层ꎻ5.齿轮轴ꎻ6.传动轴ꎻ7.电动机ꎻ8.支撑柱图3㊀行进履带结构图该设计将吸盘与弹簧安装于机器人的行进装置ꎬ在其进入管道内部以后ꎬ吸盘会吸附于管道内壁ꎬ在弹簧弹力的作用下增加了二次保障ꎬ避免因为吸盘吸附力不够而出现无法攀爬的现象ꎮ将这两种装置结合ꎬ会使机器人的只有水平运动变成了既可以水平运动又可以竖直运动ꎮ鉴于油污管道的口径不同(小的约为10cmꎬ大的可达100cm)ꎬ将弹簧安装于机器人履带的固定处ꎬ使之具有良好的弹性伸缩功能ꎬ以实现其适用范围的最大化ꎬ同时还不会影响其动力输出ꎮ(4)废液回收装置的设计根据编号06和34所对应的发明原理创新设计管道机器人废液回收系统ꎮ机器人在喷洒清洗液后ꎬ需要及时地回收ꎮ回收过快将造成清洗不彻底ꎬ回收慢将会对机器人甚至与管道相连接的设备造成损害ꎮ因此废液的回收变得尤为重要ꎮ编号06与34为该问题提供了解决方案ꎮ张敬[16]提出了一种利用离心力的主轴轴承可变预紧装置ꎬ能够根据主轴转速的变化自动设置轴承的预紧力ꎮ而文章基于充分利用离心力的考虑ꎬ将废液的回收系统设计成螺旋盘ꎬ如图4所示ꎮ1.盘体ꎻ2.废液回收槽图4㊀螺旋盘示意图离心力示意图如图5所示ꎮ离心力由式(2)表示为F=mˑa(2)式中:F为离心力ꎬNꎻm为物体质量ꎬkgꎻa为向心加速度ꎬm/s2ꎻω为角速度ꎬrad/sꎮ图5㊀离心力示意图向心加速度与角速度有关ꎬ当机器人离心盘的转动角速度达到一定的速度时ꎬ废液在重力的作用下将紧贴外壁沿废液回收槽向盘的中心运动ꎬ达到回收的目的ꎮ通过运用多用性原理ꎬ将废液回收盘放置于清洗装置之后ꎬ在喷洒清洗液以后ꎬ利用螺旋片的搅拌作用ꎬ将油污与清洗液充分混合ꎬ在提高废液利用率的基础上对废液进行回收ꎮ(5)中央控制系统的设计以小型管道机器人为研究对象ꎬ采用模块化设计思路ꎬ将控制系统分为多个独立的功能模块ꎮ以单片机为下位机控制平台ꎬ通过驱动直流齿轮电机88㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀山东建筑大学学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2020年㊀实现管道机器人的前进㊁后退㊁左转㊁右转㊁停止㊁加速㊁减速等运动ꎬ其速度由脉冲宽度调制波控制[17]ꎮ机器人的控制系统多是以电力线通信PLC或单片机为控制核心[18-19]ꎬ可以运用80C51单片机对机器人的控制系统进行设计ꎬ实现对机器人运动和清洗液喷洒㊁废液回收等活动的控制ꎮ机器人的控制系统安装在机器人的内部ꎬ实现了机器人的全自动化ꎮ运用多片单片机实现对机器人各个系统的模块化控制ꎬ减少了某个装置损坏造成整个装置瘫痪的发生ꎮ模块化的程序设计ꎬ提高了整个系统控制的稳定性㊁平稳性㊁可靠性ꎮ(6)动力系统的设计将屏蔽技术与永磁耦合技术相结合ꎬ形成屏蔽式永磁耦合器ꎬ构建水下机器人动力静密封传输装置ꎬ实现水下机器人在水下正常工作的可行性ꎮ机器人在管道内运行ꎬ采用动力静密封传输的永磁耦合ꎬ可以避免清洗液喷洒后以及管道本身内部的水分对机器人造成的损伤ꎮ行进装置采用单动力供给系统ꎬ其动力传输系统结构如图6所示ꎮ电动机转动ꎬ带动齿轮转动ꎬ轴承的存在会使清洗装置与机器人机体的摩擦变小ꎬ清洗轴与清洗液输送管之间的轴承间接地将清洗轴与整个机器人机体隔离ꎮ而在电动机与齿轮之间采用永磁耦合ꎬ避免了废液对电动机造成的损坏ꎮ同时ꎬ机器人清洗装置和废液回收装置与机器人本体采用永磁耦合ꎬ避免损坏中心控制单元ꎮ图6㊀动力传输系统结构示意图2㊀清洁机器人的最终方案设计基于TRIZ理论的清洁机器人最终整体外观如图7所示ꎮ机器人在吸盘式履带的带动下ꎬ进入管道内部ꎬ在单片机总控制系统下ꎬ主电机开始工作带动螺旋片㊁喷头㊁螺旋盘转动ꎮ喷头喷洒高压清洗液ꎬ对管道内的油污进行初步清洁ꎬ部分油污脱落与清洗液混合变成游离态ꎬ毛刷在螺旋片的转动下不断对管道内壁进行清扫ꎬ将油污剥落ꎮ与此同时ꎬ螺旋片的转动将会起到搅拌的作用ꎬ会使油污等与清洗液充分混合ꎬ提高了清洗液利用率ꎮ螺旋盘位于清洗装置之后㊁机体之前ꎮ清洗装置转动的同时ꎬ螺旋盘随之转动ꎬ废液在离心力的作用下通过废液回收槽对废液进行回收ꎮ1.螺旋片ꎻ2.喷头ꎻ3.螺旋盘ꎻ4.吸盘式履带ꎻ5.伸缩轴ꎻ6.机体图7㊀机器人整体外观图考虑到机器人内部空间较小ꎬ对机器人清洗液与废液输送管进行了创新设计ꎮ清洗液的喷洒与废液的回收都需要输送管ꎬ因此将机器人的清洗液输送管与废液输送管嵌套将会节省大量的空间ꎮ如图8所示ꎬ清洗液与废液分离结构为清洗液输送管与废液回收管的嵌套部分ꎮ对轴承进行改造升级达到了清洗液与废液隔离同步输送的目的ꎮ如图9所示ꎬ带孔轴承的内壁与机器人的清洗轴与废液回收盘相连接ꎬ实现清洗轴与废液回收盘的同步转动ꎬ外壁与废液回收舱相连保证了机器人转动部分与静止部分的动静隔离ꎬ并且可通过孔将废液从外部输送管输送到回收舱ꎮ中间的回收舱可暂时存放废液ꎬ同时实现了清洗液与废液的分别输送ꎮ在废液回收舱的尾部ꎬ轴承的创新设计实现了对清洗液输送管的空间分离ꎬ轴承把清洗液输送管分成静与动两部分ꎬ同时对清洗液的输送没有任何阻挡ꎮ图8㊀清洗液与废液分离结构图㊀第2期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀黄巍岭ꎬ等:基于TRIZ理论的清洁机器人创新设计㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀89㊀1.清洗液输送管ꎻ2.带孔轴承ꎻ3.孔ꎻ4.清洗液输送管图9㊀带孔轴承图3㊀结语利用TRIZ工具创新设计了管道清洁机器人的清洗方式㊁行进方式㊁动力传输方式和控制方式ꎮ清洗轴的设计达到了节能环保㊁高速高效的目的ꎮ采用的螺旋清洗方式突破了单层清洗的限制ꎬ达到了彻底清洁的目的ꎻ吸盘式履带的使用将机器人从二维水平提高到三维可垂直清洁ꎮ由此可知ꎬTRIZ工具的使用ꎬ为该类机器人的创新发展提供了方案与思路ꎮ参考文献:[1]㊀刘乙峰.管道清洁机器人的设计与仿真[D].廊坊:华北科技学院ꎬ2014.[2]㊀甘小明ꎬ徐滨士ꎬ董世运ꎬ等.管道机器人的发展现状[J].机器人技术与应用ꎬ2003(6):5-10.[3]㊀唐德威ꎬ梁涛ꎬ姜生元ꎬ等.机械自适应管道机器人的机构原理与仿真分析[J].机器人ꎬ2008ꎬ30(1):29-33.[4]㊀于涛ꎬ郭焕鹏ꎬ范欣ꎬ等.新型空调通风管道清理机器人的设计与优化[J].机械设计与制造ꎬ2019(4):248-250ꎬ255. [5]㊀(株)百斯特环境产业.管道清洁机器人:中国ꎬCN201480028972.X[P].2016-04-06.[6]㊀王文月ꎬ王成军ꎬ何万磊ꎬ等.一种往复式管道清洁机器人:中国ꎬCN106964614B[P].2019-03-22.[7]㊀张明勤ꎬ张士军ꎬ陈继文.TRIZ应用综合例析:轴颈磨损防护与修复[M].北京:机械工业出版社ꎬ2012.[8]㊀陈潇磊.TRIZ理论在机器人履带式行走机构设计中的应用[J].机械工程师ꎬ2015(11):50-53.[9]㊀国海芝ꎬ于复生ꎬ赵杨ꎬ等.基于TRIZ理论的海参捕捞机器人结构设计[J].机械工程与技术ꎬ2016ꎬ5(3):227-237. [10]程浩杰ꎬ王成军ꎬ陈孝喆ꎬ等.基于TRIZ理论的搬运机器人优化设计[J].安徽科技ꎬ2017(3):49-52.[11]王成军ꎬ任润润ꎬ郭永存ꎬ等.基于TRIZ理论铸造机器人抓手的设计与分析[J].铸造技术ꎬ2018ꎬ39(11):114-117ꎬ121. [12]李健.一种管道清洁机器人:中国ꎬCN108655125A[P].2018-10-16.[13]解明利ꎬ谢松峰ꎬ姜伟ꎬ等.自适应管道清扫机器人:中国ꎬCN207013404U[P].2018-02-16.[14]高玉林ꎬ张俊亮ꎬ蒲厚旭ꎬ等.多功能管道清洁机器人:中国ꎬCN208695845U[P].2019-04-05.[15]薛耀勇.自适应功能管道机器人设计及仿真研究[D].青岛:青岛大学ꎬ2018.[16]张敬.利用离心力的主轴轴承可变预紧装置研究[J].煤炭技术ꎬ2018ꎬ37(4):293-296.[17]杜加元ꎬ孟宪松ꎬ闫明ꎬ等.小型管道机器人控制系统的研究[J].机械制造ꎬ2018ꎬ56(1):38-41.[18]MengJꎬChenFꎬDingYQ.Finiteelementmodellingandsimulationofmicrosidecuttingprocess[J].MachineToolandHydraulicsꎬ2015ꎬ43(24):80-83.[19]陈龙ꎬ朱玉川ꎬ杨旭磊ꎬ等.超磁致伸缩泵驱动磁路建模及数值分析[J].中国机械工程ꎬ2014ꎬ25(6):718-722(学科责编:朱志鹍)。
应用triz原理的创新实例

应用TRIZ原理的创新实例1. 介绍TRIZ原理TRIZ(Theory of Inventive Problem Solving)是一种用来解决创新问题的方法和工具,最早由苏联科学家Altshuller发明并发展起来。
TRIZ原理基于对世界上数百万个创新问题的分析,总结了一套通用的创新原则和解决问题的方法。
应用TRIZ原理可以帮助人们更有效地解决问题,提出创新的解决方案。
2. TRIZ原理的应用实例下面将介绍一些应用了TRIZ原理的创新实例,以帮助读者更好地理解和应用TRIZ原理。
2.1. 实例一:减轻物体重量问题:如何减轻货车的自身重量,提高运输效率?解决方案:应用TRIZ原理中的“换成相反效果物体”原理,将传统货车的金属车身换成轻质材料,如碳纤维复合材料。
碳纤维复合材料具有较低的密度和高的强度,可以大幅减轻货车自身重量。
通过减轻货车重量,可以降低燃料消耗,提高运输效率。
2.2. 实例二:提高电池续航能力问题:如何提高手机电池的续航能力,延长使用时间?解决方案:应用TRIZ原理中的“合二为一”原理,将手机电池和手机背壳合二为一,使用可充电电池作为手机背壳材料。
这样一来,手机的背壳不仅具有保护手机的功能,还可以作为电池使用。
通过合二为一,可以减少电池和背壳的重量,提高电池的容量,从而延长手机的使用时间。
2.3. 实例三:提高产品可靠性问题:如何提高智能家居设备的可靠性,减少故障率?解决方案:应用TRIZ原理中的“逆向思维”原理,将智能家居设备的传感器和控制模块进行冗余设计。
通过引入备用的传感器和控制模块,当其中一个部件发生故障时,可以自动切换到备用部件,保证设备的正常运行。
通过冗余设计,可以提高设备的可靠性,减少故障率。
3. 总结TRIZ原理是一种强大的创新工具,可以帮助人们更有效地解决问题,提出创新的解决方案。
通过应用TRIZ原理,可以减轻物体重量、提高电池续航能力、提高产品可靠性等。
以上实例只是TRIZ原理的一小部分应用,读者可以根据具体问题和需求灵活运用TRIZ原理,创造出更多的创新解决方案。
基于TRIZ理论的环锤式破碎机新型环锤设计

基于TRIZ理论的环锤式破碎机新型环锤设计李正峰【期刊名称】《《顺德职业技术学院学报》》【年(卷),期】2019(017)004【总页数】3页(P12-14)【关键词】TRIZ理论; 环锤式破碎机; 环锤【作者】李正峰【作者单位】无锡商业职业技术学院江苏无锡214153【正文语种】中文【中图分类】TD451环锤式破碎机具有结构简单,破碎比大,生产效率高等特点,可进行干、湿两种形式破碎,在煤矿行业应用广泛[1]。
在使用过程中,环锤式破碎机环锤磨损快,易断裂,成为该机的突出问题。
为此,我们运用TRIZ 理论对环锤使用中遇到的问题进行分析,寻找解决问题的创新思路,最后根据“复合材料”的发明原理及实际要求,提出新型环锤的设计方案,达到了延长使用寿命,提高生产率,节省维修费用的目的。
1 环锤式破碎机工作原理如图1所示,环锤式破碎机由电动机带动转子体高速转动,环锤铰接在转子体上的锤销上,环锤一方面随转子体公转,一方面绕锤销作自转运动。
当物料进入环锤式破碎机后,受到高速运转的环锤的冲击作用而破碎,被破碎的物料同时从环锤处获得动能,高速度地冲向反击板。
在第二次破碎后,落到筛板上,受到环锤的挤压、研磨以及物料之间的相互作用而进一步破碎,再通过筛孔排出[1]。
目前环锤多为圆环状,又称为圆锤,由高锰钢铸造而成,其外环面作为打击面,与物料撞击时为线接触,由于接触面积小,环锤容易磨损。
高锰钢虽然具有良好的铸造性能和耐磨性能,但塑性和韧性较差,当外环面磨损到一定程度,因横截面积变小而断裂,必须及时更换,使用寿命较短。
图1 环锤式破碎机结构图2 TRIZ 理论的基本原理和方法TRIZ 理论在20世纪40年代末由前苏联发明家根里奇·阿奇舒勒提出,阿奇舒勒相信发明事件的基本法则和一般规律客观存在,创新绝不是灵感的突现和随机的探究。
他和他的团队寻找技术创新的通用模式,研究分析了世界各国约250万件发明专利,然后进行提炼和归纳,总结出来TRIZ 的基本原理和方法[2]。
技术创新方法之三TRIZ的最终理想解

三、最终理想解(IFR)
最理想的技术系统:作为物理实体它并不存在,但却能够实现所有 必要的功能;
IFR:产品处于理想状态的解成为最终理想系统在保持有用功能正 常运作的同时,能够自行消除有害的、不足的、过度的作用。
IFR的特点: •保持了原系统的特点 •消除了原系统的不足 •没有使长得很快,且参差不齐
传统解决方案:用割草机,缺点噪音很大 等
IFR:草坪上的草不需要修剪,自己始终 维持在一个高度
从IFR出发的解决方案:
最终理想解确定的步骤: •第一步:设计的最终目的是什么? •第二步:理想解是什么? •第三步:达到理想解的障碍是什么? •第四步:它为什么成为障碍? •第五步:如何使障碍消失? •第六步:什么资源可以帮助你? •第七步:在其它领域或其它工具可以解决这个问题吗?
实现IFR的几个建议: 能利用现有的能量和资源实现有用的功能; 自我服务,实现有用功能,利用“聪明”的材料或物质; 有害作用的自我消除
TRIZ理论及其在机械产品创新设计中的应用

TRIZ理论及其在机械产品创新设计中的应用摘要:随着社会经济的不断发展,使得现如今产品竞争主要为技术竞争。
而产品设计的最终目的就是产品创新,以满足市场需求,在市场中占有一席之地,这也是提高产品竞争能力的重要途径。
传统的创新设计方法通常是采用头脑风暴法或者是试错法,这种方式的成功与否很大程度上依赖于设计者的个人经历和创作灵感,但当出现技术体系问题时就会使得上述方法难以发挥出成效。
因此,就衍生出了TRIZ理论,通过对这一理论的恰当应用,可以使设计师在开展方案设计工作时更快地发现具有创造性的新概念,进而实现对机械产品的快速、有效设计。
关键词:TRIZ理论;机械产品设计;应用分析前言创新能力的关键在于如何培养创新思维,与西方发达国家比较,我国在知识、技术创新和工业化发展水平上还有很大的差距,因此要想缩小差距,就需要积极提高人民群众的创新能力,从而促使我国再次腾飞于世界之林。
人们要充分发挥自身创新精神,在知识和技术上进行不断创新,所以本文就阐述了TRIZ理论及其在机械产品创新设计中的应用,希望能对相关人员开展工作提供借鉴。
一、TRIZ理论相关概述(一)TRIZ理论的定义TRIZ是“发明问题解决理论”的简称,阿奇舒勒教授带领科研团队对全球250万项专利进行深入分析和学习,总结出的一系列较为系统化的技术难题处理方案,给TRIZ理论下的定义是:(1)基于知识的方法:①TRIZ是一种基于产品演化趋向,从世界范围内上百项专利中提炼而成的,能解决创造性问题的具有启发性、客观性的方法论知识;② TRIZ是一种应用于自然科学、工程学等领域的广泛性理论;(2)面向人的方法:①TRIZ算法本身也是将系统划分为若干个能够区分好坏的子系统,但是它存在着某种随机性质,并且分解受问题和环境的影响;②TRIZ软件虽然并不能完全替代人的工作,只能作为一个补充,但是它可以给设计者提供一个处理随机问题的方法。
(3)系统化的方法:①TRIZ法采用一种通用的详细模型对问题进行分析,其中的相关知识具有系统化特点;②TRIZ法是一种帮助设计师运用已有知识来解决问题的系统化过程[1]。
立式环模秸秆压块机成型过程建模与参数优化

农 业 机 械 学 报
第 45 卷 第参数优化
丛宏斌 赵立欣 孟海波 姚宗路 霍丽丽 张 妍
( 农业部规划设计研究院农业部农业废弃物能源化利用重点实验室 ,北京 100125 )
3
(
(
))
( 9)
— —模孔偏心角, rad ξ—
因此, 成型区对应压辊最大中心角和最大物料攫取 角分别为 β2 = arccos R2 - ( R - r ) 2 - ( r + h2 ) 2 ( R - r ) ( r + h2 ) ( R - r) sinβ2 R
2
( 6) ( 7)
Fig. 4
2. 3
压块机构成型区能耗分析 压辊转过 dβ 时, 物料成型区压辊第 i 微段上的
分布载荷做功为
(
)
N— — —压块被挤出所需正压力, N F— — —压辊对物料的正压力, N F1 — — —F 沿模孔方向的分力, N
W i = F i Δh i sin( β i + 1 - α i + 1 ) R sin( β i - α i ) R - 其中 Δh i ≈ sinβ i + 1 sinβ i — —物料成型区压辊 i 微段的正压力, N 式中 F i — — —i 微段正压力对应于 dβ 的位移, m Δh i — — —压辊 i + 1 微段对应的 α、 αi + 1 、 βi + 1 — β — —压辊 i 微段对应的 α、 βi — β αi 、 因此, 物料成型区压辊转过 dβ 时, 成型区压辊做的 总功为
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基于TRIZ的立式环模秸秆压块机创新设计
张妍;姚宗路;赵立欣;郭占斌;孟海波;丛宏斌;霍丽丽
【期刊名称】《可再生能源》
【年(卷),期】2015(033)007
【摘要】针对立式环模成型设备生产率低、吨产品能耗高的问题,文章采用TRIZ 理论对立式环模压块机进行了创新设计.通过确定立式环模压块机的系统矛盾、明确需要解决的工程参数,根据阿奇舒勒矛盾矩阵表找到解决问题的发明原理.利用发明原理将模块设计成独立、可拆卸的分体式;对模块表面进行混合粉末喷涂;将模块改进为非对称形式,定位孔中心线与环模孔中心线偏差4.3°;单层模块改进为双层模块的设计.通过试验,设备生产率为2 519 kg/h,产品能耗为25.86 kWh/t,上层环模产品密度为1.13 g/cm3,下层密度为1.22 g/cm3,为增加立式环模压块机效率提供理论依据.
【总页数】6页(P1072-1077)
【作者】张妍;姚宗路;赵立欣;郭占斌;孟海波;丛宏斌;霍丽丽
【作者单位】农业部规划设计研究院,农业部农业废弃物能源化利用重点实验室,北京100125;黑龙江八一农垦大学,黑龙江大庆163319;农业部规划设计研究院,农业部农业废弃物能源化利用重点实验室,北京100125;农业部规划设计研究院,农业部农业废弃物能源化利用重点实验室,北京100125;黑龙江八一农垦大学,黑龙江大庆163319;农业部规划设计研究院,农业部农业废弃物能源化利用重点实验室,北京100125;农业部规划设计研究院,农业部农业废弃物能源化利用重点实验室,北京
100125;农业部规划设计研究院,农业部农业废弃物能源化利用重点实验室,北京100125
【正文语种】中文
【中图分类】TK6;S216.2
【相关文献】
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4.立式环模秸秆压块成型机作业参数优化 [J], 庞利沙;孟海波;赵立欣;姚宗路;田宜水;侯书林
5.立式环模秸秆压块机成型过程建模与参数优化 [J], 丛宏斌;赵立欣;孟海波;姚宗路;霍丽丽;张妍
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