马 建 伟
（山推楚天工程机械有限公司 湖北 武汉 ４３０２００）
摘 要：应用ＴＲＩＺ理论，根据ＴＲＩＺ推荐的解决技术矛盾的发明原理，分析混凝土弯头耐磨的技术矛盾，并将其用３９个工程参数描述，通过矛盾矩阵，查询出相应的解决发明原理。结合耐磨材料技术，拟定相应解决方案。最终，设计出使用寿命更长的的耐磨混凝土弯头。
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关键词 ：混凝土弯头；磨损；ＴＲＩＺ
中图分类号：TH122 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６６５－２２７２．２０１５．０6．０46
基金项目：科技部科技基础性工作专项“湖北省创新方法应用推广与示范”（项目编号：２０１３ＩＭ０２２１００）
收稿日期：２０１５－０２－０２
０ 引言
混凝土臂架泵车是一种先进的混凝土输送设备，以其快速高效灵活方便等显著的特点，近年来已被广泛用于工业设施、民用建筑、国防工程等混凝土浇注工作。砼配管是混凝土泵车的重要零部件，包括弯头和直管。混凝土的摩擦系数较大且直接与砼配管接触，除了受到较大的摩擦力之外，还要受到由混凝土换向带来的巨大冲击力。在两种力的综合作用下，混凝土弯头管壁很快被磨穿。目前砼配管的材质主要是合金钢，直管的使用寿命一般是３～４万方，而弯头的使用寿命更短，只有１万方左右。砼配管的耐磨性一直是各泵车生产厂家研究的难点之一。应用先进有效的创新设计方法学—ＴＲＩＺ理论（发明问题解决理论），针对混凝土弯头的工作原理，结合新材料的耐磨技术，进行了耐磨混凝土弯头的创新设计。
１ ＴＲＩＺ理论
ＴＲＩＺ是基于知识的、面向人的发明问题解决系统化方法学。早期的发明往往采用试错法，漫无目标，耗费巨大，创新效率极低。通过对大量的发明设计研究后发现：在以往不同领域的发明中所用到的原理（方法）并不多，不同时代的发明、不同领域的发明中所用到的原理（方法）被反复使用；每条发明原理（方法）并不限定应用于某一特殊领域，而是融合了物理的、化学的和各工程领域的原理，这些原理适用于不同领域的发明创造和创新；类似的冲突或问题与该问题的解决原理在不同的工业及科学领域交替出现；技术系统进化的模式（规律）在不同的工程及科学领域交替出现；创新设计所依据的科学原理往往属于其它领域。正是基于这一思想，阿奇舒勒与前苏联专家经过５０多年对数以百万计的专利文献加以搜集、研究、整理、归纳、提炼，建立起一整套体系化、使用的解决发明问题的理论方法体系。ＴＲＩＺ的主要内容包括：技术系统演变的８个模式、４０条发明原理、３９个技术参数、冲突矩阵、７６个发明性问题的标准解决方案、ＡＲＩＺ（发明问题解决算法）和工程知识库等。
２ ＴＲＩＺ基本原理
矛盾原理是ＴＲＩＺ的重要组成部分，包括技术矛盾和物理矛盾。阿奇舒勒定义的技术矛盾是指：一个作用同时导致有用及有害两种结果，为了改善技术系统的某个参数，导致该技术系统的另一个参数恶化。其典型描述为：当使ｘ改善，ｙ就会恶化，反之亦然。为了把实际工程设计中的矛盾转化为一般或标准技术矛盾，ＴＲＩＺ提出了用３９个通用工程参数描述技术矛盾冲突。３９个通用工程参数是连接具体问题与ＴＲＩＺ的桥梁，借助于３９个通用工程参数可将一个具体问题转化并表达为标准的ＴＲＩＺ问题。除了转化工具，阿奇舒勒还提出了问题解决工具——矛盾矩阵（表１）。阿奇舒勒对不同行业的不同问题解决方法总结归纳后得到４０个常用的解决问题方法，并将３９个通用工程参数与４０条发明原理建立了对应关系，称为矛盾矩阵（见表１）。实际应用中，特定技术矛盾所对应的变好规范特性和变坏规范特性对应行与列的相交处的数字，便是推荐的发明原理序号集。
应用技术矛盾解决工程问题的一般步骤为：①在因果分析／功能分析－ＴＲＩＭＭＩＮＧ找到问题点，
②运用三步法定义技术矛盾，③查询矛盾矩阵找出对应的发明原理，④将发明原理类比应用得到最终的工程问题解决方案。图ｌ表明了技术矛盾解题的全过程。
３ 基于ＴＲＩＺ理论的设计
３．１ 确定问题点
针对混凝土弯头在摩擦力和冲击力的共同作用下被磨穿的问题，我们初步思路就是对弯头易破损部位进行局部加厚，从而延长弯头的使用寿命。但是由此也带来了新的问题，局部加厚使弯头重量增加，整车重量也因此增加，造成整个统配管系统平衡性变差，泵送时震动加剧。
３．２ 定义技术矛盾
运用工程问题描述理论，将上述问题转化为矛盾问题模型。参照３９个工程参数，对弯头局部加厚可以描述为标准参数Ｎｏ．１４强度，弯头重量增加可以描述为Ｎｏ．２静止物体的重量。
技术矛盾为ｘ－Ｎｏ．１４强度，ｙ－Ｎｏ．２静止物体的重量。
３．３ 利用创新原理解决问题模型
根据上面定义的技术矛盾，查询矛盾矩阵，得到创新原理１２，１４，
１５，１６。
创新原理４０复合材料原理用复合材料代替均质材料。
创新原理２６复制原理。
创新原理２７廉价品替代原理。
创新原理１分割原理——将物体分成容易组装和拆卸的部分。
３．４ 类比应用
利用以上推荐的创新原理，结合弯头实际的工作原理，类比应用得到以下几种解决方案。
３．４．１ 复合材料弯头
方案描述：采用复合材料替换纯钢弯头，外层采用钢材，内层采用耐磨陶瓷。
３．４．２ 快速更换弯头
方案描述：用简单的、廉价的弯头复制品代替易损的弯头。为了更换弯头的便捷性，采用快速接头来实现快速更换弯头。
３．４．３ 可更换管套弯头
方案描述：在弯头内侧安装一个廉价的磨损套管。用一个新的磨损套管更换旧的磨损套筒是很容易的。
３．４．４ 可拆卸耐磨混凝土弯头
方案描述：将弯头易磨损部位拆分出来，采用法兰连接装在弯头上。
４ 方案实施
通过对上述方案的可行性、成本、使用寿命等方面的分析，最后选择方案４－可拆卸耐磨混凝土弯头作为实施方案。①混凝土弯头有本体（红色部分）和耐磨件（黄色）组成，二者通过连接件（螺栓螺母）连接在一起；②连接法兰面增加密封垫，以实现整个弯头的密封，防止混凝土从法兰面泄露； ③弯头本体采用普通钢材，耐磨件采用新型耐磨材料， 从而整个弯头的使用寿命得到提升，又不至于成本大幅上升；④通过实验证明，新型可拆卸式耐磨混凝土弯头的使用寿命为原弯头的２～３倍，成本仅为原弯头成本的１．１～１．２倍。
５ 结论
ＴＲＩＺ理论可以实现产品的快速创新，是解决技术问题强有力的理论工具。它可以使设计人员突破思维惯性，进行创造性思维；并可以为设计人员提供解决问题的正确方向，有效地指导设计人员进行产品创新设计，从而避免了产品设计周期长、创新等级低的缺点。
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参考文献
１ 赵新军．技术创新理论（ＴＲＩＺ）及应用［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００４
２ 李瑞琴．现代机械概念设计与应用［Ｍ］.北京：电子工业出版社，２００９
（责任编辑 亢婷婷）