基于TRIZ物场变换法的液压活塞杆密封技术研究

　　液压活塞杆密封是液压设备的关键技术之一,密封不良会导致运行问题和环境污染,密封过紧则会产生过热和过度磨损。因此,密封结构型式的改进和创新设计成为液压活塞杆密封的重要研究内容。准确构建液压活塞杆密封技术系统的问题模型并加以解决,是实现密封结构创新的关键。TRIZ的物场分析提供了描述技术系统功能模型的方法,物场变换法(标准解法)则给出一系列通过物场模型变换解决问题的条件和解法。本文作者基于TRIZ物场分析,构建了液压活塞杆密封的物场模型,并应用标准解法提出了改进和解决密封问题的方案。

　　1 TRIZ的物场分析与模型变换

　　物场分析是TRIZ理论体系的组成之一,它是一种用符号语言表示技术系统的建模技术。产品是功能的一种实现, GSAltshuller认为所有功能都可以看作是由二个物质和一个场组成的,物场分析的基本模型和符号系统如图1所示。物质S1是被控粒子、材料或过程,物质S2是控制S1的工具或物体,场F是用于S1与S2之间相互作用的能量。对于一个满意的功能,至少要包括这3种元素且三者之间以适当的方式组合,完成一定的作用。当三者缺一,或三者之间没能实现预定的目的,或它们之间产生有害作用时,物场模型描述的技术系统都会存在问题,这时,可用物场模型变换法来解决出现的问题[1]。

　　GSAltshuller将物场模型变换概括为76种标准解法,并分成以下5类[2]:(1)不改变或仅少改变已有系统;(2)改变已有系统;(3)系统传递;(4)检查与测量; (5)简化与改善策略。

　　应用物场模型变换方法时,要根据实际工程结构构建物场模型,依据标准解法寻求实际问题的解。其问题解决过程如图2所示[3]。

　　2 液压活塞杆动态密封机理

　　液压活塞杆的动态密封机理和润滑受滑动杆带进密封接触面的液压流体的行为支配。外行程时,密封应从活塞杆表面刮除大多数液压流体,但总有一很薄的液膜粘在滑动表面并被拖过密封和活塞杆之间的界面,形成/密封间隙0[4],图3(a)示出了液压活塞杆外行程中的情形,活塞杆外伸时的密封间隙可根据式(1)准一维流体的雷诺方程求出:

　　式中:u0--活塞杆外行程时的速度;

　　p0--内部压力;

　　h(x)--可变膜的高度;

　　p(x)--液膜中的可变压力;

　　G--间隙内的流体的粘度;

--最大压力处的膜高。

　　图3中,假定h在某一取值时使dp/dx达到最大,为此将式(1)对h求导并令其为零,可得:将此代入式(1)得: