郭清++张坤+祝海波

摘 要：为确定一款多领域自动关门装置的最佳解决方案，将TRIZ（Theory of Inventive Problem Solving）理论引入安全节能闭门装置创新设计中，在分析现有闭门装置所存在弊端的基础上，提出了3种带有减速功效的自动关门装置设计方案，运用TRIZ理论中的自服务原理和多用性原理，对安全节能闭门装置的解决方案进行了创新设计。通过TRIZ原理分析得出了最终理想解分析表，验证了TRIZ应用于工程训练领域进行创新设计的可行性和高效性，为拓宽传统工程综合训练的设计思路提供了新的工具，具有广阔的应用前景。

关键词：TRIZ 闭门装置 创新设计 工程综合训练

中图分类号：THl22 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）04（c）-0002-01

1 研究背景

现今日常生活中最常用的闭门装置都采用液压式，其液压结构中的密封圈与周围壳体产生的摩擦损耗又会导致密封不严，致使无法控制关门速度，在长期失效的情况下使用，液压式闭门装置极易造成门框和门体的损坏。鉴于此，有必要设计一款新型闭门装置，能够满足如下设计初衷：（1）达到自动关门目的；（2）具有减速功能，能够完成减缓关门速度的效果；（3）在自动关门阶段，所产生的加速度不会对门体造成磨损；（4）不额外附加任何能源。同时该装置在加工制作时应满足如下要求：（1）该闭门装置的制造工艺不能太过复杂，成本尽量少于或不应超出现有闭门装置太多；（2）该闭门装置所使用的材料应简便易得，不应有过于苛刻的材料要求；（3）该闭门装置设计时应尽可能地减小总体积，以节约占地空间。

2 TRIZ原理过程分析

TRIZ的中文含义是指“发明问题解决理论”，TRIZ提供的是一种思维模式，它是帮助人们在处理问题时快速找到解决方法的一种系统创新设计思考模式。为解决液压式闭门装置功能与结构上矛盾的问题，采用TRIZ理论中的逆向思维原理，进行逆向分析后发现，既然摩擦不可避免，为何不利用摩擦来达到减速的目的呢？进而我们重点设计了机械式减速模块，用其与壳体的摩擦来达到减速关门目的。

2.1 TRIZ自服务原理&多用性原理

为避免闭合过程中出现剧烈的碰撞而造成门体破坏，闭门装置还应当具有控速功能。在进行创新方案设计时，将这样的功能也整合到闭门装置中，以增加闭门装置的实用性。设计开发的这款关门装置将开门时的能量收集在能量收集模块中，待关门时能将存储能量转换得到的加速度转变为匀速，从而完成自动平稳关门动作。它能够帮助用户快速自动关门，在门自动回弹的过程中达到匀速效果，减小对门体及门边框之间的冲击力，同时也避免因为忘记关门而造成的安全隐患或能源浪费，应用领域十分广泛。

2.2 TRIZ发明创新理论最终理想解

为确立安全节能闭门装置的最佳设计方案，对TRIZ闭门装置的理想解进行了整理，得出了最终理想解分析表，见表1。每一个关门过程都必然先有一个开门过程，为利用开门这部分的能量来实现关门目的，将其开门时的能量储存起来，在没有额外能量消耗的情况下，利用其自身存储能量实现自动闭门的目的，做到低碳节能。

3 TRIZ解决方案

闭门装置的减速模块是保证实现自动关门的核心构件，对其进行改良和优化有助于提升闭门装置的整体性能。在前期的TRIZ分析基础上，提出了三种闭门装置设计解决方案。

3.1 方案一

将门板与门框之间用弹簧连接，开门时弹簧被拉伸产生的弹性势能存储，松手后弹簧收缩门闭合。利用离心原理在减速模块中的使用重锤，利用其甩出与外壁产生的摩擦力达到减速的目的，以达到控制关门速度的预期设计目标。即使用传动机构带动摩擦盘高速旋转，使重锤依靠重力甩出与外壁摩擦产生制动力从而控制速度。

3.2 方案二

为了获得匀速关门效果，在方案一的设计基础上进行了改进。将开门过程中剩余能量储蓄在闭门装置中的弹簧内，手离开门后弹簧开始释放能量，弹簧伸长带动齿条移动，移动的齿条拨动主齿轮让主齿轮转动，经过高传动比的齿轮组带动摩擦盘高速旋转，最后高速转动的摩擦盘将内部的重锤甩出，并与外壁相互摩擦产生制动力从而控制门闭合的速度。

3.3 方案三

方案二中提到的摩擦盘和其转轴是完全固定的，因而不论开门还是关门都会带动摩擦盘转动，这样会导致开门比较费力，浪费能量，为解决这一弊端添加棘轮机构，将摩擦盘和棘轮机构外圈固定在一起，转轴与棘轮内圈相对固定，因棘轮具有单向转动特性，所以开门时棘轮外圈不转动，只有关门时棘轮机构才锁死带动摩擦盘高速转动，借助产生的摩擦制动力达到减速效果。

运用TRIZ创新理论，研究分析得到三种闭门装置设计方案，最终确定方案三为闭门装置的最佳创新设计方案。

4 TRIZ创新设计总结

4.1 方案技术评价

该方案采用成熟稳定的齿轮机构，使用富有创意的机械摩擦减速模块代替易损耗的橡胶密封圈，提升了该闭门装置的安全技术指标，延长了整个闭门装置的使用年限，并且所用材料均为现代工业大量使用的材料，采购便捷，现有加工工艺完全可以满足技术要求，本设计方案不失为现有闭门装置的一个良好的代替方案。

4.2 市场前景分析

闭门装置在商业和公共建筑物中为必须之物，有着巨大的市场需求。在智能城市、智能家居的智能化浪潮中，闭门装置作为智能系统中的基本组成部分将会进入发展升级阶段。本方案设计研发的安全节能闭门装置低碳环保，可以预见，该安全节能闭门装置将具有广阔的市场需求空间和发展前景。

参考文献

[1] 成思源，周金平.技术创新方法TRIZ理论及应用[M].北京：清华大学出版社，2014：12-16.

[2] 米粮川，刘尚，莫菲.解析TRIZ理论在创新设计中的应用[J].齐齐哈尔大学学报：自然科学版，2013（6）：58-61.

[3] 颜惠庚，杜存臣.技术创新方法实战TRIZ训练与应用[M].北京：化学工业出版社，2014：6-8.

[4]王凌霞.基于TRIZ理论的大学生创业能力培养[J].邢台学院学报，2014（2）：170-171.