基于TRIZ理論的電磁振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)

張麗

摘要：為了解決現(xiàn)有電磁振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)振動(dòng)自由度少、參數(shù)可控性差等問(wèn)題，應(yīng)用TRIZ理論對(duì)振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，得到了一種五自由度電磁振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，不僅振動(dòng)自由度多且實(shí)現(xiàn)了自由度和結(jié)構(gòu)的變胞，可滿足更多測(cè)試工作的需求。

Abstract： In order to solve the problems of low vibration freedom and poor parameter controllability of the existing electromagnetic vibration test bench， the TRIZ theory was used to innovate the design of the vibration test bench， and a five-degree-of-freedom electromagnetic vibration test bench was obtained. The degree of freedom and structural variation can meet the needs of more testing work.

關(guān)鍵詞：五自由度;振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái);TRIZ理論

Key words： five degrees of freedom;vibration test table;TRIZ theory

0 ?引言

振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、鐵路、電力電子、石油化工、玩具等各行各業(yè)的研究、開(kāi)發(fā)與制造[1-2]。TRIZ理論揭示了發(fā)明創(chuàng)造的內(nèi)在規(guī)律和原理，能夠幫助人們打破思維定式，突破思維障礙，激發(fā)創(chuàng)新可以快速確認(rèn)出需要改進(jìn)的問(wèn)題或沖突，然后解決矛盾，獲得所需的理想解。通過(guò)TRIZ理論成功解決的工程問(wèn)題有很多[3-4]。王巖等[5]運(yùn)用TRIZ理論對(duì)文件袋密封涂膠裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠?qū)Σ煌叽绲奈募木珳?zhǔn)涂膠，杜絕了人工涂膠有可能產(chǎn)生泄密問(wèn)題;尹健康等[6]運(yùn)用TRIZ對(duì)卷煙分揀作業(yè)的噴碼系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，降低了噴碼次數(shù)，提高了卷煙配送的分揀效率;夏文涵等[7]運(yùn)用TRIZ理論對(duì)管道機(jī)器人設(shè)計(jì)了創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案。

1 ?問(wèn)題分析

由于使用環(huán)境的不同和模擬逼真度要求的提高，對(duì)試驗(yàn)臺(tái)的振動(dòng)自由度的要求越來(lái)越高?，F(xiàn)有電磁振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)存在振動(dòng)自由度少、能耗高等技術(shù)難題，隨著振動(dòng)測(cè)試對(duì)象對(duì)振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)振動(dòng)參數(shù)要求的不斷提高，已經(jīng)很難滿足產(chǎn)品振動(dòng)測(cè)試及其它有關(guān)多自由度激振研究的需要，且相關(guān)的研究目前已進(jìn)入飽和階段，無(wú)法突破現(xiàn)有的研究思路和技術(shù)瓶頸，后續(xù)研究無(wú)法取得實(shí)質(zhì)性的技術(shù)突破和理論創(chuàng)新，因此迫切需要研制一種具有振動(dòng)自由度多、振動(dòng)頻率高的多自由度電磁振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)。

2 ?系統(tǒng)分析

2.1 九屏幕分析

九屏幕法是通過(guò)不同維度對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行全面的分析，需要考慮超系統(tǒng)、當(dāng)前系統(tǒng)及子系統(tǒng)的過(guò)去和未來(lái)，能夠打破保守思維，為解決問(wèn)題提供思路。運(yùn)用九屏幕法對(duì)變胞式電磁振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行分析，如圖1所示。

2.2 生命曲線分析

經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化一般按照TRIZ理論中的S曲線進(jìn)行，如圖2所示。分析發(fā)現(xiàn)振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)研制已經(jīng)進(jìn)入成熟期，且各項(xiàng)技術(shù)趨于完善，相關(guān)專利數(shù)量增加，但是專利等級(jí)降低，企業(yè)仍然可以獲利，但是市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇。研究發(fā)現(xiàn)振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)在成熟期系統(tǒng)發(fā)展緩慢的原因：系統(tǒng)性能已接近自然極限，缺乏振動(dòng)與控制核心技術(shù)，發(fā)展趨于緩慢;回報(bào)率/有害價(jià)值比值快速增加;超系統(tǒng)發(fā)生改變;新出現(xiàn)的矛盾阻礙系統(tǒng)發(fā)展等。

通過(guò)以上分析，對(duì)應(yīng)解決方法：設(shè)計(jì)出新的機(jī)構(gòu)，控制采用控制器和驅(qū)動(dòng)器結(jié)合，該系統(tǒng)的合理機(jī)構(gòu)空間布局不僅節(jié)省了大量的零件設(shè)計(jì)和加工，而且解決了系統(tǒng)改變帶來(lái)的控制程度不高的問(wèn)題。

2.3 完備性法則

實(shí)現(xiàn)功能是任何技術(shù)系統(tǒng)的目的。為實(shí)現(xiàn)某一功能，技術(shù)系統(tǒng)必具備最基本的要素，即一個(gè)完備的技術(shù)系統(tǒng)必須包含動(dòng)力裝置、傳動(dòng)裝置、執(zhí)行裝置和控制裝置四個(gè)子系統(tǒng)，如圖3所示。其是從能量傳遞的角度展示振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)中各個(gè)子系統(tǒng)之間的關(guān)系。

2.4 功能分析

現(xiàn)有產(chǎn)品系統(tǒng)簡(jiǎn)單，控制方式單一，可控性差，最多可實(shí)現(xiàn)X、Y、Z三個(gè)方向的平移運(yùn)動(dòng)。基于此系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，如圖4所示。

2.5 金魚法

激振裝置存在的主要問(wèn)題是激振自由度不夠，設(shè)計(jì)出的新方案需要實(shí)現(xiàn)振動(dòng)臺(tái)自由度可變的要求，那么有沒(méi)有可能找到一種新的設(shè)計(jì)方案，可以滿足X、Y、Z方向互不干涉的激振要求且滿足振動(dòng)過(guò)程中振動(dòng)臺(tái)的變胞要求呢？分析過(guò)程如圖5所示。

3 ?解決方案

①在連接方式上用鉚接替代原有螺栓連接，其物-場(chǎng)模型如圖6所示。在高強(qiáng)度，高頻率振動(dòng)條件下，傳統(tǒng)的螺栓連接容易松動(dòng)斷裂，若采用焊接方式則會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。針對(duì)此問(wèn)題我們采用鉚接和攪拌摩擦焊進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。②在支撐方式上用交叉的雙S型替代原有直板或彈簧連接，其物-場(chǎng)模型如圖7所示。原有的支撐方式中多用彈簧或承載力小，直板支撐控制精度差且運(yùn)動(dòng)空間小，引入剛?cè)狁詈戏绞街畏绞健杂啥热嵝灾Ъ?，其形狀是混合交叉的雙S型。

4 ?結(jié)論

針對(duì)現(xiàn)有電磁振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)存在的不合理問(wèn)題，將存在的工程問(wèn)題轉(zhuǎn)化為TRIZ問(wèn)題?；赥RIZ理論對(duì)振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行九屏幕分析、功能分析等，找到克服現(xiàn)有電磁振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)不足存在的問(wèn)題，通過(guò)物—場(chǎng)分析，找到解決存在問(wèn)題的思路。為五自由度變胞式電磁振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)樣機(jī)的制作提供了理論依據(jù)，為新設(shè)備的研發(fā)提供指導(dǎo)。

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