物质-场分析与标准解应用探索

通过水平钻机的功能分析，钻具和岩层之间存在“不足”的作用关系，该部分是解决问题的入手点。

图7-17 切削岩层功能模型

根据“物质-场”分析方法的三元件分析模型，利用符号系统表示该系统的功能模型，如图7-17所示，S₁表示岩层，S₂表示钻具，F_Me表示机械场。

在TRIZ理论中提供的“物质-场”分析方法的76个标准解中选择适合该问题的标准解。由于该问题中S₂对S₁的作用为不充分功能，可应用第二类标准解中的第1条“转化成复杂的物质-场模型”来解决此问题。结合钻机的实际设计过程，钻具固定在旋转轴上，和旋转轴合为一体，在液压马达的驱动下切削岩层。虽然能够进行切削，但是功能不够充分，可以考虑在旋转切削的基础上增加其他的物质-场来增强其功能，因此第二类标准解中的“向链式物质-场跃迁的常规形式”可用，如图7-18所示。

图7-18 第二类标准解“向链式物质-场跃迁的常规形式”方案模型(www.xing528.com)

图7-19 Invention Tool标准解模块

采用标准解中提供的解决方案，结合Invention Tool软件，查询出该方案的解决方法，如图7-19所示，借鉴查询到的应用实例，引入新的物质-场，以增强其功能。新的改进方案是在原有的旋转运动基础上增加冲击运动，首先将旋转轴结构改为相对大齿轮能独立运动的花键轴结构，引入的新物质S₃是撞击花键轴做冲击运动的活塞件，而新引入的场F₁是活塞件作用于花键轴上的机械场。在原有的单一旋转运动的基础上，增加了新的冲击运动，该运动基本原理是在花键轴的后侧新加的缸体结构中，安装活塞，活塞在液压力的作用下做冲击运动，不断快速撞击前面的旋转轴，使得花键轴在做旋转运动的同时还做冲击运动，两种运动协调作用传递到地层，能够更好地实现钻削功能。冲击的原理和冲击破碎锤相似，当遇到难以钻削的砂石时，钻机的快速冲击功能就能够将砂石快速破碎，增大了钻机针对不同地层的使用范围，同时提高了钻进效率，具体结构如图7-20所示。

图7-20 新方案结构示意图