在液压阀中，不同的结构，不同的形体都会实现不同的用途，然而在不同需求的情况下，何种原理与系统是最适合的，从而需要对矛盾进行科学系统的分析，进而对研究液压阀的功能做定向研究，这样就形成了一种根据问题来如何解决矛盾的理论。本文主要针对液压单向阀的结构研究。

Triz理论—发明问题解决理论。阿奇舒勒利用250多万件发明专利进行整理，总结出40个发明创新所遵循的原理，因为这些原理，Triz理论变成解决技术矛盾的主要突破点。即针对现有的技术矛盾进行系统科学的分析。现代Triz理论体系内容主要包括：1）创新思维方法与问题分析方法；2）技术系统进化法则；3）技术矛盾解决原理等方面。其核心思想主要体现在三个方面。第一，任何一个产品或系统都具有客观的进化规律和模式。第二，矛盾的解决是这种进化过程的源动力。第三，尽可能少的资源实现尽量多的功能是最佳状态[1]。

传统的普通单向阀是只允许液流沿管道一个方向通过，另一个方向的流动则被截止的装置。用于液压系统中防止液压油反向流动，但出油口介质却无法回流，同时无外部油压的控制。普通单向阀也会出现吸空现象。现有的液压单向阀，其阀体与阀芯的接触面一般只是采用刚性硬密封方式或弹性软密封方式中的一种。针对结构所附带的这些缺点，本文通过对信息的分析利用与创新的方法，进一步改善单向阀的功能。

1 技术问题

图1所示为普通单向阀（锥阀式）的工作原理[2]。当压力油从p1口流入时，p1口的压力克服作用在阀芯2上的p2口压力油所产生的液压力、弹簧3的作用力、阀芯2与阀体1之间的摩擦阻力，推动阀芯，压力油从p1口流向p2口，实现正向流动。反之，当压力油从p2口流入时，在p2口液体压力和弹簧力共同作用下，阀芯被压在阀座上，液体流动被阻止，实现反向截止。

液压单向阀的发明利用了克服弹簧力来打开缺口的原理来实现液流的单向进出，利用这种最初原理，油液只能沿着一个方向流动，不允许反向倒流，人们为了满足更多需求，使单向阀慢慢增加元件和结构。

这个单向阀（锥阀式）的发明点在于利用弹簧的弹力只允许液流沿管道一个方向通过，另一个方向的流动则被截止。

以专利为例：液控单向阀[5]—CN201110036503.0。

  

1-阀芯；2-弹簧；3-阀体

 

图1 普通单向阀的工作原理

问题在于如何进一步增加单向阀的功能，即在提高导向的效率的同时，还能实现其他的功能。因此需要发明一类实现逆向流。根据以上原理，如何才能满足现有需求，矛盾分析是必要的。

需要改善的参数：功能的多样性。

导致恶化的参数：系统的复杂性，经济花费的提高。单向阀结构的变化与制造复杂度之间的矛盾。

为了使普通单向阀具有其他的功能，加入多余的元件必然增加其制造的复杂度和经济花费。此外，改变形体结构和连接方式也会带来安装的多样性，例如阀的安装方式有管式，板式和法兰式等。

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2 Triz原理在液压单向阀的运用

Triz理论有40个发明原理，目的在于解决矛盾冲突。以研究液压单向阀为例，主要用到以下5种发明原理。

发明原理3，局部质量，将物体或外部环境的同类结构转换成异类结构，如发明将阀体变成球形和锥型，也可以更换为不同材质的阀体。

针对功能性的单一的和结构复杂性的缺点，以上的单向阀种类能切实的得到改善。

发明原理7，嵌套，一个物体被安置在另一物体之内，又或其两者整体又位于第三个物体之内。构成嵌套和包含的结构。如液压单向阀使用了弹簧与阀芯嵌套在阀体内。

发明原理24，中介物，利用可以迁移或有传送作用的中间物体，或者把另一个物体暂时附加给某个物体。如充液阀的作用是从油箱向液压缸或系统补充油液，以免出现吸空现象。

在改善接触密封方面的专利有很多，这种由内到外，逐个结构发散的思维在专利发明中应用极为广泛。

3 解决思路和关键步骤

（1）技术方案中，通过利用原理3和原理29，即同类结构与异类结构的转化。普通单向阀在液压系统中的作用是只允许液流沿管道一个方向通过，另一个方向的流动则被截止。按阀芯形状不同，普通单向阀有球阀式和锥阀式两种。

按阀芯形状不同，普通单向阀有如图2所示球阀式以及锥阀式两种。

（2）通过利用原理5、原理7和原理29，即相近结构的组合以及进行内或外嵌套。如果从阀的外部考虑，可根据需要由外部油压控制，实现逆向流动。相比于普通单向阀，液控单向阀增添了一个控制口K和控制活塞4（见图6）。当控制口不通入油液时，其工作原理与普通单向阀完全相同，即油液从p1口流向p2口，液控单向阀实现正向流动功能；当控制口K中通入油液时，使控制活塞顶开阀芯2，使得油液从p2口到p1口的流动，液压单向阀则反向开启。

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图2 直通式单向阀

 

1-阀芯；2-弹簧；3-阀体；4、5-挡圈

以专利为例：一种液压单向阀[3]—CN201220122463.1。如图3所示，这种阀特征在于，所述的阀芯顶部具有倾斜的密封面，所述的密封面与阀体内侧之间设有密封圈。此液压单向阀在工作时，当进油口处的压力大于弹簧弹力和阀芯与阀体之间摩擦力时，单向阀开启，液体从进油口流入阀体内；当进油口无压力时，在弹簧弹力的作用下，阀芯顶部的密封面与阀体进油口内侧的接触面接触，形成刚性硬密封，由于密封面与阀体内侧之间设有密封圈且是具有弹性的密封圈，同时也形成弹性软密封。

 

  

图3 本液压单向阀的整体结构剖视图

 

1-阀体；2-阀芯；3-弹簧；4-弹簧座；5-进油口；6-密封面；7-密封圈；8-环形凹槽；9-通孔一；10-台阶；11-阀体一；12-阀体二；13-沟槽；14-密封圈一；15-尖角；16-通孔二；17-出油口

发明原理29，气体与液压结构，用液体或者气体代替结构的部分固体组件，这些部分组件可达到液体静压缓冲的功能。

上述专利中的结构，无论是阀体，阀芯、进出油的设计以及具有管道的效果都是一种组合或嵌套的概念完成的。总之，对于矛盾的解析，利用每个部件的性能加以组合和优化，新的产品就会产生。

从改变流道的角度出发，利用发明方向不确定性来选择哪种流道更为合适，首先流道可分为直道，弯道，甚至可以设计为螺旋道等，然后在每种流道上添加原理部件，就构成一款新的单向阀，根据应用需要，再选取更为合适的单向阀。任何发明点的存在都会存在缺点，在利用发明点的这一特性，不断完善正是发明的必然趋势。

按流道的差异，较常用的普通单向阀有图4中的直通式以及其他直角式两种典型结构。

进口与出口的角度可以选为0度，90度，180度，或者其他任何角度，对于直通式的单向阀，进出口角度为0度，对于直角式的单向阀，如图5的直角式单向阀进出口角度设计为180度，所以这些发明都在遵循着任意性。这些发明点也都遵循着结构的相互转化。

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直通式锥阀阀芯的单向阀由于油液要通过阀芯上的四个径向过流孔，直角式单向阀由于流道转弯，故这种单向阀的流动阻力损失要大于直通式球阀芯的单向阀，直通式单向阀更换弹簧不如直角式单向阀容易。直通式单向阀可以直接在管路中安装，不需要底板，而直角式单向阀则需要安装底板。

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外形上的创新采用一般式的立体形状，可根据安装要求改变其外形，为了方便，往往采用标准化。

发明原理5，合并组合，在组合情况下，把相同或相近的物体或操作加以合并，用相同或不同部件组合在一起达到不同功能。在双液控单向阀中，两个液控单向阀共用一个阀体。

  

图4 单向阀

 

1-阀芯；2-弹簧；3-阀体；4、5-挡圈

  

图5 直角式单向阀

 

1-阀芯；2-弹簧；3-阀体

随着科技的进步，这个发明点被多元化，这一步骤采用由内到外的顺序，对具体的组成部分进行逐个研究和拓展。阀芯的形状可以发生改变，为了满足液流的运动规律，阀芯的形状一般采取在进液流端减少与液流的接触面积，即凸体结构，例如锥式，球式。这种发明点之间的差别也是存在的，球式阀的结构简单，但由于钢球无导向部分，故其反向截止时的密闭性能不如锥阀式，一般用于流量较小的场合。这些阀体形状的改变都是对普通单向阀的扩充。根据这种思路，进液流端阀体封闭处可采取面面接触，线面接触，弹性接触等进行工作。

首先，利用Matlab软件中M文件编制程序进行通流计算。其次，并M文件编制一维特性计算程序给出该压气机特性线。

外部油压控制的单向阀实现了逆向流动，即增加外部油压同时带来了可逆向流动的好处。

依照国军的作派，基层军官是难得一见最高司令长官的，那天顾祝同临战打气获得了空前的反响，不知谁喊了句：人在城在，誓死保卫衢州！

以专利为例：液控单向阀[4]—CN201120418342.7（见图7）。本实用新型的技术方案是：穿透阀体的内置孔腔和与孔腔连通的进液口和出液口，腔中设置内螺纹，单向阀阀体上有与腔内螺纹相配合的外螺纹区。单向阀连接设置在容置孔腔的一侧，用于通断所述进液孔和出液孔之间的液路通道。内置孔腔的另一侧端口作为液控口，液控柱塞设置在液控口和单向阀之间的内置孔腔中。单向阀与液控柱塞相连，单向阀通过旋转松卸从容置孔腔的内螺纹区卸下后，可从容置孔腔中拔出，并带动液控柱塞将其拔出。

要使中小学财务管理的内控意识有所提高，需要多个角度，多措并举，因而可以从财政、审计、教育管理部门及学校几方下功夫。

  

图6 液控单向阀原理图

 

1-阀体；2-阀芯；3-弹簧；4-控制活塞

  

图7 一种液控单向阀

 

1-阀体；11-容置孔腔；12-进液孔；13-出液孔；14-内螺纹区；15-液控口；2-单向阀；21-外螺纹区；22-阀杆；221-滑柱区；222-连动区；223-档环区；23-阀壳；231-滑孔；232-环状凸台；24-阀座；241-阀孔；25-阀芯；251-透孔；26-螺堵；27-第一复位弹簧；28-第二复位弹簧；3-液控柱塞；4-环形密封圈

本实施例结构通过将单向阀体做成插拔式，并把单向阀体和液控柱塞相连，使其结构较为简化合理，其组装及拆卸检修操作均较为简化，使用较为方便。这种内嵌套的结构也是在液压阀设计中应用较为广泛。根据这种思想，嵌套和组合的转化使得液压结构不断得到改善，也是Triz理论的又一体现。

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本发明要解决的技术问题是，提供一种能对液压系统的液压零件和管路起连接作用的液控单向阀，即集铰接螺栓和液控单向阀为一体（见图8）。

  

图8 一种组合单向阀

 

1-阀体；2-主阀芯；3-顶杆；4-进液口；5-出液口；6-控制液进口；7-控制；活塞；8-弹簧II；9-挡圈；10-弹簧I；11-单向阀芯；12-空腔；13-外泄通道；14-内泄通道；15-密封圈；16-接头；17-销轴；18-销槽

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还可以通过改变控制活塞泄油方式，有内泄式和外泄式之分；阀芯不同的结构设计又可分为简式（见图9）和复式两类。

内泄式液控单向阀（管式连接），进出油口根据结构需要改变其连接角度。其特点是控制活塞6的上腔与P1口直接相通，结构简单、制造较方便。但是也会存在压力过大带来的危害，为了克服阀受P1腔压力影响大的缺陷，又发展为外泄式液控单向阀，通过对控制活塞的结构的变化，采用两节同心配合式结构，使控制活塞的上部分腔和P1分开，并开设了一个外泄口L（连接油箱），这种结构同时也适用于P1口压力较高的场合。

  

图9 简式液控单向阀

 

1-阀体；2弹簧；3-阀芯；4-阀座；5-控制活塞

还有两个同样结构的液压单向阀共用一个阀体的双液单向阀（双向液压锁），这种设计就是两个液压单向阀的叠加，来达到期望的效果（见图10）。

  

图10 双液单向阀

 

1-阀体；2-左阀芯；3-右阀芯；4-控制活塞；5-导向套

以专利为例：液控单向阀[6]—CN201110198437.7（见图11）。嵌套进出油口来改善单向阀的性能，外置或独立的进出油口相对于一般单向阀的进出油口的放置位置有很好的补偿和稳定的效果。

相对传统液控单向阀的进一步改进，在上述阀体上还设置有外控外泄油路出油口，此外泄油路出油口与所述底座靠近阀套的一端面和阀体之间的密封连接处连通，由此，油路从外控外泄油路进油口进入底座，若底座和阀体密封不严而漏油时，可从该外控外泄油路出油口流出。

相对传统液控单向阀的进一步改进，上述控制油路进油口放置在阀套与阀芯侧面平行的一侧面上，而出油口放置于所述阀套远离阀体的一侧面上。由此，即使控制油路出油口有较大的压力，也不能使控制油路出油口和控制油路进油口导通，即因为控制油路出油口处的压力会推动阀芯向靠近阀套的一端移动，从而使单向阀进油口和单向阀出油口关闭。

  

图11 嵌套进出油口的液压单向阀

 

1-阀体；2-阀芯；3-底座；4-弹簧；5-阀套；6-间隙；7-外控外泄油路进油口；8-控制油路进油口；9-控制油路出油口；11-铜套；10-外控外泄油路出油；31-第二盲孔；101-第一盲孔

这些结构的嵌套，组合正是客观的进化规律。面对矛盾，需要得到快速解决。对于Triz理论的应用，这些结构的变化满足其要求，并且合理解决泄油方式问题。

（3）通过利用原理24和原理29，即通过中介物来传递能量，实现功能叠加。在液压机构里，很多部件都是靠液压油进行能量的传递来完成，Triz理论中的原理24是对液压工作的器件的最准确的解释。

第四，学校要完善社团的奖励机制。学校可以在社团中评选优秀社团，可以在各个社团内部评选优秀社团成员，进行横向和纵向的双重比较，并对优秀社团及社团成员给予一定的奖励，活动经费由学校拨付。这样可以激励社团及社团成员更好的发展社团，也是在一年中，对他们工作的肯定和认可。并利用学校的升旗仪式、学校的展板、及学生的广播站等平台，来宣传和表彰优秀社团及社团成员，使他们能够更清楚的认识到自身的价值。

以充液阀为例，充液阀是一种特殊的液压方向阀[7]。如图12所示，主要作用是从外部油箱向液压缸或系统补充油液，以免出现吸空现象。A腔接液压缸或系统，B腔接充液箱。当A腔出现负压时，邮箱中的油液在大气压的作用下通过B腔，将阀芯推开流向A腔。通过外部油箱的中介物来实现推动阀体，即增加外置油箱实现了自动充液功能。解决了一般单向阀会出现吸空的弊端，并且还有快速排油的作用。

  

图12 充液阀的工作原理

充液阀有常闭式和常开式两种典型结构，常闭式又有不可控和可控两种形式。结构的选择是在满足需要的前提下，进行结构的升级、叠加和创新。连接方式也可采用法兰式，阀芯使用蘑菇型的。即根据原理中的叠加性，油箱的放置位置也有多种，有浸入式，管道连接式。这些结构和功能上的连接都证明了传递与叠加的原理。在结构的诸多组成部分都可以运用Triz理论进行逐个优化，进而得到满足要求的结构。

本文基于土质边坡非饱和-饱和渗流和DP5本构模型，并进行相关参数转化，引入非饱和土基质吸力分量，利用非饱和土的抗剪强度方程和渗流方程，通过数值计算方法，研究了降雨条件下雨水入渗过程中非饱和-饱和渗流场与应力场耦合作用下的边坡稳定性，从而为工程实践提供有效实用的方法。

4 结语

对于Triz理论，液压单向阀结构的创新以及功能上的变换都得以实现，不仅仅是对现有技术的指引而且也是对未来发展液压系统和模块提供了理论上的依据。本文针对Triz理论和液压单向阀的综合，把理论嵌入到发明创造中，构成一个发明创造体系。针对问题与需求，采取相应的理论去解决，运用自由发散的思想去创造，衍生更多的产品，形成一种用理论指导发明创造的思想。

参考文献

[1]湖南省知识产权局组织.专利信息分析利用与创新[M].北京：知识产权出版社，2012.

[2]张利平.液压阀原理、使用与维护（3版）[M].北京：化学工业出版社，2014.

[3]向敏.一种液压单向阀[D].中国：CN201220122463.1，2012.

[4]赵雪阳，陈其淼.液控单向阀[D].中国：CN201120418342.7，2012.

[5]林友根.液控单向阀[D].中国：CN201110036503.0，2013.

[6]韩晓俭，钟良山，徐诚平，等.液控单向阀[D].CN201110198437.7，2013.

[7]林建亚，何存兴.液压元件[M].北京：机械工业出版社，1988.