基于TRIZ原理的粉碎機(jī)錘片結(jié)構(gòu)問題解決方案

陳培軍，鄧援超

（1湖北仙桃職業(yè)學(xué)院，湖北 仙桃433000；湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，湖北 武漢430068）

錘片粉碎機(jī)是農(nóng)產(chǎn)品深加工的關(guān)鍵設(shè)備之一，其最大問題是產(chǎn)量低、耗電量大，尤其是細(xì)粉粉碎產(chǎn)量更低.近年來，粉碎機(jī)生產(chǎn)企業(yè)在橫寬型振動(dòng)篩錘片粉碎機(jī)、T型錘片等方面取得一些研究成果，但在粉碎機(jī)的關(guān)鍵部件——錘片上的研究仍非常欠缺.目前我國粉碎機(jī)錘片的厚度在4～8 mm左右.當(dāng)錘片厚度從8 mm減小到3 mm時(shí)，雖產(chǎn)量和效率提高15%以上，但也將帶來三個(gè)明顯的問題：1）容易產(chǎn)生彎曲變形以致粉碎機(jī)將不能工作；2）錘片不耐磨，容易被磨壞；3）抗沖擊性變差，遇到石頭、鐵塊等更易損壞［1］.針對(duì)以上幾個(gè)問題，本文利用TRIZ理論對(duì)粉碎機(jī)錘片結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，提出了幾種新型結(jié)構(gòu)的錘片，探索通過改進(jìn)錘片從而提高粉碎機(jī)粉碎效率的途徑.

1 錘片變薄導(dǎo)致容易產(chǎn)生彎曲變形問題

問題描述：谷物粉碎機(jī)在進(jìn)行粉碎時(shí)，錘片的厚度越小，產(chǎn)量越大，粉碎效率越高；但錘片薄了，容易彎曲變形.

需要改善的方面：減小錘片的厚度.

造成惡化的方面：錘片彎曲變形.

定義沖突：需要改善的參數(shù)，3＃運(yùn)動(dòng)物體的長度；造成惡化的參數(shù)，13＃穩(wěn)定性.

查沖突矩陣的原理解：

1＃，分割；8＃ 重量補(bǔ)償；

10＃，預(yù)操作；29＃，氣動(dòng)與液壓結(jié)構(gòu).

分割原理是指將一個(gè)物體分成相互獨(dú)立的部分，或使物體分成容易組裝及拆卸的部分，或增加物體相互獨(dú)立部分的程度.應(yīng)用本原理可以將厚錘片分割成若干個(gè)薄錘片，由此得到一種多粉碎刃的新型錘片或組合錘片.

重量補(bǔ)償原理是指利用別的物體或空氣、水等流體的提升力或其動(dòng)力特性.可以利用別的物質(zhì)來阻止錘片的彎曲變形，如利用被粉碎的物料，采用適當(dāng)?shù)腻N片排列方式，利用被粉碎的物料在錘片之間的不均勻分布等.

預(yù)操作原理是指事先完成部分或全部的動(dòng)作或功能，或預(yù)先對(duì)物體進(jìn)行必要的改變.預(yù)操作原理可利用對(duì)錘片的反向預(yù)變形來抵消錘片在工作中的變形，或在錘片上預(yù)先加上抵制變形的結(jié)構(gòu).但由于事先不能預(yù)知錘片的彎曲方向，這種方法不易實(shí)施.

氣動(dòng)與液壓結(jié)構(gòu)原理是指將物體的固體部分用氣體或流體代替.本原理將問題的解決方法引向氣流粉粹.

2 薄錘片的快速磨損問題

問題描述：谷物粉碎機(jī)在工作時(shí)，錘片的厚度越小，產(chǎn)量越大，粉碎效率也越高；但錘片薄了，容易導(dǎo)致磨損.

需要改善的方面：減小錘片的厚度.

造成惡化的方面：錘片磨損.

定義沖突：需要改善的參數(shù)，7＃運(yùn)動(dòng)物體的體積；造成惡化的參數(shù)，23＃物質(zhì)損失.

查沖突矩陣的原理解：

36＃相變 39＃惰性環(huán)境

34＃拋棄與修復(fù) 1＃分割

相變是指利用物質(zhì)相變時(shí)產(chǎn)生的某種效應(yīng)（如體積改變、吸熱或放熱）.本原理可能不適合這一問題.

惰性環(huán)境是指制造一種惰性環(huán)境.可以考慮各種可用的環(huán)境：真空、氣體、液體和固體.固體惰性環(huán)境包括中性涂層、微?；蛞?本原理可能不適合這一問題.

拋棄與修復(fù)在工作過程中迅速補(bǔ)充消耗或減少的部分.應(yīng)用本原理可以得到這樣的解決方案：薄錘片在磨損后，應(yīng)能自動(dòng)補(bǔ)充或手工快速補(bǔ)充被磨損的部分.

分割原理（如前所述）.應(yīng)用本原理可以將厚錘片分割成若干個(gè)薄錘片，由此得到一種多粉碎刃的新型錘片或組合錘片.

3 原料中硬雜質(zhì)對(duì)錘片的破壞問題

這里嘗試使用TRIZ理論中的物－場分析與標(biāo)準(zhǔn)解來解決這一問題，下面使用的是簡化標(biāo)準(zhǔn)解流程.

按TRIZ中物質(zhì)－場分析的方法，可建立如圖1所示的模型.

圖1表達(dá)的含義是錘片S2在機(jī)械力F1作用下，對(duì)被粉碎的谷物S1施加了作用（即粉碎），但被粉碎的谷物S1中的硬雜質(zhì)（石塊、鐵塊等）對(duì)錘片S2施加了有害作用.

圖1 S 1對(duì)S 2存在有害效應(yīng)

這個(gè)模型屬于有害作用模型，可以應(yīng)用TRIZ中的76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解［2－3］進(jìn)行解決.在76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解中，其1.2系列標(biāo)準(zhǔn)解是用來解決有害效應(yīng)一類問題的，在這里可采用1.2.3標(biāo)準(zhǔn)解和1.2.4標(biāo)準(zhǔn)解.1.2.3標(biāo)準(zhǔn)解的含義是引入一個(gè)新物質(zhì)S3阻擋S1對(duì)S2的破環(huán)作用，1.2.4標(biāo)準(zhǔn)解的含義是引入一個(gè)新場F2抵消原來場F1的有害作用或轉(zhuǎn)化有害作用為有利作用.

應(yīng)用本原理建立物質(zhì)－場模型（圖2、圖3），S3是引入的新物質(zhì)，F(xiàn)2是引入的新場.

根據(jù)1.2.3標(biāo)準(zhǔn)解，需要引入一個(gè)新物質(zhì)S3阻擋S2對(duì)S1的破環(huán)作用，但這方面的結(jié)構(gòu)比較難以實(shí)現(xiàn)，可能不適合本案例.

根據(jù)1.2.4標(biāo)準(zhǔn)解，可得到這樣的解決方案：在粉碎機(jī)中引入磁場或氣流場或振動(dòng)機(jī)械場來消除硬的雜質(zhì)對(duì)錘片的破壞作用.利用這個(gè)結(jié)論可以得出相應(yīng)的解決方案.

圖1至圖3中的S1為被粉碎的谷物（包括雜質(zhì)），S2為錘片，S3為新物質(zhì)，F(xiàn)1為機(jī)械場或機(jī)械力.

4 結(jié)果與結(jié)論

1）利用分割原理得到的錘片新結(jié)構(gòu).將厚錘片頭部分割成若干個(gè)薄錘片，得到多粉碎刃的新型錘片（圖4）.

2）利用拋棄與修復(fù)原理得到的錘片新結(jié)構(gòu).薄錘片磨損后能迅速得到補(bǔ)充，圖5為一種組合錘片結(jié)構(gòu)的示意圖，在薄錘片頭部磨損后可以調(diào)整其伸出長度.

3）利用振動(dòng)將硬的雜質(zhì)去除.在粉碎機(jī)系統(tǒng)中，將進(jìn)料裝置改成振動(dòng)進(jìn)料，利用振動(dòng)將谷物中的硬雜質(zhì)如石塊、鐵塊等去除.

最終可得到一種新型去重、硬雜喂料器.相較于傳統(tǒng)的喂料器，其可以去除質(zhì)量大的雜質(zhì)，以保證粉碎機(jī)正常工作.新型喂料器示意圖見圖6.

圖6 去重、硬雜喂料器示意圖

利用TRIZ創(chuàng)新原理可以得到提高粉碎機(jī)粉碎效率、防止錘片被破壞的問題解決方案，這些解決方案均具有可操作性，而且從原理上講可以根本解決現(xiàn)有粉碎機(jī)存在的問題.

［1］龐聲海，郝波.飼料加工設(shè)備與技術(shù)［M］.北京：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2001.

［2］趙 敏，史曉凌，段海波.TRIZ入門及實(shí)踐［M］.北京：科學(xué)出版社，2009

［3］譚潤華.發(fā)明問題解決理論［M］.北京：科學(xué)出版社，2004.