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        基于TRIZ原理的粉碎機錘片結(jié)構(gòu)問題解決方案

        2012-10-13 02:38:56陳培軍鄧援超
        關(guān)鍵詞:雜質(zhì)原理磨損

        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)機械工程學(xué)院,湖北 武漢430068)

        錘片粉碎機是農(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,尤其是細粉粉碎產(chǎn)量更低.近年來,粉碎機生產(chǎn)企業(yè)在橫寬型振動篩錘片粉碎機、T型錘片等方面取得一些研究成果,但在粉碎機的關(guān)鍵部件——錘片上的研究仍非常欠缺.目前我國粉碎機錘片的厚度在4~8 mm左右.當(dāng)錘片厚度從8 mm減小到3 mm時,雖產(chǎn)量和效率提高15%以上,但也將帶來三個明顯的問題:1)容易產(chǎn)生彎曲變形以致粉碎機將不能工作;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].針對以上幾個問題,本文利用TRIZ理論對粉碎機錘片結(jié)構(gòu)進行分析,提出了幾種新型結(jié)構(gòu)的錘片,探索通過改進錘片從而提高粉碎機粉碎效率的途徑.

        1 錘片變薄導(dǎo)致容易產(chǎn)生彎曲變形問題

        問題描述:谷物粉碎機在進行粉碎時,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#運動物體的長度;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# 重量補償;

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

        分割原理是指將一個物體分成相互獨立的部分,或使物體分成容易組裝及拆卸的部分,或增加物體相互獨立部分的程度.應(yīng)用本原理可以將厚錘片分割成若干個薄錘片,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作或功能,或預(yù)先對物體進行必要的改變.預(yù)操作原理可利用對錘片的反向預(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,這種方法不易實施.

        氣動與液壓結(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:谷物粉碎機在工作時,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#運動物體的體積;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)能自動補充或手工快速補充被磨損的部分.

        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)對錘片的破壞問題

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

        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表達的含義是錘片S2在機械力F1作用下,對被粉碎的谷物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)對錘片S2施加了有害作用.

        圖1 S 1對S 2存在有害效應(yīng)

        這個模型屬于有害作用模型,可以應(yīng)用TRIZ中的76個標準解[2-3]進行解決.在76個標準解中,其1.2系列標準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標準解和1.2.4標準解.1.2.3標準解的含義是引入一個新物質(zhì)S3阻擋S1對S2的破環(huán)作用,1.2.4標準解的含義是引入一個新場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標準解,需要引入一個新物質(zhì)S3阻擋S2對S1的破環(huán)作用,但這方面的結(jié)構(gòu)比較難以實現(xiàn),可能不適合本案例.

        根據(jù)1.2.4標準解,可得到這樣的解決方案:在粉碎機中引入磁場或氣流場或振動機械場來消除硬的雜質(zhì)對錘片的破壞作用.利用這個結(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為機械場或機械力.

        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)利用振動將硬的雜質(zhì)去除.在粉碎機系統(tǒng)中,將進料裝置改成振動進料,利用振動將谷物中的硬雜質(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)文獻出版社,2001.

        [2]趙 敏,史曉凌,段海波.TRIZ入門及實踐[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.

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