文/中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院科技部 李少華

TRIZ理論在逆流冷卻干燥機(jī)分料系統(tǒng)改進(jìn)過程中的應(yīng)用

文/中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院科技部 李少華

TRIZ的中文解釋是“發(fā)明問題解決理論”，字面意思可以理解為解決實(shí)際問題特別是發(fā)明問題的理論；但隱含的意思是由解決發(fā)明問題而最終實(shí)現(xiàn)技術(shù)和管理創(chuàng)新。它以哲學(xué)思想為指導(dǎo)、以專利分析為理論來源、以系統(tǒng)科學(xué)特別是思維科學(xué)為支撐、以技術(shù)進(jìn)化法則為理論基礎(chǔ)，有基本概念，有各類問題分析、問題求解工具和解題流程，是一個(gè)比較完整并不斷發(fā)展著的理論體系。運(yùn)用TRIZ理論，可大大加快人們創(chuàng)造發(fā)明的進(jìn)程而且能得到高質(zhì)量的創(chuàng)新產(chǎn)品。

逆流冷卻干燥機(jī)是新型的顆粒物料干燥冷卻設(shè)備，主要用于殘留水分高的膨化物料和顆粒飼料的干燥冷卻，適用顆粒直徑為Φ 1.5 ～Φ 8mm 。另外也可用于有機(jī)復(fù)合肥料、谷物等其他顆粒物料的干燥冷卻。逆流冷卻干燥機(jī)分料系統(tǒng)主要有分料盤、減速機(jī)、萬向聯(lián)軸器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、立軸、料耙等工作部件，當(dāng)箱體面積比較大的時(shí)候，布料不均勻，料耙被料埋沒時(shí)，會(huì)造成減速電機(jī)損壞的后果。因此，利用TRIZ創(chuàng)新理論中的問題分析方法，對(duì)逆流冷卻干燥機(jī)分料系統(tǒng)問題進(jìn)行了全面的資源分析和因果分析，從而找到了可行的工程技術(shù)問題解決方案。

發(fā)現(xiàn)問題

逆流冷卻干燥機(jī)對(duì)物料進(jìn)行冷卻干燥，經(jīng)加熱后空氣從機(jī)器底部進(jìn)入，向上穿過物料層，從頂部排出，熱物料從機(jī)器上部進(jìn)入，底部排出。由于物料與空氣之間存在溫度差和濕度差，兩者在接觸過程中不斷進(jìn)行傳熱、傳質(zhì)，物料中的水分以水蒸汽的形式被空氣攜帶走，使物料中的水份不斷減少，又由于水分蒸發(fā)時(shí)要吸收熱量，所以物料溫度不斷降低，從而達(dá)到冷卻和干燥的目的。

物料進(jìn)入逆流冷卻干燥機(jī)，形成物料層的過程，是利用驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過萬向軸把動(dòng)力傳給分料減速機(jī)，分料減速機(jī)再帶動(dòng)分料盤和料耙旋轉(zhuǎn)，當(dāng)物料從上部落下，經(jīng)過傾斜分料盤滑落到箱體底部，再用料耙把料均勻分布。

圖1 逆流冷卻干燥機(jī)分料系統(tǒng)圖

逆流冷卻干燥機(jī)中熱風(fēng)和物料直接接觸，傳熱、傳質(zhì)效果高，在較短時(shí)間內(nèi)即可達(dá)到冷卻干燥效果，因此處理大產(chǎn)量物料時(shí)，多采用逆流冷卻干燥機(jī)。但是要處理大產(chǎn)量的物料，干燥機(jī)箱體面積就要相應(yīng)增大，單位時(shí)間內(nèi)落料量增加，分料盤不能均勻的分料，導(dǎo)致物料在一些地方堆積，壓埋料耙，阻擋料耙正常旋轉(zhuǎn)，最終會(huì)導(dǎo)致減速電機(jī)損壞。

圖2 逆流冷卻干燥機(jī)分料系統(tǒng)工作時(shí)主要問題示意圖

因此，我們思考，是否能將分料盤及料耙的形式改進(jìn)，使分料均勻，延長(zhǎng)減速機(jī)(整機(jī))壽命，特別是當(dāng)干燥機(jī)箱體面積很大的時(shí)候，仍然能夠比較均勻的分料，并且能照顧到箱體拆卸、運(yùn)輸、裝配問題。

分析問題

我們將逆流冷卻干燥機(jī)分料系統(tǒng)作為技術(shù)系統(tǒng)，依照TRIZ理論創(chuàng)新問題的求解流程(如圖3所示)對(duì)上述存在的問題進(jìn)行求解。首先根據(jù)技術(shù)系統(tǒng)組件的層次構(gòu)建了組件模型，(如圖4所示)

圖3 創(chuàng)新問題的求解流程圖

圖4 系統(tǒng)組件模型

同時(shí)，我們對(duì)逆流冷卻干燥機(jī)分料系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)功能分析(如圖5所示)。

圖5 技術(shù)系統(tǒng)功能分析圖

通過對(duì)簡(jiǎn)化后的逆流冷卻干燥機(jī)分料技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)用三軸分析法進(jìn)行因果軸分析(如圖6所示)，對(duì)當(dāng)箱體面積比較大，布料不均勻，料耙被料埋沒時(shí)，減速電機(jī)損壞現(xiàn)象的因果關(guān)系進(jìn)行倒推，我們得出了該問題產(chǎn)生的根本原因，從而發(fā)現(xiàn)并確定解決問題的入手點(diǎn)：分料盤及料耙形式的改進(jìn)。

圖6 系統(tǒng)因果軸分析示意圖

解決問題

通過對(duì)上述根本原因的分析，我們發(fā)現(xiàn)分料不均勻，是由于分料盤尺寸小，解決辦法是增加分料盤尺寸，使分料盤布料面積增大，但是這會(huì)使分料盤重量增加，負(fù)荷加大。解決這一技術(shù)矛盾，應(yīng)用TRIZ理論中的創(chuàng)新原理——增加不對(duì)稱性原理，將物體的對(duì)稱外形變?yōu)椴粚?duì)稱。解決方案是采取不對(duì)稱結(jié)構(gòu)來平衡重量差異，增大分料盤的尺寸，大懸伸端采取框架結(jié)構(gòu)，小懸伸端采取實(shí)體結(jié)構(gòu)(如圖7)。

另外，一方面想增加料耙的面積以增加料耙的強(qiáng)度，但增加了阻力；另一方面想減少料耙的面積以降低與物料的阻力，但料耙強(qiáng)度降低。解決這一物理矛盾，應(yīng)用TRIZ理論中的創(chuàng)新原理——矛盾屬性空間分離原理，解決方案是優(yōu)化分料耙結(jié)構(gòu)，采用斷續(xù)的凸臺(tái)結(jié)構(gòu)(如圖8)。

最終，我們將兩個(gè)備選方案綜合起來使用，一方面增大分料盤的尺寸，大懸伸端采取框架結(jié)構(gòu)，小懸伸端采取實(shí)體結(jié)構(gòu)；另一方面料耙采用斷續(xù)的凸臺(tái)結(jié)構(gòu)，達(dá)到了較好的效果。(如圖9)。

圖7 備選方案1

圖8 備選方案2

圖9 改進(jìn)后的逆流冷卻干燥機(jī)分料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

通過采用TRIZ理論的分析問題方法和解決問題方法，找到了當(dāng)箱體面積比較大，布料不均勻，料耙被料埋沒時(shí)，減速電機(jī)損壞現(xiàn)象的原因，并利用系統(tǒng)的資源，采用增加不對(duì)稱性原理、矛盾屬性空間分離原理等，完成了對(duì)逆流冷卻干燥機(jī)分料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。

責(zé)編/吳浪