TRIZ理論在逆流冷卻干燥機分料系統改進過程中的應用

文/中國農業機械化科學研究院科技部 李少華

TRIZ理論在逆流冷卻干燥機分料系統改進過程中的應用

文/中國農業機械化科學研究院科技部 李少華

TRIZ的中文解釋是“發明問題解決理論”，字面意思可以理解為解決實際問題特別是發明問題的理論；但隱含的意思是由解決發明問題而最終實現技術和管理創新。它以哲學思想為指導、以專利分析為理論來源、以系統科學特別是思維科學為支撐、以技術進化法則為理論基礎，有基本概念，有各類問題分析、問題求解工具和解題流程，是一個比較完整并不斷發展著的理論體系。運用TRIZ理論，可大大加快人們創造發明的進程而且能得到高質量的創新產品。

逆流冷卻干燥機是新型的顆粒物料干燥冷卻設備，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 。另外也可用于有機復合肥料、谷物等其他顆粒物料的干燥冷卻。逆流冷卻干燥機分料系統主要有分料盤、減速機、萬向聯軸器、驅動電機、立軸、料耙等工作部件，當箱體面積比較大的時候，布料不均勻，料耙被料埋沒時，會造成減速電機損壞的后果。因此，利用TRIZ創新理論中的問題分析方法，對逆流冷卻干燥機分料系統問題進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問題解決方案。

發現問題

逆流冷卻干燥機對物料進行冷卻干燥，經加熱后空氣從機器底部進入，向上穿過物料層，從頂部排出，熱物料從機器上部進入，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行傳熱、傳質，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，又由于水分蒸發時要吸收熱量，所以物料溫度不斷降低，從而達到冷卻和干燥的目的。

物料進入逆流冷卻干燥機，形成物料層的過程，是利用驅動電機通過萬向軸把動力傳給分料減速機，分料減速機再帶動分料盤和料耙旋轉，當物料從上部落下，經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 逆流冷卻干燥機分料系統圖

逆流冷卻干燥機中熱風和物料直接接觸，傳熱、傳質效果高，在較短時間內即可達到冷卻干燥效果，因此處理大產量物料時，多采用逆流冷卻干燥機。但是要處理大產量的物料，干燥機箱體面積就要相應增大，單位時間內落料量增加，分料盤不能均勻的分料，導致物料在一些地方堆積，壓埋料耙，阻擋料耙正常旋轉，最終會導致減速電機損壞。

圖2 逆流冷卻干燥機分料系統工作時主要問題示意圖

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

分析問題

我們將逆流冷卻干燥機分料系統作為技術系統，依照TRIZ理論創新問題的求解流程(如圖3所示)對上述存在的問題進行求解。首先根據技術系統組件的層次構建了組件模型，(如圖4所示)

圖3 創新問題的求解流程圖

圖4 系統組件模型

同時，我們對逆流冷卻干燥機分料系統進行系統功能分析(如圖5所示)。

圖5 技術系統功能分析圖

通過對簡化后的逆流冷卻干燥機分料技術系統應用三軸分析法進行因果軸分析(如圖6所示)，對當箱體面積比較大，布料不均勻，料耙被料埋沒時，減速電機損壞現象的因果關系進行倒推，我們得出了該問題產生的根本原因，從而發現并確定解決問題的入手點：分料盤及料耙形式的改進。

圖6 系統因果軸分析示意圖

解決問題

通過對上述根本原因的分析，我們發現分料不均勻，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，但是這會使分料盤重量增加，負荷加大。解決這一技術矛盾，應用TRIZ理論中的創新原理——增加不對稱性原理，將物體的對稱外形變為不對稱。解決方案是采取不對稱結構來平衡重量差異，增大分料盤的尺寸，大懸伸端采取框架結構，小懸伸端采取實體結構(如圖7)。

另外，一方面想增加料耙的面積以增加料耙的強度，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，但料耙強度降低。解決這一物理矛盾，應用TRIZ理論中的創新原理——矛盾屬性空間分離原理，解決方案是優化分料耙結構，采用斷續的凸臺結構(如圖8)。

最終，我們將兩個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構，小懸伸端采取實體結構；另一方面料耙采用斷續的凸臺結構，達到了較好的效果。(如圖9)。

圖7 備選方案1

圖8 備選方案2

圖9 改進后的逆流冷卻干燥機分料系統結構示意圖

通過采用TRIZ理論的分析問題方法和解決問題方法，找到了當箱體面積比較大，布料不均勻，料耙被料埋沒時，減速電機損壞現象的原因，并利用系統的資源，采用增加不對稱性原理、矛盾屬性空間分離原理等，完成了對逆流冷卻干燥機分料系統結構的改進。

責編/吳浪