TRIZ理論在煤泥破碎機改進設(shè)計中的應用

陳彥杰 唐聯(lián)松 楊江清 李明菊

（1.重慶工程職業(yè)技術(shù)學院，重慶 400037；2.重慶市煤礦安全設(shè)備工程技術(shù)研究中心，重慶 400037；3.重慶南桐礦業(yè)有限責任公司南桐選煤廠，重慶 400803；4.山東能源臨沂礦業(yè)集團新驛煤礦，山東 濟寧 272116）

1 概述

煤泥破碎機作為一種常用的煤泥破碎設(shè)備，廣泛地應用于選煤廠煤泥破碎過程。但伴隨著優(yōu)質(zhì)煤炭資源的不斷減少、煤質(zhì)不斷劣化，入選原煤中含矸、含泥量變大，導致煤泥粘性大、煤泥量多，經(jīng)常造成煤泥破碎機發(fā)熱打滑，機器轉(zhuǎn)速降低，并極易出現(xiàn)煤泥在破碎機內(nèi)堆積堵塞事故。事故發(fā)生以后，需要人工對堆積在煤泥破碎機內(nèi)部的全部煤泥進行徹底清除后才能開車運行，員工勞動強度大，同時嚴重制約了選煤正常生產(chǎn)和煤泥水處理。因此，設(shè)計出一種具有良好適應性的新型煤泥破碎機具有重要的現(xiàn)實應用價值。

2 運用TRIZ理論指導設(shè)計新型煤泥破碎機

2.1 TRIZ理論簡介

TRIZ理論是一門專門解決技術(shù)創(chuàng)新問題的方法學理論，是由前蘇聯(lián)科學家根里奇.阿奇舒勒于1946年提出、歷經(jīng)50多年對上百萬份專利分析、研究、總結(jié)、歸納出的一系列蘊涵了人類發(fā)明創(chuàng)新所遵循的共性原理的創(chuàng)新理論。TRIZ理論提出了“技術(shù)系統(tǒng)的進化模式”、“物質(zhì)-場分析”、“發(fā)明問題解決算法”、“標準解系統(tǒng)”及“技術(shù)矛盾和物理矛盾解決方法”等一系列技術(shù)創(chuàng)新理論及創(chuàng)新工具。其中，對于技術(shù)矛盾問題，該理論歸納總結(jié)出了用于描述、分析技術(shù)矛盾的“39個通用工程參數(shù)”和用于解決技術(shù)矛盾的“40個創(chuàng)新原理”；并設(shè)計了“技術(shù)矛盾矩陣表”，建立了“問題和解決方法”之間的“橋梁”。

對于技術(shù)矛盾問題，在難以直接找到解決方案時，可以運用“39個通用工程參數(shù)”對問題本質(zhì)進行分析和描述，把技術(shù)矛盾轉(zhuǎn)化成一對工程參數(shù)之間的矛盾；利用“技術(shù)矛盾矩陣表”找到用于解決這對參數(shù)之間矛盾的通用“創(chuàng)新原理”， 結(jié)合實際問題選用合適的“創(chuàng)新原理”就可以找到最好的解決方案。

2.2 運用“39個通用工程參數(shù)”對問題的本質(zhì)進行分析

傳統(tǒng)的煤泥破碎機對高泥、高粘性煤泥適應性差。當煤泥粘性增大的時候，煤泥破碎機就易出現(xiàn)打滑、堵塞等問題。這就構(gòu)成了一個技術(shù)矛盾問題，即：為保證煤泥破碎機正常工作、對煤泥具有良好適應性，就必須降低煤泥的粘性等性質(zhì)對煤泥破碎機的有害作用。

運用“39個通用工程參數(shù)”描述本技術(shù)矛盾問題的本質(zhì)。問題本質(zhì)分析過程如下：

“煤泥破碎機對煤泥具有良好適應性”問題的本質(zhì)，即：參數(shù)35；“降低煤泥的粘性對煤泥破碎機的有害作用”問題的本質(zhì)，即：參數(shù)31。因此，本技術(shù)矛盾問題就轉(zhuǎn)化成一對工程參數(shù)之間的矛盾，即：參數(shù)35和參數(shù)31之間的矛盾。

2.3 運用“技術(shù)矛盾矩陣表”獲得解決所求問題的創(chuàng)新原理

以參數(shù)35為改善的工程參數(shù)，參數(shù)31為惡化的工程參數(shù)，查找“技術(shù)矛盾矩陣表”，獲得解決參數(shù)35和參數(shù)31之間矛盾的創(chuàng)新原理，原理編號為[1，13，31]。

2.4 運用“40個創(chuàng)新原理”確立解決問題的可行方案

分析編號為[1，13，31]的創(chuàng)新原理在解決“傳統(tǒng)的煤泥破碎機對低密度入料懸浮液適應性差”問題中的應用可行性。分析過程如下：

創(chuàng)新原理1：分割原理

（1）把一個物體分成相互間獨立的幾個部分；（2）把一個物體分成容易組裝和拆卸的部分；（3）提高系統(tǒng)的可分性，以實現(xiàn)系統(tǒng)的改造。

本創(chuàng)新原理啟發(fā)：傳統(tǒng)的煤泥破碎機的一系列刀軸通常只具有同一個轉(zhuǎn)速，不能結(jié)合煤泥破碎進程中所具有的的性質(zhì)、而靈活調(diào)整轉(zhuǎn)速。按照“提高系統(tǒng)的可分性，以實現(xiàn)系統(tǒng)的改造”原理，結(jié)合煤泥在不同破碎進程中所具有的不同粒度及粘性等性質(zhì)，對各刀軸進行不同轉(zhuǎn)速設(shè)置，以實現(xiàn)煤泥破碎機對不同性質(zhì)煤泥的適應性。

創(chuàng)新原理13：反向作用原理

（1）用相反的動作，代替問題定義中所規(guī)定的動作；（2）把物體上下或內(nèi)外顛倒過來；（3）讓物體或環(huán)境的可動部分不動，不動部分可動。

本創(chuàng)新原理啟發(fā)：傳統(tǒng)的煤泥破碎機電機只能單向轉(zhuǎn)動，一旦出現(xiàn)堵塞，就會造成短時間內(nèi)煤泥大量集聚到機器割刀的某一側(cè)、負荷增加，膠帶打滑發(fā)熱，導致運轉(zhuǎn)速度越來越低，煤泥量增大壓死機器。按照“用相反的動作，代替問題定義中所規(guī)定的動作”原理，對電機控制電路采用正反轉(zhuǎn)控制裝置，以避免煤泥破碎機出現(xiàn)堵塞。

創(chuàng)新原理31：多孔材料原理

（1）使物體變成多孔或加入多孔物體；（2）若物體已是孔結(jié)構(gòu)，在小孔中事先填入某種物質(zhì)。

本創(chuàng)新原理啟發(fā)：傳統(tǒng)煤泥破碎機割刀為光滑曲面，在高粘性煤泥破碎過程中容易打滑、空轉(zhuǎn)、破碎效率低下。按照“使物體變成多孔或加入多孔物體”原理，可以在煤泥破碎機的刀刃上切割出一些凹槽，增加刀刃對煤泥的切割作用。

2.5 結(jié)合實際問題確定最終解決方案

綜合上述創(chuàng)新原理運用，提出新型煤泥破碎機的總體構(gòu)思。總體構(gòu)思：新型煤泥破碎機在傳統(tǒng)的煤泥破碎機的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進行改造設(shè)計，首先采用正反轉(zhuǎn)控制電機、實現(xiàn)煤泥破碎機的順逆轉(zhuǎn)動控制；在煤泥破碎機割刀刀刃上設(shè)置系列凹槽，增加對煤泥的切割作用；并按照煤泥在破碎進程中所具有的的不同性質(zhì)，對煤泥破碎機的一系列刀軸的轉(zhuǎn)速給予不同設(shè)置。

3 新型煤泥破碎機的改造設(shè)計

3.1 新型煤泥破碎機總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

新型煤泥破碎機由電機1.減速機2.割刀3.煤泥進料口4.軸承盒5.組成，如圖1所示。電機通過控制電路可實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制。通過減速機可以根據(jù)煤泥破碎過程中不同階段所具有的性質(zhì)，對不同割刀刀軸設(shè)置所需的轉(zhuǎn)速。割刀包括刀軸和刀刃，刀刃呈螺旋狀曲線設(shè)置在刀軸上。刀軸一端固定在破碎機外部的軸承盒內(nèi)，另一端通過花鍵軸套與減速機齒輪聯(lián)接在一起。煤泥經(jīng)進料口進入煤泥破碎機，電機通過皮帶帶動減速機，進而使割刀轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)對煤泥的破碎。

圖3 新型煤泥破碎機的刀刃設(shè)計

3.2 新型煤泥破碎機的電機控制電路設(shè)計

新型煤泥破碎機的電機控制電路，如圖2 所示，包括依次串聯(lián)的熔斷器JR、停止按鈕SB1、開始按鈕SB2、接觸器KM1和熱繼電器FR。開始按鈕SB2的兩端與接觸器KM1的自鎖點KM1-1并聯(lián)；開始按鈕SB2、接觸器KM1和熱繼電器FR組成串聯(lián)支路，接觸器的主觸點KM1-2和正反轉(zhuǎn)控制裝置組成串聯(lián)支路，這兩個支路相并聯(lián)。當按下開始按鈕SB2后，接觸器KM1接通電源，自鎖點KM1-1閉合，主觸點KM1-2閉合，正反轉(zhuǎn)控制裝置開始工作。這樣通過設(shè)定時間就可以實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)控制。

3.3 新型煤泥破碎機的刀刃設(shè)計

新型煤泥破碎機的刀刃設(shè)計，如圖3所示。為使刀刃與煤泥接觸更好及破碎效果更好，在刀刃上設(shè)置了凹槽。凹槽的形狀呈V字形或U字形，沿刀刃螺旋狀曲線均勻分布。一般，刀刃螺旋狀曲線一個圓周上設(shè)置4個凹槽，槽深約5mm為佳。

結(jié)語

運用TRIZ理論對傳統(tǒng)煤泥破碎機存在的問題進行了分析，并最終確定了合理的解決方案。在傳統(tǒng)煤泥破碎機結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進行了改造設(shè)計，采用正反轉(zhuǎn)電機控制裝置、在割刀刀刃上設(shè)置一系列凹槽及結(jié)合煤泥性質(zhì)對各組割刀刀軸設(shè)置不同轉(zhuǎn)速等措施，研發(fā)出了一種新型煤泥破碎機。經(jīng)生產(chǎn)實踐，表明：新型煤泥破碎機具有良好的煤泥適應性，可以有效解決堵塞、打滑等問題。

[1]姜臺林.創(chuàng)新問題解決實踐[M].桂林：廣西師范大學出版社，2008:1-3.

[2]趙敏，史曉凌，段海波. TRIZ入門及實踐[M].北京：科學出版社，2009:157-161.