基于TRIZ原理的粉碎機錘片結構問題解決方案

陳培軍，鄧援超

（1湖北仙桃職業學院，湖北 仙桃433000；湖北工業大學機械工程學院，湖北 武漢430068）

錘片粉碎機是農產品深加工的關鍵設備之一，其最大問題是產量低、耗電量大，尤其是細粉粉碎產量更低.近年來，粉碎機生產企業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.當錘片厚度從8 mm減小到3 mm時，雖產量和效率提高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構進行分析，提出了幾種新型結構的錘片，探索通過改進錘片從而提高粉碎機粉碎效率的途徑.

1 錘片變薄導致容易產生彎曲變形問題

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，3＃運動物體的長度；造成惡化的參數，13＃穩定性.

查沖突矩陣的原理解：

1＃，分割；8＃ 重量補償；

10＃，預操作；29＃，氣動與液壓結構.

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.可以利用別的物質來阻止錘片的彎曲變形，如利用被粉碎的物料，采用適當的錘片排列方式，利用被粉碎的物料在錘片之間的不均勻分布等.

預操作原理是指事先完成部分或全部的動作或功能，或預先對物體進行必要的改變.預操作原理可利用對錘片的反向預變形來抵消錘片在工作中的變形，或在錘片上預先加上抵制變形的結構.但由于事先不能預知錘片的彎曲方向，這種方法不易實施.

氣動與液壓結構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，產量越大，粉碎效率也越高；但錘片薄了，容易導致磨損.

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，7＃運動物體的體積；造成惡化的參數，23＃物質損失.

查沖突矩陣的原理解：

36＃相變 39＃惰性環境

34＃拋棄與修復 1＃分割

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

惰性環境是指制造一種惰性環境.可以考慮各種可用的環境：真空、氣體、液體和固體.固體惰性環境包括中性涂層、微粒或要素.本原理可能不適合這一問題.

拋棄與修復在工作過程中迅速補充消耗或減少的部分.應用本原理可以得到這樣的解決方案：薄錘片在磨損后，應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－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（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

這個模型屬于有害作用模型，可以應用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S3阻擋S1對S2的破環作用，1.2.4標準解的含義是引入一個新場F2抵消原來場F1的有害作用或轉化有害作用為有利作用.

應用本原理建立物質－場模型（圖2、圖3），S3是引入的新物質，F2是引入的新場.

根據1.2.3標準解，需要引入一個新物質S3阻擋S2對S1的破環作用，但這方面的結構比較難以實現，可能不適合本案例.

根據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對錘片的破壞作用.利用這個結論可以得出相應的解決方案.

圖1至圖3中的S1為被粉碎的谷物（包括雜質），S2為錘片，S3為新物質，F1為機械場或機械力.

4 結果與結論

1）利用分割原理得到的錘片新結構.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）利用拋棄與修復原理得到的錘片新結構.薄錘片磨損后能迅速得到補充，圖5為一種組合錘片結構的示意圖，在薄錘片頭部磨損后可以調整其伸出長度.

3）利用振動將硬的雜質去除.在粉碎機系統中，將進料裝置改成振動進料，利用振動將谷物中的硬雜質如石塊、鐵塊等去除.

最終可得到一種新型去重、硬雜喂料器.相較于傳統的喂料器，其可以去除質量大的雜質，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有粉碎機存在的問題.

［1］龐聲海，郝波.飼料加工設備與技術［M］.北京：科學技術文獻出版社，2001.

［2］趙 敏，史曉凌，段海波.TRIZ入門及實踐［M］.北京：科學出版社，2009

［3］譚潤華.發明問題解決理論［M］.北京：科學出版社，2004.