TRIZ理論在煤泥破碎機改進設計中的應用

陳彥杰 唐聯松 楊江清 李明菊

（1.重慶工程職業技術學院，重慶 400037；2.重慶市煤礦安全設備工程技術研究中心，重慶 400037；3.重慶南桐礦業有限責任公司南桐選煤廠，重慶 400803；4.山東能源臨沂礦業集團新驛煤礦，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備，廣泛地應用于選煤廠煤泥破碎過程。但伴隨著優質煤炭資源的不斷減少、煤質不斷劣化，入選原煤中含矸、含泥量變大，導致煤泥粘性大、煤泥量多，經常造成煤泥破碎機發熱打滑，機器轉速降低，并極易出現煤泥在破碎機內堆積堵塞事故。事故發生以后，需要人工對堆積在煤泥破碎機內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和煤泥水處理。因此，設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實應用價值。

2 運用TRIZ理論指導設計新型煤泥破碎機

2.1 TRIZ理論簡介

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

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

2.2 運用“39個通用工程參數”對問題的本質進行分析

傳統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打滑、堵塞等問題。這就構成了一個技術矛盾問題，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對煤泥破碎機的有害作用。

運用“39個通用工程參數”描述本技術矛盾問題的本質。問題本質分析過程如下：

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

2.3 運用“技術矛盾矩陣表”獲得解決所求問題的創新原理

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

2.4 運用“40個創新原理”確立解決問題的可行方案

分析編號為[1，13，31]的創新原理在解決“傳統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）提高系統的可分性，以實現系統的改造。

本創新原理啟發：傳統的煤泥破碎機的一系列刀軸通常只具有同一個轉速，不能結合煤泥破碎進程中所具有的的性質、而靈活調整轉速。按照“提高系統的可分性，以實現系統的改造”原理，結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，對各刀軸進行不同轉速設置，以實現煤泥破碎機對不同性質煤泥的適應性。

創新原理13：反向作用原理

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

本創新原理啟發：傳統的煤泥破碎機電機只能單向轉動，一旦出現堵塞，就會造成短時間內煤泥大量集聚到機器割刀的某一側、負荷增加，膠帶打滑發熱，導致運轉速度越來越低，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定的動作”原理，對電機控制電路采用正反轉控制裝置，以避免煤泥破碎機出現堵塞。

創新原理31：多孔材料原理

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

本創新原理啟發：傳統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、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 結合實際問題確定最終解決方案

綜合上述創新原理運用，提出新型煤泥破碎機的總體構思。總體構思：新型煤泥破碎機在傳統的煤泥破碎機的結構基礎上進行改造設計，首先采用正反轉控制電機、實現煤泥破碎機的順逆轉動控制；在煤泥破碎機割刀刀刃上設置系列凹槽，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，對煤泥破碎機的一系列刀軸的轉速給予不同設置。

3 新型煤泥破碎機的改造設計

3.1 新型煤泥破碎機總體結構設計

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正反轉控制。通過減速機可以根據煤泥破碎過程中不同階段所具有的性質，對不同割刀刀軸設置所需的轉速。割刀包括刀軸和刀刃，刀刃呈螺旋狀曲線設置在刀軸上。刀軸一端固定在破碎機外部的軸承盒內，另一端通過花鍵軸套與減速機齒輪聯接在一起。煤泥經進料口進入煤泥破碎機，電機通過皮帶帶動減速機，進而使割刀轉動，實現對煤泥的破碎。

圖3 新型煤泥破碎機的刀刃設計

3.2 新型煤泥破碎機的電機控制電路設計

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；開始按鈕SB2、接觸器KM1和熱繼電器FR組成串聯支路，接觸器的主觸點KM1-2和正反轉控制裝置組成串聯支路，這兩個支路相并聯。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，正反轉控制裝置開始工作。這樣通過設定時間就可以實現電機的正反轉控制。

3.3 新型煤泥破碎機的刀刃設計

新型煤泥破碎機的刀刃設計，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置4個凹槽，槽深約5mm為佳。

結語

運用TRIZ理論對傳統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。在傳統煤泥破碎機結構基礎上進行了改造設計，采用正反轉電機控制裝置、在割刀刀刃上設置一系列凹槽及結合煤泥性質對各組割刀刀軸設置不同轉速等措施，研發出了一種新型煤泥破碎機。經生產實踐，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.