基于TRIZ理論的骨料倉防塵設計

吳燕玲 吳小明 陸志宏

1.江蘇省生產力促進中心 江蘇南京 210042;2.南京財經大學 江蘇南京 210046;3.中國船舶重工集團公司第七二三研究所 江蘇揚州 225001

摘 要：隨著國家對環保事業的日益重視，由于混凝土生產過程中容易產生大量的粉塵，污染大氣，混凝土生產設備也備受關注。合適的粉塵處理和控制仍然目前很多混凝土攪拌站困擾的問題。本文以防塵為目標，通過分析生產過程中粉塵的來源，應用TRIZ對骨料料倉進行創新設計，多層的防塵設計有效防止了料倉的粉塵飛揚，達到了從源頭上控制粉塵的效果，促進了混凝土綠色生產的發展。

關鍵詞：骨料倉;TRIZ理論;防塵

中圖分類號：TU642+.3 ?文獻標識碼：A

混凝土是基礎設施建設不可缺少的材料，隨著國家對基礎設施建設越來越重視，與混凝土相關的機械設備也備受關注，尤其作為混凝土生產和作業場所的混凝土攪拌站。混凝土攪拌站機械化、自動化程度高，既能保證混凝土質量又能節省水泥，常用于工程量大、工期長、工地集中的大中型水利、電力、橋梁等工程。但是，混凝土生產過程中容易產生大量的粉塵，污染周邊生態環境，不僅損害了工作人員的健康，還可能會由于高濃度的滯留引發安全事故。在環保問題越來越受到重視的今天，控制和處理混凝土攪拌站粉塵污染的需求愈加緊迫。本文以TRIZ理論為創新設計的理論依據，分析粉塵的源頭，闡述防塵方法的重要性，并為混凝土存儲過程中防塵裝置進行設計。

1 TRIZ理論簡介

TRIZ理論是前蘇聯科學家根里奇·阿奇舒勒（G.S.Altshuler）提出的發明和解決問題的方法論。經過多年的發展、簡化和完善，TRIZ已經形成了一套科學的理論體系，集哲學、方法和工具于一體，在分析和發現核心問題、解決矛盾、擴展思維角度、預測未來發展趨勢等方面發揮了明顯的優勢，同時提供了與其他方法融合的多種行性，提高了解決復雜難題的能力，進一步擴大應用領域和應用范圍。

TRIZ包含了多種解決問題的工具，其中常用的是矛盾工具，用來解決顯現的技術矛盾和物理矛盾，從而獲得創新的方案解。技術矛盾是兩個不同的技術特性（參數）無法同時滿足，而物理矛盾則是一個特性（參數）無法同時滿足兩個要求，他們都經常出現在工程問題中。技術矛盾常利用39個工程參數、矛盾矩陣和40條發明原理來分析和解決，物理矛盾則常利用分離原理和40個創新原理來解決。

2 基于TRIZ的設計過程

2.1 混凝土攪拌站粉塵來源

混凝土是由砂子、水泥、石頭、摻合料、添加劑、水等材料按照比例要求經充分攪拌后混合在一起，所用的原材料按照物理形態可以分為骨料、粉料和液料。混凝土在生產過程中容易產生粉塵，主要來源于四個方面：一是骨料的投料過程。由于骨料（沙、石）在投入料倉時存在落差，沙石相互摩擦容易產生粉塵。二是粉料的投料過程。粉料進入粉料存儲倉時容易產生粉塵外泄。三是稱量斗的上料過程。骨料和粉料分別進入稱量斗的過程中，如果沒有封閉，容易產生粉塵外揚。四是混合料的投料過程。骨料和粉料經過稱量后進入攪拌主機，雖然大部分粉塵參與了攪拌，但是仍有少部分粉塵外揚。在現有除塵設備和全封閉進料口設計下，除塵要達到滿意的效果，還需要全方位的考慮，在細節處細致考慮。例如，在粉塵來源過程中，儲料料倉也是粉塵來源之一，傳統的料倉常在倉頂加除塵器，需要每隔一段時間振動清理一下，否則可能會發生料倉炸開和除塵器被打落到地上。因此，儲料料倉亟待進行防塵設計。

2.2 骨料料倉防塵設計

2.2.1 問題分析

由于沙石骨料等物料投入骨料料倉時存在一定的落差，會產生較大的揚塵，同時伴隨著倉內壓力的增加。因此，除了要考慮料倉的防塵設計，還需要考慮料倉內壓力的釋放。如果在料倉頂部裝上大蓋板，蓋板邊緣彎曲便于貼合在料倉外壁，形成密閉空間，防止粉塵外揚，但是打開和關閉大蓋板的操作不方便。

2.2.2 問題解決

針對上述分析中提到的問題，利用矛盾矩陣進行解決，定義問題的沖突：

需要改善的參數：作用于物體的有害因素（30）。

導致惡化的參數：操作流程的方便性（33）。

查找矛盾矩陣如下表所示：

發明原理2-抽取原理：從物體中抽出產生負面影響的部分或屬性。由此受到啟發，把原用于檔塵的外蓋板內放入料倉中，省去開啟閉合的操作。

發明原理25-自服務原理：物體通過執行輔助或維護功能，為自身服務。由此受到啟發，水是混凝土的原料之一，同時也可用來潤濕粉塵，使其集結成小塊達到防止粉塵飛揚的效果。

發明原理28-機械系統替代原理：運用運動場代替靜止場、時變場代替恒定場。由此受到啟發，可以引入機械振動，改變靜止不動的環境，使得物料快速地落入料倉內。

發明原理39-惰性環境原理：使用真空環境。由此受到啟發，如果粉塵在真空的環境下，沒有了空氣的承載和流動，粉塵也無法飛揚。但是在工作時料倉需要經常開啟，在現實情況下，真空比較難以實現。

3 設計方案

綜合以上解決方案，我們得到了骨料料倉防塵結構設計的組合方案，其結構示意圖見下圖。該創新設計方案，改進了骨料倉的結構，增加了多層防塵設計，有效的防止了粉塵飛揚。本設計具有如下特點：

（1）骨料進入投料口后，利用自身重量打開防塵蓋板落入料倉內。防塵蓋板在彈簧力的作用下反彈回原位，蓋板末端的防塵毛刷相互接觸，重新封閉出口，防止粉塵外揚。

（2）內置的防塵擋板上設有篩孔，蓋板上的篩孔不僅可以起到粗濾，還可以連通外界，起到釋放倉內壓力的作用。

（3）料倉頂部的水霧化器，根據粉塵量的大小調節流量進行噴霧，增加空氣濕度，對粉塵進行濕潤，防止粉塵在倉內彌漫。

（4）料倉的底部為錐形，側壁為斜面，不但方便卸料，而且可以在卸料口控制出料速度和流量。

（5）小型振動器放置在料倉外壁，在投料或卸料時開啟，投料或卸料結束時關閉。物料在振動作用下快速進入料倉并堆放整齊，或者在卸料時快速出料，減少內壁黏附。

4 結論

（1）應用TRIZ方法對骨料料倉進行了創新設計，通過對問題的分析，應用創新原理快速找到了多種方案，打開了思路，提高了解決問題的效率。

（2）骨料倉多層防塵設計，可有效地防止物料投料過程中粉塵的飛揚，避免粉塵對大氣的污染，改善作業場所，促進建筑行業的綠色發展。

作者簡介：吳燕玲（1982-），女，江蘇南京人，工學碩士，高級工程師，研究方向：機械設計。