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      生物質(zhì)顆粒燃料飼料配方新聞動(dòng)態(tài)

       

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      TRIZ在生物質(zhì)平模成型機(jī)安全設(shè)計(jì)中應(yīng)用

      發(fā)布時(shí)間:2013-11-01 14:14    來源:未知

          TRIZ是俄文“發(fā)明問題解決理論”(Teorija rezhenija inzhenernyh zadach)。TRIZ由前蘇聯(lián)發(fā)明家GS.Altshuller及其領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)從1946年開始經(jīng)歷50多年歸納總結(jié)出的創(chuàng)造性問題解決理論和方法。
          TRIZ是建立在專利基礎(chǔ)上的一門科學(xué)的創(chuàng)造方法學(xué),它成功地揭示了發(fā)明創(chuàng)新背后所遵循的內(nèi)在規(guī)律和原理。它將產(chǎn)品創(chuàng)新的核心——創(chuàng)新的工作原理過程具體化,提出了許多規(guī)則、算法和發(fā)明原理供人們使用。經(jīng)過幾十年的發(fā)展,TRIZ已成為解決所有復(fù)雜技術(shù)問題的強(qiáng)有力的方法和工具。TRIZ的基本設(shè)計(jì)思想是,對(duì)于實(shí)際工作中無法直接找到對(duì)應(yīng)解的問題,先將其轉(zhuǎn)換并表達(dá)為一個(gè)TRIZ問題,然后利用TRIZ體系中的理論和工具獲得TRIZ標(biāo)準(zhǔn)解,最后將標(biāo)準(zhǔn)解轉(zhuǎn)化為具體問題目的解,并在實(shí)際問題中得以實(shí)現(xiàn),最終獲得解決。
      1、生物質(zhì)平模成型機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理
          隨著社會(huì)對(duì)能源需求的日益增長(zhǎng),主要能源化石燃料迅速地減少,給我國(guó)的能源消費(fèi)和能源安全帶來了重大隱患。農(nóng)林生物質(zhì)能有很高的開發(fā)潛力,是未來能源利用的重要途徑。農(nóng)林生物質(zhì)(秸稈、稻殼、麥稈、樹枝等)經(jīng)過粉碎、干燥、高壓成型等過程,經(jīng)過木屑顆粒機(jī)壓縮成各種幾何形狀的固化成型生物質(zhì)顆粒燃料。與傳統(tǒng)薪材燃料相比,這種生物質(zhì)燃料具有密度高、強(qiáng)度大、便于運(yùn)輸,形狀和性質(zhì)均一、燃燒性能好、熱值高等特點(diǎn),可用于工業(yè)燃料和農(nóng)村居民做飯洗浴取暖等領(lǐng)域,因此開發(fā)利用我國(guó)大量生物質(zhì)資源具有重要意義。生物質(zhì)平模成型機(jī)是固化成型技術(shù)的一種,成本低廉,易于維護(hù),適合廣大農(nóng)村農(nóng)民小規(guī)模靈活使用。
          傳統(tǒng)的生物質(zhì)平模顆粒機(jī)結(jié)構(gòu)以機(jī)械圓周運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ),以電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源,帶動(dòng)傳動(dòng)軸,減速器減速至主軸,帶動(dòng)與主軸連接的壓輥,在壓輥的強(qiáng)大壓力下,松散物料被壓實(shí),壓入平模的各種形狀的?字。在壓輥的壓力下,從?字袛D出,形成生物質(zhì)固化成型燃料。
      2、不安全因素分析
          生物質(zhì)平模成型機(jī)有著廣泛的應(yīng)用,但也存在著一些不安全因素。主要表現(xiàn)在:.一、傳統(tǒng)的生物質(zhì)平模機(jī)成型機(jī)采用直輥平模形式,物料在平模上不能均勻分布,使得壓模的磨損不均勻。二、壓輥與平模在高溫和干摩擦下嚴(yán)重磨損,維護(hù)困難,連續(xù)工作時(shí)間短,工作性能不穩(wěn)定,單位產(chǎn)品能耗過高。三、壓輥的壓力不確定,容易造成物料擠團(tuán)、成型的不穩(wěn)定。四、壓輥內(nèi)端外端與平模相對(duì)線速度不同,形成內(nèi)外端速度差,使成型過程中擠壓能耗較大,使得成型產(chǎn)品質(zhì)量的不均勻,作業(yè)時(shí)還會(huì)發(fā)出較大噪聲。這些特點(diǎn)都給工作中的機(jī)器和人帶來不安全、不穩(wěn)定隱患。
      3、平模成型機(jī)的創(chuàng)新安全設(shè)計(jì)
          安全設(shè)計(jì)是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的理念,是設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)的基本恩想是“以人為本”,也就是人機(jī)系統(tǒng)的對(duì)象是人。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要能保證人的健康和安全,通過優(yōu)化改善工作條件,來相應(yīng)地提高效率和整體工作滿意度,這些因素轉(zhuǎn)化為高效率的生產(chǎn)力,從而提高整機(jī)的使用價(jià)值和生產(chǎn)率。
          人機(jī)工程學(xué)是安全設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),是綜合性的邊緣科學(xué),基本理論涉及到人體測(cè)量學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)、行為科學(xué)及安全工程學(xué)等多門學(xué)科。針對(duì)傳統(tǒng)的平模成型機(jī)設(shè)計(jì)中存在的不安全因素,在創(chuàng)新設(shè)計(jì)中既要克服以上缺點(diǎn),又應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)原理,主要從壓輥、輥軸和平模3個(gè)方面進(jìn)行了創(chuàng)新安全設(shè)計(jì)。
      3.1  安全設(shè)計(jì)中技術(shù)矛盾定義
          TRIZ中系統(tǒng)的矛盾分為管理矛盾、物理矛盾和技術(shù)矛盾。
          管理矛盾是指在一個(gè)系統(tǒng)中,各個(gè)子系統(tǒng)已經(jīng)處于良好的運(yùn)行狀態(tài),但是子系統(tǒng)之間產(chǎn)生不利的相互作用、相互影響,使整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生問題。解決管理矛盾的方法,要依靠化解具體子系統(tǒng)的物理矛盾或者技術(shù)矛盾來解決。
          物理矛盾是指對(duì)系統(tǒng)的同一個(gè)參數(shù)有不同的要求。解決物理矛盾的方法是,采用分離原理來解決。
          技術(shù)矛盾是指改善技術(shù)系統(tǒng)的某個(gè)參數(shù)而導(dǎo)致另一個(gè)參數(shù)發(fā)生惡化產(chǎn)生的矛盾。解決物理矛盾的方法是,采用矛盾矩陣來解決。
          壓輥和輥軸作為生物質(zhì)平模成型機(jī)的核心工作部件,其結(jié)構(gòu)參數(shù)決定了生物質(zhì)性能的重要因素,也是人機(jī)安全設(shè)計(jì)中最重要的兩個(gè)方面。不安全因素分析中看出傳統(tǒng)壓輥的缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)速低、直徑大。創(chuàng)新設(shè)計(jì)中采用較大的直徑來增大壓輥的攫取角,使工作中的壓輥對(duì)物料有較強(qiáng)的攫取力,降低了磨損。用TRIZ進(jìn)行工程參數(shù)選擇,這是欲改善的特征。對(duì)應(yīng)到通用工程參數(shù)中選擇(12)形狀作為欲改善的參數(shù)。
          平模成型機(jī)工作過程壓輥與平模做相向運(yùn)動(dòng),壓輥繞輥軸轉(zhuǎn)動(dòng),不僅有滾動(dòng),也有滑動(dòng)。在擠壓時(shí)對(duì)壓輥與平模的磨損程度很大,易損,維護(hù)困難,工作性能不穩(wěn)定。這就是被惡化的特性,對(duì)應(yīng)到工程參數(shù)中選擇13(結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性)作為惡化的參數(shù)。
          要改進(jìn)的工程參數(shù),主要包括欲改善的參數(shù)和欲惡化的參數(shù),這兩者構(gòu)成系統(tǒng)的一對(duì)技術(shù)矛盾,應(yīng)用TRIZ克服這些矛盾,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。
      3.2矛盾矩陣
          TRIZ把導(dǎo)致技術(shù)矛盾的因素歸納出39個(gè)工程參數(shù)(如表1所示),提供了任意兩個(gè)參數(shù)產(chǎn)生矛盾時(shí),化解該矛盾所使用的40條創(chuàng)新原理。由39個(gè)工程參數(shù)和40條創(chuàng)新原理所構(gòu)成矛盾矩陣。矩陣中第1行為惡化的特征參數(shù),第1列為改善的特征參數(shù)。矛盾矩陣中每個(gè)矩陣元素表示為:所定義技術(shù)矛盾推薦的發(fā)明原理序號(hào),即標(biāo)準(zhǔn)解。按著設(shè)計(jì)思路,根據(jù)本領(lǐng)域的特點(diǎn)將標(biāo)準(zhǔn)解具體化,找到問題的具體解決方法。
      顆粒機(jī)秸稈壓塊機(jī)
      3.3應(yīng)用TRIZ創(chuàng)新原理進(jìn)行安全設(shè)計(jì)
          TRIZ中提供了消除技術(shù)矛盾的40條創(chuàng)新原理。根據(jù)上述分析,得出矛盾矩陣如表2中所描述。由矛盾矩陣得到推薦的創(chuàng)新原理號(hào)為33、01、18、04。
      顆粒機(jī)秸稈壓塊機(jī)
          33--致原則:指定物體相互作用的物體應(yīng)當(dāng)用同一(或性質(zhì)相近的)材料制成。此方法對(duì)本文中定義的技術(shù)矛盾解決無貢獻(xiàn)。
          01-分割原則:①將物體分成獨(dú)立的部分:②使物體成為可拆卸的;③增加物體的分割程度。
          18-機(jī)械振動(dòng)原則:此方法對(duì)本文中定義的技術(shù)矛盾解決無貢獻(xiàn)。
          04-不對(duì)稱原則:①物體的對(duì)稱形式轉(zhuǎn)為不對(duì)稱形式;②如果物體不是對(duì)稱的,則加強(qiáng)它的不對(duì)稱程度。
          克服傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中不安全因素,從人機(jī)安全設(shè)計(jì)的壓輥、輥軸和平模三個(gè)方面出發(fā),根據(jù)不對(duì)稱原則,可將壓輥改變形狀,外形設(shè)計(jì)成錐體。而且圓周方向與平面模板的接觸線速度相同,保證壓輥與平模板間的間隙始終相同,使整個(gè)生產(chǎn)過程中生產(chǎn)率始終不變,耗電量始終一致,降低噪音。
          根據(jù)分割原則將壓輥分成多個(gè)獨(dú)立的壓輥,結(jié)合4號(hào)創(chuàng)新原理,把平模成型機(jī)壓輥改進(jìn)成三個(gè)錐體。當(dāng)壓輥在平模上作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),沒有滑動(dòng)摩擦力可以縮小壓輥與平模的磨損程度;增加機(jī)器的安全性,提高工作過程的穩(wěn)定性,延長(zhǎng)連續(xù)工作時(shí)間。
      3.4改進(jìn)壓輥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算
          根據(jù)前面的分析,對(duì)壓輥結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算。外形圖如圖1。
      顆粒機(jī)秸稈壓塊機(jī)
          首先,在物料摩擦力的作用下壓輥與平模之間是純滾動(dòng),接觸的平模內(nèi)圈直徑為110 mm.外圈直徑為470 mm。要求圓周方向與平模的接觸線速度相同,就要求壓輥的大小直徑與接觸處平模的直徑大小相同或成比例。
          確定壓輥?zhàn)畲笾睆絩i=300m,最小直徑r2-krl,比例系數(shù)k=300/470=0.64,則r2—0.64x110=70.4 mm。
          壓輥與軸安裝孔的尺寸的設(shè)計(jì):小直徑端選取一個(gè)軸承,選取深溝球軸承,型號(hào)62/22,內(nèi)徑d=22 mm,外徑D=50mm,寬度B=14 mm。則小直徑端開孔di=50 mm,長(zhǎng)度比軸承寬度大,用于軸承蓋定位軸承用,,1=17 mm。軸承另一邊用軸肩定位。
      大直徑端選取兩個(gè)軸承,選取深溝球軸承,型號(hào)6211,內(nèi)徑55 mm,外徑Ø=100mm,寬度B1=21 mm。所以大直徑端孔徑d4=100mm,L4=69 mm。兩個(gè)軸承之間用套筒定位,外端用軸承蓋和套筒定位。
      4、結(jié)束語(yǔ)
          (1)壓輥改進(jìn)為錐形,與平模的接觸線速度一致,消除了壓輥和平模間的錯(cuò)位摩擦,減少了阻力,降低了動(dòng)能損耗,延長(zhǎng)了壓輥和平模的使用壽命,降低了生產(chǎn)成本,節(jié)省了人力資源。
          (2)壓輥分成多個(gè)獨(dú)立的壓輥,操作簡(jiǎn)單使用方便,穩(wěn)定性好,檢修方便,增大了壓制面積,提高了生產(chǎn)工作效率。
          (3)壓輥外側(cè)不與物料摩擦,能最大限度地保護(hù)軸承,減少噪聲。
          以TRIZ為工具的安全設(shè)計(jì)可以克服制約生物質(zhì)成型技術(shù)發(fā)展的重要因素,能最大限度地減少事故的發(fā)生,帶來明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。TRIZ解決問題的系統(tǒng)化方法為現(xiàn)實(shí)問題提供了非常有效的工具,可以減少傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中所耗費(fèi)的時(shí)間和精力,提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)安全性。

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