秸稈壓塊機(jī)創(chuàng)新設(shè)計(jì)1TRIZ理論1.1TRIZ理論概述TRIZ理論在解決不同領(lǐng)域的創(chuàng)新問題時(shí)有相對應(yīng)的解題模式。首先對問題進(jìn)行定義，通過對問題分析設(shè)定IFR，確定矛盾屬性，最后通過選擇合理工具解決矛盾。水平I的調(diào)整有多種方向，具體細(xì)化到調(diào)整各個(gè)因子以達(dá)到系統(tǒng)功能的要求。技術(shù)矛盾是兩個(gè)參數(shù)之間的矛盾，它的存在是影響系統(tǒng)功能最主要的因素，解決矛盾的途徑可用發(fā)明原理和阿奇舒勒矛盾矩陣表。發(fā)明原理是阿奇舒勒通過對大量發(fā)明專利進(jìn)行研究、分析和總結(jié)得出的40條應(yīng)用原理，具有普遍應(yīng)用性。為避免將40個(gè)發(fā)明原理都分析一遍，阿奇舒勒矛盾矩陣表解決技術(shù)矛盾的主旨是明確一對所要解決的技術(shù)矛盾后直接查詢即可得到解決方案的應(yīng)用工具，通過阿奇舒勒矛盾矩陣確定的發(fā)明原理，結(jié)合實(shí)際需要解決的矛盾，確定組合應(yīng)用原理方案。阿奇舒勒矛盾矩陣表經(jīng)過多年的改進(jìn)，2003年重新提出更加完整的矩陣表：參數(shù)由39個(gè)變?yōu)?8個(gè)，并不再出現(xiàn)空格。1.2TRIZ理論的應(yīng)用TRIZ理論在幾十年的發(fā)展中，歐美等發(fā)達(dá)國家對TRIZ理論的應(yīng)用深入企業(yè)，德國所有名列世界500強(qiáng)的企業(yè)都在應(yīng)用該理論，如西門子、奔馳、寶馬、大眾等著名公司都有專門機(jī)構(gòu)及負(fù)責(zé)人開展對TRIZ理論知識(shí)的培訓(xùn)。美國最成功的實(shí)例福特汽車公司，由TRIZ創(chuàng)新的產(chǎn)品為其每年帶來超過10億美金的銷售利潤。我國對TRIZ理論引入的時(shí)間較晚，并大多應(yīng)用于電子信息集成方面，工程實(shí)例中未見顯赫的成就，但也解決了工程實(shí)例中的設(shè)計(jì)難題，同時(shí)產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。例如，為保證聯(lián)接結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，對可拆卸聯(lián)接設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)；為避免摩擦力矩增加而降低減速器性能，對摩擦片采用雙層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保持力學(xué)性能等。TRIZ理論近年來在車輛工程上對微小零部件的創(chuàng)新改進(jìn)解決了較大的性能問題。由于TRIZ理論誕生的本質(zhì)是對發(fā)明專利的研究總結(jié)，可見，該理論極其適合工程領(lǐng)域中對存在顯著問題的改進(jìn)設(shè)計(jì)及已有設(shè)備的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。2基于TRIZ的立式環(huán)模秸稈壓塊機(jī)創(chuàng)新設(shè)計(jì)2.1立式環(huán)模秸稈壓塊機(jī)的矛盾立式環(huán)模秸稈壓塊機(jī)的工作部件為環(huán)模及壓輥，成型過程在壓輥與環(huán)模圍成的成型室中完成。主動(dòng)部件壓輥將原料不斷送入環(huán)模，堆積的物料將不斷被壓輥擠壓、壓縮出環(huán)模，由于自身重力掉落。立式環(huán)模秸稈壓塊機(jī)雖解決了活塞沖壓式成型機(jī)和螺旋擠壓式成型機(jī)的關(guān)鍵部件磨損嚴(yán)重導(dǎo)致的關(guān)鍵部件壽命短和單機(jī)生產(chǎn)量低的問題，但尚未在此基礎(chǔ)上提高生產(chǎn)率。生產(chǎn)率的提高會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的功率增加而使噸產(chǎn)品能耗降低，影響設(shè)備的性能。阿奇舒勒總結(jié)的48個(gè)通用工程參數(shù)中，對立式環(huán)模秸稈壓塊機(jī)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)參數(shù)確定為生產(chǎn)率的提高對功率的增加；生產(chǎn)率的提高對靜止物體消耗的能量（能量是靜止物體做功的一種量度，能量包括電能、熱能及核能等）的增加。圖1為TRIZ理論在立式環(huán)模成型機(jī)上的解題步驟。2.2創(chuàng)新設(shè)計(jì)的矛盾解決原理創(chuàng)新設(shè)計(jì)中核心問題是解決矛盾，矛盾又分為管理矛盾、技術(shù)矛盾和物理矛盾。對立式環(huán)模秸稈壓塊機(jī)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)需要解決的矛盾為技術(shù)矛盾。技術(shù)矛盾對應(yīng)的48個(gè)通用特征參數(shù)為No.44生產(chǎn)率、No.17靜止物體消耗的能量和No.18功率。阿奇舒勒矛盾矩陣表是TRIZ理論中創(chuàng)新解決技術(shù)矛盾的主要工具，濃縮了對大量專利研究所取得的成果。為方便查找，結(jié)合工程參數(shù)與發(fā)明原理建立的關(guān)系，整理成4848的矩陣。對阿奇舒勒矛盾矩陣表的應(yīng)用見表1。相對應(yīng)應(yīng)用于創(chuàng)新設(shè)計(jì)的40條發(fā)明原理見表2，其中No.17維數(shù)變化原則對立式環(huán)模壓塊機(jī)關(guān)鍵部件的創(chuàng)新設(shè)計(jì)也具有意義，列支說明。2.3發(fā)明原理的應(yīng)用根據(jù)阿奇舒勒矛盾矩陣表確定的發(fā)明原理組合對立式環(huán)模秸稈壓塊機(jī)進(jìn)行以解決生產(chǎn)率低、能耗高為目的的創(chuàng)新設(shè)計(jì)分析。應(yīng)用No.1分割原則和No.5組合原則，將成型室中的模塊設(shè)計(jì)成獨(dú)立、可拆卸的分體式部分，模塊組合成完整的環(huán)模；對于主要失效形式為摩擦磨損的模塊，可進(jìn)行局部替換，避免整鑄時(shí)局部磨損嚴(yán)重失效導(dǎo)致的更換整體造成的成本增加。應(yīng)用No.2抽取原則和No.3局部質(zhì)量原則，將物體中的關(guān)鍵部件環(huán)模與壓輥挑選、分離出來；為提高生產(chǎn)率保證關(guān)鍵部件連續(xù)工作，模塊、壓輥表面進(jìn)行噴涂處理以提高其耐磨強(qiáng)度。3試驗(yàn)3.1試驗(yàn)儀器及參數(shù)2014年9月在河北省邢臺(tái)市某生物質(zhì)成型燃料廠進(jìn)行壓塊成型調(diào)試與生產(chǎn)性試驗(yàn)，試驗(yàn)采用自然晾曬24h以上的糠醛渣為原料，粒度為60.15mm，含水率為26.2%。測試儀器：1011A型電熱鼓風(fēng)干燥箱、PL2002型電子天平（精度0.01g）、KEW6310型電能質(zhì)量分析儀、KER2400型轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)機(jī)等。試驗(yàn)參數(shù)包括成型率、生產(chǎn)率、噸料能耗、密度、機(jī)械耐久性。3.2結(jié)果與分析試驗(yàn)設(shè)備模輥間隙為1.2mm，主軸轉(zhuǎn)速為163r/min。試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。試驗(yàn)結(jié)果表明，在正常運(yùn)行狀態(tài)下，立式雙層環(huán)模壓塊機(jī)的產(chǎn)品各項(xiàng)性能指標(biāo)均能夠達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。其中，上、下層環(huán)模成型燃料的密度有所差距，但均達(dá)到1.0g/cm3的高密度標(biāo)準(zhǔn)。立式雙層環(huán)模成型壓塊機(jī)的產(chǎn)品試驗(yàn)結(jié)果表明：設(shè)備生產(chǎn)率為2519kg/h，產(chǎn)品能耗為25.86kWh/t；上層環(huán)模產(chǎn)品密度為1.13g/cm3，下層密度為1.22g/cm3；成型燃料上層產(chǎn)品機(jī)械耐久性為96%，下層為97.7%；成型率為96.2%。試驗(yàn)結(jié)果說明：基于TRIZ理論設(shè)計(jì)的成型結(jié)構(gòu)，不僅能夠提高設(shè)備的工作小時(shí)的生產(chǎn)率，噸料能耗沒有呈相應(yīng)比例的增加，能夠滿足生活生產(chǎn)對產(chǎn)率的需求；而且物料的密度較大，出現(xiàn)下層產(chǎn)品質(zhì)量大于上層物料的現(xiàn)象，對產(chǎn)品質(zhì)量的密度呈可觀性影響；由于密度的差別，對產(chǎn)品的機(jī)械耐久性也存在相應(yīng)的差別。4結(jié)論運(yùn)用TRIZ理論，對立式環(huán)模壓塊機(jī)的生產(chǎn)率低、功率高的問題進(jìn)行分析；對系統(tǒng)進(jìn)行問題分析，設(shè)定系統(tǒng)中的最終理想解（IFR），確定技術(shù)矛盾（提高生產(chǎn)率將會(huì)導(dǎo)致功耗與能量的升高），運(yùn)用阿奇舒勒矛盾矩陣表確定40條發(fā)明原理中適合解決系統(tǒng)矛盾的原理。確定創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案：利用原則1與原則5將模塊設(shè)計(jì)成獨(dú)立、可拆卸的分體式；原則2與原則3對模塊表面混合粉末進(jìn)行表面噴涂；原則4將模塊改進(jìn)為非對稱形式，定位孔中心線與環(huán)?？字行木€偏差4.3；原則17將單層模塊改進(jìn)為雙層模塊。立式雙層環(huán)模成型壓塊機(jī)的產(chǎn)品經(jīng)試驗(yàn)測試，設(shè)備生產(chǎn)率為2519kg/h，產(chǎn)品能耗為25.86kWh/t；上層環(huán)模產(chǎn)品密度為1.13g/cm3，下層密度為1.22g/cm3；成型燃料上層產(chǎn)品機(jī)械耐久性為96%，下層為97.7%；成型率為96.2%。結(jié)果表明，基于TRIZ理論對成型關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)明顯提高了設(shè)備的工作小時(shí)的生產(chǎn)率，而噸料能耗沒有呈相應(yīng)比例的增加；雙層成型壓塊質(zhì)量均滿足高密度產(chǎn)品要求，為提高成型設(shè)備的生產(chǎn)質(zhì)量需求提供可靠數(shù)據(jù)。