2 技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則在粉碎機創(chuàng)新安全設(shè)計中的應(yīng)用
2.1 問題描述
隨著能源需求壓力加大和林木質(zhì)能源顯著優(yōu)勢的逐漸突出，國內(nèi)外加快了對林木再生能源研發(fā)的步伐。而大部分林木生物質(zhì)原料在開發(fā)利用前期都需要進(jìn)行粉碎加工處理，以便進(jìn)一步加工利用。迄今市場上還沒有專為林木生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)化設(shè)計制造的粉碎機，多用秸稈還田粉碎機、林業(yè)碎木機械以及飼料產(chǎn)業(yè)的牧草秸稈粉碎揉搓設(shè)備等替代，其中錘片式粉碎機應(yīng)用最為廣泛。
錘片式粉碎機結(jié)構(gòu)如圖3所示。工作時，將物料由進(jìn)料口送人粉碎室，首先被錘片打擊，得到一定程度的粉碎，同時以較高的速度甩向固定在粉碎室內(nèi)部的齒板和篩網(wǎng)上，受到齒板的碰撞和篩網(wǎng)的搓擦而進(jìn)一步粉碎。在粉碎室中如此重復(fù)進(jìn)行，直至粉碎到可通過篩孔為止。
圖3 錘片式粉碎機
粉碎機在工作過程中轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速很高且有多把刀具同時高速切削物料，極易發(fā)生安全事故。因此，在產(chǎn)品設(shè)計時必須充分考慮安全性。鑒于安全系統(tǒng)具有非線性、混沌、分形、模糊性等復(fù)雜特性，而安全科學(xué)具有高度綜合、跨學(xué)科和橫斷、交叉以及復(fù)雜的系統(tǒng)性，因此，筆者嘗試應(yīng)用TRIZ進(jìn)化理論進(jìn)行創(chuàng)新安全設(shè)計。
2.2 S-曲線分析
所設(shè)計的林木生物質(zhì)粉碎機是一種為滿足新需求出現(xiàn)的新產(chǎn)品，現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)有許多設(shè)計問題和難題，可靠性差、效率低，缺乏人力、物力、財力的投入，發(fā)展緩慢。按照S-曲線各個階段的特征，現(xiàn)有產(chǎn)品處于初始期。
建議加大研發(fā)力度，設(shè)法提高系統(tǒng)的有用功能，降低成本和有害功能。
2.3 技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化預(yù)測
應(yīng)用完備性法則、能量傳遞法則、協(xié)調(diào)性法則、提高理想度法則和動態(tài)性進(jìn)化法則分析當(dāng)前技術(shù)系統(tǒng)特征，確定系統(tǒng)所處的位置；預(yù)測下一代產(chǎn)品可能的結(jié)構(gòu)狀態(tài)或應(yīng)用的原理，產(chǎn)生創(chuàng)新設(shè)計方案。
2.3.1 應(yīng)用完備性法則
系統(tǒng)的動力裝置是電動機，傳輸裝置足主軸傳動系統(tǒng)，執(zhí)行裝置是粉碎刀具，缺少控制其他組件協(xié)調(diào)動作以實現(xiàn)系統(tǒng)功能的控制裝置。應(yīng)用完備性法則進(jìn)行進(jìn)化預(yù)測和產(chǎn)品構(gòu)思，可以增加系統(tǒng)的控制裝置，向人工更少介入的方向發(fā)展。
構(gòu)思方案：應(yīng)用變速電動機，根據(jù)產(chǎn)量和粉碎粒度的不同要求選擇不同的主軸轉(zhuǎn)速。
2.3.2 應(yīng)用能量傳遞法則
系統(tǒng)的進(jìn)化是沿著縮短能量傳遞路徑，減少能量損失，提高能量傳遞效率的方向發(fā)展。
減少能量損失的途徑有：①縮短能量傳遞路徑，減少傳遞過程中的能量損失；②最好用一種能量或場貫穿系統(tǒng)的整個工作過程，減少能量形式的轉(zhuǎn)換導(dǎo)致的能量損失；③如果系統(tǒng)組件可以更換，可將不易控制的場更換為更易控制的場，按照機械場-聲場-熱場-化學(xué)場-電場-磁場／電磁場的順序，場的可控性增加，能量傳遞效率提高。
目前粉碎設(shè)備用的是機械場，有效能量的利用率大約僅占0.3%-0.6%。這是由于在物料粉碎過程中，會產(chǎn)生發(fā)熱、振動和摩擦等作用，約有95%-99%的能量轉(zhuǎn)化為熱而逸散，使能源大量消耗。
構(gòu)思方案：可采用熱場，利用爆炸、壓力方式粉碎物料，提高能量傳遞效率。
