创新思维与方法TRIZ理论林木生物质粉碎机.doc

河南机电高等专科学校创新思维与方法-TRI工程课题信息表 课 题 名 称 ： 林木生物质粉碎机 姓名 ： 何冲 学号： 100218115 系部 ：机电工程系 专业：数控设备应用与维护 班级：数维101班 填 表 日 期 ： 2012.05 指 导 教 师 ： 戚新波 填表说明本表填写内容分为两个阶段：选题阶段和答辩阶段选题阶段是指完成两期培训课程后，学员选定要解决的工程课题，并对问题进行初步的分析，此阶段学员填写前三项内容，并交由指导教师进行初步评审，评审通过后方可进行解决问题的方法实训阶段，按期解决问题并进行答辩，答辩前填写第四项内容，第五项由答辩组根据学员答辩情况，对学员的学习效果进行客观的评价。

1. 摘要要求概括问题的背景、现象、产生的条件、根本原因、解决思路和拟解决的方案（答辩前将解决方案修改为最终方案）2. 问题分析与描述包括以下几个方面的内容：（1）问题背景（对所要研究的问题进行背景介绍，包括国内外现状以及当前的研究热点2）问题描述（具体描述问题的现象、发生条件3）问题分析（应用创新方法中的分析工具对问题进行深入分析，找到问题产生的根本原因4）发明问题确定（根据分析结果，确定要解决的关键点，并定义为发明问题注：问题分析与描述过程中要求分析透彻、图文并茂，以便清晰阐述问题3. 拟采取的解决方案内容要求学员根据第二项内容，初步选择解决问题的工具，制定解决问题的流程，并确定解决问题的初始方案，具体内容要求如下：（1）拟采用的创新理论要求学员根据问题，初步选择合理的问题解决工具，按照一定的流程来解决问题，得到拟解决问题的原理解2）初步解决方案要求学员根据拟解决问题的原理解，结合领域知识，确定初始的问题解决方案3）指导教师意见由教师填写，对学员的分析过程和结果进行评判，确定选题是否符合要求，并给出具体指导意见4. 最终问题解决方案内容要求学员应用创新方法解决问题并完成设计后，归纳解决问题的工具和流程，详细论述问题解决方案，具体内容要求如下：（1）采用的创新理论要求学员按照解决问题过程，分步骤、详细说明如何应用创新方法来解决问题。

2）最终解决方案要求学员详细论述如何根据解决问题的原理解，结合领域知识，确定问题解决方案并完成设计3）指导教师意见由教师填写，从创新设计的角度对学员的分析过程和结果进行评判，确定问题解决过程是否规范以及对学员的创新成果给出具体客观的评价5. 答辩情况是对学员完成培训后，对应用创新方法解决问题的总体评价答辩成绩包括个人陈述和答辩委员会提问两部分，个人陈述要求叙述问题清晰，解决问题的方法合理，最终设计方案可行答辩委员会根据其答辩情况作出评价免责声明本课题作为创新方法培训实践环节考核使用，研究成果申报人可以申请专利或发表学术论文为了保证课题的正常开展，课题申报者需作以下保证：1．本课题内容不危害国家安全，符合国家法律，不存在任何违法内容2．本课题不涉及国家机密3. 本课题不涉及任何个人和企业团体的技术秘密4．在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当使用本课题的内容用于学术活动5. 以上内容如有违反，由申报人本人负责 1. 基本信息工程课题名称林木生物质粉碎机所属领域机械领域开题时间2012.05课题摘要（500字）TRIZ是源于前苏联，建立在专利基础上的一门科学的创造方法学，它成功地揭示了发明创新的背后所遵循的内在规律和原理[1]。

相对于传统的创新方法，TRI的特点是：①TRIZ从不逃避产品设计与开发过程中的工程矛盾，从不采取折衷矛盾或者妥协设计的做法，它强调产品设计与开发的目标是完全解决矛盾，最终以最低的成本、最小的副作用而获得最高的产品性能（理想解）；②TRIZ是基于技术的发展演化规律来研究整个设计与开发过程，而不是随机的试错式行为，因此，基于TRI的创新成果有着无与伦比的高效率和稳定性[2]1.1 TRI的问题模型和工具 当一个技术系统出现向题时，其表现形式是多样的；因此解决问题的手段也是多样的，关键是要区分技术系统的问题属性和产生问题的根源根据问题所表现出来的“参数属性”、“结构属性”和“资源属性”，TRIZ的问题模型共有4种形式：技术矛盾、物理矛盾、物质-场问题、知识使能问题与此相应，TRIZ的工具也有4种：矛盾矩阵、分离原理、标准解系统、知识与效应库1.2 技术矛盾 技术矛盾是指技术系统中两个参数之间存在着相互制约，即在提高技术系统的某个参数时，导致了另一个参数的恶化而产生的矛盾技术矛盾在所有的人工制造物中无处不在、无时不有利用TRIZ往往能够得到较为彻底的解决方法，使矛盾的双方(两个通用工程参数)都达到最优。

TRI技术矛盾解决问题的模式与思路如下：将一个待解决的实际问题转化为利用39个通用工程参数描述的技术矛盾；然后针对这种类型的问题模型，根据矛盾矩阵表从40条创新原理中抽取可利用的原理得出解决方案模型，最终结合现实技术来解决实际问题技术矛盾是由系统中两个因素导致的，这两个因素相互促进、相互制约TRI用阿奇舒勒矛盾矩阵解决技术矛盾，将导致技术矛盾的因素总结成通用参数(改善的参数和恶化的参数)，利用矛盾矩阵找出最有可能解决问题的发明原理 TRI是把创新设计中有待解决的问题作为一些矛盾问题，一个机械系统可能包含很多个矛盾，将其分为“技术矛盾”、“物理矛盾”和“管理矛盾”多功能异形架椅属于纯机械系统，设计时应力求造型简洁和操作方便，不存在子系统间的“管理矛盾”，所以“技术矛盾”和“物理矛盾”的解决是本设计的主要问题2.问题描述与分析（含图解说明）：TRI的系统功能分析是从完成功能的角度来分析系统由哪些组件组成，组件间的相互作用是有利、有害还是中性的在后续的解决方案中，设法调用相关资源，强化有利作用，消除有害作用，从而找到解决问题的多种途径[5]林木生物质粉碎机作为一个技术系统的主功能是粉碎φ60mm以下林木剩余物，子功能有切削、锤击、摩擦、碰撞、筛分、固定，主要组件有粉碎室、刀具（刀片、锤头）、转子、大尺寸木材、中等颗粒木片、小颗粒木屑。

应用亿维讯公司的PRO/Innovator软件，逐一分析各组件间的相互作用，建立系统功能模型如图2所示图2林木生物质粉碎机系统功能模型PRO/Innovator软件自动将系统分析模块产生的所有问题列表，如：大尺寸木材磨损刀片、小颗粒木屑堵塞筛网、大尺寸木材颗粒化不足、筛网分离小木屑效率低等等，提供多个解决问题的路径在功能分析的基础上进行根本原因分析，可以在查询原因的过程中，将表象问题转化，得到更多解决问题的突破口，寻找更多解决问题的资源图3是系统分析模块产生的一个问题“筛网分离小木屑效率低”的根本原因分析示例图3 “筛网分离小木屑效率低”的根本原因分析根本原因分析的目的，是在每一个原因上寻找可能的解决方案以下是分析其中两个原因而产生的解决方案原因1：现有生物质粉碎机粉碎室多为圆形，转子带动锤刀高速旋转形成的环流层带动颗粒旋转，使得颗粒切向速度很快，从而使颗粒跨越筛孔时间过短，影响筛分效率解决方案：在筛网上加凸起的湍流板，如图4所示湍流板设置为椭圆形的面，用耐磨材料制成湍流板使物料环在筛面上高速移动时突遇外力作用而出现短暂的停顿，从而破坏环流层，降低颗粒切向速度，同时增强了对物料的剪切和碰撞作用，提高粉碎效率。

原因2：由于粉碎后的成品颗粒为1mm左右的木屑，重量轻、离心力小，从而导致颗粒的径向速度小，不易通过筛孔解决方案：采用吸风装置，使成品颗粒在鼓风机的吸力作用下，加速通过筛孔，提高筛分效率3.拟采取的解决方案： 由创新原理No. 35“物理化学参数变化”得到的解决方案是：控制原料的含水率 因为木材的塑性随含水率的增加而增大，所以原料含水率过高，会使切削力增大，功率消耗增加而随着含水率的下降，木材发生干缩，胶束之间的内聚力增大，内摩擦系数增高，密度增大，使木材力学强度急剧增加，也会使切削力增大，功率消耗增加可以通过实验测定切削力和原料含水率的关系，找到使切削力最小的最佳含水率由创新原理No. 6“多用性”得到的解决方案是：改进二级粉碎刀具结构，增加其多用性，使其既有切削又有锤打、撕裂作用现有锤片式粉碎机的刀具（锤片）形状如图5所示改进后的刀具采用如图6(a)所示的锤片组和如图6(b)所示的L型甩刀锤片组合锤片组提高了刀具的切削性，增加了破碎作用；L型甩刀锤片增大了旋转打击时与颗粒的接触面积，使物料受到的打击力增大，有助于提高粉碎效率图5锤片的三维图 （a）锤片组（b）L型甩刀锤片图6改进后的刀具由创新原理No. 13“反向作用”没有得到适用的解决方案。

由创新原理No. 18“机械振动”得到的解决方案是：采用振动筛如图4所示，在筛网和机壳之间设置振动机构[7]，筛网通过振动机构和机壳相连当粉碎机在粉碎物料时，锤片打击物料，物料将动力传递到筛网上，筛网在振动机构上振动，使粉碎了的物料能及时通过筛网，提高筛分能力物场模型建立与标准解法应用物场模型用来描述系统中的相互作用或行为，可以描述任何工程系统物场模型可以揭示技术系统的功能机制，描述不同元素间发生的不足的、有害的、过度的或不需要的相互作用，应用76个TRIZ标准解解决相应问题[8]对问题进行物—场分析可知，要粉碎的木屑为S1（目标物），刀具为S2（工具），切削力是F（机械场），如图7为该系统的物—场模型，现有系统完整，但S2对 S1的作用不足应用标准解法“加入添加物”，构建复杂的物场模型如图8所示解决方案为在粉碎室内壁上加装齿板(S3)，如图4所示，增加对物料的摩擦、剪切作用 图7系统的物—场模型 图8新物—场模型生成的备选方案综合分析以上方案，得到创新设计如图9所示图9粉碎机传动和结构示意图工作原理：一级粉碎室里刀盘与锤片采用同轴结构，由电动机通过V带驱动，飞刀随着刀盘作平面运动，底刀固定不动。

当待粉碎物料进入进料口后，刀盘转动使飞刀与底刀形成剪切，将枝条削成片状，通过刀盘上的窄缝进入粉碎室受到锤片的锤击作用粉碎后的木屑通过一级筛网落入二级粉碎室，进一步受到锤片的打击作用和齿板的摩擦撞击作用而粉碎，过筛的成品颗粒在鼓风机的风力作用下飞出出料口未被筛选的粗屑留在粉碎室继续粉碎，直至小于筛网孔被筛出。