TRIZ理论在逆流冷却干燥机分料系统改进过程中的应用

文/中国农业机械化科学研究院科技部 李少华

TRIZ理论在逆流冷却干燥机分料系统改进过程中的应用

文/中国农业机械化科学研究院科技部 李少华

TRIZ的中文解释是“发明问题解决理论”，字面意思可以理解为解决实际问题特别是发明问题的理论；但隐含的意思是由解决发明问题而最终实现技术和管理创新。它以哲学思想为指导、以专利分析为理论来源、以系统科学特别是思维科学为支撑、以技术进化法则为理论基础，有基本概念，有各类问题分析、问题求解工具和解题流程，是一个比较完整并不断发展着的理论体系。运用TRIZ理论，可大大加快人们创造发明的进程而且能得到高质量的创新产品。

逆流冷却干燥机是新型的颗粒物料干燥冷却设备，主要用于残留水分高的膨化物料和颗粒饲料的干燥冷却，适用颗粒直径为Φ 1.5 ～Φ 8mm 。另外也可用于有机复合肥料、谷物等其他颗粒物料的干燥冷却。逆流冷却干燥机分料系统主要有分料盘、减速机、万向联轴器、驱动电机、立轴、料耙等工作部件，当箱体面积比较大的时候，布料不均匀，料耙被料埋没时，会造成减速电机损坏的后果。因此，利用TRIZ创新理论中的问题分析方法，对逆流冷却干燥机分料系统问题进行了全面的资源分析和因果分析，从而找到了可行的工程技术问题解决方案。

发现问题

逆流冷却干燥机对物料进行冷却干燥，经加热后空气从机器底部进入，向上穿过物料层，从顶部排出，热物料从机器上部进入，底部排出。由于物料与空气之间存在温度差和湿度差，两者在接触过程中不断进行传热、传质，物料中的水分以水蒸汽的形式被空气携带走，使物料中的水份不断减少，又由于水分蒸发时要吸收热量，所以物料温度不断降低，从而达到冷却和干燥的目的。

物料进入逆流冷却干燥机，形成物料层的过程，是利用驱动电机通过万向轴把动力传给分料减速机，分料减速机再带动分料盘和料耙旋转，当物料从上部落下，经过倾斜分料盘滑落到箱体底部，再用料耙把料均匀分布。

图1 逆流冷却干燥机分料系统图

逆流冷却干燥机中热风和物料直接接触，传热、传质效果高，在较短时间内即可达到冷却干燥效果，因此处理大产量物料时，多采用逆流冷却干燥机。但是要处理大产量的物料，干燥机箱体面积就要相应增大，单位时间内落料量增加，分料盘不能均匀的分料，导致物料在一些地方堆积，压埋料耙，阻挡料耙正常旋转，最终会导致减速电机损坏。

图2 逆流冷却干燥机分料系统工作时主要问题示意图

因此，我们思考，是否能将分料盘及料耙的形式改进，使分料均匀，延长减速机(整机)寿命，特别是当干燥机箱体面积很大的时候，仍然能够比较均匀的分料，并且能照顾到箱体拆卸、运输、装配问题。

分析问题

我们将逆流冷却干燥机分料系统作为技术系统，依照TRIZ理论创新问题的求解流程(如图3所示)对上述存在的问题进行求解。首先根据技术系统组件的层次构建了组件模型，(如图4所示)

图3 创新问题的求解流程图

图4 系统组件模型

同时，我们对逆流冷却干燥机分料系统进行系统功能分析(如图5所示)。

图5 技术系统功能分析图

通过对简化后的逆流冷却干燥机分料技术系统应用三轴分析法进行因果轴分析(如图6所示)，对当箱体面积比较大，布料不均匀，料耙被料埋没时，减速电机损坏现象的因果关系进行倒推，我们得出了该问题产生的根本原因，从而发现并确定解决问题的入手点：分料盘及料耙形式的改进。

图6 系统因果轴分析示意图

解决问题

通过对上述根本原因的分析，我们发现分料不均匀，是由于分料盘尺寸小，解决办法是增加分料盘尺寸，使分料盘布料面积增大，但是这会使分料盘重量增加，负荷加大。解决这一技术矛盾，应用TRIZ理论中的创新原理——增加不对称性原理，将物体的对称外形变为不对称。解决方案是采取不对称结构来平衡重量差异，增大分料盘的尺寸，大悬伸端采取框架结构，小悬伸端采取实体结构(如图7)。

另外，一方面想增加料耙的面积以增加料耙的强度，但增加了阻力；另一方面想减少料耙的面积以降低与物料的阻力，但料耙强度降低。解决这一物理矛盾，应用TRIZ理论中的创新原理——矛盾属性空间分离原理，解决方案是优化分料耙结构，采用断续的凸台结构(如图8)。

最终，我们将两个备选方案综合起来使用，一方面增大分料盘的尺寸，大悬伸端采取框架结构，小悬伸端采取实体结构；另一方面料耙采用断续的凸台结构，达到了较好的效果。(如图9)。

图7 备选方案1

图8 备选方案2

图9 改进后的逆流冷却干燥机分料系统结构示意图

通过采用TRIZ理论的分析问题方法和解决问题方法，找到了当箱体面积比较大，布料不均匀，料耙被料埋没时，减速电机损坏现象的原因，并利用系统的资源，采用增加不对称性原理、矛盾属性空间分离原理等，完成了对逆流冷却干燥机分料系统结构的改进。

责编/吴浪