袋装城市生活垃圾的破袋破碎研究.doc

四川大学硕士学位论文3.3 解决方案：3.3.1 第一阶段选择问题步骤1-1 决定解决方案的最终目标如下。A、技术目标是什么？（物体的什么特性必须改变）破袋破碎机可以选择性的破碎垃圾B、解决问题过程中，物体的什么特性是不能改变的？不宜破碎的物料（如玻璃、废电池）不能被破碎3.3.2 第二阶段更准确的定义问题步骤2-1运用专利信息更加准确的定义问题A、其他专利中已经解决的问题和这个问题有多接近？分析专利信息，发现有很多表面上看来很相似的专利3、中国专利（01263077），如图3.5，本实用新型主要由机架、壳体、主轴、旋转式刀架、刀片和电机组成，刀片通过刀轴、刀轴盘甩片式活动的安装于刀架上，刀片呈形并一组一组的排列于刀架上，每组刀片之间其形相互交差设置，当主轴高速旋转时刀片间相互形成一封闭的破切转鼓，能有效的解决塑料袋的缠绕和破袋问题。其甩片式的刀片如遇大块高硬度的物质能够自动让刀让其通过，有效地解决了卡刀的现象。其结构简单、破碎率高，为后道的深度分离、综合利用提供了可靠的条件。图3.5 离心式生活垃圾破碎机因此，根据专利分析，大部分解决方案都是采用离心原理，进行破碎和分离垃圾，这样的特点有：速度越快、冲击力越大，破碎垃圾时产生的剪切力也越大，同时由于离心原理，可以实现对刀具的保护。但是由于刀片的不连续性，相邻间隔的刀具会产生持续的冲击力，会破坏不宜破碎的物件，比如玻璃、陶瓷等，但是速度越慢，又达不到很好的剪切效果。B、类似问题在领先行业内是如何解决的 我们解决类似问题：如何让一个机构具有防缠绕、刀具能够不破碎玻璃、陶瓷等不宜破碎的功能。与这个问题最接近的行业是农业机械（播种机等），垃圾就像耕种的土地，我们看看农业机械中是如何解决这个问题的:中国专利（专利号：200720037264）本实用新型公开了一种播种机防缠绕开沟器，在开沟器立柱的前部固定上下支架和固定销、调节销，防绕辊平行安装在立柱的前侧，防绕辊用多边形钢管制作，当土壤中的杂草，秸秆等纤维物碰到防缠辊时，由于纤维物与防缠辊上的两个棱面的摩擦力不同，纤维物带动防缠辊旋转，从而避免缠绕在立柱或犁铧上，保证了播种施肥质量。 相比较而言，这个专利把刀具和防缠绕机构分开，把缠绕在刀具上的杂物转移到防缠辊上面，然后解决问题。但是这个专利对我们不管用，重点是我们的机构还必须具有分选的功能，这个专利仅仅能解决防缠绕的问题。步骤2-3 按照下面的格式用两句话描叙问题的条件（不用专业术语，也不要明确说明一定要想出、发现或者开发什么东西）A、 给定的系统由什么部件（描叙其部件）组成。B、 部件（描述部件）在什么条件下，产生不希望的结果（描叙结果）。让我们用两句话来描述问题，去掉专业术语，如破袋破碎机、颚式破碎机、粉碎机等（这些让我们想到用于毁坏的技术）：给定系统由机器和垃圾组成；玻璃、电池不能毁坏。（刀玻璃、电池也可以不用，但是这些词已经很通用，所以这些不会限制我们的想象力）步骤2-4 按照步骤2-3的部件列成表部件类型部件A、在本问题的条件下，可以改变、重新设计或者重新调整的部件机器B、在本问题的条件下，难以改变的部件垃圾机器是一个技术物体，可以按照我们的意愿改变形式。垃圾则是自然物，很难改变。因此机器为“A”，垃圾为“B”。3.3.3 第三阶段分析阶段步骤3-1 用下面的形式描述最终理想解：A、 从步骤2-5中选择一个部件；B、 描述它的动作C、 描述它如何实施这个动作（回答这个问题总要用“它自己”这个词）D、 描述它什么时候实施这个动作E、 描述它在什么条件下（限制、要求等）实施这个动作让我们老描述这个最终理想解（IFR）：机器破碎垃圾，消耗能量正常，就像没有不宜破碎的物质（玻璃、电池等）一样。步骤3-2 画两张图：“初始图”（IFR之前的情形）和理想图（实现IFR后的情形）。如图3.6所示图3.6 初始图，机器把垃圾全部打碎；理想图，机器对玻璃不破坏步骤3-3 在“理想图”中，找到步骤3-1A指出的部件，用不同颜色的笔，或其他方法标示在规定的条件下不能实施规定功能的部分。破袋破碎机的由A转轴和B刀片组成，在刀片B的部分当玻璃掉下的时候，不能实现需要的动作，因为刀片B直接剪切着玻璃。步骤3-4 为什么这个部件（自己）不能实施规定的动作？A、 我们希望表示出的那个部分做什么动作？我们希望刀具B不要剪切玻璃B、 什么妨碍它自己实现这个动作？1、刀具是破袋破碎机的主要部分，刀具B是一个固体，具有刚度，并且坚硬，这就是用来破碎垃圾的主要原因。2、刀具被缠绕后，剪切大大降低，无法实现垃圾破碎。C、 上面两步的冲突是什么？刀具B部分应该存在，是船体的主要部分；但是它又不应该存在，因为它会剪切玻璃。同时还要增加机构，在专利分析中方案中，增加机构可以解决缠绕问题，但是这个机构会增大刀具最不宜破碎物损坏。步骤3-5 在什么条件下，这部分可以完成规定的动作？（这一部分应该具有什么参数）由于刀具B是必须的，所以要保留；可是因为它与玻璃产生冲突，因此必须消除这种冲突。步骤3-6 我们应该怎样用这个部件具有3-5描述的特性？玻璃的大小和硬度，还有垃圾的剪切力大小，决定了刀具B的工作状态。我们没有办法精确实时确定垃圾的成分，但是我们可以控制刀具B的工作状态。刀具不一定要在任何时候都是破碎状态，也可以做成不能执行剪切的失效状态。如图3-7所示图3.7 工作状态a是破碎状态，工作状态b是失效状态步骤3-7 归纳一个可以实现的概念。如果有几个概念，就用数字排列起来，把最有希望的排在第一，写下左右的这些概念：1、 破袋破碎机要有足够的剪切力完成破袋和垃圾破碎的功能，根据不宜破碎物和破碎垃圾的硬度差异，通过改变刀具的失效形式来保护对不宜破碎物体。步骤3-8 画一个实现第一个概念的原理图如图3.73.3.4 第四阶段初步分析选定概念步骤4-1 在实施新想法或者新概念的时候，什么变好了，什么变坏了？写下实现了什么，什么变得更加复杂或者更加昂贵？在分析对垃圾中不宜破碎的物体经过破袋破碎机时，要保证完整性，采用刀具失效的得到了改善。因此以不易损坏的物体为研究对象，改善参数：易损坏性恶化参数：有害的扩散和可靠性分别说明：有害的扩散是刀具的失效，增加垃圾中的成分。可靠性是刀具容易发生缠绕，不能可靠的工作。步骤4-2 修改所提出的设备或者方法，是否可能防止要变坏的部分发生？画图表示修改的设备或者方法。 如果采用激光等非接触的破碎方法，就不存在这类问题。步骤4-3 现在什么会变坏（更复杂，更昂贵）？ 采用激光破碎能量消耗更大，因为垃圾中含有70%的水分；激光设备更加昂贵和复杂，在垃圾处理中容易引起火灾。况且在目前的破碎机，趋势是不改变垃圾的物理和化学性质，最好的方式还是采用机械结构。步骤4-4 比较得失：A、哪个更大？B、为什么？ 在比较这些方案当中，机械接触式破碎在目前破碎机行业来说，成本较低，制造简单，更加安全，符合行业要求。但是也不能忽略非接触破碎的概念，因为这个概念帮助我们突破“最大化破碎垃圾”的思维惯性，因为非接触场就像一把刀具，最终都消耗在在垃圾上。3.3.5 第五阶段实施阶段虽然找到了解决问题的思考方向，但是很多的技术矛盾还是得用矛盾矩阵引导，才能更好的把这个概念变成现实研究的对象是不宜损坏的物体步骤5-1 选择矛盾矩阵表中的第1列必须改进的特性：在传统破碎机中，一般都破坏了这些不宜破碎物，为了提高垃圾分类后的利用效果，我们要改善这些不宜破碎物的已损坏性；因此第1列选择为：易损坏性（第38行） 矛盾矩阵分析步骤5-2 A、 假如不考虑损失，如何用任何已知的方法来改进这个特性（从步骤5-1）？B、 如果采用已知的方法，什么特性会恶化？一种改善不宜损坏物的易损坏的特性的办法是改用失效强度低刀片完成。但是失效的刀片会增加垃圾的成分，同时容易缠绕，因此增加了有害的扩散（第30列）和降低了可靠性（第35列）。步骤5-3 在矛盾矩阵里，找到消除技术矛盾的发明原理对分析结果查询矛盾矩阵，找出技术矛盾的解决方案恶化参数改善参数有害的扩散可靠性易损坏性01,35,24,39,19,1328,35,25,36,40,37,05表格说明：表格中的数字代表40条发明原理的相应序号，数字排列顺序是参考的最佳解决原理，顺序是按照相关度来排列的。步骤5-4 研究如何运用这些发明原理A、 分析第一个矛盾改善不宜损坏物易损坏性，刀具的损坏会增加有害的扩散，按照矛盾矩阵的原理应该采用分割的原理，也就是将增加有害扩散的刀具分割出去。继续分析会发现，这种有害因素的发生是在接触不宜损坏物的时候才产生，并不是在任何时候都会发生的。因此按照分割原理可以分为时间分离、空间分离。因此这个可以采用时间分离，分离的时间是当检测到有不宜损坏物的时候发生。根据垃圾中，不宜损坏物与其他物体本质的区别是他们需求的剪切力大小不同，因此根据分离原理，设计的方案有：1、 破袋破碎机要有足够的剪切力完成破袋和垃圾破碎的功能，根据不宜破碎物和破碎垃圾的硬度差异，采用一个避让机构来完成，当小于定值的剪切力的时候，实现对垃圾的破碎功能。当遇到不宜破碎物，剪切力大于定值，刀具避让，想当于原始方案的刀具失效。2、 破袋破碎机可以根据离心力原理决定刀具的失效形式，因为刀具的工作状态是在垃圾剪切力小于定值的情况下工作。3、 破袋破碎机可以通过传感器技术检测到的扭矩来决定刀具的工作状态，因为不宜破碎物被剪切时的扭矩比垃圾破碎工作状态的扭矩大。B、 分析第二个矛盾改善不宜损坏物易损坏性，垃圾容易缠绕刀具，降低了机器的可靠性。按照矛盾矩阵表中，最相关的是自服务原理，也就是说刀具自己本身就能清理本身的缠绕物，而不需要借助辅助和维修操作完成。根据专利案例（专利号：200720037264）一种播种机防缠绕开沟器，和中国专利（专利号：99231727）一种袋装垃圾破袋破碎机的提示，采用一个偏置结构来实现这种防缠绕的功能。刀具周期性的收缩和伸出，外部支撑部件就可以将缠绕剥落。偏置结构的方案选择有两种：1、 采用连杆的偏置结构完成38。2、 采用偏心轮结构完成38。3.3.6 第六阶段综合阶段步骤6-1 决定如何改变我们修改了的系统所属的超系统经过以上两个技术矛盾的分析，