袋裝城市生活垃圾的破袋破碎研究

1、3.3 解決方案： 第一階段選擇問題步驟1-1 決定解決方案的最終目標(biāo)如下。A、技術(shù)目標(biāo)是什么？（物體的什么特性必須改變）破袋破碎機(jī)可以選擇性的破碎垃圾B、解決問題過程中，物體的什么特性是不能改變的？不宜破碎的物料（如玻璃、廢電池）不能被破碎3.3.2 第二階段更準(zhǔn)確的定義問題步驟2-1運(yùn)用專利信息更加準(zhǔn)確的定義問題A、其他專利中已經(jīng)解決的問題和這個(gè)問題有多接近？分析專利信息，發(fā)現(xiàn)有很多表面上看來很相似的專利3、中國專利（01263077），如圖3.5，本實(shí)用新型主要由機(jī)架、殼體、主軸、旋轉(zhuǎn)式刀架、刀片和電機(jī)組成，刀片通過刀軸、刀軸盤甩片式活動(dòng)的安裝于刀架上，刀片呈形并一組一組的排列于刀架上，

2、每組刀片之間其形相互交差設(shè)置，當(dāng)主軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)刀片間相互形成一封閉的破切轉(zhuǎn)鼓，能有效的解決塑料袋的纏繞和破袋問題。其甩片式的刀片如遇大塊高硬度的物質(zhì)能夠自動(dòng)讓刀讓其通過，有效地解決了卡刀的現(xiàn)象。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、破碎率高，為后道的深度分離、綜合利用提供了可靠的條件。圖3.5 離心式生活垃圾破碎機(jī)因此，根據(jù)專利分析，大部分解決方案都是采用離心原理，進(jìn)行破碎和分離垃圾，這樣的特點(diǎn)有：速度越快、沖擊力越大，破碎垃圾時(shí)產(chǎn)生的剪切力也越大，同時(shí)由于離心原理，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)刀具的保護(hù)。但是由于刀片的不連續(xù)性，相鄰間隔的刀具會(huì)產(chǎn)生持續(xù)的沖擊力，會(huì)破壞不宜破碎的物件，比如玻璃、陶瓷等，但是速度越慢，又達(dá)不到很好的剪切效

3、果。B、類似問題在領(lǐng)先行業(yè)內(nèi)是如何解決的 我們解決類似問題：如何讓一個(gè)機(jī)構(gòu)具有防纏繞、刀具能夠不破碎玻璃、陶瓷等不宜破碎的功能。與這個(gè)問題最接近的行業(yè)是農(nóng)業(yè)機(jī)械（播種機(jī)等），垃圾就像耕種的土地，我們看看農(nóng)業(yè)機(jī)械中是如何解決這個(gè)問題的:中國專利（專利號(hào)：200720037264）本實(shí)用新型公開了一種播種機(jī)防纏繞開溝器，在開溝器立柱的前部固定上下支架和固定銷、調(diào)節(jié)銷，防繞輥平行安裝在立柱的前側(cè)，防繞輥用多邊形鋼管制作，當(dāng)土壤中的雜草，秸稈等纖維物碰到防纏輥時(shí)，由于纖維物與防纏輥上的兩個(gè)棱面的摩擦力不同，纖維物帶動(dòng)防纏輥旋轉(zhuǎn)，從而避免纏繞在立柱或犁鏵上，保證了播種施肥質(zhì)量。 相比較而言，這個(gè)專利把刀

4、具和防纏繞機(jī)構(gòu)分開，把纏繞在刀具上的雜物轉(zhuǎn)移到防纏輥上面，然后解決問題。但是這個(gè)專利對(duì)我們不管用，重點(diǎn)是我們的機(jī)構(gòu)還必須具有分選的功能，這個(gè)專利僅僅能解決防纏繞的問題。步驟2-3 按照下面的格式用兩句話描敘問題的條件（不用專業(yè)術(shù)語，也不要明確說明一定要想出、發(fā)現(xiàn)或者開發(fā)什么東西）A、 給定的系統(tǒng)由什么部件（描敘其部件）組成。B、 部件（描述部件）在什么條件下，產(chǎn)生不希望的結(jié)果（描敘結(jié)果）。讓我們用兩句話來描述問題，去掉專業(yè)術(shù)語，如破袋破碎機(jī)、顎式破碎機(jī)、粉碎機(jī)等（這些讓我們想到用于毀壞的技術(shù)）：給定系統(tǒng)由機(jī)器和垃圾組成；玻璃、電池不能毀壞。（刀玻璃、電池也可以不用，但是這些詞已經(jīng)很通用，所以這

5、些不會(huì)限制我們的想象力）步驟2-4 按照步驟2-3的部件列成表部件類型部件A、在本問題的條件下，可以改變、重新設(shè)計(jì)或者重新調(diào)整的部件機(jī)器B、在本問題的條件下，難以改變的部件垃圾機(jī)器是一個(gè)技術(shù)物體，可以按照我們的意愿改變形式。垃圾則是自然物，很難改變。因此機(jī)器為“A”，垃圾為“B”。 第三階段分析階段步驟3-1 用下面的形式描述最終理想解：A、 從步驟2-5中選擇一個(gè)部件；B、 描述它的動(dòng)作C、 描述它如何實(shí)施這個(gè)動(dòng)作（回答這個(gè)問題總要用“它自己”這個(gè)詞）D、 描述它什么時(shí)候?qū)嵤┻@個(gè)動(dòng)作E、 描述它在什么條件下（限制、要求等）實(shí)施這個(gè)動(dòng)作讓我們老描述這個(gè)最終理想解（IFR）：機(jī)器破碎垃圾，消耗能

6、量正常，就像沒有不宜破碎的物質(zhì)（玻璃、電池等）一樣。步驟3-2 畫兩張圖：“初始圖”（IFR之前的情形）和理想圖（實(shí)現(xiàn)IFR后的情形）。如圖3.6所示圖3.6 初始圖，機(jī)器把垃圾全部打碎；理想圖，機(jī)器對(duì)玻璃不破壞步驟3-3 在“理想圖”中，找到步驟3-1A指出的部件，用不同顏色的筆，或其他方法標(biāo)示在規(guī)定的條件下不能實(shí)施規(guī)定功能的部分。破袋破碎機(jī)的由A轉(zhuǎn)軸和B刀片組成，在刀片B的部分當(dāng)玻璃掉下的時(shí)候，不能實(shí)現(xiàn)需要的動(dòng)作，因?yàn)榈镀珺直接剪切著玻璃。步驟3-4 為什么這個(gè)部件（自己）不能實(shí)施規(guī)定的動(dòng)作？A、 我們希望表示出的那個(gè)部分做什么動(dòng)作？我們希望刀具B不要剪切玻璃B、 什么妨礙它自己實(shí)現(xiàn)這個(gè)動(dòng)

7、作？1、刀具是破袋破碎機(jī)的主要部分，刀具B是一個(gè)固體，具有剛度，并且堅(jiān)硬，這就是用來破碎垃圾的主要原因。2、刀具被纏繞后，剪切大大降低，無法實(shí)現(xiàn)垃圾破碎。C、 上面兩步的沖突是什么？刀具B部分應(yīng)該存在，是船體的主要部分；但是它又不應(yīng)該存在，因?yàn)樗鼤?huì)剪切玻璃。同時(shí)還要增加機(jī)構(gòu)，在專利分析中方案中，增加機(jī)構(gòu)可以解決纏繞問題，但是這個(gè)機(jī)構(gòu)會(huì)增大刀具最不宜破碎物損壞。步驟3-5 在什么條件下，這部分可以完成規(guī)定的動(dòng)作？（這一部分應(yīng)該具有什么參數(shù)）由于刀具B是必須的，所以要保留；可是因?yàn)樗c玻璃產(chǎn)生沖突，因此必須消除這種沖突。步驟3-6 我們應(yīng)該怎樣用這個(gè)部件具有3-5描述的特性？玻璃的大小和硬度，還有

8、垃圾的剪切力大小，決定了刀具B的工作狀態(tài)。我們沒有辦法精確實(shí)時(shí)確定垃圾的成分，但是我們可以控制刀具B的工作狀態(tài)。刀具不一定要在任何時(shí)候都是破碎狀態(tài)，也可以做成不能執(zhí)行剪切的失效狀態(tài)。如圖3-7所示圖3.7 工作狀態(tài)a是破碎狀態(tài)，工作狀態(tài)b是失效狀態(tài)步驟3-7 歸納一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)的概念。如果有幾個(gè)概念，就用數(shù)字排列起來，把最有希望的排在第一，寫下左右的這些概念：1、 破袋破碎機(jī)要有足夠的剪切力完成破袋和垃圾破碎的功能，根據(jù)不宜破碎物和破碎垃圾的硬度差異，通過改變刀具的失效形式來保護(hù)對(duì)不宜破碎物體。步驟3-8 畫一個(gè)實(shí)現(xiàn)第一個(gè)概念的原理圖如圖3.7 第四階段初步分析選定概念步驟4-1 在實(shí)施新想法或

9、者新概念的時(shí)候，什么變好了，什么變壞了？寫下實(shí)現(xiàn)了什么，什么變得更加復(fù)雜或者更加昂貴？在分析對(duì)垃圾中不宜破碎的物體經(jīng)過破袋破碎機(jī)時(shí)，要保證完整性，采用刀具失效的得到了改善。因此以不易損壞的物體為研究對(duì)象，改善參數(shù)：易損壞性惡化參數(shù)：有害的擴(kuò)散和可靠性分別說明：有害的擴(kuò)散是刀具的失效，增加垃圾中的成分?？煽啃允堑毒呷菀装l(fā)生纏繞，不能可靠的工作。步驟4-2 修改所提出的設(shè)備或者方法，是否可能防止要變壞的部分發(fā)生？畫圖表示修改的設(shè)備或者方法。 如果采用激光等非接觸的破碎方法，就不存在這類問題。步驟4-3 現(xiàn)在什么會(huì)變壞（更復(fù)雜，更昂貴）？ 采用激光破碎能量消耗更大，因?yàn)槔泻?0%的水分；激光設(shè)

10、備更加昂貴和復(fù)雜，在垃圾處理中容易引起火災(zāi)。況且在目前的破碎機(jī)，趨勢(shì)是不改變垃圾的物理和化學(xué)性質(zhì)，最好的方式還是采用機(jī)械結(jié)構(gòu)。步驟4-4 比較得失：A、哪個(gè)更大？B、為什么？ 在比較這些方案當(dāng)中，機(jī)械接觸式破碎在目前破碎機(jī)行業(yè)來說，成本較低，制造簡(jiǎn)單，更加安全，符合行業(yè)要求。但是也不能忽略非接觸破碎的概念，因?yàn)檫@個(gè)概念幫助我們突破“最大化破碎垃圾”的思維慣性，因?yàn)榉墙佑|場(chǎng)就像一把刀具，最終都消耗在在垃圾上。 第五階段實(shí)施階段雖然找到了解決問題的思考方向，但是很多的技術(shù)矛盾還是得用矛盾矩陣引導(dǎo)，才能更好的把這個(gè)概念變成現(xiàn)實(shí)研究的對(duì)象是不宜損壞的物體步驟5-1 選擇矛盾矩陣表中的第1列必須改進(jìn)的特

11、性：在傳統(tǒng)破碎機(jī)中，一般都破壞了這些不宜破碎物，為了提高垃圾分類后的利用效果，我們要改善這些不宜破碎物的已損壞性；因此第1列選擇為：易損壞性（第38行） 矛盾矩陣分析步驟5-2 A、 假如不考慮損失，如何用任何已知的方法來改進(jìn)這個(gè)特性（從步驟5-1）？B、 如果采用已知的方法，什么特性會(huì)惡化？一種改善不宜損壞物的易損壞的特性的辦法是改用失效強(qiáng)度低刀片完成。但是失效的刀片會(huì)增加垃圾的成分，同時(shí)容易纏繞，因此增加了有害的擴(kuò)散（第30列）和降低了可靠性（第35列）。步驟5-3 在矛盾矩陣?yán)?，找到消除技術(shù)矛盾的發(fā)明原理對(duì)分析結(jié)果查詢矛盾矩陣，找出技術(shù)矛盾的解決方案惡化參數(shù)改善參數(shù)有害的擴(kuò)散可靠性易損壞

12、性01,35,24,39,19,1328,35,25,36,40,37,05表格說明：表格中的數(shù)字代表40條發(fā)明原理的相應(yīng)序號(hào)，數(shù)字排列順序是參考的最佳解決原理，順序是按照相關(guān)度來排列的。步驟5-4 研究如何運(yùn)用這些發(fā)明原理A、 分析第一個(gè)矛盾改善不宜損壞物易損壞性，刀具的損壞會(huì)增加有害的擴(kuò)散，按照矛盾矩陣的原理應(yīng)該采用分割的原理，也就是將增加有害擴(kuò)散的刀具分割出去。繼續(xù)分析會(huì)發(fā)現(xiàn)，這種有害因素的發(fā)生是在接觸不宜損壞物的時(shí)候才產(chǎn)生，并不是在任何時(shí)候都會(huì)發(fā)生的。因此按照分割原理可以分為時(shí)間分離、空間分離。因此這個(gè)可以采用時(shí)間分離，分離的時(shí)間是當(dāng)檢測(cè)到有不宜損壞物的時(shí)候發(fā)生。根據(jù)垃圾中，不宜損壞物

13、與其他物體本質(zhì)的區(qū)別是他們需求的剪切力大小不同，因此根據(jù)分離原理，設(shè)計(jì)的方案有：1、 破袋破碎機(jī)要有足夠的剪切力完成破袋和垃圾破碎的功能，根據(jù)不宜破碎物和破碎垃圾的硬度差異，采用一個(gè)避讓機(jī)構(gòu)來完成，當(dāng)小于定值的剪切力的時(shí)候，實(shí)現(xiàn)對(duì)垃圾的破碎功能。當(dāng)遇到不宜破碎物，剪切力大于定值，刀具避讓，想當(dāng)于原始方案的刀具失效。2、 破袋破碎機(jī)可以根據(jù)離心力原理決定刀具的失效形式，因?yàn)榈毒叩墓ぷ鳡顟B(tài)是在垃圾剪切力小于定值的情況下工作。3、 破袋破碎機(jī)可以通過傳感器技術(shù)檢測(cè)到的扭矩來決定刀具的工作狀態(tài)，因?yàn)椴灰似扑槲锉患羟袝r(shí)的扭矩比垃圾破碎工作狀態(tài)的扭矩大。B、 分析第二個(gè)矛盾改善不宜損壞物易損壞性，垃圾容易纏繞刀具，降低了機(jī)器的可靠性。按照矛盾矩陣表中，最相關(guān)的是自服務(wù)原理，也就是說刀具自己本身就能清理本身的纏繞物，而不需要借助輔助和維修操作完成。根據(jù)專利案例（專利號(hào)：200720037264）一種播種機(jī)防纏繞開溝器，和中國專利（專利號(hào)：99231727）一種袋裝垃圾破袋破碎機(jī)的提示，采用一個(gè)偏置結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)這種防纏繞的功能。刀具周期性的收縮和伸出，外部支撐部件就可以將纏繞剝落。偏置結(jié)構(gòu)的方案選擇有兩種：1、 采用連桿的偏置結(jié)構(gòu)完成38。2、 采用偏心輪結(jié)構(gòu)完成38。 第六階段綜合階段步驟6-1 決定如何改變我們修改了的系統(tǒng)所屬的超系統(tǒng)經(jīng)過以上兩個(gè)技術(shù)矛盾的分析，