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如下。A、技術目標是什么？（物體的什么特性必須改變）破袋破碎機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 第二階段更準確的定義問題步驟2-1運用專利信息更加準確的定義問題A、其他專利中已經解決的問題和這個問題有多接近？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，本實用新型主要由機架、殼體、主軸、旋轉式刀架、刀片和電機組成，刀片通過刀軸、刀軸盤甩片式活動的安裝于刀架上，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置，當主軸高速旋轉時刀片間相互形成一封閉的破切轉鼓，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能夠自動讓刀讓其通過，有效地解決了卡刀的現(xiàn)象。其結構簡單、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因此，根據專利分析，大部分解決方案都是采用離心原理，進行破碎和分離垃圾，這樣的特點有：速度越快、沖擊力越大，破碎垃圾時產生的剪切力也越大，同時由于離心原理，可以實現(xiàn)對刀具的保護。但是由于刀片的不連續(xù)性，相鄰間隔的刀具會產生持續(xù)的沖擊力，會破壞不宜破碎的物件，比如玻璃、陶瓷等，但是速度越慢，又達不到很好的剪切效

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

4、具和防纏繞機構分開，把纏繞在刀具上的雜物轉移到防纏輥上面，然后解決問題。但是這個專利對我們不管用，重點是我們的機構還必須具有分選的功能，這個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，產生不希望的結果（描敘結果）。讓我們用兩句話來描述問題，去掉專業(yè)術語，如破袋破碎機、顎式破碎機、粉碎機等（這些讓我們想到用于毀壞的技術）：給定系統(tǒng)由機器和垃圾組成；玻璃、電池不能毀壞。（刀玻璃、電池也可以不用，但是這些詞已經很通用，所以這

5、些不會限制我們的想象力）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、重新設計或者重新調整的部件機器B、在本問題的條件下，難以改變的部件垃圾機器是一個技術物體，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中選擇一個部件；B、 描述它的動作C、 描述它如何實施這個動作（回答這個問題總要用“它自己”這個詞）D、 描述它什么時候實施這個動作E、 描述它在什么條件下（限制、要求等）實施這個動作讓我們老描述這個最終理想解（IFR）：機器破碎垃圾，消耗能

6、量正常，就像沒有不宜破碎的物質（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（實現(xiàn)IFR后的情形）。如圖3.6所示圖3.6 初始圖，機器把垃圾全部打碎；理想圖，機器對玻璃不破壞步驟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，或其他方法標示在規(guī)定的條件下不能實施規(guī)定功能的部分。破袋破碎機的由A轉軸和B刀片組成，在刀片B的部分當玻璃掉下的時候，不能實現(xiàn)需要的動作，因為刀片B直接剪切著玻璃。步驟3-4 為什么這個部件（自己）不能實施規(guī)定的動作？A、 我們希望表示出的那個部分做什么動作？我們希望刀具B不要剪切玻璃B、 什么妨礙它自己實現(xiàn)這個動

7、作？1、刀具是破袋破碎機的主要部分，刀具B是一個固體，具有剛度，并且堅硬，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，無法實現(xiàn)垃圾破碎。C、 上面兩步的沖突是什么？刀具B部分應該存在，是船體的主要部分；但是它又不應該存在，因為它會剪切玻璃。同時還要增加機構，在專利分析中方案中，增加機構可以解決纏繞問題，但是這個機構會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)定的動作？（這一部分應該具有什么參數）由于刀具B是必須的，所以要保留；可是因為它與玻璃產生沖突，因此必須消除這種沖突。步驟3-6 我們應該怎樣用這個部件具有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時確定垃圾的成分，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 歸納一個可以實現(xiàn)的概念。如果有幾個概念，就用數字排列起來，把最有希望的排在第一，寫下左右的這些概念：1、 破袋破碎機要有足夠的剪切力完成破袋和垃圾破碎的功能，根據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對不宜破碎物體。步驟3-8 畫一個實現(xiàn)第一個概念的原理圖如圖3.7 第四階段初步分析選定概念步驟4-1 在實施新想法或

9、者新概念的時候，什么變好了，什么變壞了？寫下實現(xiàn)了什么，什么變得更加復雜或者更加昂貴？在分析對垃圾中不宜破碎的物體經過破袋破碎機時，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象，改善參數：易損壞性惡化參數：有害的擴散和可靠性分別說明：有害的擴散是刀具的失效，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)在什么會變壞（更復雜，更昂貴）？ 采用激光破碎能量消耗更大，因為垃圾中含有70%的水分；激光設

10、備更加昂貴和復雜，在垃圾處理中容易引起火災。況且在目前的破碎機，趨勢是不改變垃圾的物理和化學性質，最好的方式還是采用機械結構。步驟4-4 比較得失：A、哪個更大？B、為什么？ 在比較這些方案當中，機械接觸式破碎在目前破碎機行業(yè)來說，成本較低，制造簡單，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，因為這個概念幫助我們突破“最大化破碎垃圾”的思維慣性，因為非接觸場就像一把刀具，最終都消耗在在垃圾上。 第五階段實施階段雖然找到了解決問題的思考方向，但是很多的技術矛盾還是得用矛盾矩陣引導，才能更好的把這個概念變成現(xiàn)實研究的對象是不宜損壞的物體步驟5-1 選擇矛盾矩陣表中的第1列必須改進的特

11、性：在傳統(tǒng)破碎機中，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這個特性（從步驟5-1）？B、 如果采用已知的方法，什么特性會惡化？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度低刀片完成。但是失效的刀片會增加垃圾的成分，同時容易纏繞，因此增加了有害的擴散（第30列）和降低了可靠性（第35列）。步驟5-3 在矛盾矩陣里，找到消除技術矛盾的發(fā)明原理對分析結果查詢矛盾矩陣，找出技術矛盾的解決方案惡化參數改善參數有害的擴散可靠性易損壞

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

13、與其他物體本質的區(qū)別是他們需求的剪切力大小不同，因此根據分離原理，設計的方案有：1、 破袋破碎機要有足夠的剪切力完成破袋和垃圾破碎的功能，根據不宜破碎物和破碎垃圾的硬度差異，采用一個避讓機構來完成，當小于定值的剪切力的時候，實現(xiàn)對垃圾的破碎功能。當遇到不宜破碎物，剪切力大于定值，刀具避讓，想當于原始方案的刀具失效。2、 破袋破碎機可以根據離心力原理決定刀具的失效形式，因為刀具的工作狀態(tài)是在垃圾剪切力小于定值的情況下工作。3、 破袋破碎機可以通過傳感器技術檢測到的扭矩來決定刀具的工作狀態(tài)，因為不宜破碎物被剪切時的扭矩比垃圾破碎工作狀態(tài)的扭矩大。B、 分析第二個矛盾改善不宜損壞物易損壞性，垃圾容易纏繞刀具，降低了機器的可靠性。按照矛盾矩陣表中，最相關的是自服務原理，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。根據專利案例（專利號：200720037264）一種播種機防纏繞開溝器，和中國專利（專利號：99231727）一種袋裝垃圾破袋破碎機的提示，采用一個偏置結構來實現(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。偏置結構的方案選擇有兩種：1、 采用連桿的偏置結構完成38。2、 采用偏心輪結構完成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)經過以上兩個技術矛盾的分析，