基于ARIZ的采煤机截割滚筒节能方案设计（下）

其实我是神

3.3.2 强化IFR1
    在操作时间和区域内，截割滚筒不能使系统复杂化，不能引进有害现象，截煤和截落的煤被截割滚筒运出，不消耗能量，保证需要生产率。
    在操作时间和区域内，煤层不能使系统复杂化，不能引进有害现象，能够保证截割滚筒截煤和截落的煤被截割滚筒运出，不消耗能量，保证需要生产率。
    3.3.3 宏观上描述物理冲突
    在操作时间内，操作区内，截割滚简A截煤并运煤，实现高的生产率，同时保证落煤过程不接触煤层，不形成能量消耗。
    3.3.4 微观上描述物理冲变
    在操作时间内、操作区内，截割滚筒A与某颗粒联合作用截煤并运煤，实现高的生产率，同时保证落煤过程不接触煤层，不形成能量消耗。
    3.3.5 描述理想化的最终结果2(IFR2)
    在操作时间内、操作区内，截割滚筒A与某物质颗粒联合作用截煤并运煤，实现高的生产率，同时物质颗粒又能自我消失，保证落煤过程不接触煤层，不形成能量消耗。
    3.3.6 运用标准解
     根据物场分析一般解法，建立增强型物场，如图11螺旋滚筒的截齿对煤层的作用过度，通过水射流的冲击力辅助预作用煤层，完善螺旋滚筒的裁割性能，如图12 所示方案3即水射流辅助截齿座。这种技术冲突解决方案有一个负面效果即水射流也会滑耗能量，而且增加了技术系统的复杂性。所以，用ARIZ继续分析。
    3.4 调用物场资源
    3.4.1 建立小人模型
    运用小人法，构建问题的小人模型。
    3.4.2 从理想化的最终结果退后一步
     上述第2.2节中的采煤机截割滚筒截煤能耗大的原因分析可知，在同样能量消耗的前提下，截成矩形截割体远比截成月牙形截割体的情况下节能。根据上述 3.3.1节理想最终结果实际上就是保证采煤机工作机构截成矩形截割体。但矩形截割体只有刨煤机的工作原理能够实现，刨煤机对地质条件的要求高，很少有煤 层能适应。所以，采煤机的工作机构退一步的理想最终结果IFR2为截成近似的两边为曲线的曲四边形。
    3.4.3 运用物质跟物质组合后的资源
     喷嘴改成水射流喷头，实现预先截割月牙尖处，形成如图14所示方案4，在原有采煤机截割滚筒基础上，缩小截割滚筒尺寸，用水射流破碎顶底部的煤，同时水射 流喷出的压力水形成水雾以防止煤层中渗出的瓦斯气体在截齿截煤时引起火花而引起瓦斯爆炸，同时喷嘴输出压力水灭尘，或者把水射流装置安装在截齿接触煤层的 附近。方案4需附加水射流系统，与方案3一样加大了系统的复杂性。所以，用ARIZ继续分析。
    3.4.4 运用虚空或虚空与物质组合
    运用虚空或虚空与物质组合，不能解决问题。
    3.4.5 运用派生资源
     煤层机械性质用抗压强度、坚硬度、截割阻抗等指标来表述煤的单项抗压强度，垂直层理方向一般比平行层理方向大20％～100％，甚至可能大3倍，对此资源 进行分析和利用。于是根据前述方案的经验提出方案5，如图15所示，摇臂上的电动机能量经过传动装置提供给筒毂上的联接件把能量传递给2个立式滚筒，筒毂 定位联接螺旋叶片和端盘，螺旋叶片定位截齿座，截齿座定位截齿联接件和截齿，能量最终提供给截齿，滚筒上的2个螺旋叶片旋向相反，保证上部和下部截落的煤 装入运输机，滚筒的螺旋叶片的轴向推力使煤推入刮板输送机而运走。喷嘴喷出的压力水形成水雾以防止煤层中渗出的瓦斯气体在截齿截煤时引起火花而引起瓦斯爆 炸，喷嘴输出压力水灭尘，同时，该方案解决了由于垂直于煤层层理截割能量消耗大的问题，也解决了摇臂调高油缸在机身和摇臂之间除了承受截煤力外还承受摇臂 重力的不足。
    根据步骤3.7可知：方案5充分利用了系统内物质资源，基本解决了能耗大的问题，故可用，通过中国知识产权局专利搜索，没有相同和类似方案。
    3.5 应用知识库
    应用TRIZ知识库没有现成的实例供参考。
    3.5.1 采用类比思维
    基于Pro/SolutionsKBTM 5.0的技术创新知识库查询结果如图7所示，利用振动在水射流中产生空泡来锤打金属的类比方案，在方案4的基础上，使用水射流空泡破碎顶底部的煤，同样加大了系统的复杂性。所以，用ARIZ继续分析。
    3.5.2 应用效应库解决物理冲突
     查询科学效应，与截煤运动和移煤运动相关的功能为解体物体(F14)、传递能量(F16)、改变物体尺寸(F19)，TRIZ推荐的科学效应和现象可用的 是振动(E98)。结合创新原理10——预先作用，考虑把振动组合到截割滚筒截齿上，在截煤的过程中，截齿截煤前先振动疏松煤层，再截煤，就会减少能量消 耗，该方案与方案3类似，但是产生振动的动力传输困难，而且系统复杂。
    3.5.3 尝试应用分离原理解决物理冲突
    上述各解决方案已体现级别分离。
    3.6 转换或替代问题
    问题没有解决的重要原因是发明问题很难得到正确表述，解决问题过程中经常需要修改问题表述，由于问题已解决，所以该过程不用再分析。
    3.7 分析解决物理矛盾的方法
    3.7.1 检查解决方案
    检查每一种新引入的物质或场，是否可以用已有物质和场代替，是否可应用自我控制的物质，从而修正解决方案。
    3.7.2 解决方案的初步评估
    1)是否很好实现了理想解1的主要目标；
    2)是否解决了1个物理冲突；
    3)新系统是否包含了至少1个易控元素?如何控制?所有标准都不满足则回到步骤1)；
    4)用于“单周期”问题模型的解决方案是否符合现实生活中的“多周期”情况。
    如果方案没有满足以上要求，则返回步骤3.1。
    3.7.3 专利搜索检查方案的新颖性
    通过专利搜索检查解决方案的新颖性。
    3.7.4 子问题预测
    预测解决方案会引起哪些新的子问题。TRIZ所得到冲突的解分为2类：
    1)离散解：彻底消除了技术冲突，或新解使得原有技术冲突已不存在；
    2)连续解：新解部分消除了冲突，但冲突仍然存在，不断地消除冲突的同时会产生一系列新的冲突，这些冲突构成冲突链。
    3.8 原理解利用
    原理解的具体工程实现方法以及评价该方法是否可以应用于其他问题。
    3.8.1 定义改变
    超系统没有改变。
    3.8.2可行性分析
    检查改进后的系统和超系统可以按新方式工作。
    3.8.3应用解决方案解决其他问题
    1)通用原理：空间维数变化原理和分割原理的组合；
    2)其他问题的直接应用：“矿用多级轴流式风机”设计成“矿用对旋式通风机”；
    3)使用相反的解法原理解决其他问题：组合简化原理及在系统进化法则中的向超系统进化法则。
    3.9 对全过程合理性的分析
    3.9.1 解题过程与理论比较
    将问题解决实际过程与ARIZ的理论过程比较，没有偏离的地方。
    3.9.2 充实知识库
    将解决方案与TRIZ知识库比较，没有包含该解决方案的原理，因此扩充了TRIZ知识库。
4 结束语
     滚筒采煤机节能问题一直是煤矿机械设计的研究方向之一，而采煤机能耗主要集中在截割滚筒上。目前，应用ARIZ流程提出采煤机截割滚筒的节能方案还属首 次。ARIZ流程包含了TRIZ理论的大多数观点和工具，给出了解决复杂问题的完整流程，通过采煤机截割滚筒节能方案的设计证明了ARIZ流程的有效性。

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