基于TRIZ理论的骨料仓防尘设计

吴燕玲 吴小明 陆志宏

1.江苏省生产力促进中心 江苏南京 210042;2.南京财经大学 江苏南京 210046;3.中国船舶重工集团公司第七二三研究所 江苏扬州 225001

摘 要：随着国家对环保事业的日益重视，由于混凝土生产过程中容易产生大量的粉尘，污染大气，混凝土生产设备也备受关注。合适的粉尘处理和控制仍然目前很多混凝土搅拌站困扰的问题。本文以防尘为目标，通过分析生产过程中粉尘的来源，应用TRIZ对骨料料仓进行创新设计，多层的防尘设计有效防止了料仓的粉尘飞扬，达到了从源头上控制粉尘的效果，促进了混凝土绿色生产的发展。

关键词：骨料仓;TRIZ理论;防尘

中图分类号：TU642+.3  文献标识码：A

混凝土是基础设施建设不可缺少的材料，随着国家对基础设施建设越来越重视，与混凝土相关的机械设备也备受关注，尤其作为混凝土生产和作业场所的混凝土搅拌站。混凝土搅拌站机械化、自动化程度高，既能保证混凝土质量又能节省水泥，常用于工程量大、工期长、工地集中的大中型水利、电力、桥梁等工程。但是，混凝土生产过程中容易产生大量的粉尘，污染周边生态环境，不仅损害了工作人员的健康，还可能会由于高浓度的滞留引发安全事故。在环保问题越来越受到重视的今天，控制和处理混凝土搅拌站粉尘污染的需求愈加紧迫。本文以TRIZ理论为创新设计的理论依据，分析粉尘的源头，阐述防尘方法的重要性，并为混凝土存储过程中防尘装置进行设计。

1 TRIZ理論简介

TRIZ理论是前苏联科学家根里奇·阿奇舒勒（G.S.Altshuler）提出的发明和解决问题的方法论。经过多年的发展、简化和完善，TRIZ已经形成了一套科学的理论体系，集哲学、方法和工具于一体，在分析和发现核心问题、解决矛盾、扩展思维角度、预测未来发展趋势等方面发挥了明显的优势，同时提供了与其他方法融合的多种行性，提高了解决复杂难题的能力，进一步扩大应用领域和应用范围。

TRIZ包含了多种解决问题的工具，其中常用的是矛盾工具，用来解决显现的技术矛盾和物理矛盾，从而获得创新的方案解。技术矛盾是两个不同的技术特性（参数）无法同时满足，而物理矛盾则是一个特性（参数）无法同时满足两个要求，他们都经常出现在工程问题中。技术矛盾常利用39个工程参数、矛盾矩阵和40条发明原理来分析和解决，物理矛盾则常利用分离原理和40个创新原理来解决。

2 基于TRIZ的设计过程

2.1 混凝土搅拌站粉尘来源

混凝土是由砂子、水泥、石头、掺合料、添加剂、水等材料按照比例要求经充分搅拌后混合在一起，所用的原材料按照物理形态可以分为骨料、粉料和液料。混凝土在生产过程中容易产生粉尘，主要来源于四个方面：一是骨料的投料过程。由于骨料（沙、石）在投入料仓时存在落差，沙石相互摩擦容易产生粉尘。二是粉料的投料过程。粉料进入粉料存储仓时容易产生粉尘外泄。三是称量斗的上料过程。骨料和粉料分别进入称量斗的过程中，如果没有封闭，容易产生粉尘外扬。四是混合料的投料过程。骨料和粉料经过称量后进入搅拌主机，虽然大部分粉尘参与了搅拌，但是仍有少部分粉尘外扬。在现有除尘设备和全封闭进料口设计下，除尘要达到满意的效果，还需要全方位的考虑，在细节处细致考虑。例如，在粉尘来源过程中，储料料仓也是粉尘来源之一，传统的料仓常在仓顶加除尘器，需要每隔一段时间振动清理一下，否则可能会发生料仓炸开和除尘器被打落到地上。因此，储料料仓亟待进行防尘设计。

2.2 骨料料仓防尘设计

2.2.1 问题分析

由于沙石骨料等物料投入骨料料仓时存在一定的落差，会产生较大的扬尘，同时伴随着仓内压力的增加。因此，除了要考虑料仓的防尘设计，还需要考虑料仓内压力的释放。如果在料仓顶部装上大盖板，盖板边缘弯曲便于贴合在料仓外壁，形成密闭空间，防止粉尘外扬，但是打开和关闭大盖板的操作不方便。

2.2.2 问题解决

针对上述分析中提到的问题，利用矛盾矩阵进行解决，定义问题的冲突：

需要改善的参数：作用于物体的有害因素（30）。

导致恶化的参数：操作流程的方便性（33）。

查找矛盾矩阵如下表所示：

发明原理2-抽取原理：从物体中抽出产生负面影响的部分或属性。由此受到启发，把原用于档尘的外盖板内放入料仓中，省去开启闭合的操作。

发明原理25-自服务原理：物体通过执行辅助或维护功能，为自身服务。由此受到启发，水是混凝土的原料之一，同时也可用来润湿粉尘，使其集结成小块达到防止粉尘飞扬的效果。

发明原理28-机械系统替代原理：运用运动场代替静止场、时变场代替恒定场。由此受到启发，可以引入机械振动，改变静止不动的环境，使得物料快速地落入料仓内。

发明原理39-惰性环境原理：使用真空环境。由此受到启发，如果粉尘在真空的环境下，没有了空气的承载和流动，粉尘也无法飞扬。但是在工作时料仓需要经常开启，在现实情况下，真空比较难以实现。

3 设计方案

综合以上解决方案，我们得到了骨料料仓防尘结构设计的组合方案，其结构示意图见下图。该创新设计方案，改进了骨料仓的结构，增加了多层防尘设计，有效的防止了粉尘飞扬。本设计具有如下特点：

（1）骨料进入投料口后，利用自身重量打开防尘盖板落入料仓内。防尘盖板在弹簧力的作用下反弹回原位，盖板末端的防尘毛刷相互接触，重新封闭出口，防止粉尘外扬。

（2）内置的防尘挡板上设有筛孔，盖板上的筛孔不仅可以起到粗滤，还可以连通外界，起到释放仓内压力的作用。

（3）料仓顶部的水雾化器，根据粉尘量的大小调节流量进行喷雾，增加空气湿度，对粉尘进行湿润，防止粉尘在仓内弥漫。

（4）料仓的底部为锥形，侧壁为斜面，不但方便卸料，而且可以在卸料口控制出料速度和流量。

（5）小型振动器放置在料仓外壁，在投料或卸料时开启，投料或卸料结束时关闭。物料在振动作用下快速进入料仓并堆放整齐，或者在卸料时快速出料，减少内壁黏附。

4 结论

（1）应用TRIZ方法对骨料料仓进行了创新设计，通过对问题的分析，应用创新原理快速找到了多种方案，打开了思路，提高了解决问题的效率。

（2）骨料仓多层防尘设计，可有效地防止物料投料过程中粉尘的飞扬，避免粉尘对大气的污染，改善作业场所，促进建筑行业的绿色发展。

作者简介：吴燕玲（1982-），女，江苏南京人，工学硕士，高级工程师，研究方向：机械设计。