TRIZ理论在提高磨机衬板耐磨性上的应用

刘大立， 宋敏

(中国有色(沈阳)冶金机械有限公司， 辽宁 沈阳 110141)

TRIZ理论在提高磨机衬板耐磨性上的应用

刘大立， 宋敏

(中国有色(沈阳)冶金机械有限公司， 辽宁 沈阳 110141)

磨机运行过程中，磨机衬板磨损严重，大大降低生产效率。本文应用TRIZ理论，构造了阿奇舒勒矛盾矩阵，通过由其得到的发明原理，求出了问题的最终理想解，很好的解决了问题，提高了磨机衬板耐磨性，取得显著的经济效益。

磨机； 衬板； TRIZ理论； 阿奇舒勒矛盾矩阵

0 引言

近些年，磨机已在金属矿及非金属矿选矿厂、冶金、建材、化工及电力部门等若干基础行业的物料粉碎中得到广泛的应用。衬板作为磨机内部的保护板，除了承受研磨体与物料的冲击和磨损之外，对研磨体也起到一定的提升作用。因此，对磨机的衬板要求较高，应具有较好的韧性和塑性，保证其在巨大的外力冲击作用下不会出现破裂现象；同时，也应具有较高的表面硬度，用以抵抗来自物料的连续磨损。目前国内衬板主要以高锰钢衬板为主，使用寿命普遍为4～6个月不等，导致维修和更换量都相当大，不仅浪费人力、物力、财力、且直接影响生产效率。因此，对衬板性能提出了更高的要求，提高衬板耐磨性是目前行业内所关注的重点之一。

1 TRIZ理论概述

TRIZ理论起源于前苏联，音译为“萃智”即发明问题解决理论。TRIZ理论是用来解决创新设计问题的工具，阐述了创造发明的内在规律和原理。TRIZ理论有四大革命性成果：其一是，不同行业问题可以采用相同的解决办法；其二是，它发现了技术系统的进化趋势；其三是，提出了最终理想解的概念；其四是，创新是有程序和步骤的。采用TRIZ理论的最终目的是通过解决矛盾，获得最终理想解[1]。其主要研究内容包括：创新思维方法、技术系统进化法则、技术矛盾解决原理、物理矛盾与分离等几个方面。

TRIZ方法工程实用性强，在全球都得到了广泛的应用，也取得了大量的技术成果，为企业带来了巨大的经济效益。目前，在俄罗斯、欧洲、美国、日本、台湾等地形成了以TRIZ为基础的研究、咨询机构和公司，在国内大型军工集团、清华大学、浙江大学等地也对TRIZ做了大量的研究和应用[2]。

2 提高磨机衬板性能的常用措施

目前，通过分析磨机衬板磨损的机理，大多从磨粉工艺、衬板材质选择、衬板制造等方面出发，来提高衬板性能。

(1)严格控制进料质量，降低原料中砂石等杂质的含量，从而提高可磨性。

(2)通过合理使用磨机的出力，以降低磨机的使用频率。如，当夜间低负荷运行时，可以对进料量进行调整。另外，根据负荷情况，可将出力集中于1台或数台磨机上，而将其它磨机停用。

(3)合理选择衬板材质，目前，通常选择材料主要有三种：高锰钢系列、合金钢系列以及高铬合金铸铁系列。其中高锰钢系列具有一定的价格优势，但其缺点是容易发生蠕变好延展，会引起变形。合金钢系列衬板具有优良的综合力学性能和耐磨性，其使用寿命较高锰钢衬板相比，能高1-2倍，且具有磨损均匀，不变形的特点，因此，在火电煤磨机上应用比较广泛，且取得显著经济效益。高铬合金铸铁是近几年使用的超耐磨材料，使用寿命长，其耐磨性能比高锰钢高3倍左右，是一种优质材料，被业界所认知。但由于合金含量高，综合生产成本也较高，为此推广应用受到了不同程度的影响。

(4)衬板制造过程中，采用合理的浇铸工艺，并控制热处理工艺。通过采用铸造工艺措施来细化晶粒，改善钢件的韧性；并制订正确的热处理工艺规范，严格热处理工艺操作，提高钢的塑性和韧性。

3 采用TRIZ原理的解决问题的方案

采用TRIZ理论解决问题的原则：根据技术系统发展的理想状态看，应使用尽量少的资源实现尽量多的功能；解决问题时，首先关注系统内部资源，利用现有的能量和资源实现有用功能，把廉价资源用到极致； 由其关注场的作用，如重力场等；实现自我服务功能，最终达到实现有用功能，有害作用的自我消除。

本文充分利用TRIZ中39个标准冲突和40条发明原理之间的对应关系所组成的矛盾矩阵，结合磨机衬板实际设计使用情况出发，来找出矛盾、解决矛盾，从而达到优化设计。通常考虑，如若解决磨机衬板耐磨问题的最直接办法是将衬板尺寸加厚，但这种方法将直接导致磨机质量加大，从而导致制造、运行成本上升，极不经济。因此，就产生了技术矛盾即：要改善磨机衬板的耐磨性，通常将衬板尺寸加厚，但导致重量增加。结合TRIZ理论原理，在39个标准冲突中选择并确定两对参数。(1)改善的参数是：尺寸加厚，寿命延长；(2)恶化的参数：重量增加。为了解决这种技术矛盾，通过查找矛盾矩阵表确定可用发明原理为[3]：状态和参数化变化原理；替换机械系统原理；复合材料原理；气动或液压结构原理结合实际情况，仔细分析上述四种发明原理，可以得出，第四条气动或液压结构原理对改善磨机衬板耐磨性没有明显作用，而其他三条发明原理状态和参数变化原理、替换机械系统原理、复合材料原理则对本问题有指导性帮助。

3.1 状态和参数变化原理

状态和参数变化原理解决问题的核心思想是：系统某组件的属性(物理或化学状态、柔性、密度、导电性、温度、体积等)对于其功能的实现尚不是最佳，需要改变其属性以更好地实现功能。对于磨机衬板而言，可以通过减小进料颗粒的尺寸，以减小对衬板的磨损,提高衬板的使用寿命。

3.2 替换机械系统原理

替换机械系统原理解决问题的核心思想是：原系统功能实现所依据的工作原理存在很大缺陷，用场的替代对系统进行全面升级。对于磁性衬板磨机而言，可以考虑在进料中掺入少量铁粒子，在磨机衬板表面和间隙处会产生磁场，当掺有铁粒子的物料进入磨机后，由于衬板处磁场的作用，铁粒子会吸附于衬板表面，使衬板加厚耐磨。

3.3 复合材料原理

复合材料原理解决问题的核心思想是：实现功能所需的多种属性不能由单一材料提供时，考虑多种材料进行组合。将该原理运用到提高磨机衬板耐磨性上，可以采用更换磨机衬板材料的方法，应用陶瓷制衬板代替传统材质，其耐磨性能好，生产过程中能够减小维修，保证了生产的连续性。

4 结束语

本文通过采用TRIZ理论，成功解决了磨机衬板耐磨性差这一问题，具体方法是将衬板的技术问题描述成技术矛盾，构造了通用工程参数，并建立矛盾矩阵，通过查找矛盾矩阵得出发明原理，结合实际问题分析，选择对解决问题起到关键作用的发明原理。最终通过三个解决方案成功解决了磨机衬板耐磨性差问题，从而提高了衬板的使用寿命，减少了设备的维修性，提高了生产效率。

[1] 赵新军.技术创新理论(TRIZ)及应用[M].北京：化学工业出版社，2004.

[2] 王亮申，孙峰华.创新理论与应用原理[M].北京：科学出版社，2010.

[3] 杨晓丹，杨明朗，卢晓琴.基于TRIZ理论的国产手机的创新设计[J].保证工程，2005，26(2):140-141.

Application of TRIZ Theory in Improving Wear Resistance of Mill Liner

LIU Da-li，SONG Min

(NFC (Shenyang) Metallurgy Machinery Co., Ltd. Shenyang 110141, China)

Mill liner is worn seriously in operation process, and greatly reduces the production efficiency. This paper applies TRIZ theory, builds Eqishule contradiction matrix, the ultimate ideal solution is derived by invention principles, and the issues are solved, these improve the mill liner wear and achieve remarkable economic benefits.

mill；liner；TRIZ theory；Eqishule contradiction matrix

2014-06-16

刘大立(1981-)，女，内蒙古赤峰人，工程师，硕士研究生，主要从事机械制造与自动化研发工作。

宋敏(1978-)，女，辽宁营口人，高级工程师，大学本科，主要从事机械设计及研发工作。

TG75

B

1003-8884(2014)05-0022-03