2 技術系統進化法則在粉碎機創新安全設計中的應用
2.1 問題描述
隨著能源需求壓力加大和林木質能源顯著優勢的逐漸突出，國內外加快了對林木再生能源研發的步伐。而大部分林木生物質原料在開發利用前期都需要進行粉碎加工處理，以便進一步加工利用。迄今市場上還沒有專為林木生物質能源產業化設計制造的粉碎機，多用秸稈還田粉碎機、林業碎木機械以及飼料產業的牧草秸稈粉碎揉搓設備等替代，其中錘片式粉碎機應用最為廣泛。
錘片式粉碎機結構如圖3所示。工作時，將物料由進料口送人粉碎室，首先被錘片打擊，得到一定程度的粉碎，同時以較高的速度甩向固定在粉碎室內部的齒板和篩網上，受到齒板的碰撞和篩網的搓擦而進一步粉碎。在粉碎室中如此重復進行，直至粉碎到可通過篩孔為止。
圖3 錘片式粉碎機
粉碎機在工作過程中轉子轉速很高且有多把刀具同時高速切削物料，極易發生安全事故。因此，在產品設計時必須充分考慮安全性。鑒于安全系統具有非線性、混沌、分形、模糊性等復雜特性，而安全科學具有高度綜合、跨學科和橫斷、交叉以及復雜的系統性，因此，筆者嘗試應用TRIZ進化理論進行創新安全設計。
2.2 S-曲線分析
所設計的林木生物質粉碎機是一種為滿足新需求出現的新產品，現有技術系統有許多設計問題和難題，可靠性差、效率低，缺乏人力、物力、財力的投入，發展緩慢。按照S-曲線各個階段的特征，現有產品處于初始期。
建議加大研發力度，設法提高系統的有用功能，降低成本和有害功能。
2.3 技術系統進化預測
應用完備性法則、能量傳遞法則、協調性法則、提高理想度法則和動態性進化法則分析當前技術系統特征，確定系統所處的位置；預測下一代產品可能的結構狀態或應用的原理，產生創新設計方案。
2.3.1 應用完備性法則
系統的動力裝置是電動機，傳輸裝置足主軸傳動系統，執行裝置是粉碎刀具，缺少控制其他組件協調動作以實現系統功能的控制裝置。應用完備性法則進行進化預測和產品構思，可以增加系統的控制裝置，向人工更少介入的方向發展。
構思方案：應用變速電動機，根據產量和粉碎粒度的不同要求選擇不同的主軸轉速。
2.3.2 應用能量傳遞法則
系統的進化是沿著縮短能量傳遞路徑，減少能量損失，提高能量傳遞效率的方向發展。
減少能量損失的途徑有：①縮短能量傳遞路徑，減少傳遞過程中的能量損失；②最好用一種能量或場貫穿系統的整個工作過程，減少能量形式的轉換導致的能量損失；③如果系統組件可以更換，可將不易控制的場更換為更易控制的場，按照機械場-聲場-熱場-化學場-電場-磁場／電磁場的順序，場的可控性增加，能量傳遞效率提高。
目前粉碎設備用的是機械場，有效能量的利用率大約僅占0.3%-0.6%。這是由于在物料粉碎過程中，會產生發熱、振動和摩擦等作用，約有95%-99%的能量轉化為熱而逸散，使能源大量消耗。
構思方案：可采用熱場，利用爆炸、壓力方式粉碎物料，提高能量傳遞效率。
