Design and Application of Four-bar Linkage Arch Breaking Device
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摘要:
针对高含水率的湿黏性有机肥，采用TRIZ理论并结合相关专利分析，设计了一种高效低成本的破拱装置。针对含水率达到30%的有机肥，驱动气缸完成1～3次往复运动，即可实现破拱，最高能耗仅为0.623 kW，破拱范围大，破拱后料仓内部物料产生的流动为整体流动，流动形式理想，成本仅为原破拱装置的18%。该装置采用TRIZ理论的质量补偿原理及预先作用原理，减少了破拱过程中因能量转换导致的能量损失，同时预先增加系统的不对称性，确保了破拱过程的顺利完成。
Abstract:For wet sticky organic fertilizer with high water content, based on the TRIZ theory and related patent analysis, a four-bar linkage arch breaking device has been designed and manufactured．For organic fertilizers with a moisture content of 30%, driving cylinder to complete 1-3 reciprocating movements could achieve arch breaking, and maximum energy consumption was only 0.623 kW．The range of arch breaking was large, and flow of materials in the silo after arch breaking was overall flow．Flow form was ideal, and the cost was only 18% of original arch breaking device．The device adopted mass compensation principle and pre action principle of TRIZ theory, which reduced energy loss caused by energy conversion in process of arch breaking, increased asymmetry of system in advance, and ensured smooth completion of arch breaking process．
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Keywords:
- stock bin /
- arch breaking /
- organic fertilizer /
- TRIZ theory /
- four-bar linkage
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图 3 新型破拱装置设计方案
1. 料仓 2. 弧形衬板 3. 防溢板 4. 可调拉杆 5. 气缸
Figure 3. Newly designed arch breaking device
图 4 配方肥生产线布局
1. 六联配料仓 2. 仓储式胶带秤 3. 卧式混料机 4. 斗式提升机 5. CJ50K型自动称量机
Figure 4. Brief layout of production line of formula fertilizer
表 1 问题模型解决方法
Table 1. Problem model solution
序号 问题 1 料仓自身能够解决黏湿物料的结拱问题 2 系统中的其他组件能够解决黏湿物料的结拱问题 3 超系统组件能够解决黏湿物料的结拱问题 4 系统外的新组件能够解决黏湿物料的结拱问题 
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表 2 提高料仓理想化程度发明原理
Table 2. Invention principle of improving idealization degree of stock bin
项目 说明 改善的通用工程参数 适应性及通用性
形状恶化的通用工程参数 可制造性
系统的复杂性交叉查找的发明原理 1、13、31
15、29、37、28
17、32、1、28
16、29、1、28筛选排序后的发明原理 1、28、29、15、17、13 原理名称 1：分割；13：反向作用；15：动态特性；16：未达到或过度的作用；17：空间维数变化；28：机械系统的替代；29：气压和液压结构；31：多孔材料；32：颜色改变；37：热膨胀
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表 3 第1.2子类包含的标准解
Table 3. Standard solutions of subclass 1.2
子类 标准解法 S1.2拆解物场模型 S1.2.1 引入S3消除有害作用 S1.2.2 引入改进的S1或（和）S2来消除有害作用 S1.2.3 引入物质消除有害作用 S1.2.4 用场F2来抵消有害作用 S1.2.5 消除磁场的影响
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表 4 知识产权调查
Table 4. Intellectual property survey
专利名称 破拱方式 回转直动破拱装置 通过直线与回转驱动结合组成的破拱方式 料仓破拱装置 破拱杆在加持轮系带动下进行破拱，破拱杆为空心可通过压缩流体，前端设置加距杆 破拱装置 由直线驱动装置带动的破拱杆 液压气动联合破拱装置 通过液压气缸驱动加距杆进行破拱，同时辅助空气炮增大破拱范围 机械水力联合破拱装置 由破拱油缸带动破拱套进行破拱，破拱套上设有喷水头 液压伸缩破拱装置 含有油缸、破拱套、导向套的破拱装置 一种料仓破拱装置 通过动力驱动装置驱动冲击支架来回摆动，完成破拱 一种柔性防结拱装置 通过设置可膨胀柔性气管，并在可膨胀柔性气管的外部设置破拱叉的方式进行破拱 破拱装置及料仓 通过通气管、密封件以及弹力元件组成的破拱装置，可防止粉尘回流 一种防堵塞下料装置 气缸带动的锥形密封机构以及破拱杆组件进行破拱 能稳定出料的石灰料仓 通过破拱推杆驱动破拱板贴近仓体内壁面往复运动，完成破拱 一种料仓破拱装置 通过后端油缸驱动破拱杆结合前端冲击振动的两种破拱方式，完成破拱 一种煤仓给煤破拱装置 通过液压缸、液压马达驱动破拱套筒、破拱端盖、破拱转杆形成低速、大扭矩、大推力的运动，完成破拱 混凝土搅拌站卸料仓斗
自动破拱装置通过气缸推动格网做往返运动而挤压物料，并结合机械振动机构完成破拱
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表 5 提取专利中矛盾因素筛选的发明原理
Table 5. Invention principle of extracting contradiction factors from patents
项目 说明 改善的通用工程参数 可靠性 恶化的通用工程参数 力
能量损失交叉查找的发明原理 8、28、10、3
10、11、35筛选排序后的发明原理 8、10 原理名称 3：局部质量；8：质量补偿；10：预先作用；11：事先防范；28：机械系统的替代；35：物理或化学参数的改变
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