|
刘训涛. 吴卫东 李阳星
(黑龙江科技学院 机械学院 哈尔滨 150027)
摘 要：根据带式输送机跑偏的实际，对跑偏问题进行技术抽象，得到带式输送跑偏的技术矛盾，应用PRO/Innovator建立带式输送机跑偏模型，从时间轴和因果轴对带式输送机跑偏问题进行分析，并根据TRIZ理论的发明创新原理、相关资源，得到带式输送机调偏装置的设计方案，并利用专家评价模型对方案进行评价，得到相关设计报告，同时进行了带式输送机调偏装置的结构设计。
关键词：TRIZ理论；PRO/Innovator；带式输送机；调偏
Abstract: This paper had a technical abstraction for the problem of the deviation , basis on the fact of deviation of the conveyor , got the technical contradiction of deviation of the conveyor ,built the deviation model of conveyor by the PRO/innovator, analyzed the deviation from the time axis and Causal axis , got the design Scheme of deviation-adjusting device base on the principle of innovation theory of TRIZ and the materials in pro/I , evaluated the design scheme by the expert evaluation model , generated the design report ,designed the construction of deviation-adjusting device.
Keywords: theory of TRIZ；PRO/Innovator；conveyor；adjustment deviation
0 前言
带式输送机由于货载分布不均、输送机带松弛、滚筒或托辊安装不正、输送带清扫不干净以及受到侧向力作用等原因，经常发生跑偏事故，引起物料的散落、皮带磨边甚至撕裂和推倒皮带架子造成人员伤亡等重大事故，严重影响矿井的安全生产[1]。如何提高带式输送机的调偏能力、缩短调偏时间，使带的侧向运动最大限度趋近于“0”渐近稳定型，已经成为当前急需解决的问题[2]。
1 TRIZ理论
TRIZ是俄文Teorijz Rezhenija Izobretatel' skich Zadach (теоpня Pещеияпия Изобрета-
тедъскик задач}的缩写，其英文缩写TIPS (Theory of Inventive Problem Solving)即“创造性问题解决理论”。是由前苏联发明家Genrich Altshuller(1926~1998)在总结分析了250万件高水平的发明专利，并综合多学科领域的原理和法则，提取专利中的一些解决问题共有模式而建立起来的发明问题解决理论体系[3]，TRIZ理论主要用39个标准参数、40条发明原理、冲突矩阵和76个标准解等一整套的理论来解决前苏联军工领域的创新问题，在冷战时代，TRIZ的研究一直被作为国家机密，直到苏联解体，大批TRIZ研究者移居美国等西方国家，TRIZ的研究与实践得以迅速普及和发展，TRIZ被广泛应用到军事以外的诸多领域，TRIZ被美国、德国等西方国家称为“点金术”，三星、SONY、MOTOROLA、福特等全球500强中约有80％的企业都不同程度地在产品研发过程中应用TRIZ理论，成千上万项重大发明被以不可思议的速度创造出来[4]。
2 基于PRO/innovator的设计过程
计算机辅助创新设计平台——Pro/Innovator是发明问题解决理论（TRIZ）、本体论、现代设计方法学、自然语言处理技术与计算机软件技术相结合的新一代计算机辅助创新设计平台。借助其强大的综合分析工具和源于世界优秀专利而创建的创新方案库，可打破思维定势、拓宽思路，以全新的视角和思路分析问题，快速得到可操作的高效解决方案。
2.1 问题分析
图1 项目描述 | 项目描述：随着带式输送机的发展，带式输送机的运量和带速均在增加，带式输送机的跑偏现象逐渐增多，传统的调偏装置调偏速度慢、调偏能力差无法满足调偏要求（如图1所示），抽象后的描述为：调偏装置的响应跑偏量变化的能力——适应性和调偏速度有待提高。为了增强调偏装置的适应能力，提高调偏速度，势必要增加调偏装置的子系统和增加调偏力，抽象后的描述为：调偏装置的子系统需要增加、调偏速度需要提高。由问题分析及抽象后的结果，可以得到系统技术矛盾，即：当调偏装置的适应性得以改善的同时子系统数目增加（恶化）；调偏速度增加的同时调偏力增加（恶化）[5]。
2.2 问题定义和问题求解
为了提高调偏速度，增加调偏效率，首先依据TRIZ理论九屏图原理，建立跑偏装置模型，分别沿着因果轴和时间轴进行分解。建立的系统子系统和超系统会显示在左侧模型树中，同时模型树会给出对应系统、子系统和超系统调偏的解决方案提示，同时为了便于PRO/I自身资源库的查找，各级系统名称均使用英文（如图2所示）。
图2 跑偏模型 | 其次利用功能查询、结构化查询、关键词查询三种方法，依据系统模型树中各项提示逐一访问PRO/I自身数据库和TRIZ的40个创新原理，选择可利用的资源，选定资源后，播放预览窗口中相应资源的FLASH动画，深入了解相关资源，并查阅动画预览窗口下的相关创新原理的扩展，选择并添加符合设计要求的资源，选定后的资源会显示在模型树对应位置处，并添加到设计方案中（如图3）。
图3 查找数据库和创新原理
然后应用TRIZ原理，根据抽象的技术矛盾，编辑系统的技术矛盾，从PRO/I提供的39×39矛盾矩阵表中查找标准解，可以利用的标准解得到相关的技术方案。对于跑偏装置模型的适应性与系统复杂性这对技术矛盾，可以得到创新原理15、28、29、37，其中15为动态性法则，19为气压和液压结构原理，28为机械系统代替原理，37为热膨胀原理。对于调偏装置调偏速度提高与系统力增加这对技术矛盾，由矛盾矩阵可得创新原理13、28、15、19，其中13为反向作用原理；19为周期作用原理（如表1所示）。将可用的原理及实例添加到设计中。
为了增加设计方案的信息量，利用PRO/I查找欧美、日本的专利库及PRO/I授权的中文专利库进行专利查询，并将查找到的可利用的专利和资料添加到设计中（如图4所示）。
资源收集结束后，依据设计实际建立系统的评价模型，添加合理的评价参数和权重，建立评价专家，逐一对设计资料和方案进行科学评价，为方案设计打下基础（如图5所示）。设计方案完成后生成设计报告如图6所示
图5 方案评价 图6 研究报告生成
3 调偏装置的设计
依据设计报告及相关分析，采用TRIZ理论中的分离原理将槽型托辊两边侧辊断开做成双短托辊，依据动态性原理采用内锥形托辊筒体和外锥形活塞的双锥形结构，动态改变短托辊外筒体与输送带间的摩擦系数，依据预先作用原理、组合性原理，增加螺旋对中托辊，并将螺旋对中托辊与短托辊进行组合，形成外圆内锥螺旋短托辊，增强托辊对输送带的对中能力。应用嵌套原理，合理利用空间资源，将立辊轴做成空心结构。利用周期性原理，在锥形活塞端部设置恢复弹簧，调偏结束后在弹簧力作用下锥形活塞自动复位，调偏装置的结构原理如图7所示。
当带式输送机正常工作或带式输送机跑偏量不大时，输送带与两侧立辊不接触，输送带在两侧螺旋短托辊的作用下，自动对中运行，当跑偏量增加时，输送带会发生侧向运动，输送带会与立辊接触并带动立辊向外运动，立辊向外运动同时会拉动螺旋短托辊内的锥形活塞一起移动，锥形活塞与螺旋短托辊内锥形筒壁接触，在摩擦力的作用下，螺旋托辊转速下降，螺旋托辊和输送带间的相对滑动速度增加，输送带相对螺旋短托辊外筒体的运动由滚动变为滚滑。摩擦系数增大，当跑偏量进一步增加，锥形活塞会闸死螺旋短托辊的内筒体，输送带与螺旋短托辊外筒体间的摩擦转换为纯滑动摩擦，而另一侧螺旋短托辊外筒体与输送带间仍然是滚动摩擦，输送带两侧出现受力不均，输送带在力差的作用下向中心位置运动，当输送带回到中心位置时，锥形活塞在弹簧力作用下又恢复到原来位置，锥形活塞与螺旋短托辊内锥形筒体分离，螺旋托辊外筒体与输送带间相对运动又变成滚动。
4 结论
分段式变摩擦力调偏装置相对与传统的调偏装置，带正常运行时，对中性能好，发生跑偏时，调偏力大，调偏速度快，调偏时间短，调偏装置的适应性强，为高速带式输送机的安全运行提供了新的装置保障。TRIZ理论的39×39矩阵，40个创新原理，TRIZ矛盾矩阵为设计提供了新思路，加快了设计的过程，但TRIZ理论在我国的研究和应用仍处于初期阶段，TRIZ理论本身的研究还需根据行业特点不断完善，其应用还需大力推广。
参考文献：
[1] 李丽萍带式输送机调偏方法及机理分析[J] 煤矿机械 2005（8）
[2] 杨寅威带式输送机胶带跑偏监测及纠偏装置研究 [J] 矿山机械 2002（9）
[3] B.·Д·贝尔多诺索夫．黑龙江省技术创新方法培训教材［M］.哈尔滨,2007
[4] 檀润华．创新设计—TRIZ：发明问题解决理论 [M].北京:机械工业出版社,2002
[5] 刘桂涛 TRIZ 中技术矛盾解决矩阵的应用。机械设计与制造 [J]2007(8)
|
