帶式輸送機(jī)自1795年發(fā)明以來(lái)，如今已廣泛應(yīng)用于電力、冶金、煤炭、化工、礦山、港口等行業(yè)。特別是第二次工業(yè)革命帶來(lái)了新材料、新技術(shù)的采用，使帶式輸送機(jī)的發(fā)展步入一個(gè)新紀(jì)元。輸送帶作為帶式輸送機(jī)的牽引和承載構(gòu)件，既要承載輸送的物料、不斷受到?jīng)_擊和摩擦，又要借助輸送帶與驅(qū)動(dòng)滾筒的摩擦力牽引輸送帶運(yùn)動(dòng)。輸送帶的造價(jià)是整個(gè)輸送機(jī)造價(jià)的主要構(gòu)成部分，其強(qiáng)度是帶式輸送機(jī)的輸送距離和輸送能力的制約因素。同時(shí)，輸送帶在運(yùn)行時(shí)易出現(xiàn)跑偏、打滑、撕帶等故障和現(xiàn)象。為此，研究和總結(jié)輸送帶結(jié)構(gòu)進(jìn)化歷程，并隨時(shí)隨地跟蹤其發(fā)展，對(duì)預(yù)測(cè)帶式輸送機(jī)的未來(lái)發(fā)展方向具有重要的指導(dǎo)作用。 下面運(yùn)用TRIZ的技術(shù)進(jìn)化理論分析了帶式輸送機(jī)輸送帶結(jié)構(gòu)的進(jìn)化過(guò)程，總結(jié)和歸納了其進(jìn)化模式與進(jìn)化路線，并對(duì)其發(fā)展和未來(lái)產(chǎn)品可能的輸送帶結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行了預(yù)測(cè)，為企業(yè)產(chǎn)品的創(chuàng)新和開(kāi)發(fā)提供借鑒。

1 應(yīng)用理論

    1.1 TRIZ技術(shù)進(jìn)化理論

    起源于前蘇聯(lián)的TRIZ(發(fā)明問(wèn)題解決理論)的技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化理論是專(zhuān)門(mén)研究技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化預(yù)測(cè)的一個(gè)重要分支。TRIZ創(chuàng)始人G.S.Altshuller及研究人員經(jīng)過(guò)大量的專(zhuān)利分析，發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)了技術(shù)從結(jié)構(gòu)上進(jìn)化的趨勢(shì)，即技術(shù)進(jìn)化模式與進(jìn)化路線。這些模式與路線可引導(dǎo)設(shè)計(jì)者盡快發(fā)現(xiàn)新的核心技術(shù)。

    技術(shù)進(jìn)化理論的研究結(jié)果已有幾個(gè)版本，如：Savransky的技術(shù)進(jìn)化理論(ET，EvolutionofTechnique)、FeyandRivin的技術(shù)進(jìn)化引導(dǎo)理論(GTE，GuidedTechnologyEvolution)、Zusman等的直接進(jìn)化理論(DE，DirectedEvolution)、Petrov的技術(shù)進(jìn)化定律(Thelawofsystemevolution)，它們都是Altshuller的TRIZ傳統(tǒng)進(jìn)化理論的發(fā)展，每個(gè)版本各具特色。

    1.2 技術(shù)進(jìn)化模式及進(jìn)化路線

    通過(guò)對(duì)DE的八種進(jìn)化模式進(jìn)行分析，結(jié)合Petrov的技術(shù)進(jìn)化定律中的已有系統(tǒng)改進(jìn)定律，從實(shí)用性的角度對(duì)技術(shù)進(jìn)化按結(jié)構(gòu)、時(shí)間、功能、可控性及理想化進(jìn)行分類(lèi)，總結(jié)出十種進(jìn)化模式：精簡(jiǎn)化，指系統(tǒng)由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、再由復(fù)雜到簡(jiǎn)單的進(jìn)化；微觀化，指系統(tǒng)由宏觀物體向微觀物體的進(jìn)化；柔性化，指系統(tǒng)向動(dòng)態(tài)性增加的方向進(jìn)化；曲面化，指系統(tǒng)幾何形狀的進(jìn)化；多維化，指系統(tǒng)向維數(shù)增加的方向進(jìn)化；調(diào)和化，指系統(tǒng)向各部件和諧的方向進(jìn)化；集成化，指系統(tǒng)向超系統(tǒng)方向進(jìn)化；自動(dòng)化，指系統(tǒng)向可控性增加的方向進(jìn)化；智能化，指系統(tǒng)向減少人的介入方向進(jìn)化；理想化，指系統(tǒng)向增加理想化水平的方向進(jìn)化。

    十種進(jìn)化模式應(yīng)用在系統(tǒng)已經(jīng)存在并且需要改進(jìn)的情況下，是技術(shù)系統(tǒng)發(fā)展的一般趨勢(shì)，在系統(tǒng)改進(jìn)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)上應(yīng)用最廣，每種進(jìn)化模式又包含著多條進(jìn)化路線，如柔性化進(jìn)化模式包含如下進(jìn)化路線：動(dòng)態(tài)性增加：剛性體→一個(gè)鉸接→兩個(gè)(多個(gè))鉸接→彈性體→分子結(jié)構(gòu)(液體、氣體)→場(chǎng)；改變穩(wěn)定度：靜態(tài)固定的系統(tǒng)→有多個(gè)固定狀態(tài)的系統(tǒng)→動(dòng)態(tài)固定的系統(tǒng)→多變系統(tǒng)；移動(dòng)性增強(qiáng):固定的系統(tǒng)→可移動(dòng)的系統(tǒng)→隨意移動(dòng)的系統(tǒng)。

    1.3 基于技術(shù)進(jìn)化理論的產(chǎn)品進(jìn)化研究過(guò)程模型

    進(jìn)化模式指明了產(chǎn)品改進(jìn)或創(chuàng)新的方向，進(jìn)化路線指出了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)化的狀態(tài)序列�；�于當(dāng)前產(chǎn)品核心技術(shù)所處的狀態(tài)，按照進(jìn)化路線，通過(guò)設(shè)計(jì)，可使產(chǎn)品移動(dòng)到新的狀態(tài)。 應(yīng)用技術(shù)進(jìn)化理論首先要判斷選定產(chǎn)品或系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)化模式，然后選擇進(jìn)化路線，確定系統(tǒng)當(dāng)前技術(shù)在進(jìn)化路線上所處的狀態(tài)，以此預(yù)測(cè)新一代產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定創(chuàng)新設(shè)想。研究過(guò)程模型如圖1。

圖1 基于技術(shù)進(jìn)化理論的產(chǎn)品進(jìn)化研究過(guò)程

2 帶式輸送機(jī)輸送帶結(jié)構(gòu)的進(jìn)化過(guò)程分析

    以中國(guó)國(guó)家專(zhuān)利局的專(zhuān)利數(shù)據(jù)為檢索依據(jù)，檢索國(guó)內(nèi)近30年來(lái)的帶式輸送機(jī)的相關(guān)專(zhuān)利321篇，其中與輸送帶機(jī)構(gòu) 有關(guān)的專(zhuān)利56篇，發(fā)現(xiàn)帶式輸送機(jī)輸送帶機(jī)構(gòu)發(fā)展經(jīng)歷以下六個(gè)階段。

    階段一：普通輸送帶帶式輸送機(jī)

    普通輸送帶帶式輸送機(jī)的特點(diǎn)是輸送帶為平型，帶芯為帆布或尼龍帆布或鋼繩芯(圖2)。

圖2 普通輸送帶結(jié)構(gòu)圖

    階段二：花紋帶式輸送機(jī)(圖3)

    花紋帶式輸送機(jī)是將光滑的平型輸送帶的表面在輸送帶的制造過(guò)程中增加花紋以減緩物料的下滑趨勢(shì)，由于結(jié)構(gòu)的原因，花紋輸送帶宜輸送流動(dòng)性好、不易粘結(jié)在輸送帶上的物料。

    缺點(diǎn)：(1)所允許的輸送角是有限制的。(2)花紋的磨損比通用輸送帶表面要快的多。(3)在帶速較高的情況下，當(dāng)花紋經(jīng)過(guò)回程托滾時(shí)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，從而加速花紋的磨損， 降低托滾的使用壽命。(4)輸送帶的清掃要比普通的帶式輸送機(jī)困難的多。

圖3 花紋輸送帶

    階段三：波狀擋邊帶式輸送機(jī)(圖4)

    波狀擋邊帶式輸送機(jī)是一種特殊結(jié)構(gòu)的帶式輸送機(jī)，這種結(jié)構(gòu)的輸送機(jī)是專(zhuān)門(mén)為輸送大傾角物料所涉及的。輸送帶上有擋邊以增大物料的截面，傾斜角度增大時(shí)，一般在橫向設(shè)置擋板。擋邊帶有基帶，擋邊和隔板組成。基帶的外觀與普通帶相同，但它具有更大的橫向剛度。擋邊做成波狀是為了使輸送帶能繞過(guò)各種滾筒和凸、凹弧區(qū)段以滿足輸送線路的要求。波狀擋邊帶式輸送機(jī)是真正實(shí)現(xiàn)大傾角輸送物料的重要形式。

圖4 波狀擋邊帶式輸送機(jī)

    缺點(diǎn)：(1)波狀擋邊輸送帶壽命偏低。(2)卸料不徹底和漏料問(wèn)題。

    階段四：管狀帶式輸送機(jī)(圖5)

    圓管帶式輸送機(jī)是在槽形帶式輸送機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一類(lèi)特種帶式輸送機(jī)。它是一種通過(guò)托輥組施加強(qiáng)制力將平型輸送帶導(dǎo)向成圓管狀，使輸送物料被密閉在 圓管內(nèi)，從而在整個(gè)輸送線路中實(shí)現(xiàn)封閉輸送的設(shè)備。

圖5 管狀帶式輸送機(jī)

    缺點(diǎn)：(1)材質(zhì)和制造 要求相對(duì)較高。(2)由于在輸送機(jī)的運(yùn)行中物料被圍包在圓管內(nèi)，增大物料與輸送帶的擠壓力，因此輸送機(jī)的運(yùn)行阻力系數(shù)要比通用帶式輸送機(jī)大。(3)與通用帶式輸送機(jī)相比，在帶速和帶寬相同的條件下輸送量小。(4)設(shè)計(jì)計(jì)算復(fù)雜。(5)從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，圓管帶式輸送機(jī)小會(huì)產(chǎn)生如同通用帶式輸送機(jī)的輸送帶跑偏問(wèn)題，但是存在輸送帶的扭轉(zhuǎn)問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使輸送帶的邊緣進(jìn)入兩個(gè)托輥的間隙內(nèi)，造成輸送帶的損壞。

    階段五：袋式帶式輸送機(jī)(圖6)

    袋式輸送機(jī)的輸送帶類(lèi)似于一個(gè)口袋，這種結(jié)構(gòu)有多種實(shí)現(xiàn)形式，但主要的原理都是用輸送帶包裹物料進(jìn)行運(yùn)輸，這樣加大了輸送帶對(duì)物料的積壓力，從而增大了物料的輸送角度，并且輸送帶可以對(duì)物料進(jìn)行封閉運(yùn)輸，減少了物料對(duì)環(huán)境的污染。這種結(jié)構(gòu)還可以時(shí)間空間路線的彎曲，適合各種運(yùn)輸路線。還可以根據(jù)不同的工礦，選擇相應(yīng)的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)方式。

圖6 袋式帶式輸送機(jī)

    階段六：壓帶式輸送機(jī)(圖7)

    壓帶式帶輸送機(jī)它是用一條輔助帶對(duì)物料施加壓力.這種輸送機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是:輸送物料的最大傾角可達(dá)90°，運(yùn)行速度可達(dá)6m/s，輸送能力不隨傾角的變化而變化，可實(shí)現(xiàn)松散物料和有毒物料的密閉輸送，其主要缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、輸送帶的磨損增大和能耗較大。

圖7 壓帶式輸送機(jī)

    通過(guò)以上描述得出，帶式輸送機(jī)輸送帶機(jī)構(gòu)發(fā)展經(jīng)歷了普通輸送帶帶式輸送機(jī)、花紋帶式輸送機(jī)、波狀擋邊帶式輸送機(jī)、管狀帶式輸送機(jī)、袋式帶式輸送機(jī)、壓帶式輸送機(jī)等六個(gè)階段。在此基礎(chǔ)上，我們分析得出帶式輸送機(jī)輸送帶結(jié)構(gòu)三條進(jìn)化路線。

3 帶式輸送機(jī)輸送帶結(jié)構(gòu)的進(jìn)化路線描述

    路線描述一：

    選擇微觀化的一條進(jìn)化路線：(圖8)

    表面分割：平坦表面→表面上有許多突起→形成粗糙表面→活性的表面

圖8 輸送帶結(jié)構(gòu)進(jìn)化路線一

    從微觀化的進(jìn)化模式可以看出，輸送帶的結(jié)構(gòu)從普通的平紋帶發(fā)展到花紋帶，以后又出現(xiàn)了波狀擋邊輸送帶，在進(jìn)化路線中是一個(gè)反復(fù)的，這是正常的。目前花紋帶和波狀擋邊輸送帶都廣泛的應(yīng)用于生產(chǎn)中。

    路線描述二：

    選擇曲面化的一條進(jìn)化路線：(圖9)

    面的幾何進(jìn)化：平面→單曲面→雙曲面→復(fù)合曲面

    從曲面化的進(jìn)化模式可以看出，輸送帶的結(jié)構(gòu)正向曲面化程度增加的方向發(fā)展。雖然都是應(yīng)用普通帶或花紋帶，但 是通過(guò)改變支撐的方式，將輸送帶橫向進(jìn)行彎曲，形成更為靈活的曲面，從而適應(yīng)不同的工礦，實(shí)現(xiàn)空間彎曲，同時(shí)由于增加了物料和輸送帶之間的壓力，也增大了輸送傾角。

圖9 輸送帶結(jié)構(gòu)進(jìn)化路線二

    路線描述三：

    選擇多維化的一條進(jìn)化路線：(圖10)

    層數(shù)增加：?jiǎn)螌优帕?rarr;雙層排列→多層排列

    從多維化的進(jìn)化模式可以看出，輸送帶由單層向?qū)訑?shù)增加的方向發(fā)展。

圖10 輸送帶結(jié)構(gòu)進(jìn)化路線三

4 帶式輸送機(jī)輸送帶結(jié)構(gòu)的改進(jìn)方案

    帶式輸送機(jī)的輸送帶是承載物料的主要部件，其原理是靠輸送帶和物料之間的摩擦來(lái)實(shí)現(xiàn)物料的輸送。因此，增大輸送帶和物料之間的摩擦，在輸送的過(guò)程中，使物料和輸送帶的表面保持相對(duì)靜止，是改進(jìn)輸送帶結(jié)構(gòu)的主要方向。

    從微觀化的進(jìn)化模式角度，按照表面分割的進(jìn)化路線，輸送帶結(jié)構(gòu)將向活性表面發(fā)展，預(yù)測(cè)隨著材料科學(xué)的發(fā)展，將出現(xiàn)一種活性的材料應(yīng)用于輸送帶的制造，使輸送帶具有一定的吸附性，使輸送帶的摩擦力增大，結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化。

    從曲面化的進(jìn)化模式角度，按照進(jìn)化路線二的描述，輸送帶的發(fā)展方向是在繼續(xù)改進(jìn)雙曲面結(jié)構(gòu)的同時(shí)，進(jìn)一步研究復(fù)合形狀的曲面，使輸送帶的適應(yīng)性增強(qiáng)。稱該方案為方案一。

    方案一：復(fù)合曲面帶式輸送機(jī)(圖11)

圖11 復(fù)合曲面帶式輸送帶機(jī)構(gòu)

    采用復(fù)合曲面的結(jié)構(gòu)主要的目的是為了增大物料的夾持能力，從而增大輸送傾角。這種結(jié)構(gòu)類(lèi)似于將帶式輸送機(jī)和花紋輸送帶相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，因此具有了兩者的優(yōu)點(diǎn)，既實(shí)現(xiàn)了大角度的提升，也可以完成平面的彎曲。

    從多維化的進(jìn)化模式角度，壓帶式輸送機(jī)這種雙層結(jié)構(gòu)是目前的發(fā)展水平，下一步將向多層的帶式輸送機(jī)發(fā)展。稱該方案稱為方案二。

    方案二：多層壓帶式輸送機(jī)(圖12)

    多層壓帶式輸送機(jī)是在壓帶式輸送機(jī)的基礎(chǔ)上的發(fā)展。以三層壓帶式結(jié)構(gòu)為例，最下層輸送帶為普通輸送帶，對(duì)輸送物料起到支撐輸送的作用；中間輸送帶的下部輸送帶與最底層輸送帶接觸，作為最底層輸送帶的壓帶，上半部分為支撐帶，起到支撐輸送物料的作用；最上層輸送帶的工作部分是下半部輸送帶，與中間輸送帶的上半部分相接觸，起到壓帶的作用。這種結(jié)構(gòu)具有了壓帶式輸送機(jī)的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)大角度的輸送，并且實(shí)現(xiàn)了兩部輸送機(jī)的輸送量，比單獨(dú)的兩部輸送機(jī)節(jié)省了空間，降低了制造成本。

圖12 多層壓帶式輸送帶機(jī)構(gòu)

5 結(jié)論

    在介紹TRIZ技術(shù)進(jìn)化理論、技術(shù)進(jìn)化模式與進(jìn)化路線的基礎(chǔ)上，按照基于技術(shù)進(jìn)化理論的產(chǎn)品進(jìn)化研究過(guò)程對(duì)帶式輸送機(jī)輸送帶結(jié)構(gòu)的進(jìn)化進(jìn)行了研究，將其發(fā)展過(guò)程分為六個(gè)階段，并對(duì)其進(jìn)化路線進(jìn)行了三種方式的描述。在此基礎(chǔ)上，對(duì)帶式輸送機(jī)未來(lái)產(chǎn)品可能的輸送帶結(jié)構(gòu)狀態(tài)和改進(jìn)方案進(jìn)行了分析與預(yù)測(cè)，為企業(yè)產(chǎn)品的創(chuàng)新和開(kāi)發(fā)提供了借鑒。

核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。

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本文標(biāo)題：基于TRIZ的帶式輸送機(jī)輸送帶結(jié)構(gòu)的進(jìn)化研究

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