基于TRIZ理论的带式输送机断带抓捕器的研究

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带式输送机以它结构简单、运量范围大、运输物料品种多、基建费用低等优点，正成为散体物料的主要运输工具，广泛的应用于矿山、港 口、电厂中，但是在带式输送机使用中，尤其大倾角、大运量运输中，经常发生断带事故，严重影响企业的生产甚至工人的生命安全.现阶段断带抓捕器结构有单向托辊式、偏心托辊式、制动靴式、楔块式、全带宽抓捕等多种形式.但是各种抓捕器都存在响应时间长，抓捕可靠性差、稳定性不高等问题，国内外至今也没有得到很好的解办法.因此如何设计高效断带保护装置，在输送带断裂后，准确检测到断裂信号，快速抓捕住断带，并有效防止二次断带的发生，已成为摆在矿山机械设计者面前的-项意义重大的科研课题 J。

1 TRIZ理论TRIZ(萃智)是俄文 TPH3(reopmi pemeHaariao6perareabcxax 3aaq)的英文音译 Teofiya Resh-eniya Izobreatatelskikh Zadatch的缩写，其英文全称是Theory of the Solution of Inventive Problems(在欧美国家也可缩写为 TIPS)，中文意思为：发明问题解决理论.是由前苏联发明家根里奇.阿奇舒勒(G.S.Altshuler)在研究了世界各地 250万份高水平专利基础上于 1946年创立的.它利用创新的规律，使创新走出了盲目的、高成本的试错和灵光-现式的偶然.为企业节省的大量研发经费，缩短了企业研发产品周期，提高 了企业的市澈争力[610。

本文将 TRIZ理论引入带式输送机断带抓捕器的设计，提出了基于 TRIZ理论的机械结构辅助设计方法.将结构设计分成六个阶段：问题的发现、工程问题的提娶标准问题的形成、TRIZ解决方案求解、最终结构设计.如图l所示。

图 1 TRIZ理论结构设计的六个阶段开始设计时，设计者首先寻找技术系统中存在的技术问题，然后通过TRIZ理论分析工具(九屏法、功能分析、S进化曲线、小人法、金鱼法)中的-种或几种进行系统分析，分析系统子系统和超系统，查找可利用的资源，将工程问题转化成 TRIZ理论标准问题，形成最终理想解，应用 TRIZ工具① 收稿日期：2013-03-01基金项目：黑龙江省自然科学基金面上项目(E201119)；黑龙江侍育厅科学研究项目(12513074)；黑龙江科技学院青年才俊培养计划资助.。

作者简介：刘训涛(1975-)，男 ，山东鄄城人，副教授，硕士，从事矿山机械和 TRIZ理论教学与研究工作。

376 佳 木 斯 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) 2013年(矛盾矩阵、物理矛盾、物-场模型、76个标准解、ARIZ解决算法、4O个创新原理、效应、进化法则)进行方案求解，最后设计产品具体结构m ，TRIZ理论可以帮助设计者克服惯性思维，提供清晰解题思路.TRIZ理论的解题过程如图2所示。

法小 ---- 耋 - - - - - - 1 八 --P 最 - .-1标准解广- 。、 终-l . 理 ' ------.--想删z - 法流程广 解h--P - 嗣 几-I ～ l、----L- - - - - 粪 L - l析 I-J - I...-图2 TRIZ理论的解题过程带式输送机 l I 运输系统 l l 煤矿生产系统阻尼板 E----1 抓捕器 ：>l 智能输送带阻尼板机架 、连接结构抓捕臂 、开启机构、机架、执行机构检测机构、开启机构、输送带图3 抓捕器物质资源2 TRIZ理 断 设计中的应用 2.2最终理想解2.1 问题描述由于载荷激增、疲劳破坏等原因经常发生带式输送机的输送带的横向断裂，但现有的抓捕装置响应时间长，性能不稳定，无法有效的实现断带保护。

断带 抓捕臂图4 抓捕器物场模型IFR-1：希望能够制造-种抓捕装置，自己完成断带信号检测，准确的完成断带抓捕，且结构简单，响应快，性能稳定。

2.3 断带抓捕器的 S进化曲线抓捕器的结构设计现在正处于婴儿期到成长期的过渡，现在人们开始重视抓捕器的设计，也出现捕机构 了-定的专利，但是仍然没有稳定的被广泛接受的经典结构.因此系统内部的资源仍然没有利用完全。

2.4 断带抓捕器的九屏幕法第3期 刘训涛，等：基于TRIZ理论的带式输送机断带抓捕器的研究 3772.5 资源分析抓捕器的现成的物质资源有：机架、输送带、物料.场资源：重力场.派生的信息资源：带的张力。

2.6 矛盾的建立现阶段的抓捕器多数响应时间长，稳定性差，将其转化成 TRIZ理论标准问题为：改善的参数是动物的时间、测量的精度、可靠性，恶化的参数是系统的可靠性、设备复杂性和检测的复杂性，抓捕器的矛盾矩阵如表 1所示。

根据带式输送机工作实际工况，拟选用：：1号分割原理、5号组合原理、1O号预先作用、11号预先防范、15号动态化原理.具体的原理内容如表 2所示。

表 I 抓捕器的矛盾矩阵表表 2 选用的创新原理1上弧形抓捕板 ；2弧形托辊 ；3弧形托辊架；4外弹簧锁；5外弹簧锁紧杠杆；6外弹簧；7外弹簧锁紧弹簧；8外弹簧锁紧连杆；9外弹簧执行滚轮；10机架；11内机架；12外弹簧开启滚轮；13弧形托辊杆；14内弹簧图5 双弹簧全断面抓捕器的结构示意图2.7 物-场模型现阶段的楔块式抓捕器，多数通过单向托辊作为断带信号检测装置，以楔块结构实现断带的抓捕，经常发生抓捕反应时间长，抓捕力太小无法抓住断带，或者抓捕力过大发生输送带二次断裂现象.现有的抓捕器物-场模型属于效应不足的完整物场模型，如图4所示.为了改变这种情况，建立-个附加场，采用双弹簧结构。

2.8 双弹簧全断面抓捕器的结构设计利用分割、组合原理设计了弹簧全断面抓捕器，全断面抓捕器由内、外抓捕机构和上面的弧形抓捕板组成，如图 5所示.内抓捕机构由弧形托辊组、支撑连杆、内弹簧、外弹簧开启滚轮组成.利用TRIZ预先作用原理提高抓捕机构的响应时间，内抓捕机构的弧形托辊组始终与输送带相接，弹簧力2 3 4 5 6 7 8 9 378 佳 木 斯 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) 2013血通过弧形托辊组直接施加给由拉紧装置拉紧的输送带上.外抓捕机构由外弹簧、外弹簧锁紧机构、外弹簧锁紧杠杆、外弹簧执行滚轮组成。

当输送带正常工作时，输送带在拉紧力的作用下，输送带绷紧，弧形托辊在内弹簧力作用下与输送带相接触.当输送带断裂后，输送带张力为零，弧形托辊组在内弹簧作用下向上运动，将断带压紧在上面的抓捕板上，实现-级制动.同时，向上运动的弧形托辊组带动弧形托辊杆向上运动，弧形托辊杆下的外弹簧开启滚轮随之向上运动。

为了防止出现二次断带，采用预先防范原理和动态化原理，设计外弹簧抓捕机构，外弹簧锁紧机构正常工作时由锁紧弹簧锁紧，外弹簧与弧形托辊组不接触，亦不参与-级制动.当出现断带时，弧形托辊杆下外弹簧开启滚轮压动外锁紧弹簧执行滚轮，带动外弹簧锁紧机构绕转轴逆时针转动，开启外弹簧，外弹簧压在弧形托辊架上，与内弹簧-起对断带施加抓捕力，实现二次抓捕。

3 结 论通过TRIZ理论工具的使用，设计了双弹簧全断面抓捕器，通过内弹簧实时监测断带信息，完成- 级抓捕，提高了抓捕器动作的准确性，缩短了抓捕响应时间.设计了外弹簧抓捕机构，减少了二次断带事故的发生，提高了抓捕的可靠性，很好的完成断带抓捕任务。