TRIZ理論在井下運(yùn)輸設(shè)備研制中的應(yīng)用

趙媛媛

摘要：本文基于TRIZ創(chuàng)新理論，利用因果分析等分析方法發(fā)掘井下煤炭運(yùn)輸活動(dòng)中影響連續(xù)高效運(yùn)輸?shù)膯?wèn)題，挖掘出關(guān)鍵的技術(shù)矛盾，查矛盾矩陣表找出對(duì)應(yīng)的創(chuàng)新原理，根據(jù)創(chuàng)新原理的指導(dǎo)，建立數(shù)字模型，對(duì)受力情況、彎曲參數(shù)等進(jìn)行分析，優(yōu)化可彎曲膠帶機(jī)的結(jié)構(gòu)，為膠帶運(yùn)輸機(jī)在井下長(zhǎng)距離連續(xù)運(yùn)輸提高適應(yīng)性。

關(guān)鍵詞：巷道運(yùn)輸；TRIZ創(chuàng)新方法；因果分析；技術(shù)矛盾；連續(xù)運(yùn)輸

中圖分類號(hào)：TD52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-9129（2017）12-0058-02

Abstract： in this paper， based on the theory of TRIZ innovation， using analysis methods such as causal analysis excavation of underground coal transportation activities affect the continuous and efficient transportation problem， dig out the key technology of contradiction， contradiction matrix table find corresponding innovation principle， according to the principle of innovation， the direction of establishing digital model， analyze the force and bending parameters， optimize the structure of flexible tape machine， belt conveyor in underground long-distance transport continuously improve adaptability.

Key words： roadway transportation； TRIZ innovation method； cause and effect analysis； technical contradiction； continuous transportation

引言

膠帶運(yùn)輸機(jī)作為常用的連續(xù)運(yùn)輸設(shè)備已經(jīng)在露天礦、水電站建設(shè)工程、井工礦巷道、干線輸送以及其他生產(chǎn)系統(tǒng)中推廣使用，其中大部分主要應(yīng)用于長(zhǎng)距離輸送，通常轉(zhuǎn)彎半徑在500～6000m范圍內(nèi)[1]。在井工礦巷道，往往需要使得物料在較短的路徑內(nèi)實(shí)現(xiàn)彎曲轉(zhuǎn)載輸送，目前通常的方法是通過(guò)多臺(tái)設(shè)備搭接或鉸接的方式設(shè)置不同的轉(zhuǎn)載單元，這種方法的缺點(diǎn)是效率低、費(fèi)用高、故障率高、粉塵環(huán)境污染嚴(yán)重。因此，迫切需要研制出滿足井下高效、連續(xù)運(yùn)輸?shù)脑O(shè)備，提高運(yùn)輸效率、保證作業(yè)人員健康安全[2]。

1 現(xiàn)有問(wèn)題描述

1.1 問(wèn)題描述

隨著綜采工作面掘進(jìn)水平的大幅度提高，傳統(tǒng)掘進(jìn)工藝下常用的連續(xù)運(yùn)輸設(shè)備主要有轉(zhuǎn)載機(jī)+皮帶機(jī)、連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)，需要頻繁延皮帶、操作復(fù)雜，使巷道運(yùn)輸不連續(xù)，嚴(yán)重影響運(yùn)輸效率。

可彎曲帶式輸送機(jī)是區(qū)別于傳統(tǒng)運(yùn)輸方法新型運(yùn)輸設(shè)備，可有效提升運(yùn)輸效率。在設(shè)計(jì)過(guò)程中存在如下問(wèn)題：膠帶運(yùn)輸機(jī)輸送距離較長(zhǎng)，前部緊跟破碎轉(zhuǎn)載機(jī)，后端與自移動(dòng)力站相連，如果僅靠前后兩端支撐則自身結(jié)構(gòu)剛性不足，還會(huì)增大兩端支撐設(shè)備的接地比壓[3]；井下情況復(fù)雜，存在巷道彎曲、底板起伏不平等問(wèn)題；膠帶運(yùn)輸機(jī)在井下需拐彎并適應(yīng)起伏的工況；膠帶彎曲運(yùn)行張力大、易跑偏；膠帶可彎曲率與機(jī)架最小彎曲半徑不匹配；膠帶磨損嚴(yán)重等問(wèn)題，對(duì)高效快速運(yùn)輸產(chǎn)生了比較大的影響。

2 TRIZ解題流程

2.1因果分析

圖2 因果分析

2.2運(yùn)用TRIZ工具

通過(guò)因果分析（如圖2）可知，可彎曲膠帶運(yùn)輸機(jī)存在四個(gè)技術(shù)沖突。

技術(shù)沖突1：由于連續(xù)運(yùn)輸?shù)男枨?，就需要增加設(shè)備的長(zhǎng)度，但是就會(huì)出現(xiàn)如下沖突：輸送距離較長(zhǎng)，如果僅靠前后兩端支撐則自身結(jié)構(gòu)剛性不足，還會(huì)增大兩端支撐設(shè)備的接地比壓。即：需要改善的參數(shù)為移動(dòng)件長(zhǎng)度，但同時(shí)惡化的參數(shù)是強(qiáng)度及應(yīng)力、壓強(qiáng)。

查矛盾矩陣表得到技術(shù)沖突1的創(chuàng)新原理為：1.分割原理、15.動(dòng)態(tài)化原理、8.重量補(bǔ)償原理、35.參數(shù)變化原理、10.預(yù)操作原理、36.狀態(tài)變化原理。

技術(shù)沖突2：存在整機(jī)彎曲半徑太大則使用不靈活，無(wú)法滿足在巷道中轉(zhuǎn)彎的要求，彎曲半徑太小膠帶跑偏不易控制的沖突。即：需要改善的參數(shù)為系統(tǒng)復(fù)雜性，但同時(shí)惡化的參數(shù)是控制和測(cè)量的復(fù)雜性。

查矛盾矩陣表得到技術(shù)沖突2的創(chuàng)新原理為： 15.動(dòng)態(tài)化原理、10.預(yù)操作原理、37.熱膨脹原理、28.機(jī)械系統(tǒng)的替代原理。

技術(shù)沖突3：需要盡量減小皮帶張力，否則無(wú)法保證輸送機(jī)在膠帶運(yùn)行過(guò)程中順利拐彎。即：需要改善的參數(shù)為張力、壓力，但同時(shí)惡化的參數(shù)是物體穩(wěn)定性。

查矛盾矩陣表得到技術(shù)沖突3的創(chuàng)新原理為：2.分離原理、35.參數(shù)變化原理、40.復(fù)合材料原理。

技術(shù)沖突4：疊層阻燃輸送帶是可彎曲帶式輸送機(jī)的核心部件，要求能適應(yīng)轉(zhuǎn)載機(jī)的彎曲功能，但同時(shí)又要保證輸送帶的使用壽命。即：需要改善的是形狀，但是惡化的是物質(zhì)損失。

查矛盾矩陣表得到技術(shù)沖突4的創(chuàng)新原理為：29.氣動(dòng)與液壓原理、35.參數(shù)變化原理、3.局部質(zhì)量原理、5.組合原理。

解決方案：

解決方案一：利用8.重量補(bǔ)償原理、15.動(dòng)態(tài)化原理、10.預(yù)操作原理，在中間加設(shè)輔助支撐機(jī)構(gòu)，可彎曲膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)配備的油氣懸掛，可用于提供中間輔助支撐。為適應(yīng)巷道底板，采用膠輪行走，減小了行走阻力，輔助油氣懸掛支撐機(jī)構(gòu)減小重力的影響，增強(qiáng)了膠帶機(jī)對(duì)巷道底板的適應(yīng)性。通過(guò)數(shù)字樣機(jī)模擬分析，對(duì)柔性單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，減輕整機(jī)重量，降低輸送機(jī)牽引力和油氣懸掛受力，提高整機(jī)適應(yīng)能力。

解決方案二：利用15.動(dòng)態(tài)化原理、10.預(yù)操作原理、35.參數(shù)變化原理，采用多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，盡量減小皮帶張力，采用液壓張緊和電氣檢測(cè)、反饋、執(zhí)行連續(xù)實(shí)時(shí)自動(dòng)化控制技術(shù)。通過(guò)改變兩個(gè)滾筒間距，補(bǔ)償由于膠帶彈性伸長(zhǎng)（或收縮）而引起的張力變化，實(shí)現(xiàn)最小張力點(diǎn)的張力限定在某個(gè)范圍內(nèi)的目的。

解決方案三：利用5.組合原理、3.局部質(zhì)量原理、35.參數(shù)變化原理，通過(guò)與專業(yè)輸送帶廠家合作，對(duì)輸送帶的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，既保證輸送帶芯部的強(qiáng)度，又保證輸送帶邊緣的韌性，最大限度的發(fā)揮其作用。從而使輸送帶既能滿足彎曲功能，又不降低其壽命。

實(shí)施方案

通過(guò)應(yīng)用TRIZ理論進(jìn)行矛盾分析[4]，利用多種發(fā)明原理相結(jié)合設(shè)計(jì)出礦用帶式轉(zhuǎn)載機(jī)，該設(shè)備主要由運(yùn)輸部分和動(dòng)力部分組成，自移動(dòng)力站主要負(fù)責(zé)提供動(dòng)力，其余部分兼顧運(yùn)輸與轉(zhuǎn)運(yùn)功能。

礦用移動(dòng)式柔性膠帶運(yùn)輸機(jī)有效解決了煤礦巷道掘進(jìn)運(yùn)輸慢、不連續(xù)的問(wèn)題，通過(guò)與邁步式自移機(jī)尾的重疊搭接，實(shí)現(xiàn)煤炭高效、清潔的轉(zhuǎn)載，系統(tǒng)長(zhǎng)度能夠滿足搭接長(zhǎng)度的要求，滿足一天的進(jìn)尺需求。整套裝置搭接環(huán)節(jié)少，自動(dòng)化程度高，可提高傳統(tǒng)礦區(qū)掘進(jìn)水平，減少井下作業(yè)人員。

通過(guò)建立可彎曲帶式輸送機(jī)數(shù)字樣機(jī)模型，使用UA輪胎模型并結(jié)合水平路譜、井下臺(tái)階路譜和隨機(jī)路譜，分析在不同工況路面下行走、轉(zhuǎn)彎以及通過(guò)邁步皮帶機(jī)時(shí)的動(dòng)力學(xué)特性，確定輸送機(jī)水平和豎直方向彎曲參數(shù)。

為保證輸送機(jī)在膠帶運(yùn)行過(guò)程中順利拐彎，采用多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，盡量減小皮帶張力。

可彎曲膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)配備了油氣懸掛，用于提供中間輔助支撐，并且可自適應(yīng)巷道底板起伏。自動(dòng)張緊裝置采用電氣控制，通過(guò)壓力傳感器監(jiān)測(cè)自動(dòng)張緊油缸壓力，根據(jù)啟動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)和停機(jī)等皮帶機(jī)不同工況，對(duì)皮帶進(jìn)行自動(dòng)張緊。在停機(jī)情況下，皮帶處于完全放松狀態(tài)。皮帶啟動(dòng)前，進(jìn)行預(yù)張緊。在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，自動(dòng)張緊油缸靠蓄能器提供壓力。

自移動(dòng)力站為可彎曲膠帶機(jī)提供動(dòng)力，跨騎布置在邁步式自移機(jī)尾的剛性架上，可自主在邁步式自移機(jī)尾的剛性架上行走，牽引皮帶機(jī)后退。

3 結(jié)語(yǔ)

可彎曲帶式輸送機(jī)通過(guò)與邁步式自移機(jī)尾的重疊搭接[5]，實(shí)現(xiàn)煤炭高效、清潔的轉(zhuǎn)載，系統(tǒng)長(zhǎng)度能夠滿足搭接長(zhǎng)度的要求，整套裝置搭接環(huán)節(jié)少，自動(dòng)化程度高，可提高傳統(tǒng)礦區(qū)掘進(jìn)水平，減少井下作業(yè)人員，符合國(guó)家安監(jiān)總局“機(jī)械化換人，自動(dòng)化減人”的要求?？蓮澢鷰捷斔蜋C(jī)也可為短壁回采、端幫開采中的轉(zhuǎn)載運(yùn)輸提供新的解決方案。

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