基于TRIZ創(chuàng)新方法解決選礦廠運(yùn)輸皮帶撕裂的研究

黃苗笛

（湖南柿竹園有色金屬有限責(zé)任公司，湖南 郴州 423037）

目前，選礦廠礦石破碎流程中，皮帶輸送機(jī)所用的運(yùn)輸皮帶材質(zhì)一般為PVC（聚氯乙烯）、PU（聚氨酯）、PE（聚烯烴）、Si（硅膠），其各類材質(zhì)對(duì)剛性物體均有受力極限，在實(shí)際使用過程中均有不同程度的輸送帶撕裂的情況發(fā)生，主要體現(xiàn)在金屬尖銳物刺穿、受到超過其極限的瞬間作用力、缺乏低成本而有效的皮帶撕裂檢測(cè)手段等。運(yùn)輸皮帶撕裂分為橫向撕裂和縱向撕裂，一般橫向撕裂為瞬間力作用導(dǎo)致皮帶橫向整體斷裂，不易于檢測(cè)，其很難做到事發(fā)瞬間的應(yīng)急措施；縱向撕裂為一種過程性損傷，一般由小的缺口或破損面逐步擴(kuò)大，其相對(duì)橫向撕裂更容易檢測(cè)，但其發(fā)生率相對(duì)較高，實(shí)際影響率高于橫向撕裂。

在皮帶撕裂的處理和預(yù)防方法中，一般是從皮帶的材質(zhì)、皮帶輸送機(jī)運(yùn)行電流檢測(cè)、基于圖像處理技術(shù)的撕裂面檢測(cè)、基于各類傳感器的撕裂面檢測(cè)等，一方面受使用環(huán)境等因素影響各類檢測(cè)方法的有效檢測(cè)率偏低，另一方面在于運(yùn)輸皮帶撕裂檢測(cè)為多點(diǎn)檢測(cè)，其投入及維護(hù)成本較大。

運(yùn)用發(fā)明問題解決理論（TRIZ）［1］，對(duì)運(yùn)輸皮帶撕裂的情況進(jìn)行分析和解決，提供創(chuàng)新性思路來解決問題，采用一種低成本的新型皮帶撕裂綜合保護(hù)系統(tǒng)，包括前端緩沖裝置、中端保護(hù)裝置、末端檢測(cè)裝置，并綜合其它方案對(duì)未來發(fā)展進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)估，提出后續(xù)改進(jìn)思路和空間。

1 定義技術(shù)系統(tǒng)及最終理想解

定義問題為解決運(yùn)輸皮帶撕裂的問題，根據(jù)問題確定要解決的系統(tǒng)關(guān)鍵點(diǎn)，進(jìn)一步定義為技術(shù)系統(tǒng)，技術(shù)系統(tǒng)定義為皮帶輸送機(jī)，定義技術(shù)系統(tǒng)便于找到待解決的關(guān)鍵原因和系統(tǒng)內(nèi)外可用資源的尋找。

定義其最終理想解（IFR）為系統(tǒng)中不需要皮帶輸送機(jī)就能完成物料運(yùn)輸，朝著技術(shù)系統(tǒng)不斷接近最終理想解的方向去探索研究。

對(duì)技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)行分析，找到系統(tǒng)中所有的組件和對(duì)應(yīng)功能，其構(gòu)成為系統(tǒng)、子系統(tǒng)（系統(tǒng)下一級(jí)的組成）、超系統(tǒng)（系統(tǒng)外的組成），并找到所有對(duì)應(yīng)關(guān)系的程度和性質(zhì)，如圖1構(gòu)建功能模型，找到系統(tǒng)中的不足功能和有害作用為待解決的關(guān)鍵點(diǎn)，同時(shí)探究有用功能的進(jìn)一步完善。

圖1 皮帶輸送機(jī)功能模型圖

2 因果分析

從圖1功能模型圖找到技術(shù)系統(tǒng)中存在的不足功能和有害作用，造成皮帶撕裂的主要原因?yàn)橐韵聨c(diǎn)：（1）鐵雜質(zhì)對(duì)皮帶的有害作用；（2）除鐵器對(duì)鐵雜質(zhì)分離功能的不足；（3）物料對(duì)皮帶的擠壓力；（4）轉(zhuǎn)接溜槽緩沖功能的不足；（5）給礦器給礦作用的不足；（6）超聲波或激光探傷儀檢測(cè)功能的不足。

對(duì)主要原因進(jìn)行因果分析，通過因果分析找到所有關(guān)鍵原因和根本原因，便于從根源解決運(yùn)輸皮帶撕裂的問題，如圖2因果軸分析，通過對(duì)組件或項(xiàng)目的功能參數(shù)和作用性質(zhì)的分析，逐步找到皮帶撕裂的根本原因。

圖2 因果軸分析

以湖南柿竹園東波多金屬選礦廠為例，將所有原因在5 a內(nèi)的發(fā)生次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，通過帕累托圖（二八法則）分析，找到所有根本原因中的5個(gè)關(guān)鍵原因。5個(gè)關(guān)鍵原因分別為：（1）轉(zhuǎn)接溜槽上下料口距離過大；（2）超聲波或激光探傷儀檢測(cè)精度不足；（3）給礦器給礦分布不均勻；（4）除鐵器磁吸力不足；（5）鐵雜質(zhì)及其它尖銳物對(duì)皮帶的破壞。

解決5個(gè)關(guān)鍵原因來有效解決運(yùn)輸皮帶撕裂的問題，以較低的成本投入，大大降低運(yùn)輸皮帶撕裂的發(fā)生率及所帶來的嚴(yán)重后果。

3 物理矛盾及分離方法

確定5個(gè)待解決的關(guān)鍵原因，其中1個(gè)關(guān)鍵原因是給礦器給礦分布不均勻，要求為2個(gè)參數(shù)的兩種不同要求，其構(gòu)成典型的物理矛盾，找到其參數(shù)對(duì)應(yīng)的不同要求，例如空間、時(shí)間、條件、系統(tǒng)級(jí)別。然后運(yùn)用分離方法進(jìn)行進(jìn)一步的解決過程分析，得出方案。存在物理矛盾的關(guān)鍵原因參數(shù)為：（1）給礦器礦量輸送大小的物理矛盾；（2）排礦口大小的物理矛盾。

3.1 給礦器礦量輸送大小的物理矛盾及分離方法

經(jīng)過分析，得出給礦器在礦量輸送的大小矛盾中，適合于不同空間下完成，利用空間分離原理可得出分層式下料口的方案。說明為給礦器這個(gè)空間位置輸送量大，多個(gè)排礦口組成的方式達(dá)到單個(gè)輸送量小的要求。

3.2 給礦器排礦口大小的物理矛盾及分離方法

經(jīng)過分析，得出給礦器的排礦口大小的矛盾中，適合于不同條件下完成，利用條件分離原理可得出調(diào)節(jié)性擋料板的方案。說明為當(dāng)?shù)V量大的時(shí)候排礦口大，礦量小的時(shí)候而排礦口小。

4 技術(shù)矛盾及發(fā)明原理

經(jīng)過分析，關(guān)鍵原因中的3個(gè)為典型的技術(shù)矛盾，分別是：（1）除鐵器磁吸力的技術(shù)矛盾；（2）轉(zhuǎn)接溜槽上下料口距離大的技術(shù)矛盾；（3）超聲波或激光探傷儀檢測(cè)精度的技術(shù)矛盾。其均存在改善一項(xiàng)參數(shù)，將會(huì)惡化另一個(gè)參數(shù)的技術(shù)矛盾存在，查詢阿奇舒勒技術(shù)矛盾矩陣，利用40個(gè)發(fā)明原理進(jìn)行分析解題。

4.1 除鐵器存在的技術(shù)矛盾及發(fā)明原理

經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)除鐵器磁吸力不足的問題，為典型的技術(shù)矛盾，找到增強(qiáng)磁吸力的同時(shí)惡化的是能量消耗，運(yùn)用矛盾矩陣表找到對(duì)應(yīng)的發(fā)明原理和得出的方案為：預(yù)先作用原理（縱向升力除鐵裝置）、空間維數(shù)變化原理（側(cè)邊分層式除鐵器）、周期性動(dòng)作原理（除鐵器周期性增磁系統(tǒng)）。

4.2 轉(zhuǎn)接溜槽存在的技術(shù)矛盾及發(fā)明原理

經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)接溜槽上下料口距離大的問題，為典型的技術(shù)矛盾，找到改善上下料口距離的同時(shí)惡化的是系統(tǒng)可靠性，運(yùn)用矛盾矩陣表找到對(duì)應(yīng)的發(fā)明原理和得出的方案為：預(yù)先作用原理（物料重力緩沖阻尼系統(tǒng)）、反向作用原理（下料口反吹風(fēng)裝置）、物理或化學(xué)參數(shù)改變（中段柔性緩沖組件）。

4.3 超聲波探傷儀存在的技術(shù)矛盾及發(fā)明原理

經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)超聲波探傷儀測(cè)量精度不足的問題，為典型的技術(shù)矛盾，改善測(cè)量精度的同時(shí)惡化的是系統(tǒng)的復(fù)雜性，運(yùn)用矛盾矩陣表找到對(duì)應(yīng)的發(fā)明原理和得出的方案為：預(yù)先作用原理（超聲波導(dǎo)波裝置）、廉價(jià)替代品原理（水探傷系統(tǒng)）、物理或化學(xué)參數(shù)改變（電壓差線性調(diào)節(jié)裝置）。

5 物場(chǎng)分析

關(guān)鍵原因中鐵雜質(zhì)及其它尖銳物對(duì)皮帶的破壞為主要的有害作用，此為兩個(gè)物質(zhì)和一個(gè)場(chǎng)構(gòu)成的聯(lián)系，將其聯(lián)系用物場(chǎng)模型構(gòu)建出來進(jìn)行分析，運(yùn)用76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解，例如改變物質(zhì)的狀態(tài)、改變場(chǎng)的狀態(tài)、改變兩者之間的聯(lián)系、增加物質(zhì)或場(chǎng)等等，得出方案［2～5］。

鐵雜質(zhì)與運(yùn)輸皮帶的物場(chǎng)模型構(gòu)建，分析鐵雜質(zhì)和運(yùn)輸皮帶之間的物場(chǎng)聯(lián)系，其為兩個(gè)物質(zhì)間相互力的作用，物為鐵雜質(zhì)和運(yùn)輸皮帶，場(chǎng)為機(jī)械力。構(gòu)建模型進(jìn)行分析解題，分析過程及方案如圖3所示。

圖3 鐵雜質(zhì)與皮帶的物場(chǎng)模型構(gòu)建與標(biāo)準(zhǔn)解運(yùn)用

6 一種新型皮帶撕裂綜合保護(hù)系統(tǒng)

將得出的方案，進(jìn)行客觀的理想度評(píng)估，找出當(dāng)前理想的方案組合，得出最終的綜合性方案，如圖4設(shè)計(jì)一種新型皮帶撕裂綜合保護(hù)系統(tǒng)，包括前端緩沖、中端保護(hù)、末端檢測(cè)，其工作原理為：

1.前端安裝由阻尼器構(gòu)成的轉(zhuǎn)接溜槽，物料經(jīng)過溜槽不會(huì)立即下落，而是由阻尼器釋放，起到對(duì)物料的緩沖作用。

2.中端通過給礦裝置在運(yùn)輸皮帶上不斷添加已經(jīng)細(xì)碎處理過的部分均勻物料，使下落物料不完全與皮帶接觸，起到對(duì)運(yùn)輸皮帶的保護(hù)作用。

圖4 新型皮帶撕裂綜合保護(hù)系統(tǒng)

3.末端在皮帶底部設(shè)有噴射狀沖洗水，皮帶未撕裂時(shí)所用水起到清洗皮帶的作用，當(dāng)皮帶有缺口時(shí)，水透過缺口射至感應(yīng)裝置處完全檢測(cè)報(bào)警，起到對(duì)皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的檢測(cè)和清洗作用。

7 結(jié) 論

皮帶輸送機(jī)在實(shí)際使用過程中所能發(fā)生的較大事故，其中運(yùn)輸皮帶撕裂為典型的事故，造成的經(jīng)濟(jì)損失和安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)極大，并且在各行業(yè)領(lǐng)域廣泛使用皮帶運(yùn)輸機(jī)的背景下，其影響是廣泛的，研究一種低成本而高效的皮帶撕裂保護(hù)系統(tǒng)或裝置是有效解決皮帶撕裂的關(guān)鍵點(diǎn)［6］。

常規(guī)的解決方案因環(huán)境和使用要求各不相同，各類解決辦法和預(yù)防措施效果均有不同，其解決方向主要包括技術(shù)和管理兩個(gè)層面，運(yùn)用發(fā)明問題解決理論（TRIZ）來分析解決皮帶撕裂的問題，主要目的在于用一種創(chuàng)新性較強(qiáng)的思路去解決，并提供后續(xù)的改進(jìn)思路及基于較強(qiáng)理論性的未來技術(shù)發(fā)展的預(yù)測(cè)預(yù)想，同時(shí)達(dá)到提高專利數(shù)量和質(zhì)量的雙重目的。

運(yùn)用發(fā)明問題解決理論（TRIZ），找到關(guān)鍵原因并對(duì)其進(jìn)行理論分析，通過物理矛盾、技術(shù)矛盾、物場(chǎng)模型、技術(shù)進(jìn)化路線4個(gè)層面，最終找到一種高效的新型皮帶撕裂綜合保護(hù)系統(tǒng)。該理論處理和解決工程和技術(shù)問題的效率相比于常規(guī)的思維模式和方法更快更深入，也能更好地提供創(chuàng)新性思路，最終引導(dǎo)和幫助技術(shù)人員解決各類問題。