带式输送机自1795年发明以来，如今已广泛应用于电力、冶金、煤炭、化工、矿山、港口等行业。特别是第二次工业革命带来了新材料、新技术的采用，使带式输送机的发展步入一个新纪元。输送带作为带式输送机的牵引和承载构件，既要承载输送的物料、不断受到冲击和摩擦，又要借助输送带与驱动滚筒的摩擦力牵引输送带运动。输送带的造价是整个输送机造价的主要构成部分，其强度是带式输送机的输送距离和输送能力的制约因素。同时，输送带在运行时易出现跑偏、打滑、撕带等故障和现象。为此，研究和总结输送带结构进化历程，并随时随地跟踪其发展，对预测带式输送机的未来发展方向具有重要的指导作用。 下面运用TRIZ的技术进化理论分析了带式输送机输送带结构的进化过程，总结和归纳了其进化模式与进化路线，并对其发展和未来产品可能的输送带结构状态进行了预测，为企业产品的创新和开发提供借鉴。
1 应用理论
1.1 TRIZ技术进化理论
起源于前苏联的TRIZ(发明问题解决理论)的技术系统进化理论是专门研究技术系统进化预测的一个重要分支。TRIZ创始人G.S.Altshuller及研究人员经过大量的专利分析，发现并确认了技术从结构上进化的趋势，即技术进化模式与进化路线。这些模式与路线可引导设计者尽快发现新的核心技术。
技术进化理论的研究结果已有几个版本，如：Savransky的技术进化理论(ET，EvolutionofTechnique)、FeyandRivin的技术进化引导理论(GTE，GuidedTechnologyEvolution)、Zusman等的直接进化理论(DE，DirectedEvolution)、Petrov的技术进化定律(Thelawofsystemevolution)，它们都是Altshuller的TRIZ传统进化理论的发展，每个版本各具特色。
1.2 技术进化模式及进化路线
通过对DE的八种进化模式进行分析，结合Petrov的技术进化定律中的已有系统改进定律，从实用性的角度对技术进化按结构、时间、功能、可控性及理想化进行分类，总结出十种进化模式：精简化，指系统由简单到复杂、再由复杂到简单的进化；微观化，指系统由宏观物体向微观物体的进化；柔性化，指系统向动态性增加的方向进化；曲面化，指系统几何形状的进化；多维化，指系统向维数增加的方向进化；调和化，指系统向各部件和谐的方向进化；集成化，指系统向超系统方向进化；自动化，指系统向可控性增加的方向进化；智能化，指系统向减少人的介入方向进化；理想化，指系统向增加理想化水平的方向进化。
十种进化模式应用在系统已经存在并且需要改进的情况下，是技术系统发展的一般趋势，在系统改进和创新设计上应用最广，每种进化模式又包含着多条进化路线，如柔性化进化模式包含如下进化路线：动态性增加：刚性体→一个铰接→两个(多个)铰接→弹性体→分子结构(液体、气体)→场；改变稳定度：静态固定的系统→有多个固定状态的系统→动态固定的系统→多变系统；移动性增强:固定的系统→可移动的系统→随意移动的系统。
1.3 基于技术进化理论的产品进化研究过程模型
进化模式指明了产品改进或创新的方向，进化路线指出了产品结构进化的状态序列。基于当前产品核心技术所处的状态，按照进化路线，通过设计，可使产品移动到新的状态。 应用技术进化理论首先要判断选定产品或系统的技术进化模式，然后选择进化路线，确定系统当前技术在进化路线上所处的状态，以此预测新一代产品的结构特点，确定创新设想。研究过程模型如图1。
图1 基于技术进化理论的产品进化研究过程
2 带式输送机输送带结构的进化过程分析
以中国国家专利局的专利数据为检索依据，检索国内近30年来的带式输送机的相关专利321篇，其中与输送带机构 有关的专利56篇，发现带式输送机输送带机构发展经历以下六个阶段。
阶段一：普通输送带带式输送机
普通输送带带式输送机的特点是输送带为平型，带芯为帆布或尼龙帆布或钢绳芯(图2)。
图2 普通输送带结构图
阶段二：花纹带式输送机(图3)
花纹带式输送机是将光滑的平型输送带的表面在输送带的制造过程中增加花纹以减缓物料的下滑趋势，由于结构的原因，花纹输送带宜输送流动性好、不易粘结在输送带上的物料。
缺点：(1)所允许的输送角是有限制的。(2)花纹的磨损比通用输送带表面要快的多。(3)在带速较高的情况下，当花纹经过回程托滚时会产生振动，从而加速花纹的磨损， 降低托滚的使用寿命。(4)输送带的清扫要比普通的带式输送机困难的多。
图3 花纹输送带
阶段三：波状挡边带式输送机(图4)
波状挡边带式输送机是一种特殊结构的带式输送机，这种结构的输送机是专门为输送大倾角物料所涉及的。输送带上有挡边以增大物料的截面，倾斜角度增大时，一般在横向设置挡板。挡边带有基带，挡边和隔板组成。基带的外观与普通带相同，但它具有更大的横向刚度。挡边做成波状是为了使输送带能绕过各种滚筒和凸、凹弧区段以满足输送线路的要求。波状挡边带式输送机是真正实现大倾角输送物料的重要形式。
图4 波状挡边带式输送机
缺点：(1)波状挡边输送带寿命偏低。(2)卸料不彻底和漏料问题。
阶段四：管状带式输送机(图5)
圆管带式输送机是在槽形带式输送机基础上发展起来的一类特种带式输送机。它是一种通过托辊组施加强制力将平型输送带导向成圆管状，使输送物料被密闭在 圆管内，从而在整个输送线路中实现封闭输送的设备。
图5 管状带式输送机
缺点：(1)材质和制造 要求相对较高。(2)由于在输送机的运行中物料被围包在圆管内，增大物料与输送带的挤压力，因此输送机的运行阻力系数要比通用带式输送机大。(3)与通用带式输送机相比，在带速和带宽相同的条件下输送量小。(4)设计计算复杂。(5)从结构上来看，圆管带式输送机小会产生如同通用带式输送机的输送带跑偏问题，但是存在输送带的扭转问题，严重时会使输送带的边缘进入两个托辊的间隙内，造成输送带的损坏。
阶段五：袋式带式输送机(图6)
袋式输送机的输送带类似于一个口袋，这种结构有多种实现形式，但主要的原理都是用输送带包裹物料进行运输，这样加大了输送带对物料的积压力，从而增大了物料的输送角度，并且输送带可以对物料进行封闭运输，减少了物料对环境的污染。这种结构还可以时间空间路线的弯曲，适合各种运输路线。还可以根据不同的工矿，选择相应的结构和驱动方式。
图6 袋式带式输送机
阶段六：压带式输送机(图7)
压带式带输送机它是用一条辅助带对物料施加压力.这种输送机的主要优点是:输送物料的最大倾角可达90°，运行速度可达6m/s，输送能力不随倾角的变化而变化，可实现松散物料和有毒物料的密闭输送，其主要缺点是结构复杂、输送带的磨损增大和能耗较大。
图7 压带式输送机
通过以上描述得出，带式输送机输送带机构发展经历了普通输送带带式输送机、花纹带式输送机、波状挡边带式输送机、管状带式输送机、袋式带式输送机、压带式输送机等六个阶段。在此基础上，我们分析得出带式输送机输送带结构三条进化路线。
3 带式输送机输送带结构的进化路线描述
路线描述一：
选择微观化的一条进化路线：(图8)
表面分割：平坦表面→表面上有许多突起→形成粗糙表面→活性的表面
图8 输送带结构进化路线一
从微观化的进化模式可以看出，输送带的结构从普通的平纹带发展到花纹带，以后又出现了波状挡边输送带，在进化路线中是一个反复的，这是正常的。目前花纹带和波状挡边输送带都广泛的应用于生产中。
路线描述二：
选择曲面化的一条进化路线：(图9)
面的几何进化：平面→单曲面→双曲面→复合曲面
从曲面化的进化模式可以看出，输送带的结构正向曲面化程度增加的方向发展。虽然都是应用普通带或花纹带，但 是通过改变支撑的方式，将输送带横向进行弯曲，形成更为灵活的曲面，从而适应不同的工矿，实现空间弯曲，同时由于增加了物料和输送带之间的压力，也增大了输送倾角。
图9 输送带结构进化路线二
路线描述三：
选择多维化的一条进化路线：(图10)
层数增加：单层排列→双层排列→多层排列
从多维化的进化模式可以看出，输送带由单层向层数增加的方向发展。
图10 输送带结构进化路线三
4 带式输送机输送带结构的改进方案
带式输送机的输送带是承载物料的主要部件，其原理是靠输送带和物料之间的摩擦来实现物料的输送。因此，增大输送带和物料之间的摩擦，在输送的过程中，使物料和输送带的表面保持相对静止，是改进输送带结构的主要方向。
从微观化的进化模式角度，按照表面分割的进化路线，输送带结构将向活性表面发展，预测随着材料科学的发展，将出现一种活性的材料应用于输送带的制造，使输送带具有一定的吸附性，使输送带的摩擦力增大，结构得到简化。
从曲面化的进化模式角度，按照进化路线二的描述，输送带的发展方向是在继续改进双曲面结构的同时，进一步研究复合形状的曲面，使输送带的适应性增强。称该方案为方案一。
方案一：复合曲面带式输送机(图11)
图11 复合曲面带式输送带机构
采用复合曲面的结构主要的目的是为了增大物料的夹持能力，从而增大输送倾角。这种结构类似于将带式输送机和花纹输送带相结合的结构，因此具有了两者的优点，既实现了大角度的提升，也可以完成平面的弯曲。
从多维化的进化模式角度，压带式输送机这种双层结构是目前的发展水平，下一步将向多层的带式输送机发展。称该方案称为方案二。
方案二：多层压带式输送机(图12)
多层压带式输送机是在压带式输送机的基础上的发展。以三层压带式结构为例，最下层输送带为普通输送带，对输送物料起到支撑输送的作用；中间输送带的下部输送带与最底层输送带接触，作为最底层输送带的压带，上半部分为支撑带，起到支撑输送物料的作用；最上层输送带的工作部分是下半部输送带，与中间输送带的上半部分相接触，起到压带的作用。这种结构具有了压带式输送机的特点，可以实现大角度的输送，并且实现了两部输送机的输送量，比单独的两部输送机节省了空间，降低了制造成本。
图12 多层压带式输送带机构
5 结论
在介绍TRIZ技术进化理论、技术进化模式与进化路线的基础上，按照基于技术进化理论的产品进化研究过程对带式输送机输送带结构的进化进行了研究，将其发展过程分为六个阶段，并对其进化路线进行了三种方式的描述。在此基础上，对带式输送机未来产品可能的输送带结构状态和改进方案进行了分析与预测，为企业产品的创新和开发提供了借鉴。
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