1概述。
在煤炭生產中，已廣泛地使用帶式輸送機作為運輸設備。由于膠帶的長期運轉及各種意外的因素，斷帶事故時有發生，特別是作為主提升用的上運帶式輸送機，傾角大，膠帶負荷大，一旦發生斷帶下滑和輸送機（輸送機技術）逆轉事故，就會摧毀機架，損壞設備，阻塞井筒，造成長時間的停產，甚至人員傷亡，且清理現場工作量大，后果嚴重。為此，我們對防止或減輕斷帶或逆轉事故的后果進行了深入的調查和研究，并找到了解決的方法。
2方法與原理。
對于斷帶和防逆轉失效保護，國內外都在研究并提出了一些解決辦法，如抓捕器等，但實際應用都不太理想。我們首次提出了采用全線柔性摩擦制動的新思路，即當上運帶式輸送機斷帶上膠帶下滑時，托輥不轉動（單向托輥），依靠膠帶與托輥之間在斷帶全線上的滑動摩擦阻力實現制動，而對于下膠帶的制動，則采用在下膠帶下方安裝阻尼板阻尼制動的方法。由于下托輥間距較大，斷帶后，依靠膠帶下垂與阻尼板發生接觸產生的滑動摩擦力，阻止膠帶下滑。
?。?）單向托輥摩擦制動法。
1）工作原理。
具有一定傾角的上運帶式輸送機斷帶后，能否采用滑動摩擦力的方法實現制動，我們進行過可行性分析。膠帶的材料為橡膠，托輥的材料為鋼材，兩者之間的靜滑動摩擦系數為0.9，動摩擦系數在無潤滑時為0.6~0.8.我們模擬現場工作膠帶上有時有水的實際工況進行試驗，即在托輥和膠帶上灑了水，在有水條件下測定膠帶與托輥之間的滑動摩擦系數，其數值也在0.45以上。
目前，國內上運帶式輸送機的傾角一般在18以下。傾角在18時，tan18=0.325<0.45，這表明斷帶下滑時，只要托輥不隨之轉動和在機架上加裝阻尼板便可阻止上，下膠帶下滑。
2）單向托輥的研制。
單向托輥的功能在于當膠帶上運時，托輥隨之轉動，上膠帶與托輥間為滾動摩擦，而當膠帶斷帶上膠帶下滑時，托輥不反轉，膠帶與托輥之間為滑動摩擦，摩擦阻力大。實現托輥單向旋轉的方法有兩種，即棘輪結構和滾柱逆止結構。棘輪結構存在開槽制造麻煩易損壞的缺點，而滾柱逆止結構則存在結構較復雜，精度要求高，成本高，可靠性較差的缺點，這兩種結構用于單向托輥均不合適。我們通過研究和多次試驗，研制出新型卡片式單向托輥，這種托輥經使用證明其結構簡單，強度大，工作可靠，成本低。
由于其獨創性，已獲得國家專利。
a.單向托輥的原理與結構。
單向托輥及其工作原理。
當上運帶式輸送機提升重物時，上膠帶沿C向運行，上膠帶底面與托輥表面的摩擦力使單向托輥外圈套4沿順時針方向轉動。因鎖片銷8與外圈套4為一體，與鎖片2相鉸接，使鎖片2也作順時針轉動，當轉到其內端碰到內擋塊5時，因5與內圈6為一體，是固定不動的，鎖片2內端向外擺起，由于轉動離心力的作用，鎖片2內端緊靠外擋塊9，使得單向托輥像普通托輥一樣轉動，而且無噪聲。
當上運帶式輸送機逆轉或者斷帶后，上膠帶將沿著B向下滑，在上膠帶底面與單向托輥外表面摩擦力作用下，外圈4逆時針轉動。當鎖片2內端碰上內卡塊7后，由于7與內圈6為一體，是固定不動的，鎖片2內端靠在內卡塊7上。由于外卡塊3與外圈4為一體，作逆時針方向轉動，當外卡塊3碰到鎖片2和2碰上內卡塊7時，鎖片2就會被外卡塊3和內卡塊7卡住，這樣，單向托輥無法逆向轉動。上膠帶底面與單向托輥之間由滾動摩擦變為滑動摩擦，摩擦系數大增，對上膠帶產生摩擦制動阻力，起到阻止上運帶式輸送機逆轉和斷帶下滑的作用。
b.防滑力學計算。
在帶式輸送機系統中，取兩托輥之間的一段膠帶進行力學分析，其力學模型如圖2所示。圖中q為膠帶自重加運載煤重的均布載荷；L為托輥間距；y為膠帶的撓度；為撓曲線的轉角，=y；dx為膠帶的某一微段；N為膠帶撓曲引起的軸向拉力；Q為膠帶橫截面上的剪力。
膠帶一旦斷裂或逆轉，沿X方向的拉伸來自兩個方面，即撓曲拉伸力N和自重下滑分力P.這里，可分別求出N和P力。取膠帶中的某一微段dx進行力學分析，可得。
dN=dQ=ydQ=yqdx[1].由梁的彎曲理論，可得。
y=qx24EIL3-2LX2 X3[2].式中EI為膠帶的彎曲剛度，因鋼絲繩芯膠帶為復合材料，其表達式為。
EI=ErIr EsIs[3].式中ErIr橡膠的彎曲剛度。
EsIs鋼絲繩芯的彎曲剛度。
在X[0，1/2]區間內，對式[1]積分得。
N=1/20yqdz=5q2L4348ErIr EsIs[4].設上運帶式輸送機的傾角為，則其自重下滑分力P：P=qLsin[5].以王莊礦DX4000型上運鋼絲繩芯帶式輸送機為例：=16，L=1.5m，ErIr=17.7Nm2，ErIr=3.627Nm2，則N=18N，P=413N，N/P=0.04.因此，由N與P比較，我們可將膠帶的繞曲拉力N忽略不計。
如果將帶式輸送機中上托輥按某一比例換成單向托輥，則單向托輥上的支反力R.R=qLcos[6].使帶式輸送機不發生斷帶下滑或逆轉的平衡條件為：P#fR[7].式中f為膠帶與托輥之間的滑動摩擦系數，取fmin=0.45.將式[5]和式[6]代入[7]可得。
tanfmin[8].以王莊礦DX4000型上運鋼絲繩芯帶式輸送機為例：=16，fmin=0.45，則0.64.也就是說，只要將64的托輥換為單向托輥，即可阻止膠帶斷帶下滑或輸送機逆轉。
c.試驗驗證。
1994年2月，在王莊礦一條大傾角帶式輸送機上進行了單向托輥的性能試驗。輸送機傾角為19.5，機長50m，帶寬1m.先把原上托輥總數的2/3換成單向托輥，進行滿負荷和超負荷試驗，停車后膠帶反轉移動了50mm就停止了。做斷帶模擬試驗時，膠帶下滑了250mm就停住了。兩項試驗結果都達到了設計要求。
王莊礦主斜井安裝了一臺機長1304.5m，帶寬1.2m，傾角16，提升能力500t/h的DX4000型上運鋼絲繩芯帶式輸送機，于1978年10月正式投產，但投產不久，曾發生了兩次輸送機逆轉，為此，我們在該輸送機上安裝了部分間距為1.5m的單向托輥，目前該系統運行良好。
?。?）阻尼板摩擦制動法。
1）防滑原理。
上運帶式輸送機膠帶的正常運行方向與斷帶下滑方向相反，可以采用單向托輥使滾動摩擦變為滑動摩擦阻止膠帶下滑，而下膠帶則相反，其正常運行方向與斷帶后下滑方向相同，因此，不能采用單向托輥方案。通過分析研究和現場觀察，發現輸送機正常運行時下膠帶被拉緊，基本上成一條直線，膠帶下垂量很小，而斷帶后，由于下膠帶托輥間距較大（L=3m），膠帶下垂量較大，特別是鋼絲繩芯膠帶。因此，采用在下膠帶下方一定距離設置阻尼板的方法摩擦制動。斷帶時，輸送機膠帶迅速松弛，并與阻尼板接觸，從而產生摩擦阻力，消耗系統的動能，阻止膠帶下滑，即對輸送機膠帶起阻尼制動作用，使之在短時間內停下來。阻尼板的防滑能力除了與阻尼板與膠帶之間的摩擦系數有關外，還與阻尼板的幾何長度，阻尼板與膠帶之間的距離及膠帶傾角等因素有關。
有阻尼板的上運帶式輸送機。下膠帶狀態示意如圖3所示，圖中虛線表示斷帶前下膠帶的狀態，曲線表示斷帶后下膠帶的狀態。阻尼板是下膠帶防滑結構的核心部件，它可以是一般的鋼板，型鋼，也可以是粘貼有高摩擦系數材料（如橡膠等）的復合板。圖中L為兩托輥間的距離，取L=3m；L1為膠帶與阻尼板的接觸長度；L2為阻尼板的長度。
2）試驗驗證。
為了驗證采用防滑阻尼板防止斷帶后下膠帶下滑方法的正確性和工作可靠性，根據現場條件，進行了兩次模擬試驗。
第一次是利用單獨的托輥架，傾角16，長25m，托輥間距3m.作試驗的膠帶為DX4000型鋼絲繩芯強力膠帶，長約18m，膠帶兩頭各剝出500mm長，露出鋼繩，膠帶頭部用繩卡，鋼絲與張緊用的5t倒鏈相連，膠帶尾部用細鋼絲繩與地錨相連。先進行無阻尼板試驗，用倒鏈張緊膠帶，然后將鋼絲剪斷，膠帶在彈力和自重作用下下滑，一直下滑到底方停止，然后，在托輥架上安裝角鋼，利用角鋼上平面作為阻尼板面，采用同樣的方法進行試驗，膠帶僅下滑0.5m便停止。
第二次試驗是在王莊礦的水平地面轉載帶式輸送機上進行的。該機傾角10，機長100m，帶寬1.2m.同樣在托輥架上安裝角鋼，以其上平面作為阻尼板面。膠帶張緊時，下膠帶與阻尼板相距20mm.利用一次更換膠帶的機會，進行了模擬斷帶防滑試驗。其方法如下：制作了一副膠帶卡頭與原膠帶兩對接處相連，張緊膠帶，并使膠帶從卡頭中滑出，實現斷帶阻尼模擬試驗。試驗結果證明，整條膠帶下滑量不足5m即停，取得較好的效果。
應該說明，所進行的模擬試驗是在未運轉狀態下進行的，如果膠帶運轉時斷帶，下膠帶的初始速度將使其下滑量有所增加；如果在阻尼板上采用高摩擦系數材料，則防滑效果會更佳。
3結語。
目前，這種阻止上運帶式輸送機逆轉和斷帶下滑的技術已在潞安礦務局，晉城礦務局，新汶礦務局，開灤礦務局等局礦推廣應用，取得較好的效益。