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“莫比乌斯带”在带式输送机中的应用
发布时间：2013-08-21 08:44 来源：未知
1、带式输送机目前的使用状况
带式输送机作为一种常见的水平运输机械，在交通运输部门中随处可见：如在小件货物、散装物料平面传递中的水平、倾角带式输送机；垂直提升输送的夹带式输送机；防止粉尘散逸的管状带式输送机；散货堆场的堆、取料机；码头前沿的装、卸船机等等。输送机中传递动力及承载物料的橡胶带或钢芯胶皮带以独有的柔软性、弯曲特性、延展性以及优良的弹性张力等展现出其无可比拟的使用潜能。尤其是在引入物流系统工程概念的今天，其在连续运输作业、生产自动化向无人化管理模式发展所具备的优势及作用，目前还找不到一种更为合适的可取而代之的装置。
2、问题的提出
目前，在我国所有正在使用的带式输送系统，输送机中的胶皮带在整机中既起着传递动力的作用，同时又能直接承载、运输物料。一般情况下，皮带的上行段受载物料，下行段则是空载回程。皮带的工作形式都是常规的单面循环，仅由皮带外表面（工作面）与输送物料接触，总是承受张力及产生磨损；而内表面（非工作面）则总是承受挤迫且不与物料产生接触。当带式输送机在工况条件较为恶劣的露天环境中或潮湿坑道里工作，而所承载的物料粗糙度较大、授料时冲击力相当的话．更会造成皮带的工作面迅速老化、龟裂以及蠕化变形，最终导致过早破损、报废。通常，橡胶皮带或钢芯皮带的平均使用极限寿命在连续运转中仅为两年，而在恶劣环境中工作的使用寿命还不到一年。据对报废胶皮带的观察，其工作面的损伤程度相当厉害，而非工作表面往往却几近完好无损。可见，按传统的设计安装显然未能使皮带物尽其用。
由于输送机金属构件的耐用程度及维修周期一般较长，相比之下，胶皮带却因更换次数频繁而显得其累积投资巨大。在同类的材质中，虽然皮带的相对造价较为低廉，但在整台输送设备中，橡胶皮带的投资约占全机30%，而钢芯皮带的投资却占全机的40%以上。对于长距离的输送带来说，如每年更换一到两次，除了耗费资金以外，还将因更换胶带而使设备停产，延误营运工期，影响生产效率。实在是令使用部门大感头疼的事。
3、“莫比乌斯带”的理论依据及几何模型
“莫比乌斯带”，又称“魔带”、“怪圈”，是德国数学家奥古斯特费迪南德莫比乌斯于一八五八年在法国巴黎科学协会举办的一次论文比赛中论述的一种奇异的曲面，这种“怪圈”的几何模型以及一系列的悖论形成了我们今天所认识的《拓扑学》。这种曲面主要是将带子的一端扭转1800与另一端搭接而区别子通常带圈的00搭接，使皮带由原来的内外两个表面变成自动循环的“单面”。如能将带式输送机的胶皮带以“莫比乌斯带”形式搭接，将可解决因单面疲劳磨损而过早老化的问题，有效延长胶带的使用寿命。
当处于如图1所示的状态时，A面在上行段为与物料接触的工作面，B面为与滚筒1接触的非工作面，在下行段经空间转位后，至滚筒2时，B面己转换成下一个循环的工作面，而A面则成为非工作面�？杉低持涞牟煌忝嬖诿恳桓鲅分芯图鹤远辛讼嗷サ纳浮⒉�。
由于是实际上的双面循环，避免了长期单侧工作而造成皮带的过早老化、龟裂以及蠕化变形。而且，柔性材料的双向循环作用有利于材质性能的周期性回复，将外表面只受拉力、张力及磨损，内表面只受挤追的现象改善为两面均匀分担，循环反复，使之物尽其用，从而达到延长使用寿命的效果。这对传统的设计及安装，是一种观念上的发展与突破。
4、推广应用的目的
以“莫比乌斯带”（即怪圈）的几何模型为原型，将使被运输物料对输送带所引起的应力由单面承受变为双面循环，理论上可以延长输送带的使用寿命达100%。
研究目的是最大限度地延长橡胶皮带或钢芯皮带的使用寿命，尽可能降低运输设备成本投资，尽量减少非生产营运时间、减轻因需更换皮带而造成维修人员的劳动强度，从而达到有效提高交通运输企业的经济效益及生产率，延长设备的使用寿命。
5、应用的可行性
5.1 技术可行性
自十九世纪中业德国数学家奥古斯特费迪南德莫比乌斯提出该理论和模型后。经过了一个多世纪的长期研究、实践及逐步发展和完善，这套理论和几何模型己相当成熟，而且已经在现代科技的一些产品中得以成功运用，显示出其奥妙无穷的优势。在现实生活中，如娱乐场所为增加喜庆气氛的五彩缤纷的彩带，可产生变幻不止的效果；新型的打字机或针式打印机的色带，令带子两个表面的色彩得到充分利用，减少更换次数；在一些儿童玩具上也有利用怪圈的原理使其显得层出不穷，乐趣无比等等。
国内在皮带输送机的研制及生产方面经验已经相当成熟，对托辊定位、皮带跑偏等一系列的安装技术已有不少的积累。在橡胶皮带和钢芯皮带的生产中己可根据不同的使用场合制造出不同物理机械性能和特殊材质结构的带子。近年来，对改变皮带运行结构的圆管型带式输送机及异型管状带式输送机的研究也成果颇丰。总的来说，“莫比乌斯带”的理论及模型是成熟的，对其在生产实践上的应用研制在技术上是可行的。
5.2经济可行性
当将此项技术应用于物料连续运输的带式输送机上，与传统产品机型相比，既具有科学先进性，又合理可靠实用。新机型的造价与原机型相差不大，但不容忽视的是，其远期累计资金投入的节省幅度将是相当可观的。
6、关键的技术问题
该理论和几何模型已相当成熟，在输送机的应用中应解决的是皮带翻转部分的空间定位问题，以及防止由此引起的皮带跑偏现象。其中，关键技术有以下几点：
(1)橡胶皮带及钢芯胶皮带构造的各向（横向、纵向、表面垂直方向）物理性能的分析研究，以确定胶皮带及钢芯胶带的定造、订购要求。
(2)橡胶皮带及钢芯胶皮带的正反表层均可根据需运输物料特性作承载面处理。
(3)皮带转位部分布置形式及受力计算分析，以确定转位托辊的空间位置及间距。
(4)整机皮带的扭转张力的计算及调定，最终确定整机的总体张力。
7、结论
目前，我国使用带式输送机的行业遍及民航、公路、铁路、港口运输、矿山、煤炭、粮食以及需要进行物料连续运输的企业、部门。如果将此成果投入推广，市场必定非常巨大。尤其是在引入物流工程的概念，逐步发展至仓储物料运输无人化管理高科技时代，甚至可将其推及于以带表面循环工作的许多场合，所能达到的效果及其发展前景将是甚为广阔的。
