1、動態分析技術
采用動態分析技術進行設計，不僅可實現優化設計，降低設備的投資費用，而且還可預防運行事故的發生，提高設備運行的可靠性。帶式輸送機運行過程尤其是起（制）動過程中，存在著各種形式的振動，如輸送帶的縱向、橫向與側向振動；托輥、滾筒與減速器等元部件的旋轉振動；機架振動；物料沖擊振動；’基礎振動等等，其中輸送帶的振動是最主要的。帶式輸送機常規的標準設計，對大型帶式輸送機已不能完全適用，其原因為較小的相對誤差，對于大型帶式輸送機會帶來較大的絕對誤差。尤其是帶式輸送機的起（制）動過程是一個不穩定工況，輸送帶各質點的速度、加速度、張力與撓度都具有動態特征，是時間的函數。這種動態特征對于小型帶式輸送機影響不太明顯，但對大型帶式輸送機就會明顯地表現出來。帶式輸送機動態分析采用牯彈性流變力學理論，將輸送帶看作具有粘彈特性的彈性體，并將其離散成具有慣性、粘彈性與摩擦阻力的質量一彈簧一阻尼系統（見圖1），在建立動態力學模型與數學模型的基礎上，通過計算機仿真技術，采用有限元方法或差分方法來研究不同工況下，輸送帶內部表現出來的動應力、應變、位移、速度與加速度等物理量的動態變化與傳播情況，并求解特征矩陣。應用動態分析技術對大型帶式輸送機進行優化設計，最直接、最明顯的經濟效益是較大幅度地降低輸送帶的安全系數，最小可達4.8。目前國內即使采用可控起動裝置，其安全系數也只能取到8左右。輸送帶費用約占大型帶式輸送機費用的35%—45%，在滿足安全運行條件下有效地降低輸送帶的強度等級與各元部件的重量，大大地節省設備費用。澳大利亞GREGORY煤礦使用的一條大型帶式輸送機，其主參數為：L= 10000m、B=0.9m、Q= 1400t/h．V=4.2m/s、H（提升高度）=30m、N=3×355+ 840kW，采用動態優化設計，其安全系數為4.8，僅選用ST1600鋼絲繩芯強力輸送帶。國內官地礦即將使用的一條大型帶式輸送機的主參數為：L= 5400m、B=1.2m、Q=1200t/h、V=3.5m/s、H= 90m、N=4×500kW，按照常規標準設計，即使已采用可控起動裝置，安全系數也只能取為8. 02，必須選用ST3500的鋼絲繩芯強力輸送帶。該帶式輸送機如采用動態設計，光輸送帶這一項就可節省費用600多萬元，經濟效益相當可觀。掌握動態分析技術，不僅可使我國帶式輸送機技術水平有一個質的飛躍，還可帶來巨大的經濟效益，應盡快開展這方面的研究工作。
2、可控起動技術
大型帶式輸送機必須有足夠的起動時間，使起動加速度保持在允許范圍內。運距越長、帶速越高、輸送量越大，起動時間就需越長。否則輸送帶初張力會下降，最大可下降50%左右，就會喪失輸送帶與傳動滾筒保持正常傳動所需的張力比，造成輸送帶在傳動滾筒上打滑而不能起動。起動是一個加速過程，加速度值由零增到最大又下降至零（見圖2），輸送帶發生粘彈性變形，處于不穩定狀態而產生動張力。當帶速越快、起動時間越短時，起動加速度和輸送帶變形越大，動張力也越大，造成巨大的瞬時沖擊，就會損壞輸送帶與其它元部件。因而起動時間必須加以控制。可控起動就是軟起動，對起動時間、起動加速度進行控制，即在設定的起動時間內，通過控制輸送帶起動加速度值，來確保輸送機按所要求的起動速度曲線平穩起動（見圖3），并達到額定速度；同時使起動電流與起動動張力控制在允許范圍內。起動時間與起動加速度應根據帶速、運距、輸送量等參數來確定，根據我國有關標準規定，起動加速度不得大于0. 3m/s2。采用可控起動，可使輸送帶初張力下降大為減少，僅下降不到lo%，可以保證輸送帶不打滑。可控起動技術是大型帶式輸送機的關鍵技術，是帶式輸送機技術先進與否的標志之一。可控起動裝置的選擇，除考慮技術性能外，還必須考慮其經濟合理性。無論選擇何種可控起動裝置，都必須具有以下性能：
(1)起動時間隨帶式輸送機主參數可以任意調節，使輸送機按照圖3所示的起動速度曲線平穩起動，并能實現滿載起動；
(2)確保輸送帶起動加速度值≤0.3m／S2，使輸送帶起動動張力控制在允許范圍內；
(3)多機驅動時，應具有功率平衡的功能；
(4)電動機應能空載起動，在多機驅動時，還應具有使電動機順序起動的功能；
(5)具有過載保護功能；
(6)起動時，必須降低對外界電源的電流與電壓的沖擊，并盡量避免對外界電源產生污染；
(7)在輸送機短時停車時，還應具有可以不停電動機的功能；
(8)操作維護簡便，工人易于掌握。目前國內外最常用的可控起動裝置有：變頻調速裝置；差動輪系液粘調速裝置(即CST)；液力調速裝置。三種可控起動裝置都具有良好的可控起動性能，都能滿足輸送機的可控起動要求，也都能變速運行。液力調速裝置的起動調速精度雖不及其它兩種，但價格低廉，只有其它兩種的1／8—1110，性價比最佳，是理想的可控起動裝置。對于只需可控起動，無需變速運行要求，啟動調速精度的要求也不高，液力調速裝置就可滿足可控起動要求。國外帶式輸送機如澳大利亞GREGORY煤礦和西非撒哈拉的10km大型帶式輸送機以及澳大利亞PROK公司為馬來西亞設計的6.5km和SEDGVIAN公司為印尼設計的37km超特大型帶式輸送機的可控起動都是采用液力調速裝置。在我國液力調速裝置已有成熟產品，應大力推廣使用。但對于某些不足還須進一步改進提高。需要經常變速運行或對起動加速度精度有特殊要求的設備，如船舶航行、門式起重機行走以及電梯升降等，采用CST和變頻凋速裝置是合適的。
3、下運制動技術
下運帶式輸送機在停機或電源中斷后，輸送帶在物料重力分力和整個轉動部件慣性力作用下繼續向下運行，帶速越來越高，造成滾料或飛車事故，必須要對停機或電源中斷后的下運帶式輸送機進行制動。制動過程是一個減速過程，同樣存在一個控制制動減速度以及輸送帶變形與儲存能量的釋放問題，如不加以控制，也會產生較大的動張力，造成巨大瞬時沖擊，損壞輸送帶與其它元部件，因而制動過程必須能實現可控制動，最大限度地減少輸送帶變形，讓輸送帶儲存的能量緩慢地釋放出來，達到平穩制動。在下運制動過程中，還必須避免出現輸送帶負張力點，嚴重時可能發生輸送帶的折疊現象。
目前國內外常用的可控制動裝置有：液力制動裝置；液壓制動裝置，盤式制動裝置，煤礦井下下運帶式輸送機的制動裝置必須滿足：①制動減速度必須限制在0. 1-0.3m/s2范圍內；②每小時制動10次，接觸面不能產生火花，各元部件溫度不得高于“煤礦井下用帶式輸送機技術條件”(MT820)中規定的溫度；③整個采區停電也必須保證能夠制動。國產液力制動裝置完全滿足上述技術要求，已在煤礦井下普遍使用。但其體積龐大，能源（電、液、氣）復雜，易出事故等缺陷，需要加以改進提高。最有發展前途的是盤式制動裝置，它體積小、重量輕，省掉一套機械抱閘制動器，操作維護簡便，更適合于煤礦井下使用，但其關鍵技術尚未很好解決。
4、自動張緊技術
帶式輸送機在起（制）動過程中和正常運轉時由于輸送帶的粘彈特性與輸送量的變化，都會使輸送帶的張力發生變化，輸送帶的撓度也跟著發生變化二當撓度增大至一定值時，有可能喪失輸送帶與傳動滾筒保持正常傳動所需的張力比，導致輸送帶在傳動滾筒上打滑而不能起（制）動與正常運轉。張緊裝置的主要作用，就是保證輸送帶有足夠的張力，防止出現打滑現象。沒有張緊裝置的密切配合，要想獲得良好的可控起（制）動與自移機尾是不可能的，自動張緊技術也是帶式輸送機的一項關鍵技術，它可大大提高輸送機運轉的可靠性。國產帶式輸送機運轉事故多的因素之一，就是張緊裝置性能差，工作不可靠所造成的，但目前張緊技術還不被人們所重視。大型帶式輸送機的張緊裝置必須滿足以下技術要求：①能隨著輸送帶張力變化而能自動地調節張力與張緊行程，始終保持輸送帶所規定的撓度；②響應速度快，當輸送帶張力發生一個變化值時，張緊裝置使輸送帶張力恢復到原值所花費的時間稱為響應速度。要求響應速度越快越好，當響應速度小于輸送帶張力變化周期，就會使輸送帶獲得一個穩定的張力，運行平穩；反之，輸送帶張力不穩定產生振動，嚴重時還會發生共振。最簡便而有效的自動張緊裝置是重力張緊裝置，此種裝置由于受到煤礦井下空間的限制，使用受到一定的影響，僅用于傾斜運輸的帶式輸送機上，國內煤礦井下使用較多的是絞車與油缸相結合的自動張緊裝置，絞車用于輸送帶大行程張緊，油缸用于小行程張緊，兩者的結合而達到自動張緊的目的。經煤礦實際使用證明，此種自動張緊裝置能達到輸送機的起（制）動和正常運轉時對輸送帶張緊的要求。國外使用的是液壓絞車自動張緊裝置，由低速大扭矩馬達根據輸送帶張力變化，通過改變流量來有效控制絞車轉速的快、慢與開、停。此種自動張緊裝置的響應速度與可靠性要比國內的高得多。在設計帶式輸送機張緊裝置時，除了滿足上述技術要求外，還必須確定張緊裝置最佳的安裝位置，以獲得最小的張緊力與張緊行程以及最快的張緊響應速度。張緊裝置在不同的安裝位置上，其所需張緊力與張緊行程相差甚大(見圖4)。
5、中間驅動技術
高產高效礦井的出現，促使煤礦井下用帶式輸送機向大型化方向發展，但因受輸送帶強度與驅動裝置的限制，單機長度還不允許過分的加長。當帶式輸送機主參數相同時，采用中間驅動技術，可使輸送帶最大張力大為下降（見圖5）。在不提高輸送帶強度等級前提下，可最大限度地增加單機長度；單元驅動裝置小、并使其功率保持在一個較為經濟合理的范圍內，最大限度地降低輸送機的投資費用，據有關資料介紹約可降低15%左右。中間驅動的關鍵技術是各驅動點的帶速同步與功率配比，中間驅動點數量越多，這種要求越高。目前，國內外大多采用液力調速裝置來解決這個關鍵技術。中間驅動有兩種方式：直線摩擦式與滾筒卸載式（見圖5）。直線摩擦式對帶速同步要求比滾筒卸載式低，主要是子帶與母帶可以相互滑動。但增加了一條約300m長的子帶輸送機，投資費用高。一般來說，這兩種中間驅動方式都可用于固定式帶式輸送機。可伸縮帶式輸送機機尾需隨工作面推進而要求機身延長或縮短，裝拆子帶輸送機工作量大，影響工作面的推進速度，因而大多采用滾筒卸載式中間驅動。這兩種中間驅動裝置國內已有正式產品，中間驅動點數量已達2個，輸送距離已達2200m，但在帶速同步的精度上還需進一步提高，以保證運轉的可靠性。中間驅動技術使單元驅動裝置小，搬運、安裝方便，安裝空間小，巷道拓寬量大為減少，因此，井下長距離帶式輸送機應大力推廣使用中間驅動技術。
6、高速托輥技術
在輸送量相同的前提下，提高帶速比增大帶寬更有利。帶速增高可降低輸送帶最大張力及其強度等級，節省設備的投資費用。但帶速過高，煤塵飛揚加劇，煤塵濃度增高，對安全不利。為了安全起見，目前國外煤礦井下帶速一般控制在5m/s以內，國內控制在4m/s之內。帶速提高后，托輥轉速也隨著增大，導致托輥的旋轉阻力增大和使用壽命降低。國內外托輥標準規定，轉速不得超過600r/min。當托輥轉速超過600r/min時，可加大托輥直徑，以降低托輥轉速。托輥是帶式輸送機的主要部件，量大面廣，重量約占整機的1/3，價格約占整機的1/5 - 1/3。因此，提高托輥質量對降低能耗、節省費用、增加運行可靠性具有很大的意義。國內托輥質量低的原因是加工工藝與設備精度保證不了設計要求，造成托輥旋轉阻力增大、甚至不能轉動，使用壽命短、甚至用不到1-2個月就損壞了。因此必須改進托輥的加工工藝和更新設備，才能制造出高質量的高速托輥，滿足大型帶式輸送機高帶速的要求。
7、機尾快速自移技術
高產高教工作面的發展，迫切要求解決可伸縮帶式輸送機的機尾快速自移技術。機尾快速自移除了需要解決機尾本身的自移技術外，還需解決與自動張緊裝置的相互配合的技術問題：國內曾自行研制過自移機尾，但都不能滿足快速移動的要求，到目前為止，真正用得好的國產自移機尾還沒有。國內煤礦井下用得好的自移機尾都是引進的，有兩種移動方式：①機尾滾筒與轉載機聯接在一起，隨轉載機同步移動；②轉載機機頭騎在機尾滑道上，利用機尾本身的推進油缸，在轉載機移動一段距離(一般不超過3m)后移動機尾。引進的自移機尾都具有移動速度快，糾偏能力強、剛性與防滑性能好等特點。國外自移機尾的行走履帶已逐漸被行走滑撬所代替，以縮減自移機尾寬度，減小巷道寬度。為了適應高產高效工作面的快速推進，必須盡快研制高質量國產快速自移機尾。
8、電控與監測自動化技術
國外大型帶式輸送機都已采用高檔可編程序控制器PLC，開發了先進的程序軟件與綜合電源繼電器控制技術以及數據采集、處理、存儲、傳輸，故障診斷與查尋等完整的自動監控系統。該系統除了自動監控輸送機的可控起（制）動、帶速同步與功率平衡等外，還對各種保護與安全裝置、輸送帶張力、傳動滾筒與托輥軸承溫度、輸送帶接頭強度、輸送量計量等實行監測。在電控與自動監測技術方面，國內外的差距更大，國內煤礦用帶式輸送機僅采用了中檔可編程序控制器來控制輸送機的起動、正常運行、停機等整個工作過程，雖能與可控起（制）動裝置配合使用達到可控起（制）動、帶速同步、功率平衡等功能，但沒有自動監控裝置、沒有故障診斷與查尋。另外，安全保護裝置性能不理想與品種少，也沒有人員呼救的功能。由于這些差距造成了國產帶式輸送機運行性能與工作可靠性差，故障多。因此，電控與監測自動化技術是國產帶式輸送機技術水平提高的一個迫切需要解決的關鍵技術。
9、結束語
國內外高產高教礦井的原煤運輸系統，基本上都是采用帶式輸送機作連續運輸，且輸送機的主參數正在向大型化與自動化方向發展。以剛體動力學為基礎的帶式輸送機常規標準設計，已不能適用大型帶式輸送機的設計。大型帶式輸送機主參數要比一般帶式輸送機大得多，以及煤礦井下運輸的某些特殊工況要求，使得上述的關鍵技術顯得尤為突出，但往往某些關鍵技術在國內還不被人們所重視。當今國外帶式輸送機技術發展迅速，其中某些技術如帶式輸送機動態設計與分析技術已進入當今世界高新技術領域，國內才剛起步，還沒有真正應用到設計中去，因而國內外大型帶式輸送機技術水平存有一個不小的差距。只有采用新技術，大力開展輸送機關鍵技術的研究，盡快攻克這些關鍵技術，才能使我國煤礦井下用大型帶式輸送機設計水平、運轉性能與可靠性有一個質的飛躍，真正滿足煤礦高產高效的要求。
