《带式输送机安全高效运维技术与装备》主要论述带式输送机设计理论与方法、启停防冲击控制、智能检测与故障诊断、输送带快速安装更换等研究成果。基于带式输送机动态特性、多重感知融合信息、运维作业流程，开发了多重感知与智能运维技术与方法，研制了永磁变频驱动装置、变频调速复合制动装置、基于巡检机器人的智能检测装置、输送带快速安装更换装备。针对复杂地形长距离物料输送，提出了机架桁架一体化、双向双料输送、大倾角下运防冲击制动、系统轻量化设计等技术与方法，并通过典型工程案例进行示范。

目录
序
前言
第1章 绪论 1
1.1 带式输送机的组成 1
1.2 带式输送机的分类 3
1.3 带式输送机的发展历程 5
参考文献 8
第2章 带式输送机驱动原理及输送带力学分析 9
2.1 带式输送机的驱动原理及张力分布规律 9
2.1.1 带式输送机驱动原理及布置方式 9
2.1.2 逐点张力计算案例 11
2.2 输送带动态特性分析 17
2.2.1 输送带基本特性 17
2.2.2 输送带黏弹性数学模型 17
2.3 输送带垂度特性分析 19
2.3.1 **悬链线方程 19
2.3.2 弹性悬链线方程 21
2.3.3 实例对比分析 23
2.4 带式输送机弹性波动理论 23
2.5 纵向连续性动力学方程 25
2.5.1 输送机动力学方程 25
2.5.2 动力学方程解析 26
2.5.3 不同拉紧型式动张力解析 29
参考文献 31
第3章 带式输送机启动装置 32
3.1 调速型液力偶合器的启动性能 32
3.1.1 调速型液力偶合器的结构及工作原理 33
3.1.2 调速型液力偶合器的工作特性 34
3.2 液黏启动器的启动性能 35
3.2.1 液黏启动器的结构及工作原理 35
3.2.2 液黏启动器的工作特性 38
3.3 双盘式磁力偶合器的启动性能 39
3.3.1 双盘式磁力偶合器的结构及转矩模型 39
3.3.2 双盘式磁力偶合器的工作特性 46
3.4 变频异步电动机的启动性能 49
3.4.1 变频器调速工作原理及控制方式 49
3.4.2 异步电动机调速控制方式 50
3.5 变频永磁驱动装置的启动性能 51
3.5.1 带式输送机永磁驱动装置 52
3.5.2 永磁变频控制系统 53
参考文献 55
第4章 带式输送机制动装置 56
4.1 轮式防抱液压制动器 56
4.1.1 轮式防抱液压制动器的结构及工作原理 56
4.1.2 轮式防抱液压制动器制动性能分析 58
4.2 盘式制动装置 62
4.2.1 盘式制动装置的结构及工作原理 62
4.2.2 盘式制动装置制动性能分析 64
4.3 液压调速软制动器 69
4.3.1 液压调速软制动器的结构及工作原理 70
4.3.2 液压调速软制动器制动性能分析 73
4.4 变频调速制动装置 78
4.4.1 变频调速制动装置的结构及工作原理 78
4.4.2 变频调速制动装置制动性能分析 89
4.5 断带抓捕制动装置 92
4.5.1 断带抓捕制动装置的结构及工作原理 93
4.5.2 断带抓捕制动装置制动性能分析 97
参考文献 105
第5章 带式输送机多重感知与智能检测技术 106
5.1 带式输送机典型故障分析及常规监测与保护装置 106
5.1.1 托辊典型故障分析及故障树建立 107
5.1.2 输送带典型故障分析及故障树建立 108
5.1.3 常规监测与保护装置 111
5.2 带式输送机巡检机器人 113
5.2.1 带式输送机巡检机器人设计规范 114
5.2.2 巡检机器人系统组成及功能介绍 115
5.2.3 巡检机器人视觉延伸装置 117
5.2.4 固定值守机器人系统 119
5.3 托辊卡阻智能检测 121
5.3.1 托辊卡阻智能检测方法 121
5.3.2 托辊卡阻检测性能分析 122
5.4 钢丝绳芯输送带断丝智能检测 125
5.4.1 钢丝绳芯输送带断丝智能检测方法 126
5.4.2 钢丝绳芯输送带断丝检测性能分析 127
5.5 输送带纵向撕裂智能检测 128
5.5.1 输送带纵向撕裂智能检测方法 129
5.5.2 输送带纵向撕裂检测性能分析 132
5.6 输送带跑偏智能检测与防护 132
5.6.1 输送带跑偏智能检测方法 132
5.6.2 输送带跑偏防护装置 135
5.7 输送带异物智能检测 138
5.7.1 输送带异物智能检测方法 139
5.7.2 输送带异物检测性能分析 143
5.8 带式输送机智能诊断专家系统研究 150
5.8.1 带式输送机知识库和推理机设计 150
5.8.2 实时监测与远程控制功能 155
5.8.3 故障诊断功能 156
参考文献 161
第6章 带式输送机维护关键技术与装备 162
6.1 带式输送机维护措施及维检流程 162
6.1.1 带式输送机的维护措施 162
6.1.2 输送带快速更换工艺及其成套装备 163
6.2 输送带切带技术与装置 166
6.2.1 切带装置方案设计 166
6.2.2 切割刀具及驱动系统设计 167
6.2.3 刀具切割过程受力仿真分析 170
6.2.4 切割效果分析 173
6.3 输送带硫化头钢丝绳芯分离技术与装置 174
6.3.1 钢丝绳芯分离装置方案设计 174
6.3.2 切割刀具及驱动系统设计 176
6.3.3 成型刀切除黏接胶仿真分析 180
6.3.4 分离效果分析 181
6.4 输送带接头硫化技术与装置 185
6.4.1 硫化接头预成型芯胶敷设技术研究 186
6.4.2 接头硫化机矩阵式电磁感应加热技术研究 192
6.4.3 硫化机电磁感应加热温度控制系统研究 198
6.5 履带牵引与阻尼滚筒送带的双放式连续放带工艺 201
6.5.1 本质安全型自动检测防溜带平面制动装备 202
6.5.2 *控多点同步夹带技术装备 202
6.5.3 基于履带牵引与阻尼滚筒送带的双放式连续输送带安装工艺 204
6.5.4 输送带收卷效果 205
6.6 钢丝绳芯输送带卷带工艺 206
6.6.1 卷带装置恒张力控制方案设计 206
6.6.2 输送带收卷恒张力控制仿真分析 207
6.6.3 收卷纠偏机构纠偏效果分析 208
6.6.4 卷带试验流程及现场作业效果 210
6.7 带式输送机滚筒更换工艺 212
6.7.1 滚筒快速更换装备方案设计 213
6.7.2 单轨吊挂装置组成及原理 213
6.7.3 主斜井滚筒单轨吊挂装置施工方法 216
6.8 换带案例 218
参考文献 225
第7章 越野带式输送机的设计理论及方法 226
7.1 机架与桁架结构一体化设计 226
7.1.1 机架与桁架一体化结构耦合体系 226
7.1.2 机架与桁架一体化动态设计方法 229
7.1.3 实现空间大转弯的可调节托辊架 232
7.2 双向双料输送系统设计 235
7.2.1 双向双料输送技术 235
7.2.2 翻带技术 239
7.2.3 双向双料输送机动态设计 240
7.3 下运大倾角防冲击复合制动技术 243
7.3.1 下运专用高阻尼输送带 243
7.3.2 断电工况短时飞车控制技术 245
7.3.3 可防物料滚落的深槽角托辊 248
7.3.4 中间驱动设计方案 249
7.4 越野带式输送系统轻量化设计 250
7.4.1 输送系统轻量化设计方法 250
7.4.2 栈桥轻量化支承及高效安装工艺 257
7.4.3 轻量化托辊架及空间带式输送系统设计 259
参考文献 262
第8章 典型带式输送机应用案例 263
8.1 长距离缓倾斜大运量带式输送机 263
8.1.1 带式输送机技术参数 263
8.1.2 计算与校核 264
8.1.3 关键部件方案设计 265
8.2 长距离下运带式输送机 266
8.2.1 静力学计算 267
8.2.2 动力学分析 268
8.2.3 系统供配电及电气控制 271
8.3 堆取料机智能化无人值守系统 272
8.3.1 主要设备参数 272
8.3.2 技术特点 272
8.4 双向双料带式输送机 273
8.4.1 方案设计 273
8.4.2 应用效果 278
8.5 机架与桁架一体化带式输送机 278
8.5.1 方案设计 278
8.5.2 应用效果 281
8.6 下运大倾角越野带式输送机 282
8.6.1 方案设计 282
8.6.2 技术参数 282
8.6.3 应用效果 283
8.7 超长越野管状带式输送机 284
8.7.1 方案设计 284
8.7.2 主要特点 285
8.7.3 应用效果 288
参考文献 288

第1章绪论
　　1.1带式输送机的组成
　　带式输送机是一个复杂的机电系统，是以输送带作为牵引和承载构件，连续输送物料的机械设备。输送带绕经传动滚筒和尾部改向滚筒形成无极环形带，输送带由托辊支承以限制挠*垂度，拉紧装置为输送带正常运行提供所需的初张力。工作时，带式输送机依靠驱动滚筒与输送带之间的摩擦力实现系统的连续运行，物料随输送带运到卸料点进行卸载。带式输送机主要由牵引构件、改向装置、支撑装置、驱动装置、制动装置、拉紧装置、清扫装置及其他辅助装置等组成，如图1-1所示。
　　图1-1带式输送机组成示意图
　　1.输送带
　　输送带作为带式输送机的承载构件和牵引部件，是整个系统中成本*高的部分，占输送机总投资的25%～50%。按承拉构件的不同，输送带可分为钢丝绳芯输送带和织物芯输送带。
　　2.托辊
　　托辊装设在中间架上，用于支撑输送带及带上的物料，减小输送带运行阻力，并使输送带的悬垂度不超过一定限度，以保证输送带平稳地运行。托辊按用途可分为承载托辊、过渡托辊、调偏托辊和缓冲托辊。
　　3.机架
　　机架包括头部机架、尾部机架、中间架、拉紧装置架等。支腿与中间架固定在一起，相间布置，支腿由各种型钢焊接而成。
　　4.滚筒
　　带式输送机滚筒分为传动滚筒和改向滚筒。传动滚筒是带式输送机动力传动的主要部件，借助滚筒表面与输送带之间的摩擦带动输送带运行，其作用是把动力从电动机传导到输送带，或把制动力从制动器传导到输送带。改向滚筒的作用是能够使输送带在前进方向上随时改变运行方向。
　　传动滚筒可分为光面和胶面两种，胶面滚筒可使滚筒与输送带之间的摩擦系数增大。在功率不大、环境湿度小的情况下常采用光面滚筒，而在环境潮湿、功率大、容易打滑的情况下采用胶面滚筒。改向滚筒的分类和选择与传动滚筒类似。
　　5.拉紧装置
　　拉紧装置的作用为：①为输送带提供一定的初张力，避免输送带打滑；②满足输送带*小张力条件，防止输送带悬垂度过大等。带式输送机拉紧装置的形式主要有三种，即重锤拉紧、固定绞车拉紧和恒力自动拉紧。
　　6.启动装置
　　带式输送机的启动装置通常由电动机、液力偶合器、减速器、柱销联轴器、制动器等组成。随着带式输送机向长距离、高速度、大运量方向发展，输送机对驱动装置的要求越来越高，特别是对于输送机的启动性能要求。因此，驱动装置中逐渐引入CST软启动系统和变频器，以保证输送机能够平稳启动，降低输送带的动张力。
　　7.制动装置
　　制动装置是保障带式输送机安全、稳定运行的重要部件，在输送机停止运行或出现紧急情况时，能够迅速制动输送带，防止其继续运行造成危险或损坏。带式输送机制动装置通常可分为电气类制动装置、气控机械制动装置、液控机械制动装置、电控机械制动装置、纯机械摩擦制动装置、液力制动装置和液压制动装置。
　　8.辅助装置
　　辅助装置包括清扫器、装载装置、中间卸料装置、安全保护装置和巡检装置。
　　(1)清扫器：用于清扫黏附在输送带上的物料。物料多具有黏附性，因此安装可靠的清扫器十分必要。常见的头部清扫器有弹簧清扫器、刮板清扫器，常见的空段清扫器有犁式清扫器、刮板清扫器。
　　(2)装载装置：也称喂料器，它的作用是保证均匀地供给输送机一定量的物料，使物料在输送带上均匀分布。
　　(3)中间卸料装置：用于输送机中部任意点卸料。主要有犁式卸料器和卸料车两种常见类型。犁式卸料器有双侧、单侧两种，适用于带速不大于2.5m/s，所输送物料的粒度在50mm以下，输送带采用硫化接头的输送机。卸料车一般适用于带速不大于2.5m/s的输送机，但在输送细粒状或小块状的物料时，其也适用于带速不大于3.15m/s的输送机。
　　(4)安全保护装置：是输送机在工作中出现故障时，能够进行监测和报警的设备。通常有跑偏监测装置、打滑监测装置、超速监测装置、料流监测装置、溜槽堵塞保护装置、紧急停车拉绳开关等。
　　(5)巡检装置：传统的巡检方式主要依赖人工，巡检人员需要沿着输送机的全长进行徒步检查，不仅效率低下，而且难以保证检查的全面性和准确性。随着科技的进步，带式输送机巡检装置已经逐渐从传统的人工巡检转变为智能化、自动化的巡检系统。
　　现代的带式输送机巡检装置通常采用先进的传感器技术和图像处理技术，能够实时监测输送机的运行状态和关键部件的磨损情况。这些装置能够自动识别并报告异常情况，如输送带的撕裂、滚筒的磨损、托辊的损坏等，从而及时通知维护人员进行处理，避免故障进一步恶化。
　　除了实时监测，一些先进的巡检装置还具备预警功能。通过对历史数据的分析和学习，这些装置能够预测潜在故障的发生，并提前发出预警信号，使维护人员有足够的时间进行准备和应对。
　　1.2带式输送机的分类
　　带式输送机可按照驱动滚筒数量、承载方式、结构形式、移动能力、线路布置等特性进行分类，如图1-2所示。
　　1)按驱动滚筒数量分类
　　(1)单滚筒驱动带式输送机：整个输送系统仅由一个滚筒提供动力，驱动系统相对简单。
　　(2)多滚筒驱动带式输送机：采用两个或两个以上滚筒提供驱动力，与单滚筒驱动带式输送机相比，多滚筒驱动带式输送机驱动滚筒数量更多，可以提供更大的驱动力，适用于长距离、大运量的物料输送。
　　2)按承载方式分类
　　(1)气垫带式输送机：用气膜支撑输送带，特点是对输送带连续支撑。
　　(2)托辊支撑带式输送机：用托辊支撑输送带，也称为通用带式输送机。
　　图1-2带式输送机分类
　　3)按结构形式分类
　　(1)普通带式输送机：输送带为平型，带芯为帆布、尼龙帆布或钢丝绳芯。
　　(2)管状带式输送机：输送带围成管状或用特殊输送带密闭输送物料。
　　(3)波状挡边带式输送机：输送带边上有挡边，以增大承载物料的截面，当倾斜角度大时，一般在横向设置挡板。
　　(4)压带式输送机：采用两条闭环带，其中一条为承载带，另一条为压带。
　　(5)花纹带式输送机：采用花纹带，以增大物料和输送带之间的摩擦。
　　4)按移动能力分类
　　(1)固定带式输送机：安装在固定的地点，不需要移动。
　　(2)移动带式输送机：具有移动机构，可通过移动机构而变换位置，如履带或轮子。
　　5)按线路布置分类
　　(1)直线带式输送机：在水平面是直线，但可以在铅垂面上有凸凹变化。
　　(2)平面弯*带式输送机：可在平面上实现弯*运行。
　　(3)空间弯*带式输送机：可在空间实现弯*运行。
　　1.3带式输送机的发展历程
　　1.国外带式输送机发展历程
　　带式输送机自19世纪末问世以来，以其高效、便捷的物料运输能力，逐步从初创走向成熟，并不断经历技术的革新。其发展历程如图1-3所示。
　　图1-3国外带式输送机发展历程
　　1795年，Oliver Evans在美国的权威杂志Millers Guide上发表了关于带式输送机的相关文献[1]。在1892年，Thomas Robins创新发明的槽型结构带式输送机成功应用于矿物作业领域[2]。时间推进到1920年，英国人易尔取得了重要突破，他发明了液力偶合器，这一发明为后来带式输送机的动力调节与控制提供了新的可能[3]。
　　在20世纪30年代，调速型液力偶合器被巧妙地应用于带式输送机上，实现了对输送速度更为精准的控制[4]。到了20世纪60年代，美国专注于液黏传动的双环公司，更是将其技术应用于煤矿小功率场合，进一步拓宽了带式输送机的应用领域[5]。
　　1972年，欧洲技术也迎来了重要进展，荷兰SLUIS公司开始制造气垫带式输送机，这种新型输送机以其*特的运行方式和良好的适应性，赢得了市场的广泛关注[6]。随后在1978年，日本的JPC公司也不甘落后，开始在实际应用中引入管状带式输送机，为长距离、大容量的物料运输提供了新的解决方案[7]。
　　在20世纪80年代初，电气控制技术取得了显著进步。日立公司开发了新系列交流调速电机，并成功应用于带式输送机上，实现了对输送过程的智能化控制[8]。1981年，CST传动装置在美国ARCO芒坦矿业公司的成功应用，以及同年西门子公司研制的同步电机，都标志着矿用输送机技术迈向了新的高度[9]。1983年，英国TASC Drives公司向市场投放了开关磁阻样机，为输送机驱动技术带来了新的变革[10]。
　　此后，随着技术的不断发展，20世纪90年代英国成功研制出用于输送机的开关磁阻电机，进一步提升了输送机的性能[11]。进入21世纪，研究更加深入。2005年，Pang和Lodewijks[12]研究了基于模糊因果模型的大型输送带系统维护决策。到了2011年，Zimroz等[13]致力于基于无损检测信号处理的钢丝绳输送带损伤检测方法的研究。直至2018年，Stefaniak等[14]基于数据融合与高级分析，提出了矿用带式输送机系统维护管理的全新理念，为带式输送机的未来发展指明了方向。
　　2.国内带式输送机发展历程
　　带式输送机作为高效物料输送设备，在我国工业发展历程中占据重要地位。其技术演进经历了从无到有、由简入繁、从引进到自主创新的转变，如图1-4所示。
　　1953年，唐山冶金矿山机械厂生产了胶带输送机。1959年，上海起重运输机械厂实现了普通带式输送机的转弯运行[15]。1982年，太原重型机械学院与山西原平机械厂合作研制出了我国**台气垫带式输送机(样机)[16]。1983年，煤炭科学研究总院太原研究所在带式输送机上采用普通液力偶合器来传递动力[17]。1984年，我国从国外引进液黏调速装置对带式输送机的驱动装置进行速度调节[18]。1987年，煤炭科学研究总院上海研究所完成调速型液力偶合器的设计，并应用于带式输送机上[19]。1989年，煤炭科学研究总院合肥研究所开展了滑槽胶带输送机的研制[20]。
　　1990年，北京起重运输机械研究所设计出DJ型波状挡边带式输送机系列，并开始推广使用[21]。1992年，国内*台套管状带式输送机在淮南矿务局新庄孜矿投产[22]。1993年，我国江西铜业公司德兴铜矿*次使用CST传动装置，该装置具有优良的启动、停车、调速和功率平衡性能[23]。1999年，我国带式输送机开始采用德国和波兰生产的变频调速电机作为驱动装置[24]。