1、帶式輸送機(jī)目前的使用狀況
    帶式輸送機(jī)作為一種常見(jiàn)的水平運(yùn)輸機(jī)械，在交通運(yùn)輸部門中隨處可見(jiàn)：如在小件貨物、散裝物料平面?zhèn)鬟f中的水平、傾角帶式輸送機(jī)；垂直提升輸送的夾帶式輸送機(jī)；防止粉塵散逸的管狀帶式輸送機(jī)；散貨堆場(chǎng)的堆、取料機(jī)；碼頭前沿的裝、卸船機(jī)等等。輸送機(jī)中傳遞動(dòng)力及承載物料的橡膠帶或鋼芯膠皮帶以獨(dú)有的柔軟性、彎曲特性、延展性以及優(yōu)良的彈性張力等展現(xiàn)出其無(wú)可比擬的使用潛能。尤其是在引入物流系統(tǒng)工程概念的今天，其在連續(xù)運(yùn)輸作業(yè)、生產(chǎn)自動(dòng)化向無(wú)人化管理模式發(fā)展所具備的優(yōu)勢(shì)及作用，目前還找不到一種更為合適的可取而代之的裝置。
2、問(wèn)題的提出
    目前，在我國(guó)所有正在使用的帶式輸送系統(tǒng)，輸送機(jī)中的膠皮帶在整機(jī)中既起著傳遞動(dòng)力的作用，同時(shí)又能直接承載、運(yùn)輸物料。一般情況下，皮帶的上行段受載物料，下行段則是空載回程。皮帶的工作形式都是常規(guī)的單面循環(huán)，僅由皮帶外表面（工作面）與輸送物料接觸，總是承受張力及產(chǎn)生磨損；而內(nèi)表面（非工作面）則總是承受擠迫且不與物料產(chǎn)生接觸。當(dāng)帶式輸送機(jī)在工況條件較為惡劣的露天環(huán)境中或潮濕坑道里工作，而所承載的物料粗糙度較大、授料時(shí)沖擊力相當(dāng)?shù)脑挘�更�?huì)造成皮帶的工作面迅速老化、龜裂以及蠕化變形，最終導(dǎo)致過(guò)早破損、報(bào)廢。通常，橡膠皮帶或鋼芯皮帶的平均使用極限壽命在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)中僅為兩年，而在惡劣環(huán)境中工作的使用壽命還不到一年。據(jù)對(duì)報(bào)廢膠皮帶的觀察，其工作面的損傷程度相當(dāng)厲害，而非工作表面往往卻幾近完好無(wú)損�？梢�(jiàn)，按傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)安裝顯然未能使皮帶物盡其用。
    由于輸送機(jī)金屬構(gòu)件的耐用程度及維修周期一般較長(zhǎng)，相比之下，膠皮帶卻因更換次數(shù)頻繁而顯得其累積投資巨大。在同類的材質(zhì)中，雖然皮帶的相對(duì)造價(jià)較為低廉，但在整臺(tái)輸送設(shè)備中，橡膠皮帶的投資約占全機(jī)30%，而鋼芯皮帶的投資卻占全機(jī)的40%以上。對(duì)于長(zhǎng)距離的輸送帶來(lái)說(shuō)，如每年更換一到兩次，除了耗費(fèi)資金以外，還將因更換膠帶而使設(shè)備停產(chǎn)，延誤營(yíng)運(yùn)工期，影響生產(chǎn)效率。實(shí)在是令使用部門大感頭疼的事。
3、“莫比烏斯帶”的理論依據(jù)及幾何模型
    “莫比烏斯帶”，又稱“魔帶”、“怪圈”，是德國(guó)數(shù)學(xué)家?jiàn)W古斯特費(fèi)迪南德莫比烏斯于一八五八年在法國(guó)巴黎科學(xué)協(xié)會(huì)舉辦的一次論文比賽中論述的一種奇異的曲面，這種“怪圈”的幾何模型以及一系列的悖論形成了我們今天所認(rèn)識(shí)的《拓?fù)鋵W(xué)》。這種曲面主要是將帶子的一端扭轉(zhuǎn)1800與另一端搭接而區(qū)別子通常帶圈的00搭接，使皮帶由原來(lái)的內(nèi)外兩個(gè)表面變成自動(dòng)循環(huán)的“單面”。如能將帶式輸送機(jī)的膠皮帶以“莫比烏斯帶”形式搭接，將可解決因單面疲勞磨損而過(guò)早老化的問(wèn)題，有效延長(zhǎng)膠帶的使用壽命。
    當(dāng)處于如圖1所示的狀態(tài)時(shí)，A面在上行段為與物料接觸的工作面，B面為與滾筒1接觸的非工作面，在下行段經(jīng)空間轉(zhuǎn)位后，至滾筒2時(shí)，B面己轉(zhuǎn)換成下一個(gè)循環(huán)的工作面，而A面則成為非工作面。可見(jiàn)，系統(tǒng)之間的不同層面在每一個(gè)循環(huán)中就己自動(dòng)進(jìn)行了相互的滲透、纏繞。
    由于是實(shí)際上的雙面循環(huán)，避免了長(zhǎng)期單側(cè)工作而造成皮帶的過(guò)早老化、龜裂以及蠕化變形。而且，柔性材料的雙向循環(huán)作用有利于材質(zhì)性能的周期性回復(fù)，將外表面只受拉力、張力及磨損，內(nèi)表面只受擠追的現(xiàn)象改善為兩面均勻分擔(dān)，循環(huán)反復(fù)，使之物盡其用，從而達(dá)到延長(zhǎng)使用壽命的效果。這對(duì)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)及安裝，是一種觀念上的發(fā)展與突破。
4、推廣應(yīng)用的目的
    以“莫比烏斯帶”（即怪圈）的幾何模型為原型，將使被運(yùn)輸物料對(duì)輸送帶所引起的應(yīng)力由單面承受變?yōu)殡p面循環(huán)，理論上可以延長(zhǎng)輸送帶的使用壽命達(dá)100%。
    研究目的是最大限度地延長(zhǎng)橡膠皮帶或鋼芯皮帶的使用壽命，盡可能降低運(yùn)輸設(shè)備成本投資，盡量減少非生產(chǎn)營(yíng)運(yùn)時(shí)間、減輕因需更換皮帶而造成維修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，從而達(dá)到有效提高交通運(yùn)輸企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益及生產(chǎn)率，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。
5、應(yīng)用的可行性
5.1  技術(shù)可行性
    自十九世紀(jì)中業(yè)德國(guó)數(shù)學(xué)家?jiàn)W古斯特費(fèi)迪南德莫比烏斯提出該理論和模型后。經(jīng)過(guò)了一個(gè)多世紀(jì)的長(zhǎng)期研究、實(shí)踐及逐步發(fā)展和完善，這套理論和幾何模型己相當(dāng)成熟，而且已經(jīng)在現(xiàn)代科技的一些產(chǎn)品中得以成功運(yùn)用，顯示出其奧妙無(wú)窮的優(yōu)勢(shì)。在現(xiàn)實(shí)生活中，如娛樂(lè)場(chǎng)所為增加喜慶氣氛的五彩繽紛的彩帶，可產(chǎn)生變幻不止的效果；新型的打字機(jī)或針式打印機(jī)的色帶，令帶子兩個(gè)表面的色彩得到充分利用，減少更換次數(shù)；在一些兒童玩具上也有利用怪圈的原理使其顯得層出不窮，樂(lè)趣無(wú)比等等。
    國(guó)內(nèi)在皮帶輸送機(jī)的研制及生產(chǎn)方面經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)相當(dāng)成熟，對(duì)托輥定位、皮帶跑偏等一系列的安裝技術(shù)已有不少的積累。在橡膠皮帶和鋼芯皮帶的生產(chǎn)中己可根據(jù)不同的使用場(chǎng)合制造出不同物理機(jī)械性能和特殊材質(zhì)結(jié)構(gòu)的帶子。近年來(lái)，對(duì)改變皮帶運(yùn)行結(jié)構(gòu)的圓管型帶式輸送機(jī)及異型管狀帶式輸送機(jī)的研究也成果頗豐�？偟膩�(lái)說(shuō)，“莫比烏斯帶”的理論及模型是成熟的，對(duì)其在生產(chǎn)實(shí)踐上的應(yīng)用研制在技術(shù)上是可行的。
5.2經(jīng)濟(jì)可行性
    當(dāng)將此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于物料連續(xù)運(yùn)輸?shù)膸�式輸送機(jī)上，與傳統(tǒng)產(chǎn)品機(jī)型相比，既具有科學(xué)先進(jìn)性，又合理可靠實(shí)用。新機(jī)型的造價(jià)與原機(jī)型相差不大，但不容忽視的是，其遠(yuǎn)期累計(jì)資金投入的節(jié)省幅度將是相當(dāng)可觀的。
6、關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題
    該理論和幾何模型已相當(dāng)成熟，在輸送機(jī)的應(yīng)用中應(yīng)解決的是皮帶翻轉(zhuǎn)部分的空間定位問(wèn)題，以及防止由此引起的皮帶跑偏現(xiàn)象。其中，關(guān)鍵技術(shù)有以下幾點(diǎn)：
    (1)橡膠皮帶及鋼芯膠皮帶構(gòu)造的各向（橫向、縱向、表面垂直方向）物理性能的分析研究，以確定膠皮帶及鋼芯膠帶的定造、訂購(gòu)要求。
    (2)橡膠皮帶及鋼芯膠皮帶的正反表層均可根據(jù)需運(yùn)輸物料特性作承載面處理。
    (3)皮帶轉(zhuǎn)位部分布置形式及受力計(jì)算分析，以確定轉(zhuǎn)位托輥的空間位置及間距。
    (4)整機(jī)皮帶的扭轉(zhuǎn)張力的計(jì)算及調(diào)定，最終確定整機(jī)的總體張力。
7、結(jié)論
    目前，我國(guó)使用帶式輸送機(jī)的行業(yè)遍及民航、公路、鐵路、港口運(yùn)輸、礦山、煤炭、糧食以及需要進(jìn)行物料連續(xù)運(yùn)輸?shù)钠髽I(yè)、部門。如果將此成果投入推廣，市場(chǎng)必定非常巨大。尤其是在引入物流工程的概念，逐步發(fā)展至倉(cāng)儲(chǔ)物料運(yùn)輸無(wú)人化管理高科技時(shí)代，甚至可將其推及于以帶表面循環(huán)工作的許多場(chǎng)合，所能達(dá)到的效果及其發(fā)展前景將是甚為廣闊的。