1概述。
在煤炭生产中，已广泛地使用带式输送机作为运输设备。由于胶带的长期运转及各种意外的因素，断带事故时有发生，特别是作为主提升用的上运带式输送机，倾角大，胶带负荷大，一旦发生断带下滑和输送机（输送机技术）逆转事故，就会摧毁机架，损坏设备，阻塞井筒，造成长时间的停产，甚至人员伤亡，且清理现场工作量大，后果严重。为此，我们对防止或减轻断带或逆转事故的后果进行了深入的调查和研究，并找到了解决的方法。
2方法与原理。
对于断带和防逆转失效保护，国内外都在研究并提出了一些解决办法，如抓捕器等，但实际应用都不太理想。我们首次提出了采用全线柔性摩擦制动的新思路，即当上运带式输送机断带上胶带下滑时，托辊不转动（单向托辊），依靠胶带与托辊之间在断带全线上的滑动摩擦阻力实现制动，而对于下胶带的制动，则采用在下胶带下方安装阻尼板阻尼制动的方法。由于下托辊间距较大，断带后，依靠胶带下垂与阻尼板发生接触产生的滑动摩擦力，阻止胶带下滑。
（1）单向托辊摩擦制动法。
1）工作原理。
具有一定倾角的上运带式输送机断带后，能否采用滑动摩擦力的方法实现制动，我们进行过可行性分析。胶带的材料为橡胶，托辊的材料为钢材，两者之间的静滑动摩擦系数为0.9，动摩擦系数在无润滑时为0.6~0.8.我们模拟现场工作胶带上有时有水的实际工况进行试验，即在托辊和胶带上洒了水，在有水条件下测定胶带与托辊之间的滑动摩擦系数，其数值也在0.45以上。
目前，国内上运带式输送机的倾角一般在18以下。倾角在18时，tan18=0.325<0.45，这表明断带下滑时，只要托辊不随之转动和在机架上加装阻尼板便可阻止上，下胶带下滑。
2）单向托辊的研制。
单向托辊的功能在于当胶带上运时，托辊随之转动，上胶带与托辊间为滚动摩擦，而当胶带断带上胶带下滑时，托辊不反转，胶带与托辊之间为滑动摩擦，摩擦阻力大。实现托辊单向旋转的方法有两种，即棘轮结构和滚柱逆止结构。棘轮结构存在开槽制造麻烦易损坏的缺点，而滚柱逆止结构则存在结构较复杂，精度要求高，成本高，可靠性较差的缺点，这两种结构用于单向托辊均不合适。我们通过研究和多次试验，研制出新型卡片式单向托辊，这种托辊经使用证明其结构简单，强度大，工作可靠，成本低。
由于其独创性，已获得国家专利。
a.单向托辊的原理与结构。
单向托辊及其工作原理。
当上运带式输送机提升重物时，上胶带沿C向运行，上胶带底面与托辊表面的摩擦力使单向托辊外圈套4沿顺时针方向转动。因锁片销8与外圈套4为一体，与锁片2相铰接，使锁片2也作顺时针转动，当转到其内端碰到内挡块5时，因5与内圈6为一体，是固定不动的，锁片2内端向外摆起，由于转动离心力的作用，锁片2内端紧靠外挡块9，使得单向托辊像普通托辊一样转动，而且无噪声。
当上运带式输送机逆转或者断带后，上胶带将沿着B向下滑，在上胶带底面与单向托辊外表面摩擦力作用下，外圈4逆时针转动。当锁片2内端碰上内卡块7后，由于7与内圈6为一体，是固定不动的，锁片2内端靠在内卡块7上。由于外卡块3与外圈4为一体，作逆时针方向转动，当外卡块3碰到锁片2和2碰上内卡块7时，锁片2就会被外卡块3和内卡块7卡住，这样，单向托辊无法逆向转动。上胶带底面与单向托辊之间由滚动摩擦变为滑动摩擦，摩擦系数大增，对上胶带产生摩擦制动阻力，起到阻止上运带式输送机逆转和断带下滑的作用。
b.防滑力学计算。
在带式输送机系统中，取两托辊之间的一段胶带进行力学分析，其力学模型如图2所示。图中q为胶带自重加运载煤重的均布载荷；L为托辊间距；y为胶带的挠度；为挠曲线的转角，=y；dx为胶带的某一微段；N为胶带挠曲引起的轴向拉力；Q为胶带横截面上的剪力。
胶带一旦断裂或逆转，沿X方向的拉伸来自两个方面，即挠曲拉伸力N和自重下滑分力P.这里，可分别求出N和P力。取胶带中的某一微段dx进行力学分析，可得。
dN=dQ=ydQ=yqdx[1].由梁的弯曲理论，可得。
y=qx24EIL3-2LX2 X3[2].式中EI为胶带的弯曲刚度，因钢丝绳芯胶带为复合材料，其表达式为。
EI=ErIr EsIs[3].式中ErIr橡胶的弯曲刚度。
EsIs钢丝绳芯的弯曲刚度。
在X[0，1/2]区间内，对式[1]积分得。
N=1/20yqdz=5q2L4348ErIr EsIs[4].设上运带式输送机的倾角为，则其自重下滑分力P：P=qLsin[5].以王庄矿DX4000型上运钢丝绳芯带式输送机为例：=16，L=1.5m，ErIr=17.7Nm2，ErIr=3.627Nm2，则N=18N，P=413N，N/P=0.04.因此，由N与P比较，我们可将胶带的绕曲拉力N忽略不计。
如果将带式输送机中上托辊按某一比例换成单向托辊，则单向托辊上的支反力R.R=qLcos[6].使带式输送机不发生断带下滑或逆转的平衡条件为：P#fR[7].式中f为胶带与托辊之间的滑动摩擦系数，取fmin=0.45.将式[5]和式[6]代入[7]可得。
tanfmin[8].以王庄矿DX4000型上运钢丝绳芯带式输送机为例：=16，fmin=0.45，则0.64.也就是说，只要将64的托辊换为单向托辊，即可阻止胶带断带下滑或输送机逆转。
c.试验验证。
1994年2月，在王庄矿一条大倾角带式输送机上进行了单向托辊的性能试验。输送机倾角为19.5，机长50m，带宽1m.先把原上托辊总数的2/3换成单向托辊，进行满负荷和超负荷试验，停车后胶带反转移动了50mm就停止了。做断带模拟试验时，胶带下滑了250mm就停住了。两项试验结果都达到了设计要求。
王庄矿主斜井安装了一台机长1304.5m，带宽1.2m，倾角16，提升能力500t/h的DX4000型上运钢丝绳芯带式输送机，于1978年10月正式投产，但投产不久，曾发生了两次输送机逆转，为此，我们在该输送机上安装了部分间距为1.5m的单向托辊，目前该系统运行良好。
（2）阻尼板摩擦制动法。
1）防滑原理。
上运带式输送机胶带的正常运行方向与断带下滑方向相反，可以采用单向托辊使滚动摩擦变为滑动摩擦阻止胶带下滑，而下胶带则相反，其正常运行方向与断带后下滑方向相同，因此，不能采用单向托辊方案。通过分析研究和现场观察，发现输送机正常运行时下胶带被拉紧，基本上成一条直线，胶带下垂量很小，而断带后，由于下胶带托辊间距较大（L=3m），胶带下垂量较大，特别是钢丝绳芯胶带。因此，采用在下胶带下方一定距离设置阻尼板的方法摩擦制动。断带时，输送机胶带迅速松弛，并与阻尼板接触，从而产生摩擦阻力，消耗系统的动能，阻止胶带下滑，即对输送机胶带起阻尼制动作用，使之在短时间内停下来。阻尼板的防滑能力除了与阻尼板与胶带之间的摩擦系数有关外，还与阻尼板的几何长度，阻尼板与胶带之间的距离及胶带倾角等因素有关。
有阻尼板的上运带式输送机。下胶带状态示意如图3所示，图中虚线表示断带前下胶带的状态，曲线表示断带后下胶带的状态。阻尼板是下胶带防滑结构的核心部件，它可以是一般的钢板，型钢，也可以是粘贴有高摩擦系数材料（如橡胶等）的复合板。图中L为两托辊间的距离，取L=3m；L1为胶带与阻尼板的接触长度；L2为阻尼板的长度。
2）试验验证。
为了验证采用防滑阻尼板防止断带后下胶带下滑方法的正确性和工作可靠性，根据现场条件，进行了两次模拟试验。
第一次是利用单独的托辊架，倾角16，长25m，托辊间距3m.作试验的胶带为DX4000型钢丝绳芯强力胶带，长约18m，胶带两头各剥出500mm长，露出钢绳，胶带头部用绳卡，钢丝与张紧用的5t倒链相连，胶带尾部用细钢丝绳与地锚相连。先进行无阻尼板试验，用倒链张紧胶带，然后将钢丝剪断，胶带在弹力和自重作用下下滑，一直下滑到底方停止，然后，在托辊架上安装角钢，利用角钢上平面作为阻尼板面，采用同样的方法进行试验，胶带仅下滑0.5m便停止。
第二次试验是在王庄矿的水平地面转载带式输送机上进行的。该机倾角10，机长100m，带宽1.2m.同样在托辊架上安装角钢，以其上平面作为阻尼板面。胶带张紧时，下胶带与阻尼板相距20mm.利用一次更换胶带的机会，进行了模拟断带防滑试验。其方法如下：制作了一副胶带卡头与原胶带两对接处相连，张紧胶带，并使胶带从卡头中滑出，实现断带阻尼模拟试验。试验结果证明，整条胶带下滑量不足5m即停，取得较好的效果。
应该说明，所进行的模拟试验是在未运转状态下进行的，如果胶带运转时断带，下胶带的初始速度将使其下滑量有所增加；如果在阻尼板上采用高摩擦系数材料，则防滑效果会更佳。
3结语。
目前，这种阻止上运带式输送机逆转和断带下滑的技术已在潞安矿务局，晋城矿务局，新汶矿务局，开滦矿务局等局矿推广应用，取得较好的效益。