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    大型帶式輸送機由于具有線路長，運輸量大的特點，要求對輸送機的阻力系數(shù)、拉緊行程的長度、輸送帶的安全系數(shù)等參數(shù)進行細致的研究，以較精確地進行設(shè)計；輸送機上采用的普通帶式輸送機上所沒有的多機驅(qū)動，鋼繩芯輸送帶也帶來多機驅(qū)動的同步、功率分配和鋼繩芯輸送帶在輸送機中的動力作用等問題。同時還涉及驅(qū)動技術(shù)、動態(tài)分析方法、接頭設(shè)計、制動與停機、轉(zhuǎn)載與受料、監(jiān)控與保護、關(guān)鍵零部件等問題。
    （一）驅(qū)動技術(shù)
    在最初的大型帶式輸送機的設(shè)計中，為了提供必要的啟動力矩采用的方法是用過大的電動機，不幸的是這種強力的輸出高力矩非常快，使輸送帶受到很大的動載荷，目前采用較多的是使用液力耦合器，在電機和驅(qū)動滾筒之間允許有打滑從而得到一個軟啟動。
    輸送機的啟、制動動態(tài)過程產(chǎn)生的動載荷將直接影響到輸送帶的選擇、拉緊裝置的設(shè)計，驅(qū)動裝置的驅(qū)動能力等問題。它是帶式輸送機設(shè)計的技術(shù)上可行和經(jīng)濟上合理的核心問題。輸送機的動態(tài)過程的研究是保證輸送機在啟、制動過程中尋求降低輸送帶和其他零部件的動載荷的重要途徑，通過動態(tài)分析還可提供滿足正常工作所需的參數(shù)。我國1992年安裝在某煤礦的長距離輸送機系統(tǒng)，由于采用的是傳統(tǒng)的標準設(shè)計方法，導(dǎo)致使用初期拉緊重錘行程不夠。
    （二）非穩(wěn)態(tài)過程的瞬態(tài)分析
    現(xiàn)代機械動態(tài)設(shè)計是在產(chǎn)品的研究和開發(fā)過程中，對機械產(chǎn)品的運動學(xué)問題、動力學(xué)問題，以及與此相關(guān)的動態(tài)可靠性問題、安全性問題、疲勞強度和工作壽命等問題，進行分析和計算，以保證所研究和開發(fā)的設(shè)備具有優(yōu)良的結(jié)構(gòu)性能和工作性能。
    大型帶式輸送機涉及啟動、停機、橫向振動、輸送帶跑偏等一系列動力學(xué)問題。傳統(tǒng)的帶式輸送機設(shè)計計算方法是以靜力學(xué)為基礎(chǔ)的靜態(tài)設(shè)計方法，而將以動力學(xué)為基礎(chǔ)的設(shè)計方法稱為動態(tài)設(shè)計方法。
    帶式輸送機的啟動、停機過程的動態(tài)設(shè)計是通過采用，將輸送帶按彈性或黏彈性性質(zhì)來研究輸送機的啟動和停機過程中輸送帶和輸送機主要部件的瞬態(tài)動力學(xué)行為，并對初步設(shè)計檢驗的動力學(xué)方法。有多種方法可以解決在輸送帶中彈性應(yīng)力傳播的問題，有許多可以利用的處理方法，包括波動模型、質(zhì)量一彈簧模型、邊界元素模型和有限元／微分方法。每一種方法都有其數(shù)學(xué)根據(jù)。例如，波動模型就有必要考慮全部的應(yīng)力波的傅立葉成分，而質(zhì)量一彈簧模型的解決方案取決于產(chǎn)生應(yīng)力各個模態(tài)的幅值，對于有限元模型，當運用大量的運算來模擬應(yīng)力的時候若元素邊界錯誤就可能出現(xiàn)問題，并且元素的模數(shù)會變成臨界的模數(shù)因而，任何人都可以期望不同的方法將由不同的研究人員來完成。應(yīng)用波動模型需要較多的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，而質(zhì)量一彈簧模型更易于用速度快、內(nèi)存大的計算機來處理。
    在1980-2000年，出現(xiàn)了有關(guān)這個主題的值得考慮的新研究。1973年，漢諾威大學(xué)的Funke所發(fā)表的博士論文研究了礦山輸送機動態(tài)特性。1984年在紐卡斯爾大學(xué)又有一篇有關(guān)該課題的博士論文( Harrrison)，該論文對輸送帶的振動理論和彈性波理論都進行了研究，并應(yīng)用于運行、啟動和停車問題。近期，1985年，德國的Schulz，1996年，荷蘭代夫特大學(xué)的Lodewijks分別完成了關(guān)于輸送帶動力學(xué)的博士論文。
    在國內(nèi)，有關(guān)帶式輸送機動力學(xué)分析的問題也得到廣泛的重視，作者完成了博士論文“大型帶式輸送機動態(tài)過程的研究”( 1996)，之后完成了動力學(xué)分析軟件的開發(fā)，并于2001年對該軟件進行了進一步的開發(fā)，建立了完整的動力學(xué)模型和穩(wěn)定的數(shù)值分析方法。該軟件已經(jīng)在十余項大型帶式輸送機實際工程項目中應(yīng)用。
    動力學(xué)分析能估算包括在啟動或停車過程中有關(guān)結(jié)構(gòu)、滾筒和輸送帶載荷的力的值。對于長距離大張力的輸送機，該方法是可靠性設(shè)計的重要部分，這已被工業(yè)界廣泛地采用。通過動力學(xué)研究已經(jīng)開發(fā)出許多的計算機程序。
    (1)波動方程求解：在1982年期間，Hamson第一次闡述了輸送機帶的波動方程求解。這要求找到輸送帶的承載分支和回程分支承受不同載荷時波動方程的特征函數(shù)，并將靜態(tài)解（穩(wěn)定運行張力）和動態(tài)解疊加。模型依賴于最初的研究，允許輸送帶應(yīng)力波速的精確預(yù)測。波動模型不能很好地處理運動的邊界（拉緊），運用波動模型需要特殊的條件。不過，波動模型作為支持設(shè)計的工具已經(jīng)被應(yīng)用了許多年。
    (2)質(zhì)量一彈簧解：輸送帶質(zhì)量間通過粘彈性聯(lián)系的模型由Nordell等在1984年首先提出。如同其他的模型，在其邊界單元需要相應(yīng)的應(yīng)力和張緊力，這種模型可能出現(xiàn)計算不穩(wěn)定、產(chǎn)生錯誤的預(yù)測。Momson的WBM討論了這種不穩(wěn)定情況。彈簧一質(zhì)量模型在處理拉緊裝置方面優(yōu)于波動模型。世界上很多大公司都在應(yīng)用這種方法或者開發(fā)出計算機程序。
    Harrsion結(jié)合動態(tài)分析方法給出了高速帶式輸送機的技術(shù)需求條件。NordeLl采用動態(tài)分析方法對恰那鐵礦長距離運輸系統(tǒng)進行了分析，其輸送帶的設(shè)計安全系數(shù)由9降到5，降低了輸送機系統(tǒng)的設(shè)備投資，提高了輸送機系統(tǒng)的PID控制回路的控制精度，使輸送帶的峰值張力比設(shè)計又降低約15 010。
    （三）輸送帶接頭設(shè)計和制作技術(shù)
    這方面的研究是從3個方面對接頭進行研究，特別是對高強度（鋼絲繩芯）輸送帶。當代的研究重要的是對大型接頭設(shè)計的理解、破環(huán)試驗裝置和優(yōu)化接頭強度。包括：
    (1)接頭破壞試驗裝置：Hamson 1981-1989
    (2)幾何和機械設(shè)計：Von Der Wroge (Dr. Ing.  1991)
    (3)動力學(xué)效應(yīng)測試和研究：Flebbe，Hager，Nordell
    最早開始接頭動力學(xué)強度的研究的是漢諾威大學(xué)，它的一部分內(nèi)容是確定接頭壽命和尋求降低輸送帶強度的方法。他們建立了一個實驗臺用于研究和測試接頭疲勞強度和尋求提高接頭強度的方法。
    目前只有有限的實例用理論進行接頭設(shè)計，但工業(yè)界有提高接頭強度的要求。還有，黏結(jié)和等強度問題也進行了廣泛的研究。Nordell用有限元分析(FEA)研究在各種不同的鋼絲繩接頭設(shè)計的應(yīng)力分布情況。
    （四）輸送帶的粘彈性與運行阻力
    輸送帶的張力受許多因素控制，如提升高度，長度，帶的剛度，壓陷，輸送帶經(jīng)過托輥的撓度，以及附加阻力。關(guān)于這方面，在20世紀80年代以前已有許多文獻，如DIN22101和CEMA，還有輸送帶廠商的內(nèi)部計算手冊。這些文獻很大程度上利用實驗結(jié)果確定輸送帶的工作點，如托輥級別，彎曲效果，傾斜效果以及局部的或整體的摩擦力。
    Konneker對34臺輸送機的主要阻力進行了現(xiàn)場實測，得出了不同工作場合下的阻力系數(shù)的取值范圍。Oszter等對輸送機主要阻力中的三部分因素進行了研究，給出了壓陷阻力系數(shù)、輸送帶反復(fù)彎曲阻力系數(shù)和物料經(jīng)過托輥的碰撞阻力系數(shù)的經(jīng)驗式。Spaans和Nordell分別用粘彈性理論對膠帶的壓陷阻力進行了研究。
    在1980-2000年，進行了預(yù)測長距離和轉(zhuǎn)彎輸送機摩擦力的新研究。紐卡斯爾大學(xué)（Hamson等）研究了物料和輸送帶彎曲的影響，并且發(fā)表了許多這些研究成果。在這個時期，Zur，Alles，Hager，Betz，Spaans，Jonkers，Nordell，Lodewijks以及許多其他人寫的文章主要體現(xiàn)了對科學(xué)的貢獻，即對橡膠在托輥上的壓陷阻力受黏彈性影響的科學(xué)貢獻。
    Spaans，HaITison，Zur，Nordell，Hager每一個人都說明研究主要是對彎曲和有關(guān)滾動壓陷損耗的橡膠特點影響的理解。在漢諾威大學(xué)，Hintz作的博士論文(1993)考慮到了與壓陷損耗有關(guān)的復(fù)雜情況。大多數(shù)的該項研究能夠使得模型系統(tǒng)在設(shè)計早期仔細檢驗，因而使企業(yè)更有信心。因此，已經(jīng)看到了長距離輸送機，有些帶有水平或垂直轉(zhuǎn)彎的長距離輸送機以及長距離、大運量下輸送機的出現(xiàn)。
    作為研究成果應(yīng)用的例子，有許多著名的系統(tǒng)就是應(yīng)用了上面論述的研究成果。如一條由Man Takraf公司所設(shè)計的16km長、高強度鋼繩芯帶輸送機，在美國科羅拉多州的Henderson礦使用。該輸送機比標準設(shè)計的輸送機具有比較低的滾動阻力損耗。產(chǎn)生此結(jié)果的兩個因素：一個是很低的托輥阻力損耗和復(fù)合橡膠帶（由Clouth制造）具有低的壓陷阻力損耗。另一個是（Channer，澳大利亞），Nordell和Beckley對此系統(tǒng)進行了咨詢，其全部的DIN阻力系數(shù)在0.0098~0.011。這些低阻力的輸送機要求較低的電機功率，因而需要較低的輸送帶強度，反之，對于一條給定的輸送帶，它能使用更長的時間。美國輸送機制造商協(xié)會( CEMA)所編輯的“散狀物料帶式輸送機設(shè)計”（第6版）首次發(fā)表了CEMA帶式輸送機設(shè)計的通用方法，在對CEMA的傳統(tǒng)計算方法改進的同時，引入了輸送帶的黏彈性性質(zhì)計算輸送機運行阻力。該方法的輸送機功率計算精度可達1100% +100/o。
    （五）輸送帶監(jiān)控研究
    1980年由Hamson在CRIRO的應(yīng)用物理部最先發(fā)明了一種新的測試方法并獲得專利，該方法可以在非接觸狀態(tài)下對鋼絲繩芯輸送帶進行檢測，監(jiān)測斷繩和鋼絲繩接頭，預(yù)報可能發(fā)生的損壞。
    第一次對鋼絲繩芯輸送帶實現(xiàn)非破壞測試( Non - Destructive Test，NDT)是在澳大利亞(1979)。從1982-1987年這種方法被用于德國、南非、加拿大、美國和一些其他地區(qū)的采礦工業(yè)。這種技術(shù)也廣泛用于其他的工業(yè)領(lǐng)域以提高可靠性。根據(jù)這一研究，應(yīng)用信號分析理論進一步發(fā)展了標準的測試和檢驗方法，實際上已經(jīng)用于鋼絲繩制造的產(chǎn)品質(zhì)量檢驗。其美國專利為4439731和4864233。
    應(yīng)用這項技術(shù)，對有危險的和高張力鋼絲繩芯輸送帶的監(jiān)測成為可能。鋼絲繩處于輸送帶內(nèi)就可以對輸送帶的安全性能進行檢驗。通過磁場狀況和接頭條件覆蓋層磨損情況可以檢測出各種制造缺陷，例如：鋼絲繩的布置間距。最近，正在進行采用FRID進行帶式輸送機系統(tǒng)監(jiān)控的研究。
    進一步開發(fā)完善對輸送帶的在線檢測裝置，檢測鋼繩芯帶斷繩和接頭，預(yù)報可能發(fā)生的損壞，并深入研究輸送帶防縱向撕裂的措施。立足于投資少而又能解決現(xiàn)場實際問題。提高帶式輸送機輸送帶接頭強度，也是帶式輸送機的重要研究課題。
    （六）給料和轉(zhuǎn)載技術(shù)
    帶式輸送機輔助裝置的研究應(yīng)該引起重視，實踐中由于存?zhèn)}、料斗的形狀尺寸等設(shè)計的不盡合理，材質(zhì)的選用不當（特別是襯板）會產(chǎn)生堵塞，起拱，加料不均和偏載等現(xiàn)象，從而影響了整個系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。有關(guān)這方面的研究，法國，英國和澳大利亞等國家，無論在理論研究，還是實驗研究都處于領(lǐng)先水平。目前已經(jīng)開展應(yīng)用離散單元的多體動力學(xué)方法研究散料的轉(zhuǎn)載過程，設(shè)計出專用的轉(zhuǎn)載單元，減小物料對輸送帶的磨損與沖擊，如圖1所示。
    （七）關(guān)鍵零部件
    滾筒強度的分析與設(shè)計和壽命分析是輸送機設(shè)計的一個重要方面。很多研究者都是在滾筒供應(yīng)商中。盡管有限元這一工具得到廣泛采用，但是仍然可以認為現(xiàn)代大型高強度滾筒需要采用這一手段。King的一篇論文討論了滾筒設(shè)計問題，它對研究者具有很好的參考價值，并且回顧了滾筒強度理論。CEMA已經(jīng)改進了滾筒強度的計算式。
    托輥是輸送機的主要部件之～，其重量約占整機的1/3，價格占1/5 N1/3。托輥的使用壽命主要取決于軸承和密封的性能，如果托輥具有良好的密封性能（如采用組合密封），托輥使用壽命實際上就是軸承的使用壽命。軸承不僅對托輥使用壽命有重大影響，而且對托輥旋轉(zhuǎn)阻力也有一定的影響。減摩軸承的采用和密封形式的改進降低了托輥的運行阻力。