帶式輸送機作為一種常見的水平運輸機械，在交通運輸部門中隨處可見：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；垂直提升輸送的夾帶式輸送機；防止粉塵散逸的管狀帶式輸送機；散貨堆場的堆、取料機；碼頭前沿的裝、卸船機等等。輸送機中傳遞動力及承載物料的橡膠帶或鋼芯膠皮帶以獨有的柔軟性、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)運輸作業(yè)、生產(chǎn)自動化向無人化管理模式發(fā)展所具備的優(yōu)勢及作用，目前還找不到一種更為合適的可取而代之的裝置。
2、問題的提出
目前，在我國所有正在使用的帶式輸送系統(tǒng)，輸送機中的膠皮帶在整機中既起著傳遞動力的作用，同時又能直接承載、運輸物料。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。當帶式輸送機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、授料時沖擊力相當?shù)脑挘鼤斐善У墓ぷ髅嫜杆倮匣�、龜裂以及蠕化變形，最終導致過早破損、報廢。通常，橡膠皮帶或鋼芯皮帶的平均使用極限壽命在連續(xù)運轉中僅為兩年，而在惡劣環(huán)境中工作的使用壽命還不到一年。據(jù)對報廢膠皮帶的觀察，其工作面的損傷程度相當厲害，而非工作表面往往卻幾近完好無損�？梢�，按傳統(tǒng)的設計安裝顯然未能使皮帶物盡其用。
由于輸送機金屬構件的耐用程度及維修周期一般較長，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，雖然皮帶的相對造價較為低廉，但在整臺輸送設備中，橡膠皮帶的投資約占全機30%，而鋼芯皮帶的投資卻占全機的40%以上。對于長距離的輸送帶來說，如每年更換一到兩次，除了耗費資金以外，還將因更換膠帶而使設備停產(chǎn)，延誤營運工期，影響生產(chǎn)效率。實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”，是德國數(shù)學家奧古斯特費迪南德莫比烏斯于一八五八年在法國巴黎科學協(xié)會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識的《拓撲學》。這種曲面主要是將帶子的一端扭轉1800與另一端搭接而區(qū)別子通常帶圈的00搭接，使皮帶由原來的內(nèi)外兩個表面變成自動循環(huán)的“單面”。如能將帶式輸送機的膠皮帶以“莫比烏斯帶”形式搭接，將可解決因單面疲勞磨損而過早老化的問題，有效延長膠帶的使用壽命。
當處于如圖1所示的狀態(tài)時，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)空間轉位后，至滾筒2時，B面己轉換成下一個循環(huán)的工作面，而A面則成為非工作面。可見，系統(tǒng)之間的不同層面在每一個循環(huán)中就己自動進行了相互的滲透、纏繞。
由于是實際上的雙面循環(huán)，避免了長期單側工作而造成皮帶的過早老化、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，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，循環(huán)反復，使之物盡其用，從而達到延長使用壽命的效果。這對傳統(tǒng)的設計及安裝，是一種觀念上的發(fā)展與突破。
4、推廣應用的目的
以“莫比烏斯帶”（即怪圈）的幾何模型為原型，將使被運輸物料對輸送帶所引起的應力由單面承受變?yōu)殡p面循環(huán)，理論上可以延長輸送帶的使用壽命達100%。
研究目的是最大限度地延長橡膠皮帶或鋼芯皮帶的使用壽命，盡可能降低運輸設備成本投資，盡量減少非生產(chǎn)營運時間、減輕因需更換皮帶而造成維修人員的勞動強度，從而達到有效提高交通運輸企業(yè)的經(jīng)濟效益及生產(chǎn)率，延長設備的使用壽命。
5、應用的可行性
5.1 技術可行性
自十九世紀中業(yè)德國數(shù)學家奧古斯特費迪南德莫比烏斯提出該理論和模型后。經(jīng)過了一個多世紀的長期研究、實踐及逐步發(fā)展和完善，這套理論和幾何模型己相當成熟，而且已經(jīng)在現(xiàn)代科技的一些產(chǎn)品中得以成功運用，顯示出其奧妙無窮的優(yōu)勢。在現(xiàn)實生活中，如娛樂場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；新型的打字機或針式打印機的色帶，令帶子兩個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，樂趣無比等等。
國內(nèi)在皮帶輸送機的研制及生產(chǎn)方面經(jīng)驗已經(jīng)相當成熟，對托輥定位、皮帶跑偏等一系列的安裝技術已有不少的積累。在橡膠皮帶和鋼芯皮帶的生產(chǎn)中己可根據(jù)不同的使用場合制造出不同物理機械性能和特殊材質(zhì)結構的帶子。近年來，對改變皮帶運行結構的圓管型帶式輸送機及異型管狀帶式輸送機的研究也成果頗豐。總的來說，“莫比烏斯帶”的理論及模型是成熟的，對其在生產(chǎn)實踐上的應用研制在技術上是可行的。
5.2經(jīng)濟可行性
當將此項技術應用于物料連續(xù)運輸?shù)膸捷斔蜋C上，與傳統(tǒng)產(chǎn)品機型相比，既具有科學先進性，又合理可靠實用。新機型的造價與原機型相差不大，但不容忽視的是，其遠期累計資金投入的節(jié)省幅度將是相當可觀的。
6、關鍵的技術問題
該理論和幾何模型已相當成熟，在輸送機的應用中應解決的是皮帶翻轉部分的空間定位問題，以及防止由此引起的皮帶跑偏現(xiàn)象。其中，關鍵技術有以下幾點：
(1)橡膠皮帶及鋼芯膠皮帶構造的各向（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)需運輸物料特性作承載面處理。
(3)皮帶轉位部分布置形式及受力計算分析，以確定轉位托輥的空間位置及間距。
(4)整機皮帶的扭轉張力的計算及調(diào)定，最終確定整機的總體張力。
7、結論
目前，我國使用帶式輸送機的行業(yè)遍及民航、公路、鐵路、港口運輸、礦山、煤炭、糧食以及需要進行物料連續(xù)運輸?shù)钠髽I(yè)、部門。如果將此成果投入推廣，市場必定非常巨大。尤其是在引入物流工程的概念，逐步發(fā)展至倉儲物料運輸無人化管理高科技時代，甚至可將其推及于以帶表面循環(huán)工作的許多場合，所能達到的效果及其發(fā)展前景將是甚為廣闊的。
