礦用皮帶運輸機故障檢測方案設(shè)計

直國榮

（長春黃金設(shè)計院有限公司，吉林 長春 130012）

礦石作為不可再生資源，在人類的日常活動中起著非常重要的作用。在礦石開采中，運輸是非常重要的一環(huán)，皮帶運輸機在礦用運輸系統(tǒng)中尤為重要。例如，皮帶運輸機在快速隧道系統(tǒng)中的主要功能是通過破碎機將由帶式掘進機提取的磨碎，將其轉(zhuǎn)移到皮帶運輸機，然后將輸送到皮帶運輸機。皮帶運輸機的故障類型很多，例如帶偏斜，撕裂，打滑，存放等。故障的原因也多種多樣，例如超載，礦石不平衡和軸承損壞。因此，基于皮帶輸送機的故障檢測系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)在生產(chǎn)中具有更大的實際意義[1]。

1 礦用中兩種類型的皮帶故障

1.1 皮帶間隙

皮帶輸送機通常會出現(xiàn)皮帶未對準(zhǔn)故障。通常，皮帶偏移的原因如下：首先，設(shè)備內(nèi)滾筒和其他組件的內(nèi)圓及外圓會產(chǎn)生較大的誤差，并且這些力會與某些特定參數(shù)發(fā)生沖突；其次，在安裝過程中，包括安裝軸線，傳送帶和鋼絲繩的安裝不符合相關(guān)規(guī)范，皮帶會偏離原來的軌道，從而改變皮帶輸送機的運輸方向。第三，如果在運輸過程中，貨物運輸中的錯誤也將導(dǎo)致皮帶的偏離。例如，防止貨物不均勻等。如果皮帶發(fā)生偏斜，必須及時處理，否則會影響整個采效率，從而降低公司的經(jīng)濟效益和社會問題，甚至造成安全事故。

1.2 皮帶縱向撕裂

當(dāng)皮帶在某一處受力不均時就容易出現(xiàn)皮帶沿著運動方向被撕裂的現(xiàn)象，導(dǎo)致這一現(xiàn)象發(fā)生主要原因是皮帶過度磨損而受力不均造成，或者是物料中存在尖銳雜質(zhì)使得皮帶受到嚴(yán)重破壞進而發(fā)生縱向撕裂。如果在皮帶輸送機運行過程中出現(xiàn)了皮帶縱向撕裂，就會對皮帶造成嚴(yán)重性的破壞。對于皮帶縱向撕裂檢測的方法有許多，比較常見的的有接觸式檢測，如在托輥上安裝棒形檢測器和壓力檢測器；還有就是非接觸式檢測，如電磁檢測法和超聲波檢測法等。

1.3 變速箱故障

如果選擇了錯誤的減速器類型，則會減少減速器的輸出。原則上，電機的額定轉(zhuǎn)矩必須小于樣品本身提供的額定轉(zhuǎn)矩。一旦超過了電動機輸出軸承的功率，減速齒輪軸將斷裂。另外，減速器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不合理，使得不能更好地去除模制部件中的內(nèi)部應(yīng)力，從而導(dǎo)致變形。如果零件的變形過大，也會產(chǎn)生空間，最終將導(dǎo)致漏油事件。如果端口蓋太薄或密封圈損壞，則潤滑油可能會從該空間逸出[2]。

1.4 帶材的老化

如果膠帶的質(zhì)量不能滿足礦用運輸標(biāo)準(zhǔn)，則膠帶的老化速度將非?？臁H在使用幾周后，膠帶通常會撕裂。質(zhì)量沒有問題，但是在運輸?shù)V用時，皮帶的加熱程度不同。一些溫度較高的地方很容易老化，因此被丟棄。在礦用運輸過程中，有必要確保運輸皮帶在各個方面都能均勻地施加作用力，以避免因溫度過高而造成的損失。

1.5 皮帶打滑

皮帶運輸機的皮帶也經(jīng)常滑動。如前一部分所述，皮帶和每個輥之間的摩擦是皮帶輸送機正常運行的關(guān)鍵。這種摩擦的大小處于平衡狀態(tài)，在此期間，整個皮帶輸送機才能正常運行。皮帶運輸機內(nèi)部的驅(qū)動將完全驅(qū)動皮帶運輸機內(nèi)部的滾筒，然后有效地利用皮帶和滾筒之間的摩擦力收緊皮帶，皮帶運輸機的效率會降低，工作人員的工作壓力也會增加，并且公司的經(jīng)濟效益也會下降。如果皮帶和輥子之間的摩擦力逐漸增加，這將對皮帶輸送機的其他組件產(chǎn)生負(fù)面影響。機器運輸貨物的時間太長，甚至無法及時修復(fù)一些故障，由于皮帶的過度拉長，最終會導(dǎo)致打滑。皮帶打滑現(xiàn)象將在很大程度上導(dǎo)致皮帶輸送機的運輸效率，甚至在嚴(yán)重的情況下皮帶也會嚴(yán)重變形。這樣，礦用運輸將被延遲，勞動成本將增加，礦用業(yè)務(wù)的各個方面的收益將減少，但是相對于皮帶偏轉(zhuǎn)，皮帶打滑的影響相對較小，但是有關(guān)人員還應(yīng)避免類似的問題[3]。

2 常見的分析傳送帶故障的方法：

2.1 接觸式診斷方法

（1）棒形檢測器。這是一種常用于皮帶與緩沖托輥之間的一種檢測裝置，如果皮帶機傳輸物料中存有雜物時，很有可能會將皮帶刺穿，此時棒形檢測器就會被觸動，使得限位開關(guān)有所響應(yīng)，進而發(fā)出警報信息并使皮帶急停。這種裝置結(jié)構(gòu)簡單，容易安裝，但是可靠性較差，難以檢測出皮帶機損壞的程度。

（2）壓力檢測器。壓力檢測器主要安裝在輸送帶支架上，如果輸送帶出現(xiàn)斷裂、撕裂或跑偏等故障時，托輥會受到額外力的作用，且保持一段時間，此時便可通過檢測托輥受力大小及變化情況來判斷輸送帶是否存在故障。這種檢測方法原理較簡單，且安裝方便，但是可靠性比較差，如果傳感器長時間受力，會容易發(fā)生磨損。

（3）漏料檢測器。漏料檢測器是一種由托盤平衡錘和支點等組成的檢測裝置，如果出現(xiàn)皮帶撕裂故障，皮帶上的物料會透過裂縫滲漏至皮帶下方的托盤中，但托盤上的物料的質(zhì)量大于平衡錘時，該裝置就會以支點為中心移動并觸動限位開關(guān)，使得皮帶機發(fā)出報警信息并停機。這種檢測裝置原理也比較簡單，且檢測方便，但是檢測裝置的壽命較短，智能化程度較低。

2.2 非接觸式診斷方法

（1）超聲波檢測法。超聲波檢測法是皮帶輸送機故障檢測中常使用的一種檢測方法，主要通過超聲波檢測器接受產(chǎn)生的超聲波，一旦皮帶輸送機出現(xiàn)故障時，波導(dǎo)管就會受到損壞而彎曲，檢測器可以檢測出異常信號，進而判斷皮帶存在故障。

（2）X光射線檢測法。這種檢測方法多用與皮帶輸送機損傷類故障檢測中，可以判斷皮帶內(nèi)是否存在鋼絲繩變形、接頭斷裂等現(xiàn)象，且可定位缺陷位置。如果皮帶輸送及低速運行，也能夠自動記錄其損傷程度和損傷位置。

3 皮帶運輸機故障檢測方案設(shè)計

以輸送帶為研究對象，從設(shè)計，安裝，使用等方面對故障及其原因進行分析和總結(jié)，并有針對性地設(shè)計故障檢測方案；根據(jù)可能出現(xiàn)的因素采用故障樹分析方法，建立故障分析模型。建立傳送帶的實時在線監(jiān)控系統(tǒng)，使用傳感器技術(shù)，通信技術(shù)和智能控制技術(shù)實時收集和檢測其運行參數(shù)，并為每個參數(shù)設(shè)置閾值和警報值以進行實時故障檢測和報告。

3.1 設(shè)備選擇

為了更好地應(yīng)對各種類型的礦用皮帶輸送機造成的故障，有效建立皮帶輸送機故障的智能監(jiān)控系統(tǒng)尤為重要。設(shè)計的故障檢測方案使用EPEC PLC控制器。該設(shè)備具有數(shù)字和模擬輸入，輸出點以及通信功能，其功能符合該解決方案的設(shè)計要求。可以有效地將結(jié)果與預(yù)設(shè)值進行比較。如果在使用過程中發(fā)現(xiàn)該值超過了預(yù)設(shè)值，則及時發(fā)出警報。此解決方案的硬件設(shè)計中將使用更多的傳感器模塊，例如用于檢測皮帶輸送機環(huán)境的溫度傳感器，選擇GWD100（A），該傳感器具有LED顯示屏，可以懸掛安裝并防止粉塵的干擾，提高預(yù)警的準(zhǔn)確性。

3.2 軟件設(shè)計

基于所選的EPEC控制器，使用ST語言進行編程，并使用模塊化思想進行軟件實施，從而實現(xiàn)了皮帶輸送機故障檢測方案的軟件設(shè)計。EPCE控制器要實現(xiàn)的軟件模塊主要包括數(shù)字輸入數(shù)據(jù)的延遲/防抖處理，模擬量輸入量轉(zhuǎn)換的處理，數(shù)據(jù)通信的處理，故障警報的處理，操作模式控制以及開關(guān)量控制。皮帶運輸機設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的物理層主要包括溫度傳感裝置，振動傳感裝置和其他采集裝置。這些設(shè)備可以有效地收集有關(guān)各種皮帶輸送機運行參數(shù)的信息。其中，振動檢測設(shè)備使用4到20 mA的電流信號作為輸出信號，并使用隔離放大器將其轉(zhuǎn)換為0到5伏的電壓信號，然后將其發(fā)送到模擬擴展模塊。

主程序首先完成系統(tǒng)的初始化，并且只有在沒有皮帶輸送機完全故障的情況下才能進行控制模式的選擇。數(shù)據(jù)收集和傳輸層，即PLC變電站，包括集成的MCGS觸摸屏和PLC設(shè)備，可以使用適當(dāng)?shù)牟寮矸治鲈诰€數(shù)據(jù)中的信息并完成處理工作。在皮帶輸送機運行期間，它將接收緊急停止信號，完全故障信號和停止信號。收到緊急停止信號時，進行緊急停止。當(dāng)接收到完整的故障信號時，進行故障停止；當(dāng)接收到停止信號時，將進行正常停止。信息處理層（即主機）可以在相關(guān)顯示設(shè)備上顯示皮帶輸送機的實際運行情況，記錄和查詢相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并根據(jù)皮帶輸送機運行期間發(fā)生的故障問題盡早設(shè)置警報。如果收到溫度警報，系統(tǒng)將觸發(fā)警報并執(zhí)行澆水操作。延遲后，再次檢測到溫度故障。如果系統(tǒng)繼續(xù)發(fā)出溫度警報，則停止操作；如果消除了系統(tǒng)故障，則會重新執(zhí)行信號檢測。當(dāng)系統(tǒng)檢測到皮帶斷裂/縱向撕裂時，它將直接觸發(fā)警報并停止。

4 結(jié)語

本文首先分析了皮帶輸送機故障的類型和可能的原因，可以保證皮帶輸送機的可靠運行并減少故障排除時間。在后續(xù)的優(yōu)化設(shè)計中，有必要充分考慮專家故障診斷方法，模糊診斷方法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷方法，以提高皮帶運輸機的預(yù)測和預(yù)測能力。因此，該智能故障系統(tǒng)可以更好地預(yù)測和監(jiān)視故障，并更好地執(zhí)行自動調(diào)整和維護。