大型膠帶輸送機(jī)斷帶保護(hù)技術(shù)

劉大同

(大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心,山西大同 037003)

大型膠帶輸送機(jī)斷帶保護(hù)技術(shù)

劉大同

(大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心,山西大同 037003)

介紹了國外膠帶輸送機(jī)鋼繩芯受損情況檢測器——“CBM檢測器”與國內(nèi)鐵磁材料及 X射線檢測膠帶輸送機(jī)鋼繩芯受損技術(shù)。介紹了斷帶保護(hù)裝置 KHP119型抓捕機(jī)構(gòu)工作原理及應(yīng)用。對目前現(xiàn)場使用的膠帶輸送機(jī)鋼繩芯受損檢測技術(shù),提出研究方向和應(yīng)用建議。

膠帶輸送機(jī);斷帶保護(hù);應(yīng)用建議

Protection Technology of Belt Broken for Large Belt Conveyor

膠帶輸送機(jī)是散型物料連續(xù)運輸、轉(zhuǎn)載的最佳設(shè)備,被廣泛用于各個領(lǐng)域。以煤礦為例,現(xiàn)代化礦井主井運輸首選膠帶輸送機(jī),但是,承載物料的膠帶在高速、高拉力工況下,發(fā)生過斷帶事故,尤其在斜井發(fā)生斷帶事故,所造成的經(jīng)濟(jì)損失是巨大的。其一,造成運輸設(shè)備本身損壞,少則上百萬;其二,處理事故恢復(fù)生產(chǎn)更為困難,在斜井底部清理上百噸煤炭和千米的膠帶是極為困難的,工期之長造成的停產(chǎn)損失更是巨大、驚人。

斷帶預(yù)防和減輕損失是必須解決的問題,實施斷帶保護(hù)被列入安全規(guī)程中。然而,大型膠帶輸送機(jī)實施可靠的斷帶保護(hù)技術(shù)難度非常大,因此,不斷進(jìn)行斷帶保護(hù)的技術(shù)研究,探討大型膠帶輸送機(jī)斷帶保護(hù)的實施技術(shù)、方式和效果是非常必要的。

1 斷帶保護(hù)方式

概括起來有 2種思路,一是以預(yù)防為主,應(yīng)用監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行斷帶提前預(yù)報;二是以減小損失為主,實施斷帶后的電氣保護(hù)和機(jī)械抓捕。

監(jiān)測預(yù)報的優(yōu)點是可以有計劃的采取措施減小或消除安全隱患,不影響生產(chǎn),缺點是預(yù)報精確度不能達(dá)到期望值。

斷帶抓捕的優(yōu)點是設(shè)施簡單、可靠程度高,缺點是膠帶長度長,抓捕點多,日常維護(hù)工作量大,維護(hù)跟不上可靠性將打折扣。因此,各種方式都在不斷探索和完善。

1.1 監(jiān)測技術(shù)及方式

為了提高膠帶輸送機(jī)的運輸能力,在膠帶上采用了壓制鋼繩芯技術(shù),因此,監(jiān)測鋼繩芯的受損情況就可以預(yù)測斷帶可能性。

國外利用磁感應(yīng)原理對鋼繩芯進(jìn)行檢測,研發(fā)了 “CBM檢測器”。該檢測器是由上下兩個傳感器對中間鋼繩芯檢測,將檢測信號進(jìn)行處理、顯示,就可知道鋼繩芯的受損情況。國內(nèi)近幾年也在進(jìn)行電磁感應(yīng)式鋼繩芯在線檢測技術(shù)研究與應(yīng)用。如大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司與煤炭科學(xué)研究總院共同進(jìn)行了鋼繩芯輸送帶電磁綜合在線監(jiān)測系統(tǒng)研發(fā),并在馬脊梁礦進(jìn)行了三年多在線監(jiān)測,獲得較好的效果。

1.1.1 用鐵磁材料檢測鋼絲繩芯技術(shù)

由于鋼繩芯膠帶內(nèi)部是由多根鋼絲繩在膠帶內(nèi)同一平面并排分布,任何一根鋼絲,在膠帶檢測過程中,都被飽和磁化形成磁疇的磁壁移動、磁矩偏轉(zhuǎn)對外顯示磁性。這一過程與物質(zhì)成份、微結(jié)構(gòu)和內(nèi)部缺陷有密切的依賴關(guān)系。與磁化有關(guān)的能量有：交換能、磁晶各向異性能、磁滯伸縮和磁彈性能、退磁場能及磁場作用能。理論研究表明,凡遵循熱力學(xué)平衡條件,即自由能極小的原則,在沒有外磁場的情況下,晶體的易磁化方向是前 4種能量綜合作用的結(jié)果,磁體并不顯示磁性。鋼絲繩作為一種順磁介質(zhì),基于檢測的設(shè)計要求,在檢測前必須磁化到飽和狀態(tài)。當(dāng)有一個磁場靠近鋼絲繩,將對鋼絲繩中的每一個磁偶極子分子產(chǎn)生一個力矩,使其磁偶極距轉(zhuǎn)向磁場方向,這樣一來,在磁化場的力矩作用下,各個磁偶極分子在一定程度上沿著磁化場的方向排列起來,宏觀效果在鋼絲的兩端出現(xiàn)磁極性。通過檢測鋼絲繩磁場強弱值便可知其工作狀態(tài)。

圖1、圖 2為基于鐵磁材料檢測技術(shù)應(yīng)用于馬脊梁礦的檢測裝置。

圖1 磁接收傳感器

圖2 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

1.1.2 用 X射線檢測鋼絲繩芯技術(shù)

X射線檢測鋼絲繩芯原理是 X射線透過鋼繩芯膠帶,經(jīng)圖像增強器 (或成像板)將隱含的 X射線檢測信號轉(zhuǎn)換為可見的模擬圖像;然后用攝像機(jī) (30幀 /S)同步拍攝,經(jīng)分幀處理,以 BMP格式的數(shù)字圖像存入計算機(jī),根據(jù)數(shù)字圖像提供的膠帶信息,計算機(jī)軟件程序?qū)D像進(jìn)行處理、判斷達(dá)到檢測目的,原理如圖 3所示。

圖3 X射線檢測系統(tǒng)

實用中 X射線檢測采集的圖像和處理后的圖像數(shù)據(jù)如圖 4所示。

圖4 X射線采集和處理后的圖像

1.2 斷帶保護(hù)技術(shù)及方式

膠帶輸送機(jī)斷帶保護(hù)裝置形式為機(jī)械傳感式的,即傳感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)都是靠偏心輥輪實現(xiàn)(見圖 5),當(dāng)膠帶以 u1方向正常運轉(zhuǎn)時,偏心輪以O(shè)為圓心,沿 F1方向旋轉(zhuǎn)作為托輥使用 (圖 5a)。當(dāng)膠帶發(fā)生斷帶等時,膠帶沿 u2方向反轉(zhuǎn),帶動偏心輪以O(shè)1為圓心,偏心旋轉(zhuǎn),擠逮反向運轉(zhuǎn)的膠帶 (圖 5b),實現(xiàn)斷帶保護(hù)的目的。

圖5 抓捕原理示意

同煤集團(tuán)在馬脊梁礦應(yīng)用了由智能測速與機(jī)械抓捕裝置組成的 KHP119型斷帶抓捕器,實施了膠帶輸送機(jī)斷帶保護(hù)。該抓捕器主要由旋轉(zhuǎn)臂、弧形紋面壓帶凸輪、限位銷、控制連桿機(jī)構(gòu)、限位裝置、電磁控制裝置等組成,其外形見圖 6。

圖6 KHP119型抓捕機(jī)構(gòu)

2 對實施斷帶保護(hù)探討及建議

目前國內(nèi)研究或應(yīng)用的斷帶保護(hù)方式,在現(xiàn)場應(yīng)用中還有一些不足,主要表現(xiàn)為：

(1)磁感應(yīng)檢測方式的缺點是檢測輸出的形式為相對數(shù)據(jù)值,其判斷有故障的準(zhǔn)確性較難。特別是要求判斷人員的專業(yè)素質(zhì)較高,現(xiàn)場這方面的人員較少,同時檢查數(shù)據(jù)量也較大,勞動強度大。建議研發(fā)具有識別能力的軟件并形成自動提示或報警功能。

(2)由于膠帶是彈性體,在運行中既受到很大拉力又承受很強交變彎曲,造成現(xiàn)有檢測膠帶定位方式很難保證常年 (＞3a)質(zhì)量可靠。因此,很難保證初始檢測數(shù)據(jù)樣板與某年后檢測的數(shù)據(jù)對比絕對值的準(zhǔn)確性。在新的可靠定位技術(shù)開發(fā)出前,建議采用磁感應(yīng)在線檢測方式的同時配備 X射線檢測鋼絲繩裝置,在檢修時慢速 (＜1m/s)定期檢測一次 (每月或每季度),并重點檢測由磁感應(yīng)檢測數(shù)據(jù)提供的可疑點,互補檢測不足。

(3)由于 X射線檢測成像方式,圖像直觀判別容易、可靠,是今后有發(fā)展?jié)摿Φ?。只是目前的X射線檢測成像技術(shù)還不能達(dá)到快速成像,因此,建議盡快攻克 X射線檢測快速成像、傳送和顯示技術(shù)難題,實現(xiàn)膠帶運行在線 X射線成像檢測。

(4)“鐵磁材料檢測方式”貫徹的是預(yù)防為主理念,“斷帶抓捕方式”實施的是 “亡羊補牢”策略。從目前兩項技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用效果來看,斷帶抓捕方式采用的技術(shù)成熟,控制方式簡單、直觀、可靠,所以各種類斷帶抓捕器孕育而生。但是從現(xiàn)場使用中暴露出一個共性問題,日常維護(hù)、定期維檢、動作試驗工作量大。如一部千米斜井膠帶輸送機(jī)布置 26套抓捕器,其中有 62個執(zhí)行裝置,在千米斜井巷道往返檢查執(zhí)行裝置是否被煤塊砸壞、煤泥積漬、操控靈活等,其工作量繁重是可想而知的。因此,今后需要向少維護(hù)或免維護(hù)方面進(jìn)行改進(jìn)。為了安全可靠需要定期做動作試驗,執(zhí)行裝置為不可逆式,不能自動恢復(fù)原狀,須人為手動逐個恢復(fù)原狀,也給使用帶來不便。應(yīng)該進(jìn)行恢復(fù)方案優(yōu)化研究。

總之,現(xiàn)應(yīng)用的膠帶輸送機(jī)斷帶保護(hù)技術(shù),還需不斷研究和改進(jìn),使之能更好地滿足現(xiàn)場需求。

TD634.1

B

1006-6225(2010)01-0077-02

2009-06-29

劉大同 (1958-),男,遼寧錦州人,優(yōu)高,大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心礦山機(jī)電研究所所長。

王興庫]