煤礦主運(yùn)輸皮帶故障智能診斷與保護(hù)研究

耿文斌

（汾西礦業(yè)南關(guān)煤業(yè)，山西　靈石　031300）

引言

煤礦主運(yùn)輸皮帶系統(tǒng)是煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，煤礦安全規(guī)程中就煤礦主運(yùn)輸皮帶的使用方法有明確的規(guī)定。但運(yùn)輸皮帶在實(shí)際的使用過(guò)程中依然會(huì)出現(xiàn)各種故障。為了盡可能降低皮帶故障為煤礦運(yùn)輸工作帶來(lái)的不良影響，保證煤礦井下主運(yùn)輸皮帶的安全穩(wěn)定運(yùn)行，行業(yè)內(nèi)有關(guān)工作人員積極地研究出一種智能型、多功能主運(yùn)輸皮帶保護(hù)控制裝置，該裝置具有故障智能診斷功能，能夠?qū)χ鬟\(yùn)輸皮帶的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化。

1　主運(yùn)輸皮帶自動(dòng)控制系統(tǒng)故障診斷部分結(jié)構(gòu)

煤礦主運(yùn)輸皮帶自動(dòng)控制系統(tǒng)故障診斷部分主要由信號(hào)檢測(cè)單元、信號(hào)處理單元、數(shù)字顯示單元、報(bào)警單元、分析控制單元等幾部分組成，具體的結(jié)構(gòu)如圖1所示。與傳統(tǒng)的繼電器檢測(cè)方式相比，該故障診斷系統(tǒng)的效率明顯提升，誤判、漏判的情況顯著減少，能夠?qū)崿F(xiàn)故障早預(yù)報(bào)早處理，可以有效地提高故障診斷系統(tǒng)的智能性，降低因皮帶故障帶來(lái)的損失。煤礦主運(yùn)輸皮帶日常使用過(guò)程中常見(jiàn)的故障主要有聯(lián)軸器斷裂、皮帶過(guò)負(fù)荷、皮帶斷帶、打滑等，導(dǎo)致皮帶出現(xiàn)這些故障的原因主要可以歸類為皮帶的各特征向量如負(fù)載、速度、溫度等變化引起的，該故障智能診斷系統(tǒng)重點(diǎn)檢測(cè)的內(nèi)容即皮帶的速度、電機(jī)的電流大小以及溫度幾個(gè)參數(shù)。通過(guò)對(duì)這幾個(gè)重要參數(shù)的檢測(cè)，可以有效地提升故障檢出率，保證皮帶系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2　主運(yùn)輸皮帶自動(dòng)控制系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)的應(yīng)用過(guò)程

在實(shí)際的使用過(guò)程中，設(shè)皮帶的故障信號(hào)為y，速度用x1表示，負(fù)載用x2表示，三者之間的關(guān)系可以表述為y=f(x1，x2)，該故障檢測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)Ω鞣N引示其中：F指的皮帶的張緊力，μ指的是滾筒與皮帶之間的摩擦系數(shù)，α指的是皮帶在滾筒上的圓周角，Sr為高速運(yùn)放的轉(zhuǎn)換速率[1-2]。

圖1　故障診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

運(yùn)輸主皮帶長(zhǎng)時(shí)間使用之后，皮帶發(fā)生塑性變形，張緊力、圓周角甚至摩擦系數(shù)都會(huì)減小，皮帶的負(fù)荷或者動(dòng)力發(fā)生變化之后，皮帶就很容易出現(xiàn)打滑的不良現(xiàn)象，此時(shí)皮帶的線速度發(fā)生較大的波動(dòng)。在皮帶運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)檢測(cè)電機(jī)電流大?。ㄘ?fù)載）以及皮帶的線速度變化的情況，就可以判斷皮帶是否出現(xiàn)打滑的不良現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)檢測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)皮帶確實(shí)出現(xiàn)打滑的情況，需要及時(shí)的將對(duì)應(yīng)的信號(hào)輸送到控制回路，及時(shí)停機(jī)處理，避免發(fā)生煤堵事故。

皮帶尾輪位置安裝有兩塊檢測(cè)感應(yīng)板，感應(yīng)開關(guān)安裝在同一條直線上，應(yīng)靠近輪側(cè)，實(shí)際的安裝距離需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。兩塊檢起皮帶故障的特征因素進(jìn)行檢測(cè)，然后調(diào)動(dòng)對(duì)應(yīng)的控制算法，對(duì)故障進(jìn)行與判斷，系統(tǒng)的控制處理器會(huì)根據(jù)判斷的結(jié)果控制電機(jī)作出對(duì)應(yīng)的動(dòng)作，或者激發(fā)報(bào)警器及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息。

2.1　主運(yùn)輸皮帶的打滑檢測(cè)及保護(hù)

主運(yùn)輸皮帶的傳送主要依靠摩擦力完成，輸送機(jī)主要的失效形式即皮帶打滑，皮帶打滑會(huì)導(dǎo)致膠帶發(fā)生比較嚴(yán)重的磨損，且皮帶的松邊在緊邊拉力的沖擊下，很容易出現(xiàn)疲勞斷裂的不良現(xiàn)象。除此之外，皮帶打滑也可能會(huì)引起火災(zāi)，帶來(lái)重大安全事故。一般情況下，皮帶正常傳送時(shí)，緊邊拉力以及高速運(yùn)放的轉(zhuǎn)換速率之間的關(guān)系可以用以下公式表測(cè)板之間要有一定的角度，二者在同一條直線上時(shí)，傳動(dòng)輪發(fā)生打滑故障，感應(yīng)檢測(cè)板與感應(yīng)開關(guān)在同一條線上，感應(yīng)信號(hào)會(huì)持續(xù)不間斷地發(fā)送到開關(guān)上，檢測(cè)電路不能及時(shí)檢測(cè)出尾輪是否停轉(zhuǎn)，可能會(huì)導(dǎo)致皮帶機(jī)控制回路誤動(dòng)作。

2.2　皮帶撕裂檢測(cè)及保護(hù)

導(dǎo)致皮帶撕裂的原因比較多，煤礦主運(yùn)輸皮帶的抗縱向撕裂性能比較差，煤礦運(yùn)輸之中，如果輸送的速度增加或者輸煤量增加，就很容易導(dǎo)致輸煤過(guò)程中，皮帶發(fā)生縱向撕裂故障，進(jìn)而影響到煤礦的正常運(yùn)輸工作。此外，皮帶的張力不足、運(yùn)行過(guò)程中皮帶跑偏被機(jī)架夾住、水煤或者大塊物料沖砸皮帶，使得皮帶被卡住都可能會(huì)導(dǎo)致皮帶發(fā)生撕裂故障。經(jīng)過(guò)有關(guān)工作人員的實(shí)踐分析之后發(fā)現(xiàn)，皮帶被水煤或者大塊的物料沖砸時(shí)，電機(jī)電流及皮帶速度會(huì)出現(xiàn)跳變脈沖。皮帶被卡住之后，皮帶的線速度迅速下降到0，電機(jī)的電流明顯增加[3]。

該檢測(cè)保護(hù)工作主要通過(guò)預(yù)埋在皮帶里的低頻電磁波發(fā)射探頭、傳感器線圈等裝置完成。一般情況下，皮帶的下煤口處很容易發(fā)生撕裂故障。實(shí)際的使用過(guò)程中在皮帶的下煤口前后兩側(cè)各安裝一對(duì)匹配的發(fā)射及接收探頭，皮帶正常時(shí)，皮帶內(nèi)的預(yù)埋傳感器線圈完好，皮帶上的兩對(duì)探頭每間隔一段時(shí)間會(huì)發(fā)射一個(gè)信號(hào)。如果皮帶出現(xiàn)撕裂故障，皮帶內(nèi)的預(yù)埋傳感器線圈被損壞，皮帶下煤口的探頭檢測(cè)不到線圈，信號(hào)自然無(wú)法順利發(fā)送出去，控制裝置自然會(huì)判定皮帶發(fā)生撕裂故障。

2.3　皮帶跑偏檢測(cè)及保護(hù)

在主運(yùn)輸皮帶使用過(guò)程中由于各種原因可能會(huì)出現(xiàn)跑偏故障，導(dǎo)致煤炭外撒，皮帶與托輥支架、機(jī)架相互摩擦，還會(huì)使得皮帶邊膠出現(xiàn)比較嚴(yán)重的磨損，進(jìn)而導(dǎo)致局部剝離、縱向撕裂等故障。皮帶兩側(cè)受到的張力不一樣、皮帶兩邊的長(zhǎng)度不相同都可能會(huì)導(dǎo)致皮帶跑偏。在皮帶使用過(guò)程中，落煤點(diǎn)不正、皮帶出現(xiàn)局部損傷等原因可能會(huì)導(dǎo)致皮帶的兩側(cè)的張力大小不一樣，內(nèi)部的應(yīng)力分布自然不均勻，兩側(cè)的舒張變形情況存在較大的差異，此時(shí)滾筒運(yùn)動(dòng)與皮帶運(yùn)動(dòng)的線速度方向不一致，兩向量之間存在一定的角度，必然會(huì)導(dǎo)致皮帶向著張力較小的一側(cè)跑偏。

皮帶材質(zhì)不均勻、輸送帶沒(méi)有伸直、皮帶膠頭膠接不正等可能會(huì)導(dǎo)致皮帶的兩側(cè)長(zhǎng)度不一致，使得滾筒兩側(cè)皮帶線速度不一樣，致使皮帶內(nèi)部張力不均勻，發(fā)生跑偏的不良現(xiàn)象。一般情況下，現(xiàn)場(chǎng)的工作人員會(huì)通過(guò)在皮帶兩旁的機(jī)架上安裝跑偏開關(guān)的形式檢測(cè)皮帶的跑偏故障。一旦皮帶運(yùn)行過(guò)程中偏離正常的位置，在皮帶的帶動(dòng)下，跑偏開關(guān)的塑料軸會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)偏轉(zhuǎn)一定的角度，當(dāng)這個(gè)偏轉(zhuǎn)角度超過(guò)設(shè)定的值之后，內(nèi)部的開關(guān)常開觸點(diǎn)會(huì)閉合，控制回路被接通，跑偏位置的開關(guān)信息會(huì)及時(shí)反饋給控制裝置，由控制裝置及時(shí)調(diào)整托輥組、驅(qū)動(dòng)滾筒等裝置，使得皮帶回歸正常的運(yùn)動(dòng)軌跡[4]。

皮帶跑偏調(diào)整過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)滾筒的調(diào)節(jié)十分重要，一般情況下，同一條主運(yùn)輸皮帶會(huì)連接有許多個(gè)滾筒，這些滾筒的安裝位置均垂直于運(yùn)輸皮帶長(zhǎng)度方向中心線，在調(diào)整工作中可以通過(guò)控制皮帶方向完成對(duì)驅(qū)動(dòng)滾筒的調(diào)整。

[1]齊石.煤礦皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)中幾種新技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2016（6）：27-28.

[2]馮寶忠.煤礦運(yùn)輸皮帶機(jī)常見(jiàn)故障原因及處理措施[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2015（10）：66-67.

[3]方向榮.如何確保皮帶運(yùn)輸?shù)姆€(wěn)定性[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2013（4）：56-57.

[4]羅波.基于信息融合的煤礦皮帶輸送機(jī)故障診斷智能決策支持系統(tǒng)研究[D].西安：西安科技大學(xué)，2015.