高效防滑裝置在礦用帶式輸送機的應用研究

朱泓宇 張 楠

（1.大同煤礦集團機電裝備制造有限公司研發(fā)中心，山西 大同 037000；2.山西大同大學機電工程學院，山西 大同 037000）

1 帶式輸送機打滑原因

帶式輸送機在實際生產(chǎn)過程中產(chǎn)生打滑的主要原因，是由于運轉(zhuǎn)時承載負荷過大，輸送帶拉回頭煤、稀水及淤煤，導致驅(qū)動滾筒的主牽引力不能抵消輸送帶運轉(zhuǎn)時的阻力，進而產(chǎn)生打滑現(xiàn)象，影響輸送帶打滑的主要因素有上下部輸送帶張力、摩擦系數(shù)、運轉(zhuǎn)傾斜角、運行阻力等。當生產(chǎn)過程中出現(xiàn)輸送帶打滑，可能導致驅(qū)動滾筒停運，甚至瞬間抱死，造成輸送帶跑偏，產(chǎn)生較嚴重的磨損，影響使用質(zhì)量和使用壽命，因輸送帶抱死可能引起阻力過大，導致非阻燃性輸送帶著火，引發(fā)火災事故，具有極大的安全隱患。

2 傳統(tǒng)裝置的特性

帶式輸送機的傳統(tǒng)防滑措施是預設主從滾筒的運行速度比值，形成同步運轉(zhuǎn)，減少速度差，進而實現(xiàn)保護功能。

磁電式和接觸式是常用的兩種主要的傳感器保護形式，其缺陷有：（1）當輸送帶滾動中出現(xiàn)偏差，拉水和稀煤時，讀數(shù)不準確，測算誤差較大；（2）現(xiàn)有輸送帶操作時依靠高、中、低檔位的變頻器實現(xiàn)不同速度需要的自動調(diào)節(jié)，由于運轉(zhuǎn)速度提前已進行預設，在變速或換擋時，系統(tǒng)會默認為失速狀態(tài)，認定為輸送帶打滑，產(chǎn)生系統(tǒng)故障。

3 防滑保護裝置改進方案

3.1 監(jiān)測方案

由于存在上述的保護裝置缺陷，制定了利用增量式旋轉(zhuǎn)編碼器作為監(jiān)測速度大小和運轉(zhuǎn)方向的方案，直接對滾筒運行速度進行測量。

式中：

υ0-驅(qū)動滾筒的線速度，m/s；

υ4-從動滾筒的線速度，m/s；

υ1-編碼器1處的線速度，m/s；

υ2-編碼器2處的線速度，m/s；

υ3-編碼器3處的線速度，m/s；

r0-滾筒傳感器內(nèi)徑，m；

r-托輥傳感器內(nèi)徑，m；

n0-主滾筒轉(zhuǎn)速，r/min；

n1-編碼器l處托輥轉(zhuǎn)速，r/min；

n2-編碼器2處托輥轉(zhuǎn)速，r/min；

n3-編碼器3處托輥轉(zhuǎn)速，r/min。

如圖1 所示，在主動滾筒和從動滾筒安裝兩個編碼器，編號為0號、4號，在輸送帶上下部安裝1#、2#、3#編碼器，編碼器1安裝在距離從動滾筒10%輸送帶長度的位置，編碼器2裝在輸送帶末端20%長度的位置，分別測量對應位置的輸送帶轉(zhuǎn)速。當輸送帶正常運轉(zhuǎn)時，5個編碼器測速同步，若發(fā)生輸送帶打滑事故，安裝在輸送帶上的1～3號編碼器與滾筒上的速度產(chǎn)生差值，此時會觸發(fā)報警裝置，停止輸送帶運行。

圖1 編碼器布置方案

3.2 增量式編碼器工作原理

編碼器的工作原理是將信號進行編制、轉(zhuǎn)換，形成可通訊、傳輸和存儲的信號形式。根據(jù)編碼器的工作原理可分為增量式和絕對式兩種類型。常規(guī)采用的增量式編碼器可將位移信號轉(zhuǎn)換成電信號，電信號轉(zhuǎn)換成計數(shù)脈沖，通過產(chǎn)生脈沖的數(shù)量來代表位移的大小。

增量式旋轉(zhuǎn)編碼器主要依靠光敏原件，即光敏接受管通過角度碼盤的增減獲取位移量。增量式旋轉(zhuǎn)編碼器具備同時監(jiān)測輸送帶運轉(zhuǎn)角度和角速度兩種功能，且具有操作簡便、靈敏度高、性價比好的優(yōu)勢。根據(jù)光電轉(zhuǎn)換原理直接輸出A、B和Z相的方波脈沖，在實際應用中按照A、B兩組脈沖之間的相位差900的標準特點進行判斷電機的轉(zhuǎn)動方向，當碼盤正向旋轉(zhuǎn)時，B通道產(chǎn)生的脈沖波在時間上會滯后于A通道π/2，當碼盤反向旋轉(zhuǎn)時，B通道產(chǎn)生的脈沖波波形將超前A通道π/2，而第三相位的Z相則在每次脈沖輸出時，產(chǎn)生一個零位輸出，用零位信號進行計數(shù)，從而產(chǎn)生信號波形圖，如圖2所示。

圖2 增量式編碼器輸出波形圖

采用增量式編碼器具有一定的優(yōu)勢，如具有使用壽命長、抗干擾、做功穩(wěn)定、測量精度高、安裝體積小、分辨率高等優(yōu)點，信號波形相位不會隨著編碼器分辨率的改變而改變，傳輸信號較穩(wěn)定，降低誤操作、誤判斷的可能性，因此，較為廣泛地被應用于帶式輸送機的保護裝置中。

3.3 系統(tǒng)工藝

監(jiān)測系統(tǒng)主要由主程序流程和中斷程序組成，在系統(tǒng)啟動時，首先通過運行主程序，進行數(shù)據(jù)采集、分析計算，進而作出判斷是否到達預設定的峰值，當與預設值重合后即啟動斷電程序，停止輸送帶的運轉(zhuǎn)動作，通過對打滑原因進行分析，查找打滑部位，繼而有效采取措施進行處置，確認安全后可進行輸送帶復位，繼續(xù)運行。圖3為主程序流程圖，圖4為中斷程序圖。

圖3 主程序流程圖

當PLC控制系統(tǒng)接收到編碼器反饋測得的信號后，即對接收到的信號（方型脈沖波）進行處理，通過測量輸送帶各部位運行速度的差值，判斷出故障性質(zhì)，從而確定是否斷電停運。此外，在主程序啟動之后，接受到的信號命令與輸送帶保護裝置預設值進行比較，若速度不同步，或存在差值，即可判定為輸送帶出現(xiàn)打滑故障，通過故障報警信號，傳遞給斷電裝置，啟動中斷程序，實現(xiàn)故障狀態(tài)下的輸送帶自行停機，最終實現(xiàn)故障的自動監(jiān)測與停電保護，確保設備的安全可靠。

圖4 中斷程序

4 結(jié)語

本文對造成輸送帶打滑的原因進行分析研究，主要影響因素有上、下部輸送帶的運行張力、輸送帶與滾筒間的摩擦系數(shù)、輸送帶運轉(zhuǎn)傾斜角、運行阻力等，并通過對常規(guī)傳統(tǒng)輸送帶保護裝置運行原理的比較分析，得出各自的優(yōu)劣特性，進而提出采取增量式編碼器對信號進行采集分析、計算處理，處置反饋信號，引導繼發(fā)動作進行系統(tǒng)斷電的方法，實現(xiàn)對輸送帶運輸過程的自動檢測和動作識別判斷，確保本質(zhì)安全和系統(tǒng)可靠。