礦用皮帶輸送機(jī)托輥運(yùn)行監(jiān)測(cè)技術(shù)研究

吳 琦

（山西汾西礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司營(yíng)運(yùn)分公司， 山西 介休 032000）

引言

帶式輸送機(jī)是礦井主要運(yùn)輸設(shè)備，托輥是承載輸送帶載荷的主要單元，由于帶式輸送機(jī)常處于高速、重載運(yùn)行狀態(tài)，從而導(dǎo)致托輥常出現(xiàn)故障[1-2]。托輥使用過(guò)程中常見(jiàn)故障類型有輥?zhàn)涌ㄋ?、軸承損壞等，上述故障與皮帶輸送機(jī)工作環(huán)境、粉塵及水分等進(jìn)入到托輥軸承內(nèi)部等有密切關(guān)聯(lián)[3]。托輥發(fā)生故障后會(huì)導(dǎo)致托輥運(yùn)行阻力增加甚至無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著托輥與輸送皮帶間摩擦?xí)r間增加，容易導(dǎo)致托輥溫度增加，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致礦井火災(zāi)事故發(fā)生。實(shí)現(xiàn)對(duì)托輥運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)對(duì)提高托輥運(yùn)行可靠性具有重要意義[4-5]。現(xiàn)階段對(duì)托輥常用監(jiān)測(cè)技術(shù)手段保留有振動(dòng)信號(hào)監(jiān)測(cè)、人工巡檢、托輥溫度監(jiān)測(cè)等方式，其中人工巡檢具有工作量大、誤檢及漏檢概率高等問(wèn)題；溫度及振動(dòng)信號(hào)監(jiān)測(cè)具有傳感器布置數(shù)量多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及安裝、后期維護(hù)工程量大等問(wèn)題[6-7]。為此，文中提出一種托輥運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備托輥監(jiān)測(cè)以及自檢功能，從而提高監(jiān)測(cè)可靠性及精度，同時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果出現(xiàn)偏差的傳感器進(jìn)行定位，從而實(shí)現(xiàn)托輥故障快速定位。

1 工程概況

山西某礦為生產(chǎn)能力240 萬(wàn)t/ 年的現(xiàn)代化礦井，主要開采3 號(hào)、5 號(hào)、7 號(hào)、11 號(hào)等4 層煤，煤層賦存穩(wěn)定，開采區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造不發(fā)育，瓦斯含量較低?，F(xiàn)階段礦井主要開采5 號(hào)及7 號(hào)煤層，5 號(hào)煤層厚度均值4.5 m、7 號(hào)煤層厚度2.3 m，開采工作面均采用綜合機(jī)械化開采工藝，開采的煤層經(jīng)過(guò)采面運(yùn)輸巷帶式輸送機(jī)、采區(qū)運(yùn)輸巷帶式輸送機(jī)、煤倉(cāng)、主斜井帶式輸送機(jī)等運(yùn)輸至地面配套選煤廠。

礦井使用的帶式輸送機(jī)具有運(yùn)行效率高、運(yùn)量大以及自動(dòng)化程度高、便于操作等優(yōu)點(diǎn)，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1 所示。帶式輸送機(jī)兩端分別為頭輪以及尾部驅(qū)動(dòng)輪，中間皮帶采用托輥支撐。由于礦井帶式輸送機(jī)使用時(shí)間超過(guò)10 年，輸送機(jī)負(fù)載較大以及長(zhǎng)時(shí)間不間斷運(yùn)行，輸送機(jī)托輥存在一定程度卡澀、卡死以及與皮帶接觸不良等故障，而采用人工巡檢則存在作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大的問(wèn)題。為此，文中提出一種礦井皮帶輸送機(jī)托輥運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)托輥工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而為皮帶輸送機(jī)高效運(yùn)行創(chuàng)造良好條件。

圖1 皮帶輸送機(jī)結(jié)構(gòu)圖

2 托輥監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及監(jiān)測(cè)方式

皮帶輸送機(jī)托輥運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由監(jiān)測(cè)、接收兩大功能模塊組成，監(jiān)測(cè)模塊將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)以無(wú)線方式傳輸給接收模塊；接收模塊則通過(guò)有線傳輸方式與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。3 個(gè)監(jiān)測(cè)模塊為一組，2 個(gè)監(jiān)測(cè)模塊在輸送機(jī)兩側(cè)傾斜布置，用以監(jiān)測(cè)傾斜托輥，1 個(gè)監(jiān)測(cè)模塊用水平布置，以便于監(jiān)測(cè)下部水平托輥，具體安裝位置如圖2 所示。

圖2 監(jiān)測(cè)模塊安裝示意圖

監(jiān)測(cè)模塊關(guān)鍵組成為微處理器，微處理器可對(duì)測(cè)定的溫度、壓力等數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析，同時(shí)通過(guò)控制無(wú)線傳輸單元傳輸傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。在監(jiān)測(cè)模塊中具體使用MSP430 控制芯片，該芯片具有能耗低、低電壓等優(yōu)點(diǎn)；無(wú)線通信射頻發(fā)射芯片型號(hào)為nRF905，該芯片具有干擾能力強(qiáng)、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。具體監(jiān)測(cè)模塊結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 監(jiān)測(cè)模塊結(jié)構(gòu)圖

監(jiān)測(cè)模塊均內(nèi)嵌到輸送皮帶上，隨著皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)托輥溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)周期性，快速地對(duì)托輥故障進(jìn)行定位以及預(yù)警。監(jiān)測(cè)模塊結(jié)構(gòu)包括無(wú)線收發(fā)單元、控制器、壓力以及溫度傳感器等，其中控制器、無(wú)線收發(fā)單元內(nèi)部芯片均為低能耗芯片；接收模塊布置在輸送機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾以及中部位置，接收模塊收到的信息均傳輸至上位機(jī)。

3 監(jiān)測(cè)控制程序

當(dāng)監(jiān)測(cè)模塊、接收模塊等開始正常工作后，控制器處于低能耗模式以便延長(zhǎng)工作時(shí)間。當(dāng)監(jiān)測(cè)模塊獲取到壓力中斷信號(hào)同時(shí)獲取溫度傳感器溫度，并對(duì)此位置托輥進(jìn)行編碼，將托輥編碼、溫度等數(shù)值進(jìn)行存儲(chǔ)。當(dāng)托輥編碼計(jì)數(shù)達(dá)到設(shè)定值后，控制器經(jīng)由SPI 接口向射頻發(fā)射芯片nRF905 發(fā)出指令確保芯片處于活動(dòng)模式，從而與接收模塊間建立數(shù)據(jù)傳輸通道。具體系統(tǒng)監(jiān)測(cè)控制程序流程如圖4 所示。

圖4 監(jiān)測(cè)控制程序流程

4 托輥狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)效果分析

在礦井主斜井皮帶輸送機(jī)上布置文中所述托輥狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。主斜井布置的皮帶輸送機(jī)型號(hào)為DTL100/80/4×315S，額定運(yùn)行速度3.15 m/s，運(yùn)輸長(zhǎng)度1 980 m、運(yùn)量800 t/h、傾角12°。在皮帶輸送機(jī)上安裝監(jiān)測(cè)模塊、接收模塊、通信線纜，并在井口布置上位機(jī)對(duì)皮帶輸送機(jī)托輥運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測(cè)。具體獲取到的主斜井皮帶輸送機(jī)托輥運(yùn)行監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖5所示。

圖5 托輥運(yùn)行監(jiān)測(cè)結(jié)果

從圖中看出，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不僅可遠(yuǎn)程設(shè)定托輥監(jiān)測(cè)模塊、接收模塊運(yùn)行參數(shù)，而且可實(shí)現(xiàn)托輥狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。由于皮帶輸送機(jī)上托輥數(shù)量較多，為便于顯示在主控制界面上將主斜井皮帶輸送機(jī)托輥狀態(tài)分為4 個(gè)區(qū)間段，每各區(qū)間段包含若干托輥，并循環(huán)對(duì)各個(gè)段內(nèi)托輥狀態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行顯示。

5 結(jié)論

1）托輥是支撐皮帶長(zhǎng)距離、周期性往返運(yùn)動(dòng)的主要設(shè)備，托輥在受載荷、運(yùn)行環(huán)境等多種因素影響下，容易出現(xiàn)各類故障，從而給皮帶輸送機(jī)正常運(yùn)行帶來(lái)制約。實(shí)現(xiàn)托輥運(yùn)行監(jiān)測(cè)可降低托輥故障影響，并及早發(fā)現(xiàn)托輥故障。

2）文中提出一種礦井皮帶輸送機(jī)托輥監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)壓力傳感器實(shí)現(xiàn)托輥編號(hào)，溫度傳感器對(duì)托輥運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)結(jié)果以無(wú)線通信方式傳輸給接收模塊，接收模塊使用有線通信傳輸給上位機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)托輥溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)溫度異常時(shí)可精準(zhǔn)對(duì)托輥位置進(jìn)行定位。

3）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，文中所提托輥監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)托輥狀態(tài)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果傳輸效率高，系統(tǒng)故障發(fā)生率低，為后續(xù)皮帶輸送機(jī)無(wú)人值守以及智能化控制提供良好基礎(chǔ)。