帶式輸送機(jī)滾筒軸承故障預(yù)警裝置研究

許良雨

(山西焦煤汾西礦業(yè) 香源煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 交城 030500)

山西某礦井下的原煤、矸石等主要通過帶式輸送機(jī)搭接運(yùn)輸，總運(yùn)輸長(zhǎng)度達(dá)到35.9 km。由于煤礦井下環(huán)境惡劣、運(yùn)輸距離長(zhǎng)、負(fù)載重，帶式輸送機(jī)在運(yùn)輸過程中容易出現(xiàn)輸送帶撕裂、跑偏，電機(jī)及減速器故障[1-2]。滾筒是帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、張緊系統(tǒng)重要的組成單元，在帶式輸送機(jī)運(yùn)行過程中，滾筒軸承是故障發(fā)生率最高的零部件之一[3]。滾筒軸承故障時(shí)最為典型的表現(xiàn)為溫度升高[4-6]。以往礦井帶式輸送機(jī)滾筒軸承溫度多是通過人工方式測(cè)定，存在測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性偏低、測(cè)量難度高等問題，無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)軸承異常[7-9]。對(duì)滾筒軸承實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并依據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)故障進(jìn)行預(yù)警，可降低滾筒軸承故障率。為此，在結(jié)合前人研究成果及工作經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出滾筒軸承故障預(yù)警裝置，并對(duì)該裝置的結(jié)構(gòu)及功能進(jìn)行分析，以期更好地開展礦井運(yùn)輸工作。

1 故障預(yù)警裝置結(jié)構(gòu)

故障預(yù)警裝置包括溫度傳感器、線纜(連接線路)、溫度變送器、上位機(jī)以及PLC等。為減少投入，PLC為帶式輸送機(jī)原有控制系統(tǒng)。將溫度傳感器置于靠近軸承位置，實(shí)現(xiàn)軸承溫度測(cè)定，通過線纜、溫度變送器等將測(cè)量結(jié)果傳輸給PLC，實(shí)現(xiàn)軸承溫度監(jiān)測(cè)。

1.1 溫度傳感器類型及安裝

溫度傳感器類型較多，現(xiàn)階段常用的溫度傳感器包括熱電阻式(代表類型有PT100、Cu50等)、熱電偶式(代表類型有B、E、J等)。根據(jù)帶式輸送機(jī)使用環(huán)境，為有效監(jiān)測(cè)軸承溫度應(yīng)盡量靠近軸承，故選用接觸式溫度傳感器。該傳感器具備便于安裝、測(cè)量精度高以及抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。具體選用的傳感器為PT100溫度傳感器(類型為HD-PT100-1305A)，溫度測(cè)量區(qū)間為-50～200 ℃、測(cè)量誤差為±(0.15+2%)、響應(yīng)時(shí)間為5 s以內(nèi)。布置情況如圖1所示。將溫度傳感器置于軸承座螺紋孔內(nèi)，使溫度傳感器可緊貼軸承外圈以測(cè)定軸承溫度。

圖1 滾筒軸承溫度傳感器布置示意

1.2 溫度變送器

溫度變送器是溫度傳感器、PLC間進(jìn)行信息通信的設(shè)備，溫度傳感器獲取到的電阻信號(hào)經(jīng)溫度變送器轉(zhuǎn)換為PLC可識(shí)別的模擬信號(hào)。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件并結(jié)合溫度傳輸需求，確定用NHR-M32-X14/14-0/0-D型溫度變送器，并通過屏蔽電纜連接至PLC輸入模塊1756-IF8。溫度變送器接線情況如圖2所示。

圖2 溫度變送器接線示意

2 溫度采集及故障預(yù)警

溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)滾筒軸承溫度并傳輸給PLC，PLC通過內(nèi)置處理程序?qū)L筒軸承溫度是否存在異常進(jìn)行判定，并通過上位機(jī)顯示預(yù)警信息。

2.1 溫度采集

PLC輸入模塊(1756-IF8)上有8個(gè)模擬量通道，通過該輸入模塊可實(shí)時(shí)獲取溫度傳感器測(cè)定結(jié)果。在PLC內(nèi)調(diào)用程序(A1_ANALOG_IN程序)。溫度變送器工作范圍-199～650 ℃、輸出信號(hào)范圍4～20 mA。

現(xiàn)舉例說明溫度采集計(jì)算過程：當(dāng)輸出電流信號(hào)為8.142 mA時(shí)，經(jīng)過轉(zhuǎn)換得到軸承實(shí)際溫度為20.78 ℃，具體計(jì)算過程為：(8.142-4)×(650+199)/(20-4)-199=20.78 ℃。

2.2 軸承故障判斷

在帶式輸送機(jī)正常運(yùn)行過程中，軸承溫度應(yīng)緩慢增加并穩(wěn)定在某一穩(wěn)定區(qū)間內(nèi)，若監(jiān)測(cè)到的軸承溫度持續(xù)增高或者突然增高，則表明滾筒軸承運(yùn)行存在異常。通過故障預(yù)警裝置，實(shí)時(shí)獲取軸承溫度并分析監(jiān)測(cè)結(jié)果，便于對(duì)軸承是否出現(xiàn)故障進(jìn)行判定。

根據(jù)近些年來帶式輸送機(jī)滾筒運(yùn)行的統(tǒng)計(jì)資料，對(duì)人工測(cè)定溫度進(jìn)行分析后可知，正常情況下軸承溫度均在60 ℃以內(nèi)，為此將60 ℃作為預(yù)警界限。在PLC控制程序中按照55 ℃、60 ℃、75 ℃設(shè)定關(guān)注、預(yù)警及報(bào)警值。當(dāng)測(cè)定軸承溫度超過關(guān)注、預(yù)警及報(bào)警值時(shí)，控制程序?qū)y(cè)定結(jié)果與鄰近軸承測(cè)定溫度進(jìn)行比對(duì)，以排除長(zhǎng)時(shí)間工作或者高溫環(huán)境引起的誤報(bào)警問題，提高故障預(yù)警精準(zhǔn)度。

2.3 上位機(jī)監(jiān)測(cè)

操作人員可通過上位機(jī)掌握滾筒運(yùn)行情況，在帶式輸送機(jī)滾筒上布置溫度傳感器，當(dāng)檢測(cè)到滾筒軸承運(yùn)行溫度超過60 ℃且持續(xù)時(shí)間超過1 min時(shí)，故障預(yù)警裝置即會(huì)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，提醒工作人員注意。

3 結(jié) 語

使用溫度傳感器對(duì)軸承溫度進(jìn)行實(shí)測(cè)，通過溫度變送器、屏蔽電纜等將監(jiān)測(cè)結(jié)果傳輸給PLC，對(duì)滾筒軸承溫度進(jìn)行分析，通過上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果及預(yù)警信息。與傳統(tǒng)的人工測(cè)量方式相比，通過傳感器測(cè)定滾筒軸承溫度不僅監(jiān)測(cè)效率高、精度高，而且可實(shí)現(xiàn)不間斷監(jiān)測(cè)及早期故障預(yù)警，提高了滾筒故障檢測(cè)效果及預(yù)警能力，增加了帶式輸送機(jī)運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性。