帶式輸送機(jī)巡檢機(jī)器人系統(tǒng)研究

李景健

（汾西礦業(yè)高陽(yáng)煤礦，山西 孝義 032300）

引言

帶式輸送機(jī)在運(yùn)行期間受巷道底鼓、維護(hù)不及時(shí)、安裝精度不高以及長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)載運(yùn)行等因素影響，在使用期間容易出現(xiàn)各類事故，不僅給礦井煤炭運(yùn)輸工作高效開(kāi)展帶來(lái)影響，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)安全事故[1-3]。因此，在帶式輸送機(jī)運(yùn)行期間，采用各種技術(shù)、監(jiān)控手段等對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)提升帶式輸送機(jī)運(yùn)行安全保障能力以及運(yùn)輸效率等有顯著促進(jìn)作用。由于帶式輸送機(jī)鋪設(shè)路線長(zhǎng)、運(yùn)輸距離遠(yuǎn)以及故障類型多等，若僅采用人工巡檢方式排采或者確定帶式輸送機(jī)故障，勢(shì)必出現(xiàn)效率低、耗時(shí)長(zhǎng)等問(wèn)題[4-5]。因此，文中提出一種帶式輸送機(jī)巡檢機(jī)器人系統(tǒng)，該系統(tǒng)集中自動(dòng)監(jiān)測(cè)、故障發(fā)現(xiàn)以及處理效率。

1 帶式輸送機(jī)常見(jiàn)故障分析

通過(guò)對(duì)礦井帶式輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程分析以及故障統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，帶式輸送機(jī)故障主要集中在托輥、輸送帶上，具體故障類型包括有托輥卡澀、堵轉(zhuǎn)；輸送帶跑偏、打滑、斷裂等[6]。

輸送機(jī)帶故障類型中斷帶、撕裂、堆煤、打滑以及跑偏等占比達(dá)到90%以上，撕裂影響因素有輸送帶磨損嚴(yán)重、縱向開(kāi)裂、異物影響等，輸送帶出現(xiàn)撕裂故障后會(huì)給運(yùn)輸安全以及運(yùn)輸效率帶來(lái)影響；故障位置集中在變向點(diǎn)以及落料口處[7]。輸送帶接頭連接一般采用熱硫化，在接口位置受連接工藝、質(zhì)量等影響，接口位置強(qiáng)度較低，輸送帶受力較大時(shí)容易出現(xiàn)斷帶事故。

輸送帶跑偏會(huì)導(dǎo)致沿線煤矸撒落、輸送帶邊緣磨損嚴(yán)重，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)火災(zāi)或者撕裂故障，跑偏原因是受力不均衡。輸送帶打滑點(diǎn)位于輸送帶與滾筒間，打滑故障會(huì)導(dǎo)致張力不足、表面磨損嚴(yán)重甚至火災(zāi)等故障。堆煤故障主要是運(yùn)輸?shù)脑褐泻蔬^(guò)大，導(dǎo)致原煤在輸送帶上堆積。

帶式輸送機(jī)托輥?zhàn)顬槌Ｒ?jiàn)故障包括有托輥卡澀、嚴(yán)重磨損以及轉(zhuǎn)軸卡死等問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致托輥異常發(fā)熱甚至導(dǎo)致火災(zāi)事故。

2 巡檢機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

具體巡檢機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示，組成單元包括有配重系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、巡檢機(jī)器人本體等。

圖1 巡檢機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

巡檢機(jī)器人驅(qū)動(dòng)采用防爆電機(jī)，為巡檢機(jī)器人本體沿鋼絲繩往返移動(dòng)提供動(dòng)力；配重主要作用是確保巡檢機(jī)器人在鋼絲繩上平穩(wěn)運(yùn)行。在巡檢機(jī)器人本體上內(nèi)置信息通信系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及故障檢測(cè)系統(tǒng)等。信息通信為無(wú)線方式，實(shí)現(xiàn)控制信息以及故障檢測(cè)系統(tǒng)等實(shí)時(shí)傳輸；控制系統(tǒng)分析傳感器、輸送機(jī)監(jiān)測(cè)及運(yùn)行參數(shù)，并控制帶式輸送機(jī)運(yùn)行；故障檢測(cè)系統(tǒng)可及時(shí)發(fā)現(xiàn)帶式輸送機(jī)運(yùn)行期間存在的輸送帶斷裂、跑偏或者托輥異常等各類故障。

2.2 系統(tǒng)傳感器確定

傳感器是實(shí)現(xiàn)巡檢機(jī)器人系統(tǒng)功能的主要組成單元，包括激光雷達(dá)、單目相機(jī)、傳感器（煙霧、溫度以及聲音等）等。激光雷達(dá)具有信息獲取量大、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)以及分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，可滿足煤礦井下復(fù)雜、惡劣工作環(huán)境需要；通過(guò)激光雷達(dá)傳感器可實(shí)現(xiàn)輸送帶跑偏、堆煤以及跑偏等故障精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，同時(shí)可對(duì)輸送帶斷帶、撕裂等進(jìn)行辨識(shí)。單目相機(jī)可對(duì)輸送帶運(yùn)行畫(huà)面進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)潛在的輸送帶斷帶或者撕裂等故障進(jìn)行確定。

煙霧傳感器可對(duì)輸送帶打滑、跑偏等故障引起的異常煙霧等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而可有效避免火災(zāi)事故發(fā)生；溫度傳感器可對(duì)滾筒、輸送帶等異常高溫進(jìn)行監(jiān)測(cè)；聲音傳感器用以對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)行異常聲響進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2.3 巡檢機(jī)器人系統(tǒng)故障檢測(cè)方法

2.3.1 輸送帶斷裂以及撕裂故障檢測(cè)

輸送帶斷裂以及撕裂故障檢測(cè)流程如圖2 所示，通過(guò)激光雷達(dá)以及單目相機(jī)組合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析，當(dāng)監(jiān)測(cè)到輸送帶斷裂或者撕裂監(jiān)測(cè)參數(shù)超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警并停止帶式輸送機(jī)運(yùn)行。

圖2 輸送帶斷裂以及撕裂故障檢測(cè)流程

2.3.2 打滑及跑偏故障檢測(cè)

輸送帶打滑以及跑偏檢測(cè)流程如圖3 所示，故障分析綜合煙霧、溫度傳感器以及激光雷達(dá)判定。

圖3 輸送帶打滑以及跑偏檢測(cè)流程

采用煙霧以及溫度傳感器對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)行期間煙霧、溫度值進(jìn)行判定，當(dāng)檢測(cè)結(jié)果超過(guò)預(yù)先設(shè)定閾值時(shí)即可認(rèn)為輸送帶出現(xiàn)打滑故障；通過(guò)激光雷達(dá)對(duì)輸送機(jī)進(jìn)行檢查，并通過(guò)綜合比對(duì)巡檢機(jī)器人檢測(cè)獲取到的輸送帶速度與驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速，來(lái)確定輸送帶是否出現(xiàn)打滑。

2.3.3 堆煤故障檢測(cè)

帶式輸送機(jī)堆煤故障檢測(cè)流程如圖4 所示。檢測(cè)時(shí)首先用激光雷達(dá)獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，具體采集帶式輸送機(jī)堆煤輪廓邊緣，通過(guò)與帶式輸送機(jī)正常運(yùn)行時(shí)堆煤邊緣進(jìn)行比對(duì)，確定是否出現(xiàn)堆煤故障。

圖4 帶式輸送機(jī)堆煤故障示意圖

2.3.4 托輥故障檢測(cè)

帶式輸送機(jī)托輥故障包括有托輥卡澀、卡死以及異常磨損等，當(dāng)托輥出現(xiàn)故障時(shí)常伴隨有高溫、異常噪聲等。通過(guò)溫度、聲音傳感器等對(duì)帶式輸送機(jī)沿線托輥溫度、噪聲等進(jìn)行檢測(cè)，即可實(shí)現(xiàn)托輥故障診斷。

2.4 巡檢機(jī)器人系統(tǒng)軟件

巡檢機(jī)器人系統(tǒng)工控機(jī)作為上位機(jī)，對(duì)各傳感器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析，并綜合比對(duì)，判定故障類型。PLC 為下位機(jī)，上位機(jī)（工控機(jī)）將故障發(fā)送至下位機(jī)，下位機(jī)對(duì)故障預(yù)警并對(duì)控制帶式輸送機(jī)運(yùn)行。巡檢機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)行流程如圖5 所示。

圖5 巡檢機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)行流程

3 結(jié)語(yǔ)

帶式輸送機(jī)在運(yùn)行時(shí)輸送帶、托輥故障占比較高，而輸送帶、托輥沿著帶式輸送機(jī)鋪設(shè)，日常巡檢若通過(guò)人工方式則存在故障排查難度大、巡檢頻率低以及巡檢工作強(qiáng)度高等問(wèn)題。為此，文中提出一種巡檢機(jī)器人系統(tǒng)，采用傳感器監(jiān)測(cè)式輸送機(jī)運(yùn)行，并通過(guò)內(nèi)置的控制程序?qū)\(yùn)行故障進(jìn)行判定。文中所提巡檢機(jī)器人系統(tǒng)可監(jiān)測(cè)帶式輸送機(jī)故障，并根據(jù)故障影響發(fā)出預(yù)警或者停機(jī)指令，從而降低帶式輸送機(jī)故障對(duì)煤炭運(yùn)輸影響，同時(shí)可減少煤礦井下帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)工作人員使用量。