礦用帶式輸送機(jī)故障及其診斷系統(tǒng)的研究

郭 凱

（山西潞安集團(tuán)潞寧煤業(yè)公司， 山西 忻州 036000）

引言

在煤礦開(kāi)采和輸送過(guò)程中，帶式輸送機(jī)的使用表現(xiàn)出了很大的優(yōu)勢(shì)，最大的優(yōu)勢(shì)就是具有較高的輸送效率[1]。然而在實(shí)際使用過(guò)程中，由于使用環(huán)境的復(fù)雜性和自身結(jié)構(gòu)的不足導(dǎo)致時(shí)常出現(xiàn)故障，其中最常見(jiàn)的就是皮帶故障[2-3]。在正常工作過(guò)程中，一旦帶式輸送機(jī)出現(xiàn)故障，就會(huì)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)線的效率造成不良影響，進(jìn)而影響企業(yè)的經(jīng)營(yíng)效益。因此，礦用帶式輸送機(jī)故障問(wèn)題是所有煤礦企業(yè)亟需解決的問(wèn)題?；诖?，開(kāi)發(fā)針對(duì)帶式輸送機(jī)的故障診斷系統(tǒng)，通過(guò)該系統(tǒng)可以快速診斷故障類型并快速對(duì)故障進(jìn)行修復(fù)，盡可能縮短由故障停機(jī)對(duì)生產(chǎn)造成的負(fù)面影響[4-5]。

1 礦用帶式輸送機(jī)主要故障類型

1.1 皮帶打滑

帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)力為電機(jī)，在電機(jī)的作用下主滾筒發(fā)生旋轉(zhuǎn)，皮帶通過(guò)其與滾筒之間的摩擦力作用而隨滾筒一起轉(zhuǎn)動(dòng)，皮帶的轉(zhuǎn)動(dòng)就可以帶著覆蓋在上面的煤礦一起運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)煤礦的運(yùn)輸。帶式輸送機(jī)在實(shí)際使用過(guò)程中，通常都會(huì)連續(xù)工作很長(zhǎng)時(shí)間，這會(huì)在一定程度上加劇皮帶的磨損。且每個(gè)時(shí)間段內(nèi)運(yùn)輸?shù)拿旱V量存在差異，皮帶上覆蓋的煤礦量會(huì)在一定程度上影響皮帶的張緊力，進(jìn)而影響皮帶與滾筒之間的摩擦力。一旦皮帶磨損比較嚴(yán)重且張緊力較小時(shí)，皮帶就容易出現(xiàn)打滑的現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為滾筒高速旋轉(zhuǎn)，而皮帶旋轉(zhuǎn)速度相對(duì)較慢。出現(xiàn)這種情況時(shí)，皮帶和滾筒之間就會(huì)發(fā)生干摩擦，會(huì)加劇皮帶的磨損，嚴(yán)重時(shí)由于摩擦生熱可能導(dǎo)致皮帶發(fā)生燃燒現(xiàn)象。由此可見(jiàn)，帶式輸送機(jī)中的皮帶打滑故障不僅會(huì)影響到生產(chǎn)效率，更會(huì)威脅到煤礦的安全生產(chǎn)問(wèn)題。

1.2 皮帶縱向撕裂

帶式輸送機(jī)另外一個(gè)常見(jiàn)的故障類型就是皮帶縱向撕裂，導(dǎo)致皮帶縱向撕裂的原因是多方面的，如帶式輸送機(jī)在正常工作時(shí)被鋒利的煤礦或者其他物品沖擊，在皮帶表面留下傷痕甚至可能刺穿皮帶，最終引發(fā)縱向斷裂；皮帶被卡在機(jī)架或者托輥上，導(dǎo)致皮帶在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中不斷發(fā)生刮擦問(wèn)題，長(zhǎng)此以往導(dǎo)致皮帶劃痕越來(lái)越嚴(yán)重最終斷裂；滾筒上通常都會(huì)配置清掃設(shè)施，其焊縫質(zhì)量和刃口的設(shè)置如果不良都可能對(duì)皮帶產(chǎn)生損傷，嚴(yán)重時(shí)使皮帶出現(xiàn)縱向斷裂。帶式輸送機(jī)使用環(huán)境復(fù)雜，導(dǎo)致皮帶縱向裂紋的原因不止上述幾種[6]。皮帶縱向斷裂是比較嚴(yán)重的故障類型，一旦出現(xiàn)皮帶斷裂就意味著必須停機(jī)更換皮帶，這樣不僅會(huì)損傷一部分皮帶材料費(fèi)和人工維修費(fèi)，同時(shí)由于停機(jī)維修時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致企業(yè)面臨較大的誤工費(fèi)。

2 帶式輸送機(jī)故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 皮帶打滑故障信號(hào)的檢測(cè)

皮帶打滑可以進(jìn)一步細(xì)分為啟動(dòng)過(guò)程打滑和運(yùn)行過(guò)程中打滑兩種形式，發(fā)生皮帶打滑時(shí)最顯著的特點(diǎn)就是皮帶實(shí)際運(yùn)行速度與設(shè)定速度存在一定差異，主要是實(shí)際運(yùn)行速度小于設(shè)定速度，且皮帶速度表現(xiàn)出很大的不穩(wěn)定性。根據(jù)此特征，可以通過(guò)監(jiān)測(cè)皮帶的實(shí)際運(yùn)行速度，并將其與設(shè)定速度值進(jìn)行比較來(lái)判斷皮帶是否出現(xiàn)打滑問(wèn)題。本文通過(guò)GSH3.6（D）型速度傳感器來(lái)檢測(cè)皮帶運(yùn)行速度，該速度傳感器的輸出頻率為方波5～18 V，電流輸出為5～20 mA，繼電器輸出為1 個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)和1 個(gè)常閉觸點(diǎn)。這種型號(hào)的傳感器具有較強(qiáng)的抗干擾能力，可以監(jiān)測(cè)較大范圍的速度值，工作過(guò)程可靠穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)，基于上述優(yōu)勢(shì)使其在煤礦行業(yè)中得到了非常廣泛的應(yīng)用。

2.2 皮帶縱向撕裂故障信號(hào)的檢測(cè)

本文通過(guò)SL-LL 型縱向撕裂傳感器來(lái)檢測(cè)皮帶的縱向撕裂故障。該傳感器的性能參數(shù)如下：觸點(diǎn)容量為AC 380V/5A，觸點(diǎn)數(shù)量為2 個(gè)Z-15GW22-B型微動(dòng)開(kāi)關(guān)。該型號(hào)產(chǎn)品具有良好的可靠性，可穩(wěn)定工作超過(guò)100 次，且具有良好的環(huán)境適應(yīng)性，使用環(huán)境最高相對(duì)濕度可以達(dá)到85%，在-35～+65℃范圍內(nèi)可以正常工作?？v向撕裂的檢測(cè)原理可以概述為：當(dāng)皮帶被鋒利物品刺穿后，傳感器內(nèi)部處理元件能夠馬上檢測(cè)識(shí)別。一旦出現(xiàn)這種情況，診斷系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出警告信號(hào)。此外，還設(shè)置有緊急停止開(kāi)關(guān)，一旦傳感器檢測(cè)到存在皮帶縱向斷裂現(xiàn)象，除發(fā)出警報(bào)提示外，診斷系統(tǒng)還會(huì)下達(dá)指令，通過(guò)緊急停止開(kāi)關(guān)切斷皮帶驅(qū)動(dòng)電源，使其停止工作。

3 故障診斷系統(tǒng)的基本工作原理

傳統(tǒng)的故障診斷系統(tǒng)中，主要通過(guò)繼電器對(duì)相關(guān)過(guò)程進(jìn)行控制，但當(dāng)前階段PLC 以其顯著的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)基本取代了繼電器，完成了針對(duì)皮帶輸送機(jī)的控制工作。PLC 由多個(gè)模塊構(gòu)成，其中比較重要的包括中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出模塊等。診斷系統(tǒng)包含很多種類型的傳感器，通過(guò)這些傳感器可以檢測(cè)帶式輸送機(jī)的各類故障問(wèn)題，并將檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后傳輸至PLC 實(shí)施分析和處理，然后將處理結(jié)果再次進(jìn)行轉(zhuǎn)換后傳輸至上位機(jī)，并將相關(guān)結(jié)果通過(guò)顯示器進(jìn)行顯示，工作人員基于顯示結(jié)果可以快速判斷掌握輸送機(jī)的故障問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上根據(jù)診斷系統(tǒng)提示或者工作人員自身的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)快速做出應(yīng)對(duì)措施，實(shí)現(xiàn)故障的修復(fù)。通過(guò)以上的工作流程可以實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)故障類型的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與診斷。其中PLC 與上位機(jī)之間的通過(guò)PC、COM1、PC/PPI 等端口進(jìn)行連接，如圖1 所示為PLC 與上位機(jī)之間的通信連接形式。

圖1 PLC 與上位機(jī)之間的通信連接形式

4 帶式輸送機(jī)故障診斷系統(tǒng)優(yōu)化后的應(yīng)用效果

對(duì)帶式輸送機(jī)故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化完善后，將其投入到生產(chǎn)實(shí)踐中以檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用效果。在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用后，發(fā)現(xiàn)故障診斷系統(tǒng)中各個(gè)傳感器都能夠正常工作且具有很高的精度，可以及時(shí)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)帶式輸送機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的各類故障問(wèn)題，且將故障處理結(jié)果實(shí)時(shí)顯示在上位機(jī)的顯示器中，工作人員可以實(shí)時(shí)觀察各種數(shù)據(jù)參數(shù)隨時(shí)間的變化情況。在對(duì)診斷系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，有一次皮帶由于外部原因發(fā)生了一點(diǎn)偏移，導(dǎo)致其與其他機(jī)構(gòu)產(chǎn)生輕微摩擦，診斷系統(tǒng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并提示了該問(wèn)題。

利用本文設(shè)計(jì)優(yōu)化的帶式輸送機(jī)故障診斷系統(tǒng)，工作人員能夠在第一時(shí)間了解掌握機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)輸送機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦出現(xiàn)故障類型則可以及時(shí)處理，避免引發(fā)更大的故障和問(wèn)題。與以往的診斷系統(tǒng)相比較而言，優(yōu)化完善后的診斷系統(tǒng)其智能化程度更高，操作過(guò)程更加便捷，故障診斷識(shí)別響應(yīng)時(shí)間縮短。經(jīng)過(guò)初步計(jì)算，通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)診斷系統(tǒng)的優(yōu)化和完善，對(duì)于每臺(tái)帶式輸送機(jī)而言，其日常保養(yǎng)和維修成本可以降低15%～20%?？梢?jiàn)，本文所述的帶式輸送機(jī)故障診斷系統(tǒng)能夠?yàn)槠髽I(yè)創(chuàng)造很好的經(jīng)濟(jì)效益，值得進(jìn)一步推廣使用。