帶式輸送機自動巡檢系統(tǒng)的研究與應用

趙 瑞

（山西西山晉興能源有限責任公司斜溝煤礦， 山西 呂梁 033602）

引言

帶式輸送機為礦山生產(chǎn)的主要運輸設備，其承擔著工作面絕大部分的運輸任務。在實際生產(chǎn)過程中，由于工作面的環(huán)境相對惡劣，帶式輸送機常會發(fā)生斷帶、跑偏、火災、縱向撕裂等事故，在制約工作面輸送效率的同時，嚴重影響著工作面運輸?shù)陌踩浴榇?，實現(xiàn)對帶式輸送機的安全監(jiān)控運行尤為重要[1]。但是，傳統(tǒng)的帶式輸送機安全監(jiān)控方式存在勞動強度大、效率低、監(jiān)控范圍有限、維修難度大等問題，針對此問題，在對帶式輸送機故障類型做出準確定位、快速維修以及提升效率的基礎上，完成帶式輸送機的自動巡檢功能設計，并對其應用效果進行驗證。

1 帶式輸送機巡檢系統(tǒng)總體方案設計

1.1 帶式輸送機基本結構及常見故障

帶式輸送機作為煤礦生產(chǎn)的主要運輸設備之一，其主要結構如圖1 所示。

圖1 帶式輸送機基本結構組成

經(jīng)實踐表明，帶式輸送機在實際運輸過程中常見的故障包括輸送帶斷裂、輸送帶撕裂、輸送帶跑偏、堆煤、電機發(fā)熱以及輸送帶出現(xiàn)打滑等故障[2]。為保證運輸效率和安全性，需對運輸機的故障進行精準檢測并定位，以方便后續(xù)的維修與維護。傳統(tǒng)的帶式輸送機故障檢測主要依靠人工完成，不僅故障檢測效率低、勞動強度大，而且故障檢測準確率低。因此，急需設計一套故障自動巡檢裝置。

1.2 帶式輸送機自動巡檢系統(tǒng)的結構設計要求

結合帶式輸送機的實際運輸需求，要求帶式輸送機自動巡檢系統(tǒng)滿足如下功能要求：巡檢系統(tǒng)具備對帶式輸送機工作環(huán)境的監(jiān)測，故需配置溫濕度傳感器、煙霧傳感器等，以對現(xiàn)場的環(huán)境溫濕度、煙霧濃度等參數(shù)進行采集；巡檢系統(tǒng)具備對故障的判斷功能，通過對所采集的各類參數(shù)進行綜合分析對比，得出故障信息，并發(fā)出報警與定位，即具備對帶式輸送機運行的實時監(jiān)測功能；巡檢系統(tǒng)具備無線通信功能，能夠將現(xiàn)場所采集的參數(shù)信息通過無線網(wǎng)絡傳輸至數(shù)據(jù)處理中心和上位機顯示中心[3]。

結合上述帶式輸送機自動巡檢系統(tǒng)的功能要求，可將自動巡檢系統(tǒng)劃分為現(xiàn)場對帶式輸送機故障的自動巡檢裝置、通信分系統(tǒng)和上位機監(jiān)控分系統(tǒng)。其中，自動巡檢裝置主要對帶式輸送機沿帶的故障進行實時檢測；通信分系統(tǒng)主要實現(xiàn)上位機與現(xiàn)場巡檢裝置的信號傳輸；上位機監(jiān)控分系統(tǒng)主要是對所采集的參數(shù)進行分析處理，并發(fā)出響應的控制指令。帶式輸送機自動巡檢系統(tǒng)如下頁圖2 所示。

圖2 帶式輸送機自動巡檢系統(tǒng)

2 帶式輸送機自動巡檢裝置的設計

2.1 帶式輸送機自動巡檢裝置整體結構設計

結合帶式輸送機自動巡檢裝置的使用需求，可將其劃分為驅動分系統(tǒng)、檢測分系統(tǒng)、充電裝置以及裝置殼體等四部分[4]。其中，帶式輸送機自動巡檢裝置的整體結構如下頁圖3 所示。

圖3 巡檢裝置整體結構

在實際應用中，為帶式輸送機還配置兩臺巡檢系統(tǒng)。兩臺巡檢系統(tǒng)在同一條巡檢軌道上相向運行，其運行動力為系統(tǒng)內(nèi)所配置的蓄電池。兩臺巡檢系統(tǒng)間隔運行，即一臺充電時，另一條在軌道上對故障進行巡檢，以此保證對帶式輸送機的24 h 不間斷巡檢。結合工作面帶式輸送機的實際情況，該巡檢裝置最大單程巡檢距離為150 m，巡檢速度可達0.5 m/s（既不耽誤巡檢任務，又可保證另一臺巡檢裝置完成充電），裝置內(nèi)含鉛酸蓄電池，單次充電可完成不少于10 h 的故障巡檢。

2.2 巡檢裝置驅動系統(tǒng)的設計

鑒于工作面的煤塵濃度及瓦斯?jié)舛容^大易發(fā)生故障，故巡檢裝置采用直流無刷電機進行驅動，可避免實際運行中因發(fā)生火花而引起的爆炸[5]。巡檢裝置驅動系統(tǒng)包括巡檢裝置的行走輪、從動齒輪、主動齒輪以及電機。其中，電機為巡檢裝置的動力輸出，巡檢裝置對應行走輪的直徑為75 mm，從動輪和主動輪的直徑分別為100 mm 和50 mm。

巡檢裝置的巡檢速度設定為0.5 m/s，則可計算得出對應的驅動電機的轉速為191 r/min。結合該巡檢裝置的質量為20 kg，啟動階段的最大加速度為1.5 m/s2，則可計算得出對應驅動電機的最大轉矩為1.12 N·m。結合電機功率計算公式，可以得出對應的電機功率為22.4 W。設計時應考慮到3 倍余量，因此，對應所選型電機的額定功率需大于67.2 W。結合市場的電機類型，最終選用型號為GDN-08 型的驅動電機。該驅動電機的主要指標如表1 所示。

表1 GDN-08 直流無刷電機主要指標

3 自動巡檢裝置的應用效果

將安裝完成的自動巡檢裝置應用于煤礦的實際生產(chǎn)工作面，開啟對帶式輸送機的自動巡檢。為保證巡檢裝置的穩(wěn)定運行，在開展下一周期巡檢任務時，需對裝置的巡航能力、信號傳輸以及巡航時間等信息進行記錄并做判斷[5]。為體現(xiàn)自動巡檢裝置的優(yōu)勢，同時安排人工對帶式輸送機的運行狀態(tài)進行巡檢。對比結果如下：

1）在四班三倒的工作方式下，傳統(tǒng)人工巡檢方式需要配置32 名工作人員，而自動巡檢方式下僅需配置16 名工作人員即可完成巡檢任務。人均按照0.8 萬元/月的工資計算，每年可節(jié)約人工成本約153.6 萬元。

2）綜采工作面的直線長度為1.3 km，傳統(tǒng)人工巡檢方式運輸耗時為2.4 h，巡檢耗時為2.4 h；自動巡檢方式的運輸耗時為0.73 h，巡檢耗時為1.5 h。采用自動巡檢可使巡檢效率提升37.5%，運輸效率提升69.6%。

4 結語

帶式輸送機作為綜采工作面的主要運輸設備，其運輸效率和安全性直接決定煤礦的生產(chǎn)效率和安全性。為此，準確掌握帶式輸送機的運行情況，并對所發(fā)生的故障進行定位并及時排除尤為重要。最新設計的自動巡檢系統(tǒng)很好地實現(xiàn)了對帶式輸送機運行狀態(tài)的檢測、處理以及故障定位等功能。經(jīng)實踐表明，所設計的自動巡檢系統(tǒng)可直接節(jié)約人工成本153.6 萬元，直接提升37.5%的巡檢效率以及69.6%的運輸效率。