直國(guó)榮

（長(zhǎng)春黃金設(shè)計(jì)院有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130012）

礦石作為不可再生資源，在人類的日?；顒?dòng)中起著非常重要的作用。在礦石開(kāi)采中，運(yùn)輸是非常重要的一環(huán)，皮帶運(yùn)輸機(jī)在礦用運(yùn)輸系統(tǒng)中尤為重要。例如，皮帶運(yùn)輸機(jī)在快速隧道系統(tǒng)中的主要功能是通過(guò)破碎機(jī)將由帶式掘進(jìn)機(jī)提取的磨碎，將其轉(zhuǎn)移到皮帶運(yùn)輸機(jī)，然后將輸送到皮帶運(yùn)輸機(jī)。皮帶運(yùn)輸機(jī)的故障類型很多，例如帶偏斜，撕裂，打滑，存放等。故障的原因也多種多樣，例如超載，礦石不平衡和軸承損壞。因此，基于皮帶輸送機(jī)的故障檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)在生產(chǎn)中具有更大的實(shí)際意義[1]。

1 礦用中兩種類型的皮帶故障

1.1 皮帶間隙

皮帶輸送機(jī)通常會(huì)出現(xiàn)皮帶未對(duì)準(zhǔn)故障。通常，皮帶偏移的原因如下：首先，設(shè)備內(nèi)滾筒和其他組件的內(nèi)圓及外圓會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，并且這些力會(huì)與某些特定參數(shù)發(fā)生沖突；其次，在安裝過(guò)程中，包括安裝軸線，傳送帶和鋼絲繩的安裝不符合相關(guān)規(guī)范，皮帶會(huì)偏離原來(lái)的軌道，從而改變皮帶輸送機(jī)的運(yùn)輸方向。第三，如果在運(yùn)輸過(guò)程中，貨物運(yùn)輸中的錯(cuò)誤也將導(dǎo)致皮帶的偏離。例如，防止貨物不均勻等。如果皮帶發(fā)生偏斜，必須及時(shí)處理，否則會(huì)影響整個(gè)采效率，從而降低公司的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)問(wèn)題，甚至造成安全事故。

1.2 皮帶縱向撕裂

當(dāng)皮帶在某一處受力不均時(shí)就容易出現(xiàn)皮帶沿著運(yùn)動(dòng)方向被撕裂的現(xiàn)象，導(dǎo)致這一現(xiàn)象發(fā)生主要原因是皮帶過(guò)度磨損而受力不均造成，或者是物料中存在尖銳雜質(zhì)使得皮帶受到嚴(yán)重破壞進(jìn)而發(fā)生縱向撕裂。如果在皮帶輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)了皮帶縱向撕裂，就會(huì)對(duì)皮帶造成嚴(yán)重性的破壞。對(duì)于皮帶縱向撕裂檢測(cè)的方法有許多，比較常見(jiàn)的的有接觸式檢測(cè)，如在托輥上安裝棒形檢測(cè)器和壓力檢測(cè)器；還有就是非接觸式檢測(cè)，如電磁檢測(cè)法和超聲波檢測(cè)法等。

1.3 變速箱故障

如果選擇了錯(cuò)誤的減速器類型，則會(huì)減少減速器的輸出。原則上，電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩必須小于樣品本身提供的額定轉(zhuǎn)矩。一旦超過(guò)了電動(dòng)機(jī)輸出軸承的功率，減速齒輪軸將斷裂。另外，減速器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不合理，使得不能更好地去除模制部件中的內(nèi)部應(yīng)力，從而導(dǎo)致變形。如果零件的變形過(guò)大，也會(huì)產(chǎn)生空間，最終將導(dǎo)致漏油事件。如果端口蓋太薄或密封圈損壞，則潤(rùn)滑油可能會(huì)從該空間逸出[2]。

1.4 帶材的老化

如果膠帶的質(zhì)量不能滿足礦用運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)，則膠帶的老化速度將非?？?。僅在使用幾周后，膠帶通常會(huì)撕裂。質(zhì)量沒(méi)有問(wèn)題，但是在運(yùn)輸?shù)V用時(shí)，皮帶的加熱程度不同。一些溫度較高的地方很容易老化，因此被丟棄。在礦用運(yùn)輸過(guò)程中，有必要確保運(yùn)輸皮帶在各個(gè)方面都能均勻地施加作用力，以避免因溫度過(guò)高而造成的損失。

1.5 皮帶打滑

皮帶運(yùn)輸機(jī)的皮帶也經(jīng)常滑動(dòng)。如前一部分所述，皮帶和每個(gè)輥之間的摩擦是皮帶輸送機(jī)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。這種摩擦的大小處于平衡狀態(tài)，在此期間，整個(gè)皮帶輸送機(jī)才能正常運(yùn)行。皮帶運(yùn)輸機(jī)內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)將完全驅(qū)動(dòng)皮帶運(yùn)輸機(jī)內(nèi)部的滾筒，然后有效地利用皮帶和滾筒之間的摩擦力收緊皮帶，皮帶運(yùn)輸機(jī)的效率會(huì)降低，工作人員的工作壓力也會(huì)增加，并且公司的經(jīng)濟(jì)效益也會(huì)下降。如果皮帶和輥?zhàn)又g的摩擦力逐漸增加，這將對(duì)皮帶輸送機(jī)的其他組件產(chǎn)生負(fù)面影響。機(jī)器運(yùn)輸貨物的時(shí)間太長(zhǎng)，甚至無(wú)法及時(shí)修復(fù)一些故障，由于皮帶的過(guò)度拉長(zhǎng)，最終會(huì)導(dǎo)致打滑。皮帶打滑現(xiàn)象將在很大程度上導(dǎo)致皮帶輸送機(jī)的運(yùn)輸效率，甚至在嚴(yán)重的情況下皮帶也會(huì)嚴(yán)重變形。這樣，礦用運(yùn)輸將被延遲，勞動(dòng)成本將增加，礦用業(yè)務(wù)的各個(gè)方面的收益將減少，但是相對(duì)于皮帶偏轉(zhuǎn)，皮帶打滑的影響相對(duì)較小，但是有關(guān)人員還應(yīng)避免類似的問(wèn)題[3]。

2 常見(jiàn)的分析傳送帶故障的方法：

2.1 接觸式診斷方法

（1）棒形檢測(cè)器。這是一種常用于皮帶與緩沖托輥之間的一種檢測(cè)裝置，如果皮帶機(jī)傳輸物料中存有雜物時(shí)，很有可能會(huì)將皮帶刺穿，此時(shí)棒形檢測(cè)器就會(huì)被觸動(dòng)，使得限位開(kāi)關(guān)有所響應(yīng)，進(jìn)而發(fā)出警報(bào)信息并使皮帶急停。這種裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易安裝，但是可靠性較差，難以檢測(cè)出皮帶機(jī)損壞的程度。

（2）壓力檢測(cè)器。壓力檢測(cè)器主要安裝在輸送帶支架上，如果輸送帶出現(xiàn)斷裂、撕裂或跑偏等故障時(shí)，托輥會(huì)受到額外力的作用，且保持一段時(shí)間，此時(shí)便可通過(guò)檢測(cè)托輥受力大小及變化情況來(lái)判斷輸送帶是否存在故障。這種檢測(cè)方法原理較簡(jiǎn)單，且安裝方便，但是可靠性比較差，如果傳感器長(zhǎng)時(shí)間受力，會(huì)容易發(fā)生磨損。

（3）漏料檢測(cè)器。漏料檢測(cè)器是一種由托盤平衡錘和支點(diǎn)等組成的檢測(cè)裝置，如果出現(xiàn)皮帶撕裂故障，皮帶上的物料會(huì)透過(guò)裂縫滲漏至皮帶下方的托盤中，但托盤上的物料的質(zhì)量大于平衡錘時(shí)，該裝置就會(huì)以支點(diǎn)為中心移動(dòng)并觸動(dòng)限位開(kāi)關(guān)，使得皮帶機(jī)發(fā)出報(bào)警信息并停機(jī)。這種檢測(cè)裝置原理也比較簡(jiǎn)單，且檢測(cè)方便，但是檢測(cè)裝置的壽命較短，智能化程度較低。

2.2 非接觸式診斷方法

（1）超聲波檢測(cè)法。超聲波檢測(cè)法是皮帶輸送機(jī)故障檢測(cè)中常使用的一種檢測(cè)方法，主要通過(guò)超聲波檢測(cè)器接受產(chǎn)生的超聲波，一旦皮帶輸送機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，波導(dǎo)管就會(huì)受到損壞而彎曲，檢測(cè)器可以檢測(cè)出異常信號(hào)，進(jìn)而判斷皮帶存在故障。

（2）X光射線檢測(cè)法。這種檢測(cè)方法多用與皮帶輸送機(jī)損傷類故障檢測(cè)中，可以判斷皮帶內(nèi)是否存在鋼絲繩變形、接頭斷裂等現(xiàn)象，且可定位缺陷位置。如果皮帶輸送及低速運(yùn)行，也能夠自動(dòng)記錄其損傷程度和損傷位置。

3 皮帶運(yùn)輸機(jī)故障檢測(cè)方案設(shè)計(jì)

以輸送帶為研究對(duì)象，從設(shè)計(jì)，安裝，使用等方面對(duì)故障及其原因進(jìn)行分析和總結(jié)，并有針對(duì)性地設(shè)計(jì)故障檢測(cè)方案；根據(jù)可能出現(xiàn)的因素采用故障樹(shù)分析方法，建立故障分析模型。建立傳送帶的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控系統(tǒng)，使用傳感器技術(shù)，通信技術(shù)和智能控制技術(shù)實(shí)時(shí)收集和檢測(cè)其運(yùn)行參數(shù)，并為每個(gè)參數(shù)設(shè)置閾值和警報(bào)值以進(jìn)行實(shí)時(shí)故障檢測(cè)和報(bào)告。

3.1 設(shè)備選擇

為了更好地應(yīng)對(duì)各種類型的礦用皮帶輸送機(jī)造成的故障，有效建立皮帶輸送機(jī)故障的智能監(jiān)控系統(tǒng)尤為重要。設(shè)計(jì)的故障檢測(cè)方案使用EPEC PLC控制器。該設(shè)備具有數(shù)字和模擬輸入，輸出點(diǎn)以及通信功能，其功能符合該解決方案的設(shè)計(jì)要求?？梢杂行У貙⒔Y(jié)果與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較。如果在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)該值超過(guò)了預(yù)設(shè)值，則及時(shí)發(fā)出警報(bào)。此解決方案的硬件設(shè)計(jì)中將使用更多的傳感器模塊，例如用于檢測(cè)皮帶輸送機(jī)環(huán)境的溫度傳感器，選擇GWD100（A），該傳感器具有LED顯示屏，可以懸掛安裝并防止粉塵的干擾，提高預(yù)警的準(zhǔn)確性。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

基于所選的EPEC控制器，使用ST語(yǔ)言進(jìn)行編程，并使用模塊化思想進(jìn)行軟件實(shí)施，從而實(shí)現(xiàn)了皮帶輸送機(jī)故障檢測(cè)方案的軟件設(shè)計(jì)。EPCE控制器要實(shí)現(xiàn)的軟件模塊主要包括數(shù)字輸入數(shù)據(jù)的延遲/防抖處理，模擬量輸入量轉(zhuǎn)換的處理，數(shù)據(jù)通信的處理，故障警報(bào)的處理，操作模式控制以及開(kāi)關(guān)量控制。皮帶運(yùn)輸機(jī)設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的物理層主要包括溫度傳感裝置，振動(dòng)傳感裝置和其他采集裝置。這些設(shè)備可以有效地收集有關(guān)各種皮帶輸送機(jī)運(yùn)行參數(shù)的信息。其中，振動(dòng)檢測(cè)設(shè)備使用4到20 mA的電流信號(hào)作為輸出信號(hào)，并使用隔離放大器將其轉(zhuǎn)換為0到5伏的電壓信號(hào)，然后將其發(fā)送到模擬擴(kuò)展模塊。

主程序首先完成系統(tǒng)的初始化，并且只有在沒(méi)有皮帶輸送機(jī)完全故障的情況下才能進(jìn)行控制模式的選擇。數(shù)據(jù)收集和傳輸層，即PLC變電站，包括集成的MCGS觸摸屏和PLC設(shè)備，可以使用適當(dāng)?shù)牟寮?lái)分析在線數(shù)據(jù)中的信息并完成處理工作。在皮帶輸送機(jī)運(yùn)行期間，它將接收緊急停止信號(hào)，完全故障信號(hào)和停止信號(hào)。收到緊急停止信號(hào)時(shí)，進(jìn)行緊急停止。當(dāng)接收到完整的故障信號(hào)時(shí)，進(jìn)行故障停止；當(dāng)接收到停止信號(hào)時(shí)，將進(jìn)行正常停止。信息處理層（即主機(jī)）可以在相關(guān)顯示設(shè)備上顯示皮帶輸送機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況，記錄和查詢相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并根據(jù)皮帶輸送機(jī)運(yùn)行期間發(fā)生的故障問(wèn)題盡早設(shè)置警報(bào)。如果收到溫度警報(bào)，系統(tǒng)將觸發(fā)警報(bào)并執(zhí)行澆水操作。延遲后，再次檢測(cè)到溫度故障。如果系統(tǒng)繼續(xù)發(fā)出溫度警報(bào)，則停止操作；如果消除了系統(tǒng)故障，則會(huì)重新執(zhí)行信號(hào)檢測(cè)。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到皮帶斷裂/縱向撕裂時(shí)，它將直接觸發(fā)警報(bào)并停止。

4 結(jié)語(yǔ)

本文首先分析了皮帶輸送機(jī)故障的類型和可能的原因，可以保證皮帶輸送機(jī)的可靠運(yùn)行并減少故障排除時(shí)間。在后續(xù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，有必要充分考慮專家故障診斷方法，模糊診斷方法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷方法，以提高皮帶運(yùn)輸機(jī)的預(yù)測(cè)和預(yù)測(cè)能力。因此，該智能故障系統(tǒng)可以更好地預(yù)測(cè)和監(jiān)視故障，并更好地執(zhí)行自動(dòng)調(diào)整和維護(hù)。