寧 珩

(山西離柳焦煤集團(tuán)有限公司，山西 孝義 032300)

帶式輸送機(jī)是一種大型機(jī)械運(yùn)輸設(shè)備，是煤礦使用最普遍的運(yùn)輸設(shè)備之一，具有運(yùn)輸效率高、輸送能力大、耗電量小以及運(yùn)輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，可適應(yīng)井下惡劣的工作環(huán)境[1-2]。帶式輸送機(jī)在工作過(guò)程中，載荷分布不均，受力復(fù)雜，一旦發(fā)生故障可能引起重大安全事故。因此，及時(shí)診斷發(fā)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的故障，準(zhǔn)確定位并處理，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的安全性十分重要[3-4]。本文將針對(duì)帶式輸送機(jī)的常見(jiàn)故障進(jìn)行分析，研究故障診斷技術(shù)，建立故障監(jiān)控系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫(kù)評(píng)估模型。

1 帶式輸送機(jī)工作原理

帶式輸送機(jī)按照位置與功能可分為機(jī)頭部、機(jī)身部、機(jī)尾部、輸送機(jī)帶與其他附屬裝置等機(jī)構(gòu)組成，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示[5-6]。輸送帶連接成無(wú)級(jí)環(huán)形帶，利用螺旋張緊裝置將皮帶安裝在兩側(cè)帶輪上，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒，帶與帶輪之間產(chǎn)生摩擦力，帶動(dòng)皮帶與從動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到貨物運(yùn)載的目的。本文將以帶式輸送機(jī)為研究對(duì)象，分析各組成部件的故障類型，建立帶式輸送機(jī)故障模型，方便系統(tǒng)根據(jù)不同失效形式與工況參數(shù)，對(duì)不同部件的故障進(jìn)行分析，并及時(shí)給出解決維護(hù)措施。

圖1 帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structureof belt conveyor

2 帶式輸送機(jī)故障分析及維護(hù)措施

2.1 電機(jī)故障分析

帶式輸送機(jī)為勻速運(yùn)輸裝置，電機(jī)通常選用三相異步電動(dòng)機(jī)。當(dāng)電機(jī)發(fā)生故障時(shí)，主要失效形式為：電機(jī)無(wú)法啟動(dòng)或啟動(dòng)異常、電機(jī)溫度過(guò)高。

電機(jī)無(wú)法啟動(dòng)或啟動(dòng)異常的故障原因及解決措施：

1) 輸電線路故障。電機(jī)無(wú)法供電，應(yīng)當(dāng)檢查電機(jī)供電線路。

2) 電機(jī)斷電自鎖。應(yīng)當(dāng)檢查各保護(hù)系統(tǒng)是否運(yùn)行，運(yùn)行結(jié)束斷電復(fù)位。

3) 電壓過(guò)低。應(yīng)當(dāng)檢查供電電壓是否正常。

電機(jī)溫度過(guò)高的故障原因及解決措施：

1) 帶式輸送機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行。應(yīng)當(dāng)利用鉗形電流表測(cè)量負(fù)載狀態(tài)下電機(jī)的工作電流，若超過(guò)銘牌的額定電流，則電機(jī)過(guò)載。檢查電機(jī)軸承狀態(tài)，是否出現(xiàn)卡死，計(jì)算電機(jī)負(fù)載，應(yīng)當(dāng)盡量減輕負(fù)荷。

2) 潤(rùn)滑不良。應(yīng)當(dāng)及時(shí)補(bǔ)充各傳動(dòng)部件的潤(rùn)滑油。

3) 電機(jī)風(fēng)扇落灰。應(yīng)當(dāng)定時(shí)清理電機(jī)通風(fēng)口與風(fēng)扇。

2.2 減速器故障分析

減速器失效形式主要為漏油和過(guò)熱，其中減速器漏油的故障原因及解決措施如下[7-8]：

1) 外殼破裂。應(yīng)當(dāng)修補(bǔ)外殼，在軸承端部加擋油盤。

2) 密封裝置破損或老化。應(yīng)當(dāng)定期更換密封圈，擰緊緊固螺栓。

減速器內(nèi)潤(rùn)滑油溫度超過(guò)40℃，認(rèn)為減速器過(guò)熱，主要原因及解決措施如下：

1) 油量過(guò)少或使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。應(yīng)當(dāng)按照標(biāo)準(zhǔn)注油，并及時(shí)更換。

2) 工況惡劣，軸承損壞。應(yīng)當(dāng)處理減速器內(nèi)部，更換損壞部件。

2.3 托輥故障

托輥主要由外殼、軸承、軸與密封件等組成，常見(jiàn)的故障形式包括：外殼磨損、軸承損壞以及主軸彎曲變形等。

托輥表面與軸承之間產(chǎn)生摩擦力，當(dāng)托輥的旋轉(zhuǎn)切線方向與皮帶運(yùn)行方向之間存在夾角，會(huì)導(dǎo)致托輥外殼與軸承之間的磨損加劇，隨著設(shè)備運(yùn)行，還會(huì)造成托輥軸斷裂等現(xiàn)象。輸送過(guò)程中，將煤料、油污等雜質(zhì)帶入軸承中，污染潤(rùn)滑油，造成軸承劇烈磨損。當(dāng)輸送帶上物料重力分配不均時(shí)，在長(zhǎng)期惡劣工作環(huán)境下，會(huì)造成托輥一端的載荷較大，使得托輥主軸彎曲變形。

托輥為帶式輸送機(jī)的重要組成部分，損壞后會(huì)造成皮帶打滑、皮帶撕裂及異常損耗等情況，應(yīng)當(dāng)定期對(duì)托輥的軸承、主軸進(jìn)行檢測(cè)，及時(shí)更換潤(rùn)滑脂和清理雜物，在運(yùn)輸過(guò)程中，避免物料載荷不均的情況。

2.4 滾筒故障

滾筒的主要故障形式包括：包膠損壞、筒體壓裂、軸損壞與軸承座損壞。在帶式輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)滾筒與皮帶的運(yùn)行摩擦力大于材料允許范圍時(shí)，兩者之間會(huì)形成微小位移，造成包膠的磨損。當(dāng)帶式輸送機(jī)長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，滾筒載荷較大，在焊接質(zhì)量較差的情況下，滾筒會(huì)出現(xiàn)壓裂開焊。應(yīng)當(dāng)提高焊接工藝，焊縫質(zhì)量達(dá)到JB1152—81Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，焊接時(shí)首先采用混合氣體打底焊，然后采用埋弧自動(dòng)焊接，保證焊縫根部熔透但不焊穿。

由于滾筒加工時(shí)存在誤差或表面污穢，造成表面直徑大小不一。如圖2所示，輸送帶與滾筒之間的牽引分力與皮帶運(yùn)行方向產(chǎn)生傾角，造成皮帶的跑偏，如果長(zhǎng)期工作，會(huì)造成滾筒軸的損壞或斷裂。當(dāng)帶式輸送機(jī)運(yùn)輸坡度較大，滾筒軸承在長(zhǎng)期高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)下，軸承座較易損壞。

圖2 滾筒直徑不一受力示意圖Fig.2 Forces on the roller at different diameters

滾筒安裝位置誤差或直徑不一致造成的皮帶跑偏，應(yīng)當(dāng)盡快檢修或更換，短期內(nèi)可通過(guò)調(diào)節(jié)帶式輸送機(jī)頭部與尾部的滾筒方向，保持輸送帶張緊力，實(shí)現(xiàn)皮帶的調(diào)整，具體調(diào)整方法如圖3所示。在潮濕工作環(huán)境下，可在滾筒表面加松香防止打滑，定期更換軸承內(nèi)的潤(rùn)滑油。

圖3 滾筒調(diào)整方法Fig.3 Roller adjustment method

3 監(jiān)控系統(tǒng)研究設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

通過(guò)上文對(duì)帶式輸送機(jī)各部件故障類型的分析，找出了造成故障的主要原因與解決維護(hù)措施，為了能夠監(jiān)測(cè)帶式輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理故障，還需建立在線監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控分站與各類傳感器組成，具體結(jié)構(gòu)及位置分布如圖4所示。監(jiān)控分站包括處理器模塊與液晶顯示模塊等外部設(shè)備接口。處理器模塊負(fù)責(zé)采集信息的處理與分析，將各部件運(yùn)行數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行信息對(duì)比，診斷故障狀態(tài)。液晶顯示模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的直觀顯示，方便工作人員及時(shí)了解帶式輸送機(jī)的故障狀態(tài)。傳感器模塊包括溫度傳感器、煙霧傳感器、堆煤傳感器、速度傳感器、撕裂傳感器、振動(dòng)傳感器與跑偏開關(guān)等。跑偏開關(guān)安裝于機(jī)頭部、機(jī)尾部與中間位置。當(dāng)輸送帶觸碰到開關(guān)時(shí)，托輥發(fā)生偏轉(zhuǎn)，發(fā)出跑偏故障信號(hào)。

圖4 監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)Fig.4 Monitoring system design

3.2 系統(tǒng)硬件選型

監(jiān)控分站以嵌入式處理器為核心，綜合考慮系統(tǒng)功能與實(shí)際應(yīng)用情況，選用ARM系列S3C2440AL芯片。系統(tǒng)采用GWD100礦用溫度傳感器采集帶式輸送機(jī)運(yùn)行環(huán)境的溫度信號(hào)，此傳感器可抵抗煤塵等因素的干擾，具有較高的可靠性。采用PT100型熱敏電阻溫度傳感器測(cè)量電機(jī)、減速器等設(shè)備的溫度信號(hào)，可測(cè)溫范圍為-200～800 ℃，精確度達(dá)±0.03 ℃。采用GQL氣敏式煙霧傳感器，探測(cè)火災(zāi)引起的煙霧，用于火災(zāi)報(bào)警功能。采用GMP-D轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量電機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)速，判斷電機(jī)是否無(wú)法正常啟動(dòng)，轉(zhuǎn)速傳感器的測(cè)量范圍為0～2 000 r/min。GUJ30堆煤傳感器與分站處理器導(dǎo)通，當(dāng)傳感器輸出高電壓時(shí)，實(shí)現(xiàn)堆煤保護(hù)功能。采用GBC80礦用振動(dòng)傳感器，用于滾筒、減速器、電機(jī)等設(shè)備軸承的振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)，判斷是否存在異常抖動(dòng)。撕裂傳感器GVD1200安裝于上下輸送帶之間，當(dāng)輸送帶撕裂與傳感器觸碰，發(fā)出高電壓故障信號(hào)[9-10]。

4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)推理

除此之外還應(yīng)當(dāng)建立皮帶機(jī)工況參數(shù)與故障之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立全面的故障數(shù)據(jù)庫(kù)。在分析過(guò)程中將各部件故障看作單獨(dú)事件，將各故障原因與解決措施作為該事件的子集，每一個(gè)子集反應(yīng)一種故障狀態(tài)，任意子集都會(huì)導(dǎo)致該故障事件的發(fā)生。

數(shù)據(jù)庫(kù)采用框架表示法對(duì)故障信息及維護(hù)措施進(jìn)行描述，故障類型編碼為：“G”+故障事件兩位編碼+子事件兩位編碼+故障原因兩位編碼，如由輸送電路故障引起的電機(jī)無(wú)法供電編碼為：

G01(電機(jī)故障)+01(電機(jī)無(wú)法供電)+01(輸送電線路故障)=G010101.

故障診斷系統(tǒng)根據(jù)輸入的帶式輸送機(jī)工況參數(shù)和故障閾值信息，選擇合適的故障數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行推理，尋找相應(yīng)的故障事件與子集，其推理流程如圖5所示。系統(tǒng)根據(jù)框架表示規(guī)則與事件編碼進(jìn)行查找。若信息與故障數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)則不匹配，反饋給用戶，對(duì)故障數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)則修改完善；若匹配則判斷各參數(shù)是否超過(guò)閾值，未超過(guò)則輸送機(jī)正常。在判斷過(guò)程中不斷添加相關(guān)案例，提高系統(tǒng)的診斷精度。

圖5 故障數(shù)據(jù)庫(kù)推理流程Fig.5 Fault database reasoning process

監(jiān)控系統(tǒng)利用推理機(jī)制，在實(shí)際應(yīng)用中不斷完善數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)則，逐漸提高監(jiān)控系統(tǒng)的診斷精確度與速度，保證工作人員及時(shí)有效地做出維護(hù)措施。系統(tǒng)應(yīng)用6月后，故障診斷準(zhǔn)確度如表1所示。

表1 系統(tǒng)應(yīng)用完善效果Table 1 Optimization effects of system application

5 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種帶式輸送機(jī)故障診斷及監(jiān)控系統(tǒng)，建立相應(yīng)的硬件系統(tǒng)與故障數(shù)據(jù)庫(kù)，針對(duì)不同故障類型與故障原因，設(shè)定相應(yīng)維護(hù)措施。利用傳感器信息采集與信息處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)工況參數(shù)的分析，準(zhǔn)確分析故障原因。