楊 修

（晉能控股煤業(yè)集團晉華宮礦， 山西 大同 037000）

引言

在礦井生產(chǎn)中，煤通常是通過帶式輸送機運輸?shù)?。隨著大負荷、長距離、大傾角運行特點的設(shè)備的更新應用，因輸送帶長期高負荷運轉(zhuǎn)所引起的輸送帶斷開、運載的物料以及斷裂輸送帶下滑等情況時有發(fā)生，若不能及時控制，將會造成重大事故及經(jīng)濟損失。因此，對輸送機的斷帶自鎖捕捉的研究顯得迫在眉睫[1]。

1 技術(shù)方案

1.1 基本思路

提出的基于PLC 的輸送機的斷帶自鎖捕捉裝置是一種新型的散料上運帶式輸送機斷帶保護系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對輸送帶兩側(cè)的斷帶實時監(jiān)測并及時捕捉的功能。在完成機械部分和電控部分的優(yōu)化后，大大改善了目前傳統(tǒng)裝置可能出現(xiàn)的可靠性低的情況，有效降低帶式輸送機倒帶及斷裂輸送帶下滑事故發(fā)生概率。

通過常見斷帶位置可以得到，該裝置通過電機驅(qū)動，實現(xiàn)快速捕捉，且動作能在0.5 s 內(nèi)完成；裝置通過并列的連接方式進行控制，這樣確保沿線倒帶斷帶自鎖系統(tǒng)同時響應，使得捕捉的咬合面積最大化；在受力方面利用類似離合器的緩施加力進行，機架拉傷變形和膠帶損傷的可能性減少。

傳統(tǒng)散料上運膠帶輸送機都會在巷道和長廊中，空間狹小，增加了安裝難度。通過優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)，大大減少了占用空間[2]，同時實現(xiàn)了分別組裝，基本解決了膠帶在斷帶時的痛點。自鎖系統(tǒng)成對安裝狀態(tài)示意圖如圖1 所示。

圖1 自鎖系統(tǒng)成對安裝狀態(tài)示意圖

1.2 機械執(zhí)行機構(gòu)

設(shè)計的機構(gòu)主要由自鎖主體和自鎖執(zhí)行單元、轉(zhuǎn)接架和緊固件組成[3-4]。自鎖主體與自鎖執(zhí)行單元如圖2 所示。

圖2 自鎖主體與自鎖執(zhí)行單元

裝置的自鎖主體由連接座和壓舌組成，可實現(xiàn)對置于壓緊凸輪與壓舌之間的輸送帶的夾持捕捉。在壓緊凸輪結(jié)構(gòu)與自鎖主體強度保證方面，剛性圓弧結(jié)構(gòu)設(shè)計用于熱壓成型的自鎖主體上，壓緊凸輪設(shè)置加強筋結(jié)構(gòu)，確保兩者都能夠承受瞬間產(chǎn)生的沖力[5-6]。

自鎖執(zhí)行單元通過電機完成驅(qū)動，保證捕捉動作快捷、安全完成。自鎖執(zhí)行單元的壓緊力緩沖機構(gòu)由壓緊片、摩擦片、壓緊彈簧和調(diào)整螺母構(gòu)成，如下頁圖3 所示。自鎖執(zhí)行單元的電機同溫度傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器以及電流傳感器協(xié)同工作，傳感器將信息傳輸給系統(tǒng)當中，電氣控制系統(tǒng)完成夾持輸送帶的緩施加力的調(diào)整。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計適用設(shè)備多，便于安裝，減少失誤，可靠性高[7]。

圖3 自鎖執(zhí)行單元剖視圖

1.3 倒帶斷帶監(jiān)測機構(gòu)

斷帶監(jiān)測機構(gòu)包括裝配軸和檢測組件，帶式輸送機的中部是監(jiān)測機構(gòu)位于檢測組件集成于裝配軸的中間位置。檢測機構(gòu)24 h 不停電，為檢測組件提供充足的電能，確保檢測機構(gòu)能夠在惡劣復雜環(huán)境下實現(xiàn)高可靠性與安全性工作。

加速度傳感器與磁鋼塊聯(lián)動，磁鋼塊依次觸發(fā)兩個霍爾傳感器，霍爾傳感器輸出端與PLC 單元的接受端口電連接接受脈沖信號。PLC 單元根據(jù)預設(shè)數(shù)據(jù)庫得到輸送帶的情況，同時判定接觸輪、輸送帶的運動方向，推斷帶式輸送機是否發(fā)生倒帶[8-10]。

1.4 電氣控制系統(tǒng)

裝置采用西門子S7-1500 作為電氣控制系統(tǒng)控制器。PLC 控制器通過I/O 接口與各機構(gòu)連接以進行交流，當事故發(fā)生時，可緊急采取措施，短時間完成斷帶的自鎖捕捉工作，并及時發(fā)出警告通知各單位完成后續(xù)工作[11-12]。電氣控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

電氣控制系統(tǒng)工作流程圖，其具體實現(xiàn)步驟：系統(tǒng)各傳感器上電，電氣控制系統(tǒng)開始實施監(jiān)測工作，通過HMI 輸送初始信息；若測到非啟動/正常停機狀態(tài)輸送帶逆轉(zhuǎn)發(fā)生，判斷為發(fā)生倒帶、斷帶事故，立即啟動警告信息以及捕捉動作；在自鎖執(zhí)行機構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測時，在完成預先設(shè)定指標時，進行斷帶自鎖捕捉工作。

2 應用特點及效果

2.1 應用特點

1）由于輸送機發(fā)生斷帶的位置呈現(xiàn)隨機性，所以在進行捕捉前將輸送帶水平長度上半部分做3 段劃分處理：第1 段從機頭端起每10 m 配置一副；第2 段每15 m 配置一副；第3 段每25 m 配置一副，自鎖裝置能夠達到最佳效果。

2）考慮到斷帶下滑的沖量問題，該裝置在電機驅(qū)動時可以實現(xiàn)捕捉工作快速完成，在低速小沖量階段即可完成故障解除。

3）在提升捕捉可靠性方面，該裝置主要提升接觸面積，通過電機并聯(lián)接法實現(xiàn)沿線所有裝置同頻工作，捕捉成功率得到保證。

4）在消除故障導致物料不規(guī)則跳躍以及降低斷帶捕捉效率方面，裝置捕捉結(jié)構(gòu)兩邊均進入膠帶邊緣10 cm，不管輸送帶偏向問題，均能實現(xiàn)捕捉工作。裝置無須二次動作進行輸送帶捕捉，可靠性提升。

2.2 應用效果

將該裝置應用在某礦井中，實際應用如圖5 所示，解決了傳統(tǒng)機械式斷帶保護裝置的缺點：制動驅(qū)動力速度慢，難以捕捉；動作同步性差，減少了捕捉面積，局部施力過大；二次捕捉，難以形成自鎖，機械煩瑣，維護量大。

圖5 裝置實際應用場地

通過裝備的升級，人員傷亡的情況不再發(fā)生，輸送帶倒帶和物料損失發(fā)生概率幾乎為0，由于輸送帶造成的經(jīng)濟損失下降了11%，設(shè)備故障處理時間減小80%，維修成本降低50 余萬元，輸送機的運輸效率提高了5 個百分點。

3 結(jié)論

1）裝備的設(shè)計充分考慮了設(shè)備運行和人員安全保證方面，又可縮短故障處理時間。解決了傳統(tǒng)設(shè)備的動作同步性差與反應速度慢難題，同時裝置無需二次動作即可形成自鎖，系統(tǒng)準確性和可靠性有效提高。

2）裝備的使用可以提高輸送機區(qū)域安全系數(shù)，輸送機實現(xiàn)穩(wěn)定而高效運行，提高整體生產(chǎn)效率，具有較高的使用價值和廣泛的應用前景。