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矿用带式输送机托辊故障检测方法研究

作者:四川天屿翔机械设备有限公司 浏览: 发表时间:2024-02-19 11:29:12

带式输送机是煤矿开采过程中物料输送和转运的关键设备,在井下煤矿的运输系统中发挥了重要的作用。近年来,随着煤矿开采深度的逐渐增加,煤矿开采量达到了几千万吨,带式输送机在煤矿中的布置长度达到了几十千米甚至几百千米,所用的托辊数量达到几千万个。目前在煤矿生产系统中,带式输送机故障成为当前最常见的煤矿安全事故的主要诱发因素,检测带式输送机托辊故障对于避免输送带局部高温、煤矿安全事故等具有重要的研究意义。

 

在带式输送机实际运行过程中托辊的受力比较复杂,不仅受到上方胶带和物料施加的斜侧力,同时受到托辊轴线的约束力和托辊面上的摩擦力,且带式输送机附近受到粉尘、潮湿等环境的影响,托辊是最容易发生故障的关键零部件,比如常见的托辊故障有轴承损坏、托辊卡死以及中心轴变形等,托辊卡死主要是由于粉尘、空气中的水蒸气等进入到轴承内部,导致托辊无法正常运转,发生故障的托辊和皮带之间持续进行摩擦,导致托辊表面的温度会升高,加上煤粉本身属于易燃物,有可能引燃输送带或煤粉,造成带式输送机起火事故。目前现有的带式输送机托辊的检测主要有人工巡检和定期测量托辊温度,存在巡检不到位、工作量大、测量误差等多种弊端,甚至作业场地比较危险,容易造成瓦斯中毒等情况,有时由于某些操作工人的不当操作甚至有可能检测到错误的结果。

 

为此,本文通过对带式输送机托辊常见故障类型和原因进行系统分析,并对托辊现有的故障检测方法进行了研究,提出了检测装置内嵌入皮带的托辊故障检测方案,并利用在线检测技术实现托辊在运动过程中的检测,可以达到较好的检测效果和稳定性。

 

1      带式输送机托辊常见故障类型及原因

 

托辊位于带式输送机的侧下方,主要起到承载的作用,用于承受胶带的重量和胶带上方煤炭的重量,如图 1 所示为带式输送机系统组成图。

 

从图 1 中可知,带式输送机胶带一端是由头轮和另一端的尾轮进行驱动,在头轮和尾轮之间使用托辊进行支撑皮带,避免皮带产生较大的悬垂度,同时有利于减缓皮带的拉伸,保证输送带可以正常平稳可靠运行。


 

带式输送机托辊主要由轴盖、弹性挡圈、密封圈、轴承、隔离环、轴承座、中心轴等部分组成,托辊受到重载胶带和胶带上物料的双重作用,会导致托辊的中心轴和外部弹性挡圈承受较重的载荷,在长时间运行过程中非常容易发生疲劳损坏。此外,托辊处于皮带下方,受到粉尘、煤粉以及水分等杂质的影响,有可能导致托辊运转异常,引发轴承失效。针对带式输送机托辊常见故障类型,对总体方案进行了设计和分析  

 

2     托辊故障监测系统总体方案设计

 

传统的人工检测故障在某些狭小空间内存在检测困难的问题,本次设计了故障检测模块直接安装在带式输送机胶带上,完成对底部和侧方托辊的检测。如下页图2 所示为托辊故障检测方案。


 

带式输送机托辊检测模块主要布置在输送带内部,在下方托辊位置处和侧方托辊位置处输送带内部布置有检测模块,通过在运动过程中近距离检测模块采集托辊的故障信号,并利用无线通信模块发送检测数据到上位机端分析故障类型,最后定位托辊的位置并及时进行报警。在一组托辊检测模块中具有3个检测模块,分布在带式输送机胶带同一个横切面上。

 

3     硬件系统设计

 

检测模块将温度传感器和压力传感器集成为一个模块,将压力传感器和温度传感器采集到的数据上传到控制器中对物理信号进行处理。其中检测模块的硬件系统主要由供能模块、微处理模块和无线通信模块组成。供能模块是保证检测模块正常工作的前提,是基本的供电装置。

 

本次设计采用锂电池作为检测模块的供电装置,具有使用时间长、可重复使用、适应煤矿环境以及质量轻等优点。

 

在实际巡检过程中,通过自动调定不同的用电区域,当处于相邻托辊之间时控制芯片处于低功耗模式,在托辊上方时处于检测状态控制芯片开始正常工作。将采集到的信号通过微处理模块分析处理和暂时保存,并通过微处理模块将数据利用无线通讯模块发送到接收装置。如图 3 所示为检测模块结构组成图。

 

如图3所示,通过压力传感器和温度传感器采集输送带下方托辊的压力变化信号和温度变化物理信号,并上传到控制器中,通过控制器对信号的处理和分析,将物理信号转变为电信号,再通过无线收发模块将电信号发送到上位机中对托辊的故障进行诊断。


 

4     软件和监控系统设计

 

硬件系统需要与软件系统配合才能够完成对托辊故障的检测。为此,利用介质访问控制算法和跳频通信技术,搭建起托辊检测方法的主要软件框架。首先,设计采用竞争性的MACA CAMA/CA 协议,检测模块在实际发送数据时,通过监听信道上是否会有同频率的载波信号,若检测到信道空闲,在退避一定时间之后将会计数器+1,当次数达到设定值时将会向接收模块发送数据。

 

由于在实际进行运行过程中,检测模块容易受到外部信号的干扰,容易造成信号无法准确传输,为此设计了调频通信协议克服外部环境对信号的干扰,主要是通过改变收取和发送信号的通信频率和波段跳过干扰频段,可以准确收发信号并完成正常通信。

 

为了验证检测装置的实用性和可行性,从国内某家矿用维修厂家选用一部分皮带和托辊作为实验平台,模拟带式输送机的实际运行过程,在带式输送机胶带中嵌入检测模块,并利用labview 2019 开发设计了友好的人机操作界面,如图4 所示为上位机监控系统界面。


 

通过对皮带下方不同段的托辊位置进行编号,可以有利于准确获取到托辊的位置信息和故障信息。通过人为模拟现场发热状态,利用打火机在5号段和6号段托辊位置处进行加热,从图4中可知在5号段和6号段均存在托辊的异常,可以准确识别托辊的故障,取得良好的应用效果。

 

5      结语

 

针对带式输送机托辊人工检测存在劳动强度大、检测效率不高、环境恶劣等问题,本文通过对带式输送机托辊常见故障类型和故障的外部表现形式进行分析,设计了一套带式输送机托辊故障检测模块,可以在托辊表面准确采集压力变化和温度变化信息,并通过上位机监控系统显示托辊故障所在的位置、托辊故障类型和历史数据,有利于为带式输送机托辊故障提供检修方案,有利于避免煤矿输送带燃烧起火等安全事故,减少煤矿事故伤亡,对于煤矿安全生产和高效开采具有重要的研究意义和实际价值。


 

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