皮帶機綜合保護預警裝置集成與應用

李鵬華　李元杰（.山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠，山東　萊蕪　704；.中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西　西安　70077）

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皮帶機綜合保護預警裝置集成與應用

李鵬華1李元杰2
（1.山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠，山東萊蕪271104；2.中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西西安710077）

摘要：皮帶輸送機是煤炭、冶金及電力等工業運輸固體物料的主要設備，由于受皮帶機自身性能的影響，在生產中易出現不同程度的故障而影響正常生產。針對影響皮帶機可靠性運行中存在的皮帶機漏斗糊堵、跑偏、劃傷、撕裂、斷裂等問題，采取自動報警保護裝置及時及早發現隱患，降低損失，提高皮帶機運行可靠性。皮帶機綜合保護預警裝置的集成與應用效果明顯，企業降本增效意義巨大，有較高的推廣應用價值。

關鍵詞：皮帶機；可靠性；保護裝置；自動報警

0. 前言

冶金、煤炭及電力等工業固體物料在傳輸過程中主要靠皮帶運輸機，在運輸過程中易出現皮帶漏斗糊堵、皮帶跑偏、劃傷、撕裂、斷裂等一系列問題，不僅給崗位工作帶來壓力，還大大影響了生產效率。因此，如何解決皮帶機在運轉過程中出現的這些問題，是目前企業提高生產效率的迫切要求。

本課題以萊蕪鋼鐵煉鐵廠銀前原料區域皮帶機為主要研究及實驗對象。該區域現有皮帶機八十余條，擔負著1臺265㎡燒結機的受卸及供混任務。從目前皮帶機運行及使用情況來看，皮帶機受自身性能的影響，設備故障率高，皮帶機經常出現跑偏、撒料、堵漏斗等現象，影響安全穩定生產。因此，在崗位人員減少生產量不減少的情況下必須提高皮帶機運行的可靠性，消除皮帶機在運行中的不穩定因素，更好地提高生產效率。

1. 存在的問題

通過對皮帶機實際運行中存在的問題進行研究與分析，發現影響皮帶機運行可靠性的主要因素有以下幾點：

1.1漏斗糊堵、皮帶撒料現象頻繁發生

在生產過程中皮帶機由于受物料特性和漏斗本身設計的影響，在某一轉運站經常出現漏斗糊堵、皮帶撒料等現象，因而頻繁造成其他皮帶機空轉、停機等現象，嚴重影響皮帶機的正常運轉，導致生產效率降低。

1.2皮帶跑偏、劃傷、撕裂、斷裂現象嚴重

在生產過程中，皮帶機由于受到物料條件和本身性能的影響，經常出現皮帶跑偏、劃傷、撕裂、斷裂現象，不僅給生產運行造成巨大壓力，而且由于皮帶跑偏、劃傷、撕裂、斷裂現象造成的皮帶使用成本大幅增加。

1.3設備性能受制約

通過長時間的生產運行來看，以前的很多設計規范都不符合現有的技術作業的要求，設備的性能無法發揮，在設備的維護和保養上難度比較大，特別是在人員緊張、生產任務重的情況下，光靠崗位人員是無法及時看護好皮帶機的。

圖1壓縮彈簧的工作原理圖

圖2壓縮彈簧的組合式皮帶漏斗堵塞報警儀結構簡圖

圖3工作原理示意圖

2. 原因分析

2.1漏斗糊堵、皮帶撒料原因分析

根據漏斗結構以及實際工作情況分析，總結漏斗糊堵、皮帶撒料的主要原因有以下幾點：

①雨季，原料水分大，粘度相應增大，造成物料在落料點積少成多，是漏斗堵糊堵的主要原因。

②漏斗口徑小，設計不夠合理，造成物料經下料口進入皮帶傳送時，沒在皮帶中心線上，皮帶重心偏移，造成皮帶跑偏，是引發皮帶撒料的直接原因。

2.2皮帶跑偏原因分析

通過對皮帶機實際運行情況分析發現，引發皮帶跑偏的主要原因如下：

①皮帶糾偏裝置作用不明顯，造成皮帶跑偏，無法自動調節。

②轉載點處落料位置不正造成的皮帶跑偏。

皮帶機傳輸系統轉運站較多，一般在轉運站物料下料點不正，皮帶調整困難，造成皮帶跑偏。轉載點處物料的落料位置對皮帶的跑偏有非常大的影響，尤其是上條皮帶機與本條皮帶機在水平面的投影成垂直時影響更大。

③承載托輥組的安裝位置與皮帶機中心線的垂直度誤差較大，導致皮帶跑偏。

④滾筒軸線與輸送機中心線不垂直。

皮帶運行過程中，如果滾筒偏斜，皮帶在滾筒兩側的松緊度不一致，沿寬度方向上所受的牽引力也就不一致，成遞增或遞減趨勢，這樣就會使皮帶附加一個向遞減方向的移動力，導致皮帶向松側跑偏，即所謂的“跑松不跑緊”。

⑤皮帶機的張緊裝置的影響。

如果皮帶機的張緊裝置張緊力不夠，皮帶空載時或少量載荷時不跑偏，當載荷稍大時就會出現跑偏現象。張緊裝置是保證皮帶始終保持足夠的張緊力的有效裝置，張緊力不夠，皮帶的穩定性就很差，受外力干擾的影響就越大，嚴重時還會產生皮帶打滑現象。

2.3皮帶劃傷、撕裂、斷帶原因分析

①運輸物料中夾帶的鐵雜物無法及時揀出造成皮帶劃傷、撕裂、斷帶。

②物料在轉運站積料過多，造成壓皮帶（滾筒轉，皮帶不動）現象，如果崗位工無法及時發現，經過一段時間的不正常運行，皮帶磨損嚴重，甚至直接磨斷，造成斷帶事故。

圖4檢測支架結構示意圖

圖5反應回路示意圖

3. 實施措施

3.1自主設計漏斗糊堵自動報警裝置

皮帶漏斗堵料檢測器形式較多，常用的有側壓型、探棒型、漏損型和螺旋槳型。目前，通用的皮帶漏斗堵塞報警儀都是由各種類型的料位檢測儀與報警保護線路組裝而成，受價位高、有輻射危害等因素影響，僅自動化程度較高的個別企業普及安裝，實際應用范圍較小。

目前通用漏斗堵塞報警儀成本較高、存在輻射危害等不足，該課題組采用一種組合式皮帶漏斗堵塞報警儀，能迅速檢測出漏斗堵塞并及時采取報警、保護措施。

該皮帶漏斗堵塞報警儀裝置利用散狀物料介于固態與液態之間的分散特性，通過彈簧有效變形系數實現了機械空間位移向電路閉合開關的轉換，用低廉的成本克服了粉塵、輻射、振動等環境困難，一旦發生漏斗堵塞立即采取報警、保護措施。

皮帶漏斗堵塞報警儀裝置工作原理是：在皮帶機正常運行時，漏斗內散狀物料料流受慣性力和重力作用呈拋物線狀態，存在一定落料盲點區；發生漏斗堵塞時，落料盲點區內會迅速出現異常性物料堆積。實際分析漏斗落料盲點區，在盲點區安裝組合式皮帶漏斗堵塞報警儀。采用壓縮式彈簧堵塞報警儀裝置（如圖1、圖2、圖3所示），一旦發生漏斗堵塞，漏斗內異常堆積物料迅速上升，當升至組合式皮帶漏斗堵塞報警儀的傳感小盒上邊緣線后，盒上堆積物料壓迫傳感小盒，通過固定連桿壓迫位移傳感器，致使轉換開關離開正常線路轉至報警（警鈴或警燈）、保護線路（緊急停機），進而起到報警和保護作用。

此裝置的工作原理示意圖如圖3所示（圖3）。

3.2皮帶跑偏、撕裂、斷帶綜合防護預警裝置的集中應用

冶金企業采用皮帶輸送機輸送的散狀物料摻雜（鐵雜物、石塊等）較多，導致皮帶撕裂事故頻繁發生。部分企業采用加裝除鐵器的方法進行皮帶防撕裂改進，但因尖銳石塊等非鐵磁性雜物的存在皮帶撕裂事故仍時有發生，尚無完善的皮帶防撕裂裝置。理論界有利用皮帶縱向撕裂后張緊受力不同原理通過系列傳感采取斷路保護的先進皮帶撕裂檢測裝置介紹，但工藝線路復雜且所需投資（系列傳感）較大。

此皮帶防撕裂裝置是一種能夠在皮帶被異物撕裂的第一時間段——輕微撒料時就及時檢測皮帶撕裂事故的發生并采取斷路保護的皮帶跑偏、撕裂、斷帶綜合防護裝置。此皮帶機跑偏、撕裂、斷帶綜合防護裝置包括檢測支架、受料槽、反應回路3部分（如圖4、圖5所示）。檢測支架由檢測導板連接而成。檢測導板為長方形管道，采用輕質超薄鐵皮制成，通過鋼筋連桿焊接固定在相鄰皮帶支架支撐上。受料槽采用輕質超薄鐵皮制成，槽長≥左右彈簧距離、槽寬≤帶寬×2/3、高100mm，總重不超過0.4kg，四角分別吊掛在吊掛彈簧下端。

根據皮帶實際長度確定所需檢測導板組數，檢測導板之間的上下層導線通過軟膠管匯總纏繞固定在相鄰皮帶支架支撐上（中間軟管連接可以適應各類別皮帶支架、托輥）。

反應回路檢測支架上下層穿過預留空間安裝導線，在下層每個開孔處安裝一個斷路開關，在機頭電機電路系統開口加裝開閉按鈕，反應回路在機頭處通過開閉按鈕串入皮帶主動系統。

無論異物橫向、縱向撕裂皮帶，只要有輕微撒料，受料槽受料超出1.2kg，會立即下拉并斷開皮帶主動電機驅動系統。本裝置檢測支架長度可調，成本低廉，更換、維修方便；結構簡單，適用于各類環境，可隨時根據需要開啟或關閉。

4. 效果檢查

①采用自行設計的漏斗防堵塞裝置，皮帶機跑偏、撒料、撕裂、斷帶綜合防護裝置，不僅有效減少了由于設備自身原因造成的皮帶機跑偏、撒料、撕裂、劃傷、斷帶等問題的發生，皮帶空轉、非故障停機現象也幾乎不再發生，而且大幅地降低了職工勞動強度，提高了設備使用效率。

②該項目采用自主研發的新型裝置，造價低廉，維護方便，降低了成本，為企業降本增效有巨大現實意義。

③該項目實施后，皮帶機運行可靠性大幅提高，故障停機率降低了90%。

結論

采用皮帶機漏斗防堵塞、跑偏、撒料、撕裂、斷帶綜合防護預警裝置的集成應用，基本解決了原料生產中出現的物料糊、堵、撒、漏及皮帶跑偏、劃傷、撕裂、斷帶等現象。綜合防護裝置，結構簡單，成本低廉，操作、維護方便，應用效果明顯。降低了工藝故障停機率，提高了皮帶機運行的可靠性，延長了皮帶使用壽命，改善了職工作業環境，降低了職工勞動強度，保證了生產穩定、高效運行，對企業節能降耗的實施與開展有重要的現實意義。

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