高效防滑裝置在礦用帶式輸送機(jī)的應(yīng)用研究

朱泓宇 張 楠

（1.大同煤礦集團(tuán)機(jī)電裝備制造有限公司研發(fā)中心，山西 大同 037000；2.山西大同大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，山西 大同 037000）

1 帶式輸送機(jī)打滑原因

帶式輸送機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)過程中產(chǎn)生打滑的主要原因，是由于運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)承載負(fù)荷過大，輸送帶拉回頭煤、稀水及淤煤，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)滾筒的主牽引力不能抵消輸送帶運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的阻力，進(jìn)而產(chǎn)生打滑現(xiàn)象，影響輸送帶打滑的主要因素有上下部輸送帶張力、摩擦系數(shù)、運(yùn)轉(zhuǎn)傾斜角、運(yùn)行阻力等。當(dāng)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)輸送帶打滑，可能導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)滾筒停運(yùn)，甚至瞬間抱死，造成輸送帶跑偏，產(chǎn)生較嚴(yán)重的磨損，影響使用質(zhì)量和使用壽命，因輸送帶抱死可能引起阻力過大，導(dǎo)致非阻燃性輸送帶著火，引發(fā)火災(zāi)事故，具有極大的安全隱患。

2 傳統(tǒng)裝置的特性

帶式輸送機(jī)的傳統(tǒng)防滑措施是預(yù)設(shè)主從滾筒的運(yùn)行速度比值，形成同步運(yùn)轉(zhuǎn)，減少速度差，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。

磁電式和接觸式是常用的兩種主要的傳感器保護(hù)形式，其缺陷有：（1）當(dāng)輸送帶滾動(dòng)中出現(xiàn)偏差，拉水和稀煤時(shí)，讀數(shù)不準(zhǔn)確，測(cè)算誤差較大；（2）現(xiàn)有輸送帶操作時(shí)依靠高、中、低檔位的變頻器實(shí)現(xiàn)不同速度需要的自動(dòng)調(diào)節(jié)，由于運(yùn)轉(zhuǎn)速度提前已進(jìn)行預(yù)設(shè)，在變速或換擋時(shí)，系統(tǒng)會(huì)默認(rèn)為失速狀態(tài)，認(rèn)定為輸送帶打滑，產(chǎn)生系統(tǒng)故障。

3 防滑保護(hù)裝置改進(jìn)方案

3.1 監(jiān)測(cè)方案

由于存在上述的保護(hù)裝置缺陷，制定了利用增量式旋轉(zhuǎn)編碼器作為監(jiān)測(cè)速度大小和運(yùn)轉(zhuǎn)方向的方案，直接對(duì)滾筒運(yùn)行速度進(jìn)行測(cè)量。

式中：

υ0-驅(qū)動(dòng)滾筒的線速度，m/s；

υ4-從動(dòng)滾筒的線速度，m/s；

υ1-編碼器1處的線速度，m/s；

υ2-編碼器2處的線速度，m/s；

υ3-編碼器3處的線速度，m/s；

r0-滾筒傳感器內(nèi)徑，m；

r-托輥傳感器內(nèi)徑，m；

n0-主滾筒轉(zhuǎn)速，r/min；

n1-編碼器l處托輥轉(zhuǎn)速，r/min；

n2-編碼器2處托輥轉(zhuǎn)速，r/min；

n3-編碼器3處托輥轉(zhuǎn)速，r/min。

如圖1 所示，在主動(dòng)滾筒和從動(dòng)滾筒安裝兩個(gè)編碼器，編號(hào)為0號(hào)、4號(hào)，在輸送帶上下部安裝1#、2#、3#編碼器，編碼器1安裝在距離從動(dòng)滾筒10%輸送帶長(zhǎng)度的位置，編碼器2裝在輸送帶末端20%長(zhǎng)度的位置，分別測(cè)量對(duì)應(yīng)位置的輸送帶轉(zhuǎn)速。當(dāng)輸送帶正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，5個(gè)編碼器測(cè)速同步，若發(fā)生輸送帶打滑事故，安裝在輸送帶上的1～3號(hào)編碼器與滾筒上的速度產(chǎn)生差值，此時(shí)會(huì)觸發(fā)報(bào)警裝置，停止輸送帶運(yùn)行。

圖1 編碼器布置方案

3.2 增量式編碼器工作原理

編碼器的工作原理是將信號(hào)進(jìn)行編制、轉(zhuǎn)換，形成可通訊、傳輸和存儲(chǔ)的信號(hào)形式。根據(jù)編碼器的工作原理可分為增量式和絕對(duì)式兩種類型。常規(guī)采用的增量式編碼器可將位移信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，電信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)數(shù)脈沖，通過產(chǎn)生脈沖的數(shù)量來代表位移的大小。

增量式旋轉(zhuǎn)編碼器主要依靠光敏原件，即光敏接受管通過角度碼盤的增減獲取位移量。增量式旋轉(zhuǎn)編碼器具備同時(shí)監(jiān)測(cè)輸送帶運(yùn)轉(zhuǎn)角度和角速度兩種功能，且具有操作簡(jiǎn)便、靈敏度高、性價(jià)比好的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)光電轉(zhuǎn)換原理直接輸出A、B和Z相的方波脈沖，在實(shí)際應(yīng)用中按照A、B兩組脈沖之間的相位差900的標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)進(jìn)行判斷電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，當(dāng)碼盤正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，B通道產(chǎn)生的脈沖波在時(shí)間上會(huì)滯后于A通道π/2，當(dāng)碼盤反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，B通道產(chǎn)生的脈沖波波形將超前A通道π/2，而第三相位的Z相則在每次脈沖輸出時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)零位輸出，用零位信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而產(chǎn)生信號(hào)波形圖，如圖2所示。

圖2 增量式編碼器輸出波形圖

采用增量式編碼器具有一定的優(yōu)勢(shì)，如具有使用壽命長(zhǎng)、抗干擾、做功穩(wěn)定、測(cè)量精度高、安裝體積小、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，信號(hào)波形相位不會(huì)隨著編碼器分辨率的改變而改變，傳輸信號(hào)較穩(wěn)定，降低誤操作、誤判斷的可能性，因此，較為廣泛地被應(yīng)用于帶式輸送機(jī)的保護(hù)裝置中。

3.3 系統(tǒng)工藝

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由主程序流程和中斷程序組成，在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，首先通過運(yùn)行主程序，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析計(jì)算，進(jìn)而作出判斷是否到達(dá)預(yù)設(shè)定的峰值，當(dāng)與預(yù)設(shè)值重合后即啟動(dòng)斷電程序，停止輸送帶的運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)作，通過對(duì)打滑原因進(jìn)行分析，查找打滑部位，繼而有效采取措施進(jìn)行處置，確認(rèn)安全后可進(jìn)行輸送帶復(fù)位，繼續(xù)運(yùn)行。圖3為主程序流程圖，圖4為中斷程序圖。

圖3 主程序流程圖

當(dāng)PLC控制系統(tǒng)接收到編碼器反饋測(cè)得的信號(hào)后，即對(duì)接收到的信號(hào)（方型脈沖波）進(jìn)行處理，通過測(cè)量輸送帶各部位運(yùn)行速度的差值，判斷出故障性質(zhì)，從而確定是否斷電停運(yùn)。此外，在主程序啟動(dòng)之后，接受到的信號(hào)命令與輸送帶保護(hù)裝置預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，若速度不同步，或存在差值，即可判定為輸送帶出現(xiàn)打滑故障，通過故障報(bào)警信號(hào)，傳遞給斷電裝置，啟動(dòng)中斷程序，實(shí)現(xiàn)故障狀態(tài)下的輸送帶自行停機(jī)，最終實(shí)現(xiàn)故障的自動(dòng)監(jiān)測(cè)與停電保護(hù)，確保設(shè)備的安全可靠。

圖4 中斷程序

4 結(jié)語

本文對(duì)造成輸送帶打滑的原因進(jìn)行分析研究，主要影響因素有上、下部輸送帶的運(yùn)行張力、輸送帶與滾筒間的摩擦系數(shù)、輸送帶運(yùn)轉(zhuǎn)傾斜角、運(yùn)行阻力等，并通過對(duì)常規(guī)傳統(tǒng)輸送帶保護(hù)裝置運(yùn)行原理的比較分析，得出各自的優(yōu)劣特性，進(jìn)而提出采取增量式編碼器對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集分析、計(jì)算處理，處置反饋信號(hào)，引導(dǎo)繼發(fā)動(dòng)作進(jìn)行系統(tǒng)斷電的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送帶運(yùn)輸過程的自動(dòng)檢測(cè)和動(dòng)作識(shí)別判斷，確保本質(zhì)安全和系統(tǒng)可靠。