礦用帶式輸送機故障及其診斷系統的研究

郭 凱

（山西潞安集團潞寧煤業公司， 山西 忻州 036000）

引言

在煤礦開采和輸送過程中，帶式輸送機的使用表現出了很大的優勢，最大的優勢就是具有較高的輸送效率[1]。然而在實際使用過程中，由于使用環境的復雜性和自身結構的不足導致時常出現故障，其中最常見的就是皮帶故障[2-3]。在正常工作過程中，一旦帶式輸送機出現故障，就會對整個生產線的效率造成不良影響，進而影響企業的經營效益。因此，礦用帶式輸送機故障問題是所有煤礦企業亟需解決的問題。基于此，開發針對帶式輸送機的故障診斷系統，通過該系統可以快速診斷故障類型并快速對故障進行修復，盡可能縮短由故障停機對生產造成的負面影響[4-5]。

1 礦用帶式輸送機主要故障類型

1.1 皮帶打滑

帶式輸送機的驅動力為電機，在電機的作用下主滾筒發生旋轉，皮帶通過其與滾筒之間的摩擦力作用而隨滾筒一起轉動，皮帶的轉動就可以帶著覆蓋在上面的煤礦一起運動，從而實現煤礦的運輸。帶式輸送機在實際使用過程中，通常都會連續工作很長時間，這會在一定程度上加劇皮帶的磨損。且每個時間段內運輸的煤礦量存在差異，皮帶上覆蓋的煤礦量會在一定程度上影響皮帶的張緊力，進而影響皮帶與滾筒之間的摩擦力。一旦皮帶磨損比較嚴重且張緊力較小時，皮帶就容易出現打滑的現象，主要表現為滾筒高速旋轉，而皮帶旋轉速度相對較慢。出現這種情況時，皮帶和滾筒之間就會發生干摩擦，會加劇皮帶的磨損，嚴重時由于摩擦生熱可能導致皮帶發生燃燒現象。由此可見，帶式輸送機中的皮帶打滑故障不僅會影響到生產效率，更會威脅到煤礦的安全生產問題。

1.2 皮帶縱向撕裂

帶式輸送機另外一個常見的故障類型就是皮帶縱向撕裂，導致皮帶縱向撕裂的原因是多方面的，如帶式輸送機在正常工作時被鋒利的煤礦或者其他物品沖擊，在皮帶表面留下傷痕甚至可能刺穿皮帶，最終引發縱向斷裂；皮帶被卡在機架或者托輥上，導致皮帶在運轉過程中不斷發生刮擦問題，長此以往導致皮帶劃痕越來越嚴重最終斷裂；滾筒上通常都會配置清掃設施，其焊縫質量和刃口的設置如果不良都可能對皮帶產生損傷，嚴重時使皮帶出現縱向斷裂。帶式輸送機使用環境復雜，導致皮帶縱向裂紋的原因不止上述幾種[6]。皮帶縱向斷裂是比較嚴重的故障類型，一旦出現皮帶斷裂就意味著必須停機更換皮帶，這樣不僅會損傷一部分皮帶材料費和人工維修費，同時由于停機維修時間較長，導致企業面臨較大的誤工費。

2 帶式輸送機故障診斷系統的設計

2.1 皮帶打滑故障信號的檢測

皮帶打滑可以進一步細分為啟動過程打滑和運行過程中打滑兩種形式，發生皮帶打滑時最顯著的特點就是皮帶實際運行速度與設定速度存在一定差異，主要是實際運行速度小于設定速度，且皮帶速度表現出很大的不穩定性。根據此特征，可以通過監測皮帶的實際運行速度，并將其與設定速度值進行比較來判斷皮帶是否出現打滑問題。本文通過GSH3.6（D）型速度傳感器來檢測皮帶運行速度，該速度傳感器的輸出頻率為方波5～18 V，電流輸出為5～20 mA，繼電器輸出為1 個常開觸點和1 個常閉觸點。這種型號的傳感器具有較強的抗干擾能力，可以監測較大范圍的速度值，工作過程可靠穩定等優勢，基于上述優勢使其在煤礦行業中得到了非常廣泛的應用。

2.2 皮帶縱向撕裂故障信號的檢測

本文通過SL-LL 型縱向撕裂傳感器來檢測皮帶的縱向撕裂故障。該傳感器的性能參數如下：觸點容量為AC 380V/5A，觸點數量為2 個Z-15GW22-B型微動開關。該型號產品具有良好的可靠性，可穩定工作超過100 次，且具有良好的環境適應性，使用環境最高相對濕度可以達到85%，在-35～+65℃范圍內可以正常工作。縱向撕裂的檢測原理可以概述為：當皮帶被鋒利物品刺穿后，傳感器內部處理元件能夠馬上檢測識別。一旦出現這種情況，診斷系統就會發出警告信號。此外，還設置有緊急停止開關，一旦傳感器檢測到存在皮帶縱向斷裂現象，除發出警報提示外，診斷系統還會下達指令，通過緊急停止開關切斷皮帶驅動電源，使其停止工作。

3 故障診斷系統的基本工作原理

傳統的故障診斷系統中，主要通過繼電器對相關過程進行控制，但當前階段PLC 以其顯著的優勢已經基本取代了繼電器，完成了針對皮帶輸送機的控制工作。PLC 由多個模塊構成，其中比較重要的包括中央處理器、存儲器、輸入輸出模塊等。診斷系統包含很多種類型的傳感器，通過這些傳感器可以檢測帶式輸送機的各類故障問題，并將檢測信號進行轉換后傳輸至PLC 實施分析和處理，然后將處理結果再次進行轉換后傳輸至上位機，并將相關結果通過顯示器進行顯示，工作人員基于顯示結果可以快速判斷掌握輸送機的故障問題。在此基礎上根據診斷系統提示或者工作人員自身的實踐經驗快速做出應對措施，實現故障的修復。通過以上的工作流程可以實現帶式輸送機故障類型的實時監測與診斷。其中PLC 與上位機之間的通過PC、COM1、PC/PPI 等端口進行連接，如圖1 所示為PLC 與上位機之間的通信連接形式。

圖1 PLC 與上位機之間的通信連接形式

4 帶式輸送機故障診斷系統優化后的應用效果

對帶式輸送機故障診斷系統進行優化完善后，將其投入到生產實踐中以檢測系統的應用效果。在經過一段時間的使用后，發現故障診斷系統中各個傳感器都能夠正常工作且具有很高的精度，可以及時檢測發現帶式輸送機在運行過程中的各類故障問題，且將故障處理結果實時顯示在上位機的顯示器中，工作人員可以實時觀察各種數據參數隨時間的變化情況。在對診斷系統進行測試時，有一次皮帶由于外部原因發生了一點偏移，導致其與其他機構產生輕微摩擦，診斷系統及時發現并提示了該問題。

利用本文設計優化的帶式輸送機故障診斷系統，工作人員能夠在第一時間了解掌握機器的運行狀態，對輸送機進行實時監控，一旦出現故障類型則可以及時處理，避免引發更大的故障和問題。與以往的診斷系統相比較而言，優化完善后的診斷系統其智能化程度更高，操作過程更加便捷，故障診斷識別響應時間縮短。經過初步計算，通過對傳統診斷系統的優化和完善，對于每臺帶式輸送機而言，其日常保養和維修成本可以降低15%～20%。可見，本文所述的帶式輸送機故障診斷系統能夠為企業創造很好的經濟效益，值得進一步推廣使用。