帶式輸送機(jī)斷帶監(jiān)測捕捉裝置的設(shè)計研究

楊 修

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)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(jī)運(yùn)輸?shù)摹ｋS著大負(fù)荷、長距離、大傾角運(yùn)行特點(diǎn)的設(shè)備的更新應(yīng)用，因輸送帶長期高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)所引起的輸送帶斷開、運(yùn)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(jì)損失。因此，對輸送機(jī)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(jī)的斷帶自鎖捕捉裝置是一種新型的散料上運(yùn)帶式輸送機(jī)斷帶保護(hù)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(jī)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(jī)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(jī)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(jìn)行控制，這樣確保沿線倒帶斷帶自鎖系統(tǒng)同時響應(yīng)，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(jìn)行，機(jī)架拉傷變形和膠帶損傷的可能性減少。

傳統(tǒng)散料上運(yùn)膠帶輸送機(jī)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(diǎn)。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(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)

設(shè)計的機(jī)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(qiáng)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(qiáng)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(jī)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(jī)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(jī)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(dāng)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(jī)構(gòu)

斷帶監(jiān)測機(jī)構(gòu)包括裝配軸和檢測組件，帶式輸送機(jī)的中部是監(jiān)測機(jī)構(gòu)位于檢測組件集成于裝配軸的中間位置。檢測機(jī)構(gòu)24 h 不停電，為檢測組件提供充足的電能，確保檢測機(jī)構(gòu)能夠在惡劣復(fù)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(yù)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(yùn)動方向，推斷帶式輸送機(jī)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(jī)構(gòu)連接以進(jìn)行交流，當(dāng)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(jī)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(jī)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測時，在完成預(yù)先設(shè)定指標(biāo)時，進(jìn)行斷帶自鎖捕捉工作。

2 應(yīng)用特點(diǎn)及效果

2.1 應(yīng)用特點(diǎn)

1）由于輸送機(jī)發(fā)生斷帶的位置呈現(xiàn)隨機(jī)性，所以在進(jìn)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(jī)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(dá)到最佳效果。

2）考慮到斷帶下滑的沖量問題，該裝置在電機(jī)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(jī)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(dǎo)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(jìn)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(jìn)行輸送帶捕捉，可靠性提升。

2.2 應(yīng)用效果

將該裝置應(yīng)用在某礦井中，實際應(yīng)用如圖5 所示，解決了傳統(tǒng)機(jī)械式斷帶保護(hù)裝置的缺點(diǎn)：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(jī)械煩瑣，維護(hù)量大。

圖5 裝置實際應(yīng)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(jì)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(jī)的運(yùn)輸效率提高了5 個百分點(diǎn)。

3 結(jié)論

1）裝備的設(shè)計充分考慮了設(shè)備運(yùn)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(yīng)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(zhǔn)確性和可靠性有效提高。

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