帶式輸送機運行狀態智能監控體系的研究

唐文杰

（晉能控股煤業集團翼城山凹煤業有限公司，山西 臨汾 043500）

引言

作為煤礦物料運輸的主體裝備，帶式輸送機具有運量大、效率高、經濟性好的優點，輸送機對物料的運輸主要是靠輸送帶和滾筒之間的摩擦力驅動輸送帶的運行來進行的，輸送帶在長期高負載使用的情況下會產生輸送帶撕裂、驅動電機故障、托輥故障等。由于輸送機的輸送距離遠、地質條件較為復雜，因此出現故障后極難發現，容易導致輸送機的輸送帶跑偏、散料等，更嚴重者甚至導致輸送帶的斷帶，給煤礦的物料運輸帶來了極大的影響。傳統的靠人工定時巡查的方案不僅效率低、而且對異常的發現率低，無法滿足輸送機高速、高效、高經濟效益的運輸需求。

1 運行狀態智能監控體系結構

根據輸送機各部件的實際情況及異常分析，本文所提出的運行狀態智能監控系統主要是以非接觸式檢測為核心，以不影響輸送機系統的正常運行為基礎，采用了模塊化的結構設計原則，實現對輸送機運行時的輸送帶損傷檢測、關鍵部件故障檢測與預警、煤量監測及人員安全監測等，該輸送機運行狀態智能監控體系的整體結構如圖1所示[1]。

由圖1可知，該系統主要包括五個部分，分別用于對輸送機鋼絲繩芯及輸送帶的損傷檢測、托輥及滾筒故障監測、輸送機煤流運行狀態監測等。

2 輸送帶鋼絲繩芯監測方案

輸送帶是由鋼絲繩芯及橡膠層構成，由于在運行過程中受到應力沖擊、磨損等，導致輸送帶在運行時候經常出現鋼絲繩接頭處開裂、鋼絲繩芯斷絲等異常，在傳統的監測方案中，主要是采用人工對接頭處進行簡易監測或X射線探傷的方案[2]，人工檢測效率低而且準確性極差，X射線探傷的方案則需要輸送機停機而且檢測設備體積大、操作復雜，無法對輸送帶進行動態監測。

圖1 輸送機運行狀態智能監測系統示意圖

因此本文提出了一種新的弱磁檢測方案[3]，首先采用磁通模塊使輸送帶內的鋼絲繩芯磁化，然后對輸送帶鋼絲繩芯的磁性信號進行監測，將監測結果進行降噪和特征信號處理，然后利用數據傳輸設備將檢測結果傳輸到控制中心，通過對磁通信號的分析，即可對輸送帶內鋼絲繩芯的狀態進行精確判斷，該系統能夠實現對輸送帶內鋼絲繩芯狀態的動態監測，具有監測精度高、可靠性好的優點，實現了對輸送帶內鋼絲繩芯狀態的精確判斷。鋼絲繩芯弱磁檢測系統結構如圖2所示。

圖2 鋼絲繩芯狀態監測裝置示意圖

3 輸送機關鍵部件運行狀態監測

通過對輸送機運行故障的分析，輸送機運行時的故障主要包括了電動機故障、托輥故障及滾筒故障[4]，通過對以上三種故障現象的分析，當出現異常時均會表現出（托輥）異常發熱，導致故障點處的溫度急劇上升，因此可以通過對輸送機系統進行溫度監測來及時識別出異常的發熱點，進而對故障位置和原因進行分析。

通過對比測試，選擇以紅外線熱成像采集系統來對采煤機關鍵部位的溫度變化情況進行監測，通過數據采集、紅外線圖像預處理、圖像分割等將采集的信號轉換為監測位置的溫度場信號，系統通過溫度場特征自動對監測點的溫度變化情況進行分析，當溫度超過系統設定的報警值后，自動進行報警和故障定位，幫助工作人員快速進行故障排除，該紅外線非接觸式溫升監測與報警系統的整體結構如圖3所示[5]。

由圖3可知，該系統采用了模塊化結構設計，能夠根據不同的監測需求快速地進行模塊化更換，更好的滿足對輸送機運行狀態的監測需求，同時在系統中設置有故障庫模塊，能夠對每次的故障特質、故障原因、故障解決方案進行存儲，當出現重復性故障時，能夠快速地對故障進行識別并進行故障原因判斷和處理方案判斷，能夠顯著提升監測系統對輸送機關鍵部位故障的判別準確性和可靠性，實現了對采煤機重點部位的動態連續性監測。

圖3 紅外線數據監測系統結構示意圖

4 輸送機煤流動態監測系統

輸送機在運行過程中一般是以恒定帶速運行的，但在實際使用過程中，不同的階段，輸送帶上的煤流量不同，以恒定帶速運行，導致輸送機的磨損、耗電量均比較大，難以達到經濟運行的需求，傳統方案中，主要在落煤點增加了稱重裝置[6]，對一定時間內的落煤量進行監控，但該方案由于存在著煤流沖擊，因此精確性低，無法對輸送機上的煤量進行動態、持續監測。本文提出了一種新的基于視頻監測的煤流動態監測系統，實現了對輸送帶上煤量的實時監測。該監控系統結構如圖4所示[7]。

由圖4可知，該監控系統中，在輸送帶上方設置了視頻采集裝置，對輸送帶上的煤炭分布情況進行視頻監控，然后通過圖像提取、圖像分割，確定煤炭在輸送帶上的分布形狀，對煤流的體積進行判斷，再結合煤炭的分布密度，即可快速、準確地獲取輸送帶上的煤炭分布情況，為快速調整輸送帶的運行帶速，提高輸送帶運行經濟效益奠定了基礎。

圖4 煤流量動態監測系統示意圖

5 結論

針對帶式輸送機在運行過程中故障率高、穩定性差的不足，提出了一種新的輸送機運行狀態智能監控體系，對該系統的整體結構、鋼絲繩芯監測原理、關鍵位置運行狀態監測原理、煤流動態監測原理進行了分析，結果表明：

1）運行狀態智能監控系統以非接觸式檢測為核心，以不影響輸送機系統的正常運行為基礎，采用了模塊化的結構設計原則，實現對輸送機運行時的輸送帶運行狀態的動態監測；

2）弱磁檢測方案，能夠實現對輸送帶內鋼絲繩芯狀態的動態監測，具有監測精度高、可靠性好的優點，滿足了對輸送帶內鋼絲繩芯狀態精確判斷的需求；

3）以紅外線熱成像采集系統來對采煤機關鍵部位的溫度變化情況進行監測，能夠自動進行報警和故障定位；

4）基于視頻監測的煤流動態監測系統，能夠實現對輸送帶上煤流分布的動態監測，精度高，可靠性好；

5）新的控制能夠將輸送帶的運行可靠性提高88.4%，對輸送帶異常的報警準確性可達94.7%。