高效防滑装置在矿用带式输送机的应用研究

朱泓宇 张 楠

（1.大同煤矿集团机电装备制造有限公司研发中心，山西 大同 037000；2.山西大同大学机电工程学院，山西 大同 037000）

1 带式输送机打滑原因

带式输送机在实际生产过程中产生打滑的主要原因，是由于运转时承载负荷过大，输送带拉回头煤、稀水及淤煤，导致驱动滚筒的主牵引力不能抵消输送带运转时的阻力，进而产生打滑现象，影响输送带打滑的主要因素有上下部输送带张力、摩擦系数、运转倾斜角、运行阻力等。当生产过程中出现输送带打滑，可能导致驱动滚筒停运，甚至瞬间抱死，造成输送带跑偏，产生较严重的磨损，影响使用质量和使用寿命，因输送带抱死可能引起阻力过大，导致非阻燃性输送带着火，引发火灾事故，具有极大的安全隐患。

2 传统装置的特性

带式输送机的传统防滑措施是预设主从滚筒的运行速度比值，形成同步运转，减少速度差，进而实现保护功能。

磁电式和接触式是常用的两种主要的传感器保护形式，其缺陷有：（1）当输送带滚动中出现偏差，拉水和稀煤时，读数不准确，测算误差较大；（2）现有输送带操作时依靠高、中、低档位的变频器实现不同速度需要的自动调节，由于运转速度提前已进行预设，在变速或换挡时，系统会默认为失速状态，认定为输送带打滑，产生系统故障。

3 防滑保护装置改进方案

3.1 监测方案

由于存在上述的保护装置缺陷，制定了利用增量式旋转编码器作为监测速度大小和运转方向的方案，直接对滚筒运行速度进行测量。

式中：

υ0-驱动滚筒的线速度，m/s；

υ4-从动滚筒的线速度，m/s；

υ1-编码器1处的线速度，m/s；

υ2-编码器2处的线速度，m/s；

υ3-编码器3处的线速度，m/s；

r0-滚筒传感器内径，m；

r-托辊传感器内径，m；

n0-主滚筒转速，r/min；

n1-编码器l处托辊转速，r/min；

n2-编码器2处托辊转速，r/min；

n3-编码器3处托辊转速，r/min。

如图1 所示，在主动滚筒和从动滚筒安装两个编码器，编号为0号、4号，在输送带上下部安装1#、2#、3#编码器，编码器1安装在距离从动滚筒10%输送带长度的位置，编码器2装在输送带末端20%长度的位置，分别测量对应位置的输送带转速。当输送带正常运转时，5个编码器测速同步，若发生输送带打滑事故，安装在输送带上的1～3号编码器与滚筒上的速度产生差值，此时会触发报警装置，停止输送带运行。

图1 编码器布置方案

3.2 增量式编码器工作原理

编码器的工作原理是将信号进行编制、转换，形成可通讯、传输和存储的信号形式。根据编码器的工作原理可分为增量式和绝对式两种类型。常规采用的增量式编码器可将位移信号转换成电信号，电信号转换成计数脉冲，通过产生脉冲的数量来代表位移的大小。

增量式旋转编码器主要依靠光敏原件，即光敏接受管通过角度码盘的增减获取位移量。增量式旋转编码器具备同时监测输送带运转角度和角速度两种功能，且具有操作简便、灵敏度高、性价比好的优势。根据光电转换原理直接输出A、B和Z相的方波脉冲，在实际应用中按照A、B两组脉冲之间的相位差900的标准特点进行判断电机的转动方向，当码盘正向旋转时，B通道产生的脉冲波在时间上会滞后于A通道π/2，当码盘反向旋转时，B通道产生的脉冲波波形将超前A通道π/2，而第三相位的Z相则在每次脉冲输出时，产生一个零位输出，用零位信号进行计数，从而产生信号波形图，如图2所示。

图2 增量式编码器输出波形图

采用增量式编码器具有一定的优势，如具有使用寿命长、抗干扰、做功稳定、测量精度高、安装体积小、分辨率高等优点，信号波形相位不会随着编码器分辨率的改变而改变，传输信号较稳定，降低误操作、误判断的可能性，因此，较为广泛地被应用于带式输送机的保护装置中。

3.3 系统工艺

监测系统主要由主程序流程和中断程序组成，在系统启动时，首先通过运行主程序，进行数据采集、分析计算，进而作出判断是否到达预设定的峰值，当与预设值重合后即启动断电程序，停止输送带的运转动作，通过对打滑原因进行分析，查找打滑部位，继而有效采取措施进行处置，确认安全后可进行输送带复位，继续运行。图3为主程序流程图，图4为中断程序图。

图3 主程序流程图

当PLC控制系统接收到编码器反馈测得的信号后，即对接收到的信号（方型脉冲波）进行处理，通过测量输送带各部位运行速度的差值，判断出故障性质，从而确定是否断电停运。此外，在主程序启动之后，接受到的信号命令与输送带保护装置预设值进行比较，若速度不同步，或存在差值，即可判定为输送带出现打滑故障，通过故障报警信号，传递给断电装置，启动中断程序，实现故障状态下的输送带自行停机，最终实现故障的自动监测与停电保护，确保设备的安全可靠。

图4 中断程序

4 结语

本文对造成输送带打滑的原因进行分析研究，主要影响因素有上、下部输送带的运行张力、输送带与滚筒间的摩擦系数、输送带运转倾斜角、运行阻力等，并通过对常规传统输送带保护装置运行原理的比较分析，得出各自的优劣特性，进而提出采取增量式编码器对信号进行采集分析、计算处理，处置反馈信号，引导继发动作进行系统断电的方法，实现对输送带运输过程的自动检测和动作识别判断，确保本质安全和系统可靠。