矿用皮带运输机故障检测方案设计

直国荣

（长春黄金设计院有限公司，吉林 长春 130012）

矿石作为不可再生资源，在人类的日常活动中起着非常重要的作用。在矿石开采中，运输是非常重要的一环，皮带运输机在矿用运输系统中尤为重要。例如，皮带运输机在快速隧道系统中的主要功能是通过破碎机将由带式掘进机提取的磨碎，将其转移到皮带运输机，然后将输送到皮带运输机。皮带运输机的故障类型很多，例如带偏斜，撕裂，打滑，存放等。故障的原因也多种多样，例如超载，矿石不平衡和轴承损坏。因此，基于皮带输送机的故障检测系统的设计和实现在生产中具有更大的实际意义[1]。

1 矿用中两种类型的皮带故障

1.1 皮带间隙

皮带输送机通常会出现皮带未对准故障。通常，皮带偏移的原因如下：首先，设备内滚筒和其他组件的内圆及外圆会产生较大的误差，并且这些力会与某些特定参数发生冲突；其次，在安装过程中，包括安装轴线，传送带和钢丝绳的安装不符合相关规范，皮带会偏离原来的轨道，从而改变皮带输送机的运输方向。第三，如果在运输过程中，货物运输中的错误也将导致皮带的偏离。例如，防止货物不均匀等。如果皮带发生偏斜，必须及时处理，否则会影响整个采效率，从而降低公司的经济效益和社会问题，甚至造成安全事故。

1.2 皮带纵向撕裂

当皮带在某一处受力不均时就容易出现皮带沿着运动方向被撕裂的现象，导致这一现象发生主要原因是皮带过度磨损而受力不均造成，或者是物料中存在尖锐杂质使得皮带受到严重破坏进而发生纵向撕裂。如果在皮带输送机运行过程中出现了皮带纵向撕裂，就会对皮带造成严重性的破坏。对于皮带纵向撕裂检测的方法有许多，比较常见的的有接触式检测，如在托辊上安装棒形检测器和压力检测器；还有就是非接触式检测，如电磁检测法和超声波检测法等。

1.3 变速箱故障

如果选择了错误的减速器类型，则会减少减速器的输出。原则上，电机的额定转矩必须小于样品本身提供的额定转矩。一旦超过了电动机输出轴承的功率，减速齿轮轴将断裂。另外，减速器的内部结构不合理，使得不能更好地去除模制部件中的内部应力，从而导致变形。如果零件的变形过大，也会产生空间，最终将导致漏油事件。如果端口盖太薄或密封圈损坏，则润滑油可能会从该空间逸出[2]。

1.4 带材的老化

如果胶带的质量不能满足矿用运输标准，则胶带的老化速度将非常快。仅在使用几周后，胶带通常会撕裂。质量没有问题，但是在运输矿用时，皮带的加热程度不同。一些温度较高的地方很容易老化，因此被丢弃。在矿用运输过程中，有必要确保运输皮带在各个方面都能均匀地施加作用力，以避免因温度过高而造成的损失。

1.5 皮带打滑

皮带运输机的皮带也经常滑动。如前一部分所述，皮带和每个辊之间的摩擦是皮带输送机正常运行的关键。这种摩擦的大小处于平衡状态，在此期间，整个皮带输送机才能正常运行。皮带运输机内部的驱动将完全驱动皮带运输机内部的滚筒，然后有效地利用皮带和滚筒之间的摩擦力收紧皮带，皮带运输机的效率会降低，工作人员的工作压力也会增加，并且公司的经济效益也会下降。如果皮带和辊子之间的摩擦力逐渐增加，这将对皮带输送机的其他组件产生负面影响。机器运输货物的时间太长，甚至无法及时修复一些故障，由于皮带的过度拉长，最终会导致打滑。皮带打滑现象将在很大程度上导致皮带输送机的运输效率，甚至在严重的情况下皮带也会严重变形。这样，矿用运输将被延迟，劳动成本将增加，矿用业务的各个方面的收益将减少，但是相对于皮带偏转，皮带打滑的影响相对较小，但是有关人员还应避免类似的问题[3]。

2 常见的分析传送带故障的方法：

2.1 接触式诊断方法

（1）棒形检测器。这是一种常用于皮带与缓冲托辊之间的一种检测装置，如果皮带机传输物料中存有杂物时，很有可能会将皮带刺穿，此时棒形检测器就会被触动，使得限位开关有所响应，进而发出警报信息并使皮带急停。这种装置结构简单，容易安装，但是可靠性较差，难以检测出皮带机损坏的程度。

（2）压力检测器。压力检测器主要安装在输送带支架上，如果输送带出现断裂、撕裂或跑偏等故障时，托辊会受到额外力的作用，且保持一段时间，此时便可通过检测托辊受力大小及变化情况来判断输送带是否存在故障。这种检测方法原理较简单，且安装方便，但是可靠性比较差，如果传感器长时间受力，会容易发生磨损。

（3）漏料检测器。漏料检测器是一种由托盘平衡锤和支点等组成的检测装置，如果出现皮带撕裂故障，皮带上的物料会透过裂缝渗漏至皮带下方的托盘中，但托盘上的物料的质量大于平衡锤时，该装置就会以支点为中心移动并触动限位开关，使得皮带机发出报警信息并停机。这种检测装置原理也比较简单，且检测方便，但是检测装置的寿命较短，智能化程度较低。

2.2 非接触式诊断方法

（1）超声波检测法。超声波检测法是皮带输送机故障检测中常使用的一种检测方法，主要通过超声波检测器接受产生的超声波，一旦皮带输送机出现故障时，波导管就会受到损坏而弯曲，检测器可以检测出异常信号，进而判断皮带存在故障。

（2）X光射线检测法。这种检测方法多用与皮带输送机损伤类故障检测中，可以判断皮带内是否存在钢丝绳变形、接头断裂等现象，且可定位缺陷位置。如果皮带输送及低速运行，也能够自动记录其损伤程度和损伤位置。

3 皮带运输机故障检测方案设计

以输送带为研究对象，从设计，安装，使用等方面对故障及其原因进行分析和总结，并有针对性地设计故障检测方案；根据可能出现的因素采用故障树分析方法，建立故障分析模型。建立传送带的实时在线监控系统，使用传感器技术，通信技术和智能控制技术实时收集和检测其运行参数，并为每个参数设置阈值和警报值以进行实时故障检测和报告。

3.1 设备选择

为了更好地应对各种类型的矿用皮带输送机造成的故障，有效建立皮带输送机故障的智能监控系统尤为重要。设计的故障检测方案使用EPEC PLC控制器。该设备具有数字和模拟输入，输出点以及通信功能，其功能符合该解决方案的设计要求。可以有效地将结果与预设值进行比较。如果在使用过程中发现该值超过了预设值，则及时发出警报。此解决方案的硬件设计中将使用更多的传感器模块，例如用于检测皮带输送机环境的温度传感器，选择GWD100（A），该传感器具有LED显示屏，可以悬挂安装并防止粉尘的干扰，提高预警的准确性。

3.2 软件设计

基于所选的EPEC控制器，使用ST语言进行编程，并使用模块化思想进行软件实施，从而实现了皮带输送机故障检测方案的软件设计。EPCE控制器要实现的软件模块主要包括数字输入数据的延迟/防抖处理，模拟量输入量转换的处理，数据通信的处理，故障警报的处理，操作模式控制以及开关量控制。皮带运输机设备监控系统的物理层主要包括温度传感装置，振动传感装置和其他采集装置。这些设备可以有效地收集有关各种皮带输送机运行参数的信息。其中，振动检测设备使用4到20 mA的电流信号作为输出信号，并使用隔离放大器将其转换为0到5伏的电压信号，然后将其发送到模拟扩展模块。

主程序首先完成系统的初始化，并且只有在没有皮带输送机完全故障的情况下才能进行控制模式的选择。数据收集和传输层，即PLC变电站，包括集成的MCGS触摸屏和PLC设备，可以使用适当的插件来分析在线数据中的信息并完成处理工作。在皮带输送机运行期间，它将接收紧急停止信号，完全故障信号和停止信号。收到紧急停止信号时，进行紧急停止。当接收到完整的故障信号时，进行故障停止；当接收到停止信号时，将进行正常停止。信息处理层（即主机）可以在相关显示设备上显示皮带输送机的实际运行情况，记录和查询相关数据信息，并根据皮带输送机运行期间发生的故障问题尽早设置警报。如果收到温度警报，系统将触发警报并执行浇水操作。延迟后，再次检测到温度故障。如果系统继续发出温度警报，则停止操作；如果消除了系统故障，则会重新执行信号检测。当系统检测到皮带断裂/纵向撕裂时，它将直接触发警报并停止。

4 结语

本文首先分析了皮带输送机故障的类型和可能的原因，可以保证皮带输送机的可靠运行并减少故障排除时间。在后续的优化设计中，有必要充分考虑专家故障诊断方法，模糊诊断方法和神经网络故障诊断方法，以提高皮带运输机的预测和预测能力。因此，该智能故障系统可以更好地预测和监视故障，并更好地执行自动调整和维护。