带式输送机滚筒轴承故障预警装置研究

许良雨

(山西焦煤汾西矿业 香源煤业有限责任公司，山西 交城 030500)

山西某矿井下的原煤、矸石等主要通过带式输送机搭接运输，总运输长度达到35.9 km。由于煤矿井下环境恶劣、运输距离长、负载重，带式输送机在运输过程中容易出现输送带撕裂、跑偏，电机及减速器故障[1-2]。滚筒是带式输送机驱动系统、张紧系统重要的组成单元，在带式输送机运行过程中，滚筒轴承是故障发生率最高的零部件之一[3]。滚筒轴承故障时最为典型的表现为温度升高[4-6]。以往矿井带式输送机滚筒轴承温度多是通过人工方式测定，存在测量结果准确性偏低、测量难度高等问题，无法及时发现轴承异常[7-9]。对滚筒轴承实时监测并依据监测结果对故障进行预警，可降低滚筒轴承故障率。为此，在结合前人研究成果及工作经验的基础上，提出滚筒轴承故障预警装置，并对该装置的结构及功能进行分析，以期更好地开展矿井运输工作。

1 故障预警装置结构

故障预警装置包括温度传感器、线缆(连接线路)、温度变送器、上位机以及PLC等。为减少投入，PLC为带式输送机原有控制系统。将温度传感器置于靠近轴承位置，实现轴承温度测定，通过线缆、温度变送器等将测量结果传输给PLC，实现轴承温度监测。

1.1 温度传感器类型及安装

温度传感器类型较多，现阶段常用的温度传感器包括热电阻式(代表类型有PT100、Cu50等)、热电偶式(代表类型有B、E、J等)。根据带式输送机使用环境，为有效监测轴承温度应尽量靠近轴承，故选用接触式温度传感器。该传感器具备便于安装、测量精度高以及抗干扰能力强等优势。具体选用的传感器为PT100温度传感器(类型为HD-PT100-1305A)，温度测量区间为-50～200 ℃、测量误差为±(0.15+2%)、响应时间为5 s以内。布置情况如图1所示。将温度传感器置于轴承座螺纹孔内，使温度传感器可紧贴轴承外圈以测定轴承温度。

图1 滚筒轴承温度传感器布置示意

1.2 温度变送器

温度变送器是温度传感器、PLC间进行信息通信的设备，温度传感器获取到的电阻信号经温度变送器转换为PLC可识别的模拟信号。依据现场条件并结合温度传输需求，确定用NHR-M32-X14/14-0/0-D型温度变送器，并通过屏蔽电缆连接至PLC输入模块1756-IF8。温度变送器接线情况如图2所示。

图2 温度变送器接线示意

2 温度采集及故障预警

温度传感器实时监测滚筒轴承温度并传输给PLC，PLC通过内置处理程序对滚筒轴承温度是否存在异常进行判定，并通过上位机显示预警信息。

2.1 温度采集

PLC输入模块(1756-IF8)上有8个模拟量通道，通过该输入模块可实时获取温度传感器测定结果。在PLC内调用程序(A1_ANALOG_IN程序)。温度变送器工作范围-199～650 ℃、输出信号范围4～20 mA。

现举例说明温度采集计算过程：当输出电流信号为8.142 mA时，经过转换得到轴承实际温度为20.78 ℃，具体计算过程为：(8.142-4)×(650+199)/(20-4)-199=20.78 ℃。

2.2 轴承故障判断

在带式输送机正常运行过程中，轴承温度应缓慢增加并稳定在某一稳定区间内，若监测到的轴承温度持续增高或者突然增高，则表明滚筒轴承运行存在异常。通过故障预警装置，实时获取轴承温度并分析监测结果，便于对轴承是否出现故障进行判定。

根据近些年来带式输送机滚筒运行的统计资料，对人工测定温度进行分析后可知，正常情况下轴承温度均在60 ℃以内，为此将60 ℃作为预警界限。在PLC控制程序中按照55 ℃、60 ℃、75 ℃设定关注、预警及报警值。当测定轴承温度超过关注、预警及报警值时，控制程序将测定结果与邻近轴承测定温度进行比对，以排除长时间工作或者高温环境引起的误报警问题，提高故障预警精准度。

2.3 上位机监测

操作人员可通过上位机掌握滚筒运行情况，在带式输送机滚筒上布置温度传感器，当检测到滚筒轴承运行温度超过60 ℃且持续时间超过1 min时，故障预警装置即会发出预警信号，提醒工作人员注意。

3 结 语

使用温度传感器对轴承温度进行实测，通过温度变送器、屏蔽电缆等将监测结果传输给PLC，对滚筒轴承温度进行分析，通过上位机实时显示温度监测结果及预警信息。与传统的人工测量方式相比，通过传感器测定滚筒轴承温度不仅监测效率高、精度高，而且可实现不间断监测及早期故障预警，提高了滚筒故障检测效果及预警能力，增加了带式输送机运行的可靠性、稳定性。