矿用带式输送机故障及其诊断系统的研究

郭 凯

（山西潞安集团潞宁煤业公司， 山西 忻州 036000）

引言

在煤矿开采和输送过程中，带式输送机的使用表现出了很大的优势，最大的优势就是具有较高的输送效率[1]。然而在实际使用过程中，由于使用环境的复杂性和自身结构的不足导致时常出现故障，其中最常见的就是皮带故障[2-3]。在正常工作过程中，一旦带式输送机出现故障，就会对整个生产线的效率造成不良影响，进而影响企业的经营效益。因此，矿用带式输送机故障问题是所有煤矿企业亟需解决的问题。基于此，开发针对带式输送机的故障诊断系统，通过该系统可以快速诊断故障类型并快速对故障进行修复，尽可能缩短由故障停机对生产造成的负面影响[4-5]。

1 矿用带式输送机主要故障类型

1.1 皮带打滑

带式输送机的驱动力为电机，在电机的作用下主滚筒发生旋转，皮带通过其与滚筒之间的摩擦力作用而随滚筒一起转动，皮带的转动就可以带着覆盖在上面的煤矿一起运动，从而实现煤矿的运输。带式输送机在实际使用过程中，通常都会连续工作很长时间，这会在一定程度上加剧皮带的磨损。且每个时间段内运输的煤矿量存在差异，皮带上覆盖的煤矿量会在一定程度上影响皮带的张紧力，进而影响皮带与滚筒之间的摩擦力。一旦皮带磨损比较严重且张紧力较小时，皮带就容易出现打滑的现象，主要表现为滚筒高速旋转，而皮带旋转速度相对较慢。出现这种情况时，皮带和滚筒之间就会发生干摩擦，会加剧皮带的磨损，严重时由于摩擦生热可能导致皮带发生燃烧现象。由此可见，带式输送机中的皮带打滑故障不仅会影响到生产效率，更会威胁到煤矿的安全生产问题。

1.2 皮带纵向撕裂

带式输送机另外一个常见的故障类型就是皮带纵向撕裂，导致皮带纵向撕裂的原因是多方面的，如带式输送机在正常工作时被锋利的煤矿或者其他物品冲击，在皮带表面留下伤痕甚至可能刺穿皮带，最终引发纵向断裂；皮带被卡在机架或者托辊上，导致皮带在运转过程中不断发生刮擦问题，长此以往导致皮带划痕越来越严重最终断裂；滚筒上通常都会配置清扫设施，其焊缝质量和刃口的设置如果不良都可能对皮带产生损伤，严重时使皮带出现纵向断裂。带式输送机使用环境复杂，导致皮带纵向裂纹的原因不止上述几种[6]。皮带纵向断裂是比较严重的故障类型，一旦出现皮带断裂就意味着必须停机更换皮带，这样不仅会损伤一部分皮带材料费和人工维修费，同时由于停机维修时间较长，导致企业面临较大的误工费。

2 带式输送机故障诊断系统的设计

2.1 皮带打滑故障信号的检测

皮带打滑可以进一步细分为启动过程打滑和运行过程中打滑两种形式，发生皮带打滑时最显著的特点就是皮带实际运行速度与设定速度存在一定差异，主要是实际运行速度小于设定速度，且皮带速度表现出很大的不稳定性。根据此特征，可以通过监测皮带的实际运行速度，并将其与设定速度值进行比较来判断皮带是否出现打滑问题。本文通过GSH3.6（D）型速度传感器来检测皮带运行速度，该速度传感器的输出频率为方波5～18 V，电流输出为5～20 mA，继电器输出为1 个常开触点和1 个常闭触点。这种型号的传感器具有较强的抗干扰能力，可以监测较大范围的速度值，工作过程可靠稳定等优势，基于上述优势使其在煤矿行业中得到了非常广泛的应用。

2.2 皮带纵向撕裂故障信号的检测

本文通过SL-LL 型纵向撕裂传感器来检测皮带的纵向撕裂故障。该传感器的性能参数如下：触点容量为AC 380V/5A，触点数量为2 个Z-15GW22-B型微动开关。该型号产品具有良好的可靠性，可稳定工作超过100 次，且具有良好的环境适应性，使用环境最高相对湿度可以达到85%，在-35～+65℃范围内可以正常工作。纵向撕裂的检测原理可以概述为：当皮带被锋利物品刺穿后，传感器内部处理元件能够马上检测识别。一旦出现这种情况，诊断系统就会发出警告信号。此外，还设置有紧急停止开关，一旦传感器检测到存在皮带纵向断裂现象，除发出警报提示外，诊断系统还会下达指令，通过紧急停止开关切断皮带驱动电源，使其停止工作。

3 故障诊断系统的基本工作原理

传统的故障诊断系统中，主要通过继电器对相关过程进行控制，但当前阶段PLC 以其显著的优势已经基本取代了继电器，完成了针对皮带输送机的控制工作。PLC 由多个模块构成，其中比较重要的包括中央处理器、存储器、输入输出模块等。诊断系统包含很多种类型的传感器，通过这些传感器可以检测带式输送机的各类故障问题，并将检测信号进行转换后传输至PLC 实施分析和处理，然后将处理结果再次进行转换后传输至上位机，并将相关结果通过显示器进行显示，工作人员基于显示结果可以快速判断掌握输送机的故障问题。在此基础上根据诊断系统提示或者工作人员自身的实践经验快速做出应对措施，实现故障的修复。通过以上的工作流程可以实现带式输送机故障类型的实时监测与诊断。其中PLC 与上位机之间的通过PC、COM1、PC/PPI 等端口进行连接，如图1 所示为PLC 与上位机之间的通信连接形式。

图1 PLC 与上位机之间的通信连接形式

4 带式输送机故障诊断系统优化后的应用效果

对带式输送机故障诊断系统进行优化完善后，将其投入到生产实践中以检测系统的应用效果。在经过一段时间的使用后，发现故障诊断系统中各个传感器都能够正常工作且具有很高的精度，可以及时检测发现带式输送机在运行过程中的各类故障问题，且将故障处理结果实时显示在上位机的显示器中，工作人员可以实时观察各种数据参数随时间的变化情况。在对诊断系统进行测试时，有一次皮带由于外部原因发生了一点偏移，导致其与其他机构产生轻微摩擦，诊断系统及时发现并提示了该问题。

利用本文设计优化的带式输送机故障诊断系统，工作人员能够在第一时间了解掌握机器的运行状态，对输送机进行实时监控，一旦出现故障类型则可以及时处理，避免引发更大的故障和问题。与以往的诊断系统相比较而言，优化完善后的诊断系统其智能化程度更高，操作过程更加便捷，故障诊断识别响应时间缩短。经过初步计算，通过对传统诊断系统的优化和完善，对于每台带式输送机而言，其日常保养和维修成本可以降低15%～20%。可见，本文所述的带式输送机故障诊断系统能够为企业创造很好的经济效益，值得进一步推广使用。