摘要：分析了胶带输送机在运行过程中发生断带和打滑故障的原因及其危害，提出了防断带和打滑监测保护系统。该系统以增量式编码器作为速度传感器，PLC为主控系统，通过主程序和中断程序对胶带输送机运行过程全程监测，可有效提高设备运行的可靠性。
关键词：断带；打滑；编码器；全程监测
1胶带输送机的意义
随着煤矿机械科技水平的提高，胶带输送机正向运输距离长、运输量大、效率高、速度快的方向发展。断带和打滑是胶带输送机生产过程中经常遇到的问题，此类事故不但造成矿井运输系统瘫痪，而且影响矿井正常生产和经济效益，严重时可能会造成人员伤亡事故。因此，对带式输送机的运行状态进行监测保护，将故障防患于未然，对矿井的安全高效生产具有重要意义。
2胶带输送机断带和打滑原因及危害
2.1胶带输送机断带原因及危害
胶带输送机发生断带事故的原因主要有输送带自身强度不足、井下工作环境不良、管理维护不到位等方面。（1）输送带自身强度不足：目前输送带接头主要通过硫化处理来拼接，接头处往往是输送机运行过程中最薄弱的环节，若硫化处理时未达到有关标准要求，则输送带在启动或者停止时会因拉力过大而发生断带；输送带带体质量不合格，如果选用的原材料质量差，加工工艺不良，当输送带受到外力冲击时也会发生断带事故。（2）井下工作环境不良：煤矿井下处于一个潮湿阴暗的环境，输送带长期在这样的环境下高速运行，很容易发生疲劳损伤导致寿命减短而发生断带事故；尖锐的矸石或锚杆体等损伤带体或者物料清理不及时进入滚筒，进而将带体划伤，长此以往也会造成输送带断带。（3）管理维护不到位：
输送带长久失修，带体老化；经常处于超负荷状态，管理维护人员疏忽都可能造成断带事故。输送带断带危害重大，若发生断带事故而未被发觉，煤矸石等货物和输送带同时发生坠落，强大的冲击载荷会使输送机的托辊及大架等发生变形破坏，同时货物堆积影响正常生产，严重影响生产效率。
2.2胶带输送机打滑原因及危害
输送带运行阻力、摩擦系数、驱动滚筒分离点张力等因素是使输送机产生打滑的主要原因。（1）输送带运行阻力过大：皮带跑偏使输送带和滚筒的摩擦力增大，散落的物料进入滚筒导致滚筒卡死，托辊等生锈转动不灵活都会造成皮带运行阻力过大，导致皮带打滑。（2）摩擦系数减小：输送带浸入油、煤泥、水等混合物造成输送带和滚筒间的摩擦系数减小，会造成皮带打滑现象。（3）驱动滚筒分离点张力减小：分离点张力减小导致皮带的预紧力减小，输送带疏松会使带体发生塑性变形，若未及时张紧则会导致皮带打滑。输送带打滑不仅会严重影响驱动滚筒以及输送带的使用寿命，发生皮带跑偏事故，同时当输送带带体磨损严重时还会产生断带或者火灾等恶性事故，给矿井的正常生产及安全带来很大隐患。
2.3胶带输送机撕裂故障
2.3.1胶带撕裂故障的原因分析
胶带输送机遇到外部尖锐物体，如钢钎、锚杆、铁块、工字钢、大块矸石等戳入胶带，造成胶带划伤，严重时造成胶带撕裂，胶带严重跑偏造成胶带撕裂。一般只撕裂胶带边，不会出现在胶带内侧，仓口篦子磨损折断或者尺寸不合理，致使矸石及煤块直接砸胶带。各个滚筒处噎进矸石及其他物品卡住胶带造成撕裂。
胶带接头强度太低或因负荷太大，接头卡子锈蚀或穿条锈蚀断裂，造成胶带在接头处发生撕裂，导致胶带纵向撕裂。
2.3.2胶带撕裂故障的危害
加快皮带磨损，缩短皮带使用寿命，造成资源浪费；造成大量煤炭抛洒在运输巷道，影响文明生产，增加职工的劳动强度；造成停产抢修，影响全矿井生产。
3监测系统速度监测方案
胶带输送机发生断带和打滑事故后，会导致输送带和滚筒的速度会发生变化。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆输送带发生断带事故后，断裂输送带上方加速运行，下方速度减缓，带动托辊速度方向也发生变化，因此断带现象的速度检测方法主要是检测某些部位的速度大小和方向；皮带发生打滑现象时，会导致驱动滚筒的线速度大于输送带的线速度，因此皮带是否打滑可以通过检测驱动滚筒和输送带速度的大小是否相同来判断；基于上述理论可以通过在皮带的某些关键部位分别安装速度传感器，通过对这些部位速度大小和方向的对比来判断皮带是否发生断带或者打滑现象。
通过上述分析，提出基于编码器的速度检测传感器，本案例中所使用的编码器为增量式旋转编码器，可以同时检测速度的大小及速度的改变方向，其中对两个滚筒速度的测量是直接进行的，通过对其托辊速度的测量来间接得到输送带的速度：V0=（2πr0n0）/60 ；V1=（2πrn1）/60；V2=（2πrn2）/60；V3=（2πrn3）/60
V0=（2πrn4）/60式中：v0、v4 分别为驱动滚筒和从动滚筒的线速度，m/s；v1、v2、v3 分别为编码器 1、2、3 处的线速度，m/s；r0 为滚筒所装传感装置处内径，m；r 为托辊所装传感装置处内径，m；n0、n4 为驱动滚筒和从动滚筒的转速，r/min；n1、n2、n3 分别表示编码器 l、2、3 处托辊转速，r/min。
胶带输送机防断带和打滑是将测量所得胶带输送机的速度和设定值通过比较来实现保护功能。在驱动滚筒和从动滚筒安装0号和4号两个编码器，在输送带的上部和下部分别安装1—3号编码器，1号编码器安装在距离从动滚筒10%输送带长度的位置，2号编码器安装在距离驱动滚筒20%输送带长度的位置，这5个编码器分别测量对应处的转速。当皮带正常运转时，5个位置编码器的速度基本相同，若皮带发生断带事故，则1—3号编码器的速度大小必定不同，即随便两处的差值达到设定的值或者有地方发生速度方向发生改变；若发生皮带打滑事故，则1—3号编码器速度与0号和4号编码器的速度不同；发生上述情况时，报警电路便会进行报警，且输送机停机。
4监测系统增量式编码器工作原理
编码器是将信号或者数据进行编制、转换为可以通讯、传输和存储的信号形式的设备。通过编码器可以将角位移或者直线位移转变成电信号，前者称为码盘，后者称为码尺。根据读出方式的不同可以编码器分为接触式和非接触式两种类型；根据工作原理的不同可以把编码器分为增量式和绝对式两种类型。本文中胶带输送机主要采用增量式编码器，增量式编码器的工作原理是将位移信号转换成电信号，然后将电信号再转换成计数脉冲，通过脉冲的个数多少来代表位移的大小。
增量式旋转编码器通过内部光敏接受管可以得到角度码盘增加和减少的位移量。增量式旋转编码器可以兼角度和角速度测量两种功能，而且在价格和简易方面相比绝对式旋转编码器更具优势。增量式编码器根据光电转换原理直接输出A、B和Z相的方波脉冲，在实际应用中可以根据A、B两组脉冲相位差90°这个特点来判断电机的转向，当码盘正转时，B通道的脉冲波滞后于A通道π/2，而码盘反转时，B通道的脉冲波超前于A通道π/2，而Z相则在每一次脉冲输出时，提供一个零位信号给计数器。
增量式编码器具有使用寿命长（一般可达到几万小时以上）、抵抗干扰能力强、工作稳定性强、体积小、精密、分辨度高、无接触、无磨损等特点；即便编码器信号的分辨率发生改变，也不会改变其相数，因此广泛应用于传输距离较长的胶带输送机上。
5监测程序流程
整个监测系统由主程序流程图和中断程序图两部分组成，主程序流程图是系统整体运行过程的集成，通过对数据的采集、读取、计算来判断结果值是否达到了设定值，进而与设定值比较来判定系统是否中断，在该系统中断带和打滑分别用1和0来表示，中断程序是对打滑进行处理、检查修复及返回复位。
PLC控制系统在接收到编码器所测得的信号后，会对接收到的方型脉冲波信号进行处理，从而计算出皮带各监测位置的速度大小。通过主程序中的比较命令与设定值进行比较，若输送带出现断带故障，则PLC会发出信号，发出断带报警信号，电机停机，完成输送带断带的监测保护；若输送带出现打滑故障，则PLC会发出信号，发出打滑报警信号，电机停机，完成输送带打滑的监测保护，否则输送带正常运行。
6结束语
防断带和打滑监测保护系统可以有效监测皮带运行全过程，提高设备的可靠性。在实际操作中不仅要重视本文所分析的影响因素，而且要注意其他因素对胶带输送机的影响，如软启动方式、加强维修养护措施等，有效防止断带和打滑事故的出现，实现皮带的安全平稳运行。
参考文献：
[1] 刘大同.大型胶带输送机断带保护技术[J].煤矿开采，2010（01）
[2] 陈瑜.浅议煤矿胶带输送机断带保护技术[J].内蒙古煤炭经济，2014（04）
论文作者:种磊
论文发表刊物:《电力设备》2017年第14期
论文发表时间:2017/9/6
标签：输送带论文; 编码器论文; 胶带论文; 滚筒论文; 输送机论文; 皮带论文; 发生论文; 《电力设备》2017年第14期论文;