胶带输送机液压式断带检测装置研究 -.pdf

2 0 1 0年第 4期 煤炭 工 程 胶带输送机液压式 断带检测装置研究 张 唏，张 弋 ，李惠芳 ，方 东 ，李 宗 中国矿业大学 北京 ，北京1 0 0 0 8 3 摘要 介绍 了一种用于断带捕 捉器的液压式断带检测装置 ，改 变了以往机械式断带检测 装置在原理上的缺 陷。设计制作 了液压式断带检测 实验装置并进行 了试验 ，结果表 明，该装置 对于胶带断带检测效果明显优 于以往的检测装置。 关键词 断带检测 ；胶带输送机 ；液压 中图分类号 T D 6 8 7 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1 - 0 9 5 9 2 0 1 0 0 4 - 0 0 9 3 -03 Th e s t u dy o f t h e h y dr a u l i c de t e c t i n g de v i c e f o r b e l t br o k e n o f be l t c o n v e y o r ZHANG Xi ， ZHANG Yi ， LI Hui f a n g， FFANG Do n g， LI Zo n g C h i n a U n i v e r s i t y o f Mi n i n g a n d T e c h n o l o g y B e i j i n g ，B e ij i n g 1 0 0 0 8 3 A b s t r a c t T h i s p a p e r i n t r o d u c e s a k i n d o f c r i t e r i o n t o j u d g e w h e t h e r t h e b e l t i s b r o k e n ，i n v e s t i g a t e s a h y d r a u l i c d e t e c t i n g de v i c e f o r b e l tb r o k e n s e i z i ng ma c h i n e． whi c h c ha n g e s t h e fla ws o f t h e me c ha n i c a l de t e c t i ng de v i c e f o r b e l tbr o ke n i n t h e pa s t i n pr i nc i p l e ． Th e a u t ho r d e s i gn e d a n d ma d e t he e x pe r i me n t a l d e t e c t i n g a pp a r a t us for h y dr a u l i c de t e c t i n g d e v i c e f o r b e l tb r o ke n， a n d t h e e x pe rime n t s h a v e be e n d o n e ．As i t t u r ne d o u t，t h e de v i c e i s o b v i o u s l y s u p e r i o r t o p r e v i o us d e t e c t i n g d e v i c e i n t h e d e t e c t i o n e f fic i e n c y for b e l tb r o k e n． Ke y wor ds b e l tb r o k e n d e t e c t i o n；b e l t c o n v e y o r ；h y dr a ul i c 随着煤矿产 能的提 高 ，胶 带输 送机 日益成 为煤矿 运输 的关键环节 。在胶 带输送 机上运 或下 运过程 中，断带 是很 严重 的事故 。特别是在倾 角大于 1 2 。 以上的巷道 内安装 的长 距离强力胶带 输送机 ，一旦发 生断 带后果 不堪设 想 ，轻则 胶带连 同所运载 的煤全部滑落堆 积至底部 ，造成生产 停止 ， 重则胶带 、输送带架 、托辊 、煤等都被卷走 ，甚至造成人 能评价与修改 ，保证 了产 品具有 “ 先 天性优越 ” 的质量 特 性 。利用此设计 法进行新 产 品开发设 计可 以减少 或取 消物 理样机 的制造 、检测 和反 复修改 的定 型过程 ；缩 短 了产 品 开发周期 ，从而 制造 高质量 、高性 能 的产 品，提 高 了机 械设计总体水平和产 品市场竞 争力 。 参考文献 [ 1 ]L i n Y J ，F a r a h a t R C ADb a s e d v i r t u a l a s s e mb l y p r o t o t y p i n g a c a s e s t u d y [J] ． I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f A d v a n c e d Ma n u f a c t u r i n g T e c h n o l o g y ，2 0 0 3 ，2 1 4 2 6 3～ 2 7 4 ． [ 2 ] S t e p h a n e R ．F a s t c o n t i n u o u s c o l l i s i o n d e t e c t i o n a n t i h a n d l i n g f o r d e s k t o p v i rt u a l p r o t o l y p i n g [ J ] ． V i r t u a l R e a l i t y ，2 0 0 4 ，8 1 6 3～7 0 ． [ 3 ] 闻邦椿 ，张 围忠 ，柳洪义．面 向产 品广 义质量 的综 合设计 理论 与方法[ M] ．北 京科学 出版社 ，2 0 0 6 ． [ 4] 孙伟 ，任朝晖 ，于涛 ，等．现代机械 可视优化 设计方法研 究[ J ]．东北大学学报 自然科学版，2 0 0 7，2 8 3 3 8 5 ～ 3 8 8． Ha r d e e Ed wi n，Ku a n gHu a Ch a n g ，J i a n T u e t a 1 ． A CAD b a s e d d e s i g n p a r a me t e r i z a t i o n f o r s h a p e o p t i mi z a t i o n o f e l a s t i c s o l i d s [ J] ． A d v a n c e s i n E n g i n e e r i n g S o f t w a r e ， 1 9 9 9 ，3 0 3 1 8 5～1 9 9 ． 王国强 ，等．实用工程数值模拟技术及其在 AN S Y S上的实 践 [ M] ．西安 西北工业大学出版社 ，2 0 0 2 ． 韩玉龙 ．P r o ／ E NG I N E E R Wi l d f i r e组件设计与运 动仿真专业 教程 [ K] ．北京 清华大学出版社 ，2 0 0 4 ． 马希青 ，教光 印，等．基 P r o ／ E的液 压支架三 维实体 建模 与运动仿真 [ J ] ．煤矿机械 ，2 0 0 7 ，2 8 1 7 3～ 7 5 ． 中华人 民共和 围煤炭 行业标准．M 1 2 2 0 0 0液压支架 通 用技术 条件[ S ] ．北京 煤 炭工业 出版丰 十 ，2 0 0 1 ． 宁桂峰．液压支架三维动态设计与力学仿真研究 [ D] ．北 京煤炭科学研究总院硕士学位论 文 ，2 0 0 4 ． 责任编辑章新敏 收稿 日期 2 0 1 0一 o l l 2 作者简 介 张唏 1 9 6 6一 ，男 ，河南焦作人 ，博 士 、副教授 ，现 任 中国矿业大学 北 京 机 电与信息 工程学 院副 院长 。 9 3 1 J 1] ] m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 煤炭 工程 2 0 1 0年第 4期 员伤亡。胶带输送机断带保护的方法有很多种 ，断带捕捉 是其中重要的一种保护方式。所谓断带捕捉即在胶带的两 侧 安装若干组 捕捉装 置 ，一旦 胶带发 生断带 ，断带 捕捉 装 置即时对胶带 的两 侧实施 捕捉 夹紧 ，使下 滑的胶带 逐渐停 止下来 ，以达到保护 目的。在断带捕捉技术中，既要保证 在断带 时对胶带 可靠捕捉 ，又要保证 胶带运 行时不 发生误 动作 ，因此断带传感 装置 的研究 起着 至关 重要 的作用 。本 文研究 的液压式断带捕捉装置 ，采用两点式速度 比较方法 ， 对 断带 的判断较 以往更加可靠 ，有很好 的应用前景 。 间上 的同步性 ，缺点 是 电气 装置需要 防爆设 计 ，增加 了成 本和设备的复杂程度，降低了可靠性 ，并且煤矿胶带输送 机往往工作 在水 、粉尘 、潮湿 的恶劣 环境下 ，长距 离铺设 电缆、使用电磁铁等电气元件进行捕捉驱动不现实。相比 之下，纯机械的传感装置更为符合井下工作条件，性能更 加可靠 ，但 目前机械式 断带传感 装置实 际上只 能检测 出胶 带是否反 向下 滑，从 原 理而 言测不 出断带现 象是 否 发生 ， 不能真正区分是否发生断带现象，因此也不能满足断带检 测 的需要 。 1 断带检测装置的种类和功能 2 胶带运输机的状态及胶带断带的判据 断带检测装置的种类很多 ，常见的有 以下几种 1 胶带运动方 向检测法 。此方式 在断带捕捉装置用最 为常见。其传感检测多使用棘轮、偏心轮、楔块等单向机 械结构 ，当胶带正向正常工作时，该类传感检测机构正常 旋转 ，当胶带发 生断带 反 向下 滑时 ，单 向机构 动作 ，带 动 断带捕捉 机构 夹 紧胶带 。该 方式 的优 点 是结 构简 单 可靠 ， 缺点是胶带一发生下滑就进行捕捉，容易发生误动作 ，因 为胶带在正常工作 情况下 有时会 有小 幅度 的下 滑。 以往 曾 发生过断带捕捉器产生误动作损坏胶带的事故。 2 速度方向检测法。利用速度传感器动态检测带式输 送机的带速 ，结合胶带运行的方向进行逻辑判断，当带式 输 送机胶带 断裂时 ，带速 缓慢 降低或 者发生逆 转 ，通过 在 胶带不 同位 置设 置 若 干个 检 测 点 即可 判断 出是否 发 生 断 带⋯。该方式须结合电子线路或单片机进行逻辑判断，最 后给出断带 电信号 。 3 张力或悬垂度检测法 。带式输送机主要依靠胶带 和 带轮间的摩擦 来实 现 ，因此带 式输送 机上运 时 ，要 有一 定 的预紧力 ，需要拉紧装置，可在拉紧钢丝上附加拉力传感 器 ，当带式输送 机发 生断带 时 ，拉紧钢 丝 的拉 力下 降 ，拉 力传感 器输 出断带信 号 。输送 带正常 运行 时 ，由于预 紧力 的存在，正常运行的胶带悬垂度很小 ，当输送带发生断裂 时 ，其悬垂度增 大 ，当悬 垂度超 过允许 值时 ，在胶 带输 送 机沿线设备 的垂 度传感装 置发 出感应信 号，保 护开关 动作 。 4 磁场变化检测。在输 送带 中预埋线 圈 ，在胶 带上下 分别放置磁 场发 生器 和 磁场 接受 器 ，当胶 带正 常运 行 时 ， 运行于磁场中的线 圈产生 附加磁场 ，磁 场接受 装置 检测到 的磁场基本恒定 ，当胶带发生断裂时，同时撕裂胶带内的 线 圈，这样附加磁场 发生 变化 ，磁场接受 器接 受到 的磁场 信号发生变化，从而得到断带信号 。此方法要在胶带中 预埋线圈，使得胶带造价昂贵，现场很少使用。 总结现有的断带检测方式可分为两大类 ，一类是电磁 式如上述的 2 、 3 、 4 类 ，另一 类是 机械 式即上 述 的 第 1 类 。电磁 式传 感装 置的优 点是 可进行 复 杂的逻 辑判 断 ，因此对胶带是 否发生 断带判 断较为准 确 ，且一 点检测 得到的信号可供多台捕捉装置同时使用，保证 了捕捉在时 9 4 根据以上的调查和分析，现有的机械式断带传感器一 般对上胶带某一点的速度或位移进行检测，例如，使用偏 心托辊进行断带 捕捉 ，胶带 只能正常 运行 ，一旦反 向运行 即进行捕捉 。本文把这类 只对胶 带的某一 点进行 监测 的方 法简称为一点法。该方法只能判断胶带是否正向运行或反 向下滑 ，而不能判断 出胶带是 否真正 断裂 ，因为胶 带在正 常状态下也有可 能反 向运行 。本文提 出 同时对上 、下胶带 的两点进行 同时进行检测 并进行 比较综合 判断 以便 真正判 断 出胶带是否断裂。 图 l 所示为 一上运 胶带 输送 机 两点 式断 带检 测 方案 。 在胶带适 当位置设置 一 台捕 捉器及 断带传感 装置 ，传感装 置包含摩擦轮 A、B 。摩擦轮 A始终与上胶带背面接触，摩 擦轮 B始终与下胶带背 面接触 ，用 以测量 上、下胶带 的运 行速度 及 。 当胶带正 常工作时 ， 。反之 当等式 不成立 即 时 ，表 明 A点 和 B点 的速度不 同步 ，即 认 为胶带在摩擦轮 A 、B以上的部分发生了胶带断带 。上式 中 及 在 胶带上行 时为正 ，停 止时 为 0 ，下行 时为负 。 胶带速度与状态关系表如表 1 所示 。 表 1 两点检测法胶带速度与状态关 系表 6 5 4 3 2 1 一机头 ；2 一胶带 ；3 一传感摩擦轮 B； 4 一传感摩擦 轮 A；5 一传感装置 ；6 一机尾 图 l 胶 带输送机两点式断带检 测方 案 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 0年第 4期 煤炭工程 南表 1 可知 ，在 A、B点对 胶带进行 测速并 进行 比较 ， 即可判 断出胶带是否处于断带状态 。 3 液压式断带传感装置的设计与实现 在煤矿井下工作环境十分恶劣且空间狭小，使用纯机 械机构 如齿 轮、丝杠或连杆等机构对 A、B两点进行 同时测 速，并进行比较十分困难。笔者设计了一种液压式断带传 感装置 ，其功能包括 A、B点 的测速并进 行比较 ，最后 由液 压缸输出动作 ，以使断带捕捉器对胶带进行捕捉。其液压 原理图如图 2所示 。 1 一油缸 2 一液控三位四通阀；3 一压力表 A； 4 一溢流 阀 A；5 一上胶带摩擦 轮 A；6 一单 向轴承 A； 7 ～上齿轮油泵 A；8 一过滤器 ；9 一 油箱 ；1 O 一单向轴承 B 1 1 一下胶带摩擦 轮 B；l 2 一下齿轮油泵 B； l 3 一溢油阀 B ；1 4 一压力表 B 图 2 液压式断带检 测装置系统原理图 冈 2中 ，检测上胶带 的摩擦 轮 A通过一单 向轴 承 A与 齿轮泵 A相联 ，同样 ，检测 下胶带 的摩擦 轮 B通过一单 向 轴承 B与齿轮泵 B相联 。 当胶带正 向运行 时 ，虽然摩擦轮 A、B的速度相等 ，但 由于有单向轴承存在 ，因而齿轮油泵 A、B都不旋转，系统 不产生压力，所 以检测系统没有任何动作。这样的设计， 也使液压系统大部分时间处于非工作状态，减少 了损耗， 提高 了可靠性 。 当胶带发生倒车，即有 ，即 A 、B轮转速相等， 且都为负 ，齿轮油泵 A、B产生的压力相等，液控三位四通 滑位于中位，油液通过溢流阀回到油箱，系统也没有任何 动作 。 当发生断带时 ， ≠％ 时 ，只 可能 出现 0 ，％ 0 或 “ 0两种情况 。这时系 统左右两 边 的压 力不相 等，造成三位四通阀向右边发生偏置，油缸获得压力油而 进行动作 ，从 而使油 缸 缩 回，拔 出断带 捕 捉器 的触发 销 ， 使断带捕捉器 动作 。 4 液压式断带传感装置的试验 作者设 计制作 了如 图 2所示 的液压式 断带传感试 验装 置并进行 了试验研究 。不 同的是 ，摩擦轮 A 、B分别 由两 台 直流调速 电机代替 ，以模拟上 、下胶带不 同的速度情况。 假设摩擦轮的直 径为 1 1 0 ra m，胶带 正常运 行 的速 度为 2 m ／ s 。则摩擦轮 在 胶 带正 常 运 行 时 的转 速 为 3 4 7 ． 4 r ／ ra i n 3 5 0 r ／ m i n 。因此 ， 3 5 0 r ／ ra i n对 于本装 置来 说是 一 个重要 的速度 。本 试验 装置 所使 用油 泵为 C BB 2 ． 5齿 轮 泵 ，其额定压力为 2 ． 5 MP a ，同时调整三位 四通换 向阀弹簧 压缩 量 ，使系统压力达到使 用要求。 试验结果如表 2 所示 。 表 2液压 式断带传 感装 置试 验 由试验结果 可知 ，该液 压式 断带检测 装 置 ，在胶 带正 向运行 、停止或 反 向运 行时 ，输 出油缸 没有 动作 。在 发生 断带时，无论那种断带情况，油缸都会有动作 ，从而触发 断带捕捉器 对胶带 进行捕 捉。经多次 试验 ，结 果表 明 ，该 系统动作灵活可靠 ，达到 了预期要求。 3 根据 两 点判 据 ，对液 压 式断 带传 感 技术 进行 了研 究 ，并建立 了相 关 的试 验装 置 ，进行 了试验 研究 ，验 证 了 提 出的论点 ，达到也预期 的要求 。 参考文献 5 结 论 [ ] 黄孝雄， 张唏， 宋耀民， 齐悦基于光电编码器带式输送 机断 带 的 检 测研 究[ J ] ． 机 电 产 品开 发 与 创新，2 0 0 8 ， 经过本文研究，得出以下结论 0 2 1 1 3 ～ l 1 4 ． 1 研究了现有的胶带断带传感装置，提出了液压式断 [ 2 ] 计三有，刘敬．胶带断带信号检测与监控 [ J ] ．中国水运 带传感装置。 理论， 2 0 0 6 ，6 4 1 3 4 ～ 1 3 5 ． 2 指出了以往一点式胶带断带判据的不足，提出了断 [ 3 ] 沈兴全，吴秀玲．液压传动与控制 [ M] ．北京国防工业 带两点式判据，该判据提高了检测的可靠度，对胶带的断 出版社， 2 0 0 5 ． 带检测有重要意义。 责任编辑赵巧芝 95 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m