带式输送机皮带防撕裂装置设计的探究(1).pdf

总第208期 机械管理开发 Total 208 2020 年第8 期__________________MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT_____________________No. 8, 2020 自动化技术与设计 自动化技术与设计 DOI10.16525/10.16525/j. .cnki. .cnl4-1134/4-1134/th.2020.08.091.2020.08.091 带式输送机皮带防撕裂装置设计的探究 王 蟲 山西煤矿安全监察局安全技术中心， 山 西 太 原030031 摘要针对带式输送机运行过程中皮带撕裂的问题， 研究一款皮带防撕裂装置。该装置通过工业相机得到皮 带表面图像， 基于设定的处理程序对图像进行分析， 判断激光条纹相邻像素之间距离、 光条中心曲率以及光条 偏移距离等参数是否超过了设定的阈值， 如果超过则认为存在裂纹， 即可发出警报， 以避免小裂纹进一步拓展 最终导致皮带撕裂。 关键词 带 式 输 送 机 皮 带 撕 裂 防 撕 裂 装 置 图 像 分 析 中图分类号TH222 文献标识码A 文章编号1003-773X 202008-0213-02 引言引言 带式输送机在煤矿领域有非常广泛的应用。但 煤矿作业环境复杂， 输送机在正常工作过程中， 皮带 经常发生撕裂问题tl]， 甚至重大的皮带撕裂事故[ 2 ] ， 事故轻则对带式输送机的电机、 减速器、 支架等造成 损坏， 重则引发人员伤亡事故。 此外皮带本身的价值 非常高， 如果皮带沿着纵向发生撕裂， 可能会导致整 条皮带报废， 给煤矿企业带来重大的经济损失[ 3 ] 。 如 果在裂纹初期能够及时发现并停机处理，就能够避 免出现大范围撕裂，只需要将出现裂纹的区域进行 处理还可以继续使用w 。本文结合带式输送机具体 情况分析研究了皮带防撕裂装置。 1带式输送机皮带撕裂原因分析1带式输送机皮带撕裂原因分析 1 皮带跑偏。带式输送机运行过程中出现跑偏 问题时， 会导致皮带堆积到一侧， 并与支架发生严重 刮擦， 时间长久后使皮带发生撕裂M]。 2 钢绳芯断裂。 对于钢绳芯皮带而言， 其在运行 过程中遇到较大的外界冲击时，可能导致内部的钢 绳芯出现断裂， 皮带的性能大打折扣， 最终皮带无法 承受正常的工作载荷而发生撕裂。 3 物料堵塞。 这种情况主要出现在溜槽下部， 皮 带表面和溜槽中间的空隙。物料堵塞在特殊情况下 可能会导致体积比较大的煤矿物料卡在皮带与溜槽 之间，皮带在正常运行过程中对皮带表面产生挤压 划伤， 最终引发皮带撕裂。 4 硬质煤块划伤。当皮带表面装载的煤矿物料 硬度比较大， 且遇到比较尖锐的煤块时， 输送机工作 时就有可能会被硬质尖锐的煤块划伤。这种情况最 容易出现在煤矿物料装载阶段，由于煤矿物料进入 皮带输送机时存在一定的高度差，物料在落人到皮 收稿日期2020-05-13 作者简介 王磊（1983， 男， 毕业于中国矿业大学（ 北京） 机械 制造及其自动化专业， 工程师， 从事煤矿安全管理工作。 带表面时会存在较大的冲击力，当煤矿物料比较尖 锐时， 可能会直接戳穿皮带。 2皮带防撕裂检测装置的总体结构2皮带防撕裂检测装置的总体结构 如 图 1 所示为皮带防撕裂检测装置总体结构。 整个装置可以划分成为三大部分， 即皮带图像捕捉、 皮带裂纹检测、 辅助模块。 其中皮带图像捕捉模块是 对皮带底部区域的表面图像进行获取，在获取皮带 底面高清图像后， 将图像传输至皮带裂纹检测模块， 通过检测模块中设置的检测程序算法对图像进行处 理,检测发现皮带表面可能存在的裂纹。 一旦检测发 现确实存在裂纹，则系统会向外发出警报并对带式 输送机做自动停机处理。辅助模块的作用是为工业 相机获取高清图像提供良好的环境条件。 图 1皮带防撕裂检测装置总体结构 3皮带防撕裂检测装置的工作原理及流程皮带防撕裂检测装置的工作原理及流程 3 . 1防撕裂装置的基本工作原理防撕裂装置的基本工作原理 装置的基本工作原理为通过图像采集系统收 集得到皮带表面的图像，利用图像处理技术对皮带 表面图像进行分析， 发现皮带表面可能存在的裂纹。 一旦真正发现裂纹， 立即发出警报， 并对设备进行自 动停机处理。 防止小裂纹不断扩大成为大裂纹， 最终 导致皮带发生严重撕裂。 图像检测原理为利用激光器发出激光打在皮 带表面， 如果皮带表面不平整， 存在小裂纹就会导致 激光条纹出现变形，其变形的程度反映了皮带裂纹 的大小。利用专业的工业像机拍摄皮带表面的激光 .2 1 4 . 机械管理开发 jxglklbjb 第 35卷 条纹， 如果皮带没有任何裂纹， 那么激光条纹必然是 连续的、 平顺的。 相反， 如果皮带表面存在裂纹， 那么 激光条纹必然是断裂的、 跳跃的。 基于该原理可以实 现皮带表面裂纹的检测。 装置的检测精度直接决定了检测结果的可靠性。 对于图像检测精度而言，可以将其划分成为两个层 面， 分别为横向检测精度和纵向检测精度。只要工业 像机拍摄得到的图像能够完全覆盖皮带横向方向， 那 么就能保证横向检测精度。纵向检测精度与图像长 度 、 拍摄频率有关系， 只要图像长度足够且拍摄频率 能够跟上皮带运行速度， 就能够确保纵向检测精度。 3 . 2 防撕裂装置基本工作流程 1 图像捕捉。基于工业相机对皮带表面图像进 行捕捉， 图像捕捉频率对纵向检测精度有重要影响。 为确保防撕裂装置的检测精度和结果的可靠性， 装 置每秒钟需要捕捉30张皮带表面图像。 2 图像初步处理。对图像进行初步处理的作用 是让捕捉到的图像更方便提取激光条纹特征，降低 其他因素对检测结果的影响， 提升检测精度。 具体而 言 ， 图像初步处理主要包含三方面的工作其一为对 捕捉到的图像格式进行转换；其二为对图像进行降 噪处理;其三为分割激光影像区域。 3 提取激光条纹中心。该环节对检测结果精度 有重要影响，因为本装置主要是基于激光条纹中心 来判断皮带表面是否存在裂纹。 4 分析光条中心特点。将提取得到的激光条纹 中心进行分析， 判断激光条纹相邻像素之间的距离、 光条中心曲率以及光条偏移距离等参数，并将其与 系统设定的阈值进行比较， 以判断是否存在裂纹。 5 判断结果响应。如果检测发现表面不存在任 何裂纹， 则不采取任何措施。 一旦检测发现皮带表面 存在裂纹，一方面发出警报提醒工作人员， 同时会强 制对带式输送机进行停机处理。 4皮带防撕裂装置硬件和软件功能的实现 4 . 1 防撕裂装置硬件构成 1 皮带图像捕捉硬件模块。该部分硬件主要包 括工业相机、 激光器以及底座,在底座上安装工业相 机和激光器。 选用的是NF-701L-660T-100-75型激 光器， 如图2-1所示为激光器的实物图。 激光发射的 信号与皮带运行方向保持垂直，其作用是辅助测量 皮带裂纹情况。通 过 1MV-VS078FC型工业相机捕 捉皮带图像，使用高清镜头能够非常清晰地获得皮 带表面的图像，为检测皮带表面裂纹奠定坚实的基 础 ， 如 图 2-2所示为工业相机实物图。 2 皮带裂纹检测硬件模块。该部分硬件主要包 括 图 像 采 集 卡 和 计 算 机 ， 其 中 选 用 的 是MV- 1394PCI1394A型图像采集卡， 具有速度快、 精度高 的特点， 如图2-3所示为图像采集卡的实物图。计算 机处理器为英特尔品牌，四 核CPU、 8GB内存， 高 性能计算机能够确保整个图像处理过程的实时性。 2 - 1 激光器 2 - 2 工业相机 2 - 3 图像采集卡 图 2皮带防撕裂装置主要硬件实物图 3辅助硬件模块。 该部分硬件主要包括密封罩、 高压吹扫机以及LED灯光， 作用是为图像捕捉和处 理过程提供一个优良的环境， 提升皮带防撕裂效果。 4 . 2 防撕裂装置软件功能的实现 软件功能通过VC平台实现，软件系统能够将 检测得到的皮带裂纹图像展示给操作人员，同时向 外发出警报， 并自动停机。 如图3 所示为皮带防撕裂 装置软件功能流程图。 从图中可以看出， 基于工业相 机捕捉皮带表面图像， 对图像进行初步处理后， 通过 编写的图像处理算法对图像进行分析，主要是对相 邻像素之间的间距、 光条中心曲率、 光条偏移距离等 参数进行检测。如果发现这些参数超过了设定的阈 值,系统就判断该位置存在裂纹。 一旦检测到皮带存 在裂纹，一方面会将相关图像展示到显示屏中给操 作人员查看， 并发出警报。另一方面， 系统会将带式 输送机进行自动停机处理，避免裂纹进一步拓展导 致整条皮带出现撕裂。整个处理过程可在30 〇时 间内完成， 完全能够满足工业使用中的实时性要求。 本文研究的皮带防撕裂装置能够对皮带表面存 在的裂纹进行检测，可供工作人员及时发现问题并 解决问题， 避免小裂纹引发严重撕裂， 可有效保障带 式输送机的安全稳定运行，为煤矿企业创造较大的 经济效益和社会效益。 （ 下转第219页） 2020年第8期 冯博矿井掘进机行走驱动自动跟踪控制策略的设计 219- 机行走中心线与预定路径中心线位置偏差不超过 0.05 m和方位偏差不超过0.05 rad的要求。 3结论 掘进机在实际掘进任务中其行走轨迹与预定轨 迹的偏差量将直接决定巷道的成型质量和掘进成 本。 因此， 通过对掘进机两边履带液压马达速度差 值的控制以实现设备按照预定路径中心线推进。经 仿真分析可得在速度模糊控制器的作用下可保证 掘进机行走机构在直线和转弯工况下的位置偏差不 超 过 0.04 m， 方位偏差不超过0.03 rad， 完全满足位 置偏差不超过0.05 m和方位偏差不超过0.05 rad的 要求。 参考文献 [ 1 ] 红旭， 苟苛,郭满忠.EBZ125掘进机行走机构驱动力分析[J].煤 炭技术， 2012,311 19-20. 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The simulation results show that under the action of speed fuzzy controller, the position deviation of roadheaders running mechanism is not more than 0.04 m, the azimuth deviation is not more than 0.03 rad, the position deviation is not more than 0.05 m and the azimuth deviation is not more than 0.05 rad exceed the requirement of 0.05 rad. Key words roadheader; automatic tracking; Simulink; position deviation; azimuth deviation 上接第214页） 参考文献 [ 1 ] 王中军， 王君.浅谈带式输送机皮带撕裂保护装置的应用[J].建 材与装饰， 20199 194-195. [ 2 ] 豆宏兴.带式输送机集中控制的研究[J].内蒙古煤炭经济， 2018 4 49. [ 3 ] 王波. 基于PLc的矿用皮带运输机集控系统的开发与研究[D]. 太原太原理工大学,2011. [ 4 ] 赵乐.带式输送机皮带撕裂治理对策[J].设备管理与维修，2013 7 55-56. [ 5 ] 朱善建.输送机皮带撕裂原因分析及其特征实验[J].山东煤炭 科技， 201711 96-97. 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