皮带输送机断带保护装置优化设计(1).pdf

收稿日期2019－11－06 皮带输送机断带保护装置优化设计 郭朝霞 （山西省煤矿节能监测中心， 太原030045） 摘要针对皮带机的断带保护装置进行了优化设计。分析了皮带发生断裂的主要原因，对断带故障进行预防。针对保护装置的性能要求对抓捕器 的结构进行优化设计，利用对称抓捕机构与阻尼板的配合，防止了对皮带的二次撕裂，有效实现了抓捕动作。优化设计了系统的检测装置，通过 光电编码器与撕裂传感器对断带故障信号进行双重检测，提高了断带保护系统的准确性，避免了抓捕器产生的误动作。 关键词皮带输送机；断带保护；抓捕器 中图分类号TD528文献标志码A文章编号1009－9492 2020 05－0160－02 Optimization Design of Belt Conveyor Protection Device GUO Chaoxia （Shanxi Province Coal Mine Energy Conservation Monitoring Center, Taiyuan 030045, China） AbstractThe optimal design of belt breaking protection device for belt conveyor was carried out. The main cause of the belt breakage were analyzed to prevent the fault of the belt. According to the perance requirements of the protection device, the structure of the catcher was optimized, and the cooperation of the symmetrical catching mechanism and the damper plate was utilized to prevent secondary tearing of the belt and effectively realized the catching action. The system detection device was optimized, through the double detection of broken belt fault signal by photoelectric encoder and tear sensor, the accuracy of broken belt protection system was improved, and the misoperation of the catcher was avoided. Key wordsbelt conveyor; breakage protection; arrester DOI 10. 3969 / j. issn. 1009-9492. 2020. 05. 056 第49卷第05期Vol.49No.05 机电工程技术 MECHANICAL ELECTRICAL ENGINEERING TECHNOLOGY 郭朝霞. 皮带输送机断带保护装置优化设计［J］. 机电工程技术，2020，49（05） 160-161. 0 引言 随着煤矿机电一体化技术的不断提高，井下皮带输送机 的需求越来越大，对皮带输送机的要求也越来越高。皮带输 送机在实际工作中，由于工况较为复杂，载荷不均匀，设备 会受到较大冲击，所以经常会出现一些打滑、跑偏、堆煤等 故障[1-2]。如果皮带机在运行过程中发生断带故障，皮带与物 料将同时堆积在皮带机的机头部分，甚至在重力作用下推 倒皮带机，造成较大的经济损失[3]。所以为了保护煤矿生产 工作面的安全，国内很多学者和机构研究出了皮带输送机 的综合保护装置，可实现皮带机的速度保护、堆积保护、打 滑保护、跑偏保护等，但是在断带保护方面缺乏有效的解决 措施[4-5]。本文将对皮带输送机电设备的断带保护装置进行优 化设计。 1 皮带输送机断带故障分析 综合工程中皮带机断带的实例分析，主要原因有以下4种。 （1）皮带机的设计存在缺陷。皮带机在选型设计阶段存 在失误，如输送机驱动装置选择不合理，减速器减速比等参 数设计出现问题。皮带机的启动、制动控制装置不完善也是 造成皮带断裂的主要原因之一，皮带机在每次启动、停止 时，都超过允许的加速度或者减速度，在物料重力作用下， 皮带所受到的张力超过许用张力，发生断裂。 （2）皮带自身质量不过关。部分煤矿偷工减料，购买不 符合标准的皮带也是导致故障发生的原因之一。 （3）输送带的硫化接头存在质量问题。硫化接头的材料 过期，加工过程中的硫化温度、压力和时间不符合要求，接 头的性能达不到标准硫化接头的强度要求。 （4）皮带机运行过程中操作不当。在运输过程中，因异 物卷入导致的载荷突变，极易导致皮带发生断裂。由于煤矿 生产任务繁重，皮带机通常情况下都是昼夜运行，皮带表面 的磨损严重，内部钢丝绳的绳芯发生腐蚀，疲劳破坏等，导 致皮带韧性下降，当运输过程中载荷分配不均时，极易发生 断带故障[6-7]。 2 断带保护装置结构设计 皮带输送机的断带保护装置的主要功能是当皮带出现断 裂或者打滑问题时，对皮带进行抓捕，防止皮带及物料在惯 性作用下造成的安全事故。目前，我国的断带保护措施主要 分为预防性检测和被动性抓捕[8]。本节将对被动性抓捕装置进 行优化设计。 2.1 断带抓捕器结构 抓捕器是输送带断带后采用抓捕原理防止皮带下滑的装 置。抓捕器属于点式抓捕装置，当输送机皮带断裂后，根据 监测装置监测到的断带信号，抓捕器通过抓捕皮带边缘，产 生较大的夹持力，防止输送带下滑。抓捕器作为皮带机的断 带保护装置，应达到的性能要求有以下几点 （1）抓捕动作 迅速，当皮带断裂后，可以第一时间完成抓捕动作，防止皮 带下滑； （2） 动作准确，在发生断带时，可准确定位并抓 捕，在未发生断带情况时，不会误动作； （3） 抓捕范围大， 抓捕器作为点式抓捕装置，夹持输送带的面积小，作用在皮 带上的压力较大，容易损坏皮带，发生二次事故，所以抓捕 160 装置较大的抓捕带宽，在保护皮带的同时，也提高了抓捕的 成功率。 针对抓捕器的主要性 能要求，本文对抓捕器的 结构进行了优化设计，其 结构如图 1 所示。抓捕器 由两个对称的抓捕机构组 成，其中抓捕机构由抓捕 臂、电磁铁与抓捕辊组 成，两个抓捕机构的棘轮 制动方向相反。阻尼板安 装于皮带下方，并留有一定间隙，保证皮带机在正常运转 时，不会与阻尼板发生摩擦，当皮带断裂后，在重力作用 下，皮带将落于阻尼板上，这时阻尼板将起到阻尼作用，减 缓皮带下滑速度，为抓捕器提高更好的抓捕条件。 抓捕器的两边的棘轮为相反方向安装，其中左侧棘轮的 转向与皮带运行方向相反，右侧棘轮转向与皮带运行方向相 同。皮带输送机在正常运行时，左侧抓捕臂与抓捕辊在电磁 铁作用下悬置与皮带上方，抓捕器右侧的抓捕机构相对左侧 要更加靠近皮带。当皮带发生断裂故障时，断带逆转，向左 下方滑动，检测装置将检测到的断带信号传输回控制系统， 系统发出命令，停止皮带机的驱动电机，并将抓捕器的电磁 铁断电，左侧抓捕结构在重力作用下，将断带压在阻尼板 上，最终，在阻尼板与抓捕辊的作用力下，断带停止下滑。 这种抓捕器结构的优点是抓捕机构作用在皮带上的面积相 对较大，不会对皮带造成二次撕裂，安全系数较高。 2.2 抓捕器理论抓捕力 抓捕器产生的抓捕力大于皮带下滑时的重力分量，才可 以有效保护皮带机。抓捕器为多个节点布置，在计算总的抓 捕力时，需要综合考虑抓捕器组数与单个抓捕器产生的抓捕 力大小，具体计算公式如下 ∑ i1 n 2FiNFz（1） FzμBGr （2） 式中n为皮带机的节点个数；Fi为第i个节点处，皮带断裂 产生的力；N为抓捕器所需的组数；Fz为单个抓捕器产生的抓 捕力；μ为每组抓捕器的有效作用带宽与皮带总带宽的比例； B为皮带的宽度；Gr为皮带的抗拉强度。 3 断带保护装置电控设计 3.1 检测装置 由于皮带输送机的断带故障具有随机性，为了使系统的 检测功能更为准确，本文主要采用速度检测与断带检测两种 方式来采集皮带机的运行情况。 皮带的带速检测主要通过光电编码器实现，皮带输送机 在正常工作和断带故障两种情况下的速度不同，系统通过比 较器产生一个差值来发出断带信号。断带信号检测装置选用 GVY1.5矿用撕裂传感器，皮带在断裂后，物料会不断沉积， 当传感器检测到的压力信号到达一定值后，将发送故障信号 到控制器。 3.2 控制主程序 断带保护系统的主程序流程图如图2所示，系统初始化 后，控制系统驱动电机，电机带动滚筒转动，皮带输送机正 常运行，开始运行皮带机的状态监测子程序，对皮带机的速 度信号与断带信号进行监测，当皮带机速度异常后，通过撕 裂传感器检测到的压力信号进行验证。当系统检测到皮带发 生断裂后，对断裂位置进行准确定位，发出命令信号，控制 该位置处的抓捕器动作，防止皮带下滑，并进行报警，待工 作人员进一步处理。 4 结束语 本文通过分析皮带机断带的主要原因与断带保护装置的 性能要求，对抓捕器的结构进行优化设计，并对抓捕器的布 置方式与布置个数进行理论计算，在监控系统上，优化了系 统的检测装置，改善了系统故障监测的准确度。 参考文献 [1] 徐迎曦, 李传锋, 舒云星, 等. 皮带输送机智能化保护控制系 统[J]. 仪表技术与传感器, 2009690-92. [2] 刘善勇, 冀凯, 赵贯喜. 皮带机机尾立体保护装置研制与应 用[J]. 山东煤炭科技, 2008345-46. [3] 李华良, 唐勇, 周红兵. 带式皮带机防打滑保护装置的改造 设计[J]. 南方金属, 2018357-59. [4] 李爱军. 煤矿皮带机输送系统保护控制装置的设计方案研 究[J]. 机械管理开发, 20182 24-25. [5] 刘江辉. 基于PLC的皮带机运行状态监测与综合保护系统 开发[D]. 北京北京工业大学, 2014. [6] 刘晓光. 皮带机回程保护装置的设计与应用[J]. 硅谷, 2014 1017-19. [7] 刘训涛,毛君,刘克明.带式输送机断带抓捕器的研究[J].矿山 机械,20050258-59. [8] 赵志强, 刘同冈, 徐昌盛, 等. 带式输送机全断面断带抓捕器 设计[J]. 煤矿安全, 2015896-98. 作者简介郭朝霞 （1985-） ，女，山西沁水县人，大学本 科，工程师，研究领域为煤矿机电。 （编辑 王智圣） 图1断带抓捕器结构图 图2断带保护系统主程序流程图 郭朝霞皮带输送机断带保护装置优化设计 161