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1、 礦用帶式輸送機(jī)保護(hù)裝置的技術(shù)現(xiàn)狀分析 礦用帶式輸送機(jī)保護(hù)裝置的技術(shù)現(xiàn)狀分析 王 鵬1，李尊衷2，王哲華3( 1． 蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電系，江蘇 蘇州 215031;2． 皖北煤電公司 錢郢孜煤礦，安徽 宿州 235000； 3． 宿州科力電器有限公司，安徽 宿州 235000)摘 要: 帶式輸送機(jī)保護(hù)裝置是礦用帶式輸送機(jī)高效、安全運(yùn)行的重要保證。根據(jù)控制部件和技術(shù)不同，帶式輸送機(jī)保護(hù)裝置典型形式有模擬電路和繼電器構(gòu)成的保護(hù)裝置、智能芯片為核心的保護(hù)裝置，以 PLC 為核心的保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)及各類單一功能的保護(hù)儀器。保護(hù)裝置千差萬別，但前端檢測方

2、法大同小異。對打滑檢測、堆煤檢測、跑偏檢測、溫度檢測、煙霧檢測和皮帶縱向撕裂檢測的原理、特點(diǎn)、傳感器安裝作了詳細(xì)分析。 關(guān)鍵詞: 保護(hù)裝置; 帶式輸送機(jī); 煤礦; 檢測技術(shù) 1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼: B 文章編號: 1003 － 496X( 2011) 04 － 0163 － 04近年來我國煤礦開采技術(shù)有了很大進(jìn)步，采掘機(jī)械化程度迅速提高，對運(yùn)輸系統(tǒng)及其配套裝置也提出迫切需求〔1〕。為保證煤礦井下帶式輸送機(jī)的安全運(yùn)行，《煤礦安全規(guī)程》明確規(guī)定: “采用滾筒驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)運(yùn)輸時(shí)，必須裝設(shè)驅(qū)動(dòng)滾筒防滑保護(hù)、堆煤保護(hù)和防跑偏裝置; 應(yīng)裝設(shè)溫度保護(hù)、煙霧保護(hù)和自動(dòng)灑水裝置”〔2〕。在信息技術(shù)發(fā)展的引

3、領(lǐng)下，近年來帶式輸送機(jī)保護(hù)裝置得到迅猛的發(fā)展。各生產(chǎn)廠家和科研院所相繼研制出多種類型和功能的保護(hù)裝置。 1 帶式輸送機(jī)保護(hù)裝置的典型形式帶式輸送機(jī)保護(hù)裝置配套不同類型的傳感器組成各種功能的控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)打滑保護(hù)、煙霧保護(hù)、溫度保護(hù)、堆煤保護(hù)等多種保護(hù)功能。核心部件多是由硬線邏輯電路、運(yùn)算放大器、CMOS 集成電路、單片機(jī)、PLC 等構(gòu)成。因各廠家采用的技術(shù)不同，具體性能、結(jié)構(gòu)形式差別較大。 1． 1 模擬電路和繼電器構(gòu)成的保護(hù)裝置傳統(tǒng)的膠帶機(jī)綜合保護(hù)器多采用這種類型。如曾獲得原能源部科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)的 PZB － J1 帶式輸送機(jī)綜合保護(hù)監(jiān)控儀，具備綜合保護(hù)、集中控制、通訊等三大功能，

4、工作可靠、安裝方便〔3〕。整個(gè)裝置采用模塊式結(jié)構(gòu)，分成隔爆型電源及執(zhí)行模塊、本質(zhì)安全型主控模塊、本質(zhì)安全型傳感器模塊、本質(zhì)安全型超溫自動(dòng)灑水模塊等。 這類裝置控制功能靈活，既可以實(shí)現(xiàn)單臺控制，又可實(shí)現(xiàn)對多臺帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的集中控制。保護(hù)裝置還可設(shè)置通訊聯(lián)絡(luò)功能，通過揚(yáng)聲器與沿線人員聯(lián)系; 通過在變壓器電源側(cè)加裝半波整流電路和繼電器，使閉鎖電路和啟動(dòng)電路分開，可增強(qiáng)防違章操作閉鎖功能〔4〕。 1． 2 智能芯片為核心的保護(hù)裝置這類保護(hù)裝置多是以單片機(jī)、DSP( 數(shù)字信號處理芯片) 、可編程邏輯器件等智能控制芯片為核心設(shè)計(jì)，對帶式輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng)啟停控制，溫度、速度、

5、堆料、跑偏、膠帶撕裂等保護(hù)，及煙霧、CO 濃度超限報(bào)警及自動(dòng)灑水等。 這類裝置間的數(shù)據(jù)通訊多采用 RS － 485 串行總線進(jìn)行，可上傳到主控室的煤礦集中監(jiān)控系統(tǒng)中。 基于工業(yè)總線的分布式控制系統(tǒng)也開始出現(xiàn)，如某種帶式輸送機(jī)分布式智能控制系統(tǒng)以 DSP 為核心構(gòu)成控制節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有 CAN 總線接口。通過 CAN 總線進(jìn)行監(jiān)測信號、控制信號和保護(hù)信號的傳輸〔5〕。但總體來看，這類保護(hù)裝置仍屬于 DAS 系統(tǒng)( 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)) ，雖有簡單的控制功能，信號采集、監(jiān)測仍是其主要任務(wù)。 1． 3 以 PLC 為核心的保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)PLC 組成的監(jiān)控系統(tǒng)可靠性高、使用方便，能適應(yīng)帶式輸送機(jī)復(fù)雜多

6、樣的控制和保護(hù)要求。因此出現(xiàn)了很多以 PLC 為控制部件的帶式輸送機(jī)保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)。 典型的 PLC 保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)由電氣控制部分、保護(hù)用傳感器及計(jì)算機(jī)終端組成〔6〕。其中 PLC 是控制核心，與外圍傳感器配合，按一定保護(hù)策略對輸送機(jī)運(yùn)行實(shí)施保護(hù)和控制; 各種傳感器直接或間接連接到 PLC 上提供輸入信號( 基本為開關(guān)量信號) ，PLC 通過程序完成信號的采集、比較、報(bào)警、直接控制等; 計(jì)算機(jī)終端是客戶監(jiān)控端( 上位機(jī)) ，用戶通過上面的組態(tài)監(jiān)控程序遠(yuǎn)程監(jiān)測帶式輸送機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況，監(jiān)視傳感器的工作狀態(tài)。 這類系統(tǒng)兼顧保護(hù)、控制功能，使檢測到的信息得以共享。除能實(shí)現(xiàn)單機(jī)控制外，還可以方便地

7、組網(wǎng)，以滿足大范圍監(jiān)控的需求。 1． 4 單項(xiàng)保護(hù)裝置 工業(yè)現(xiàn)場除使用以實(shí)現(xiàn)“六大保護(hù)”為主的綜合保護(hù)器，結(jié)合保護(hù)、電機(jī)控制的多功能保護(hù)系統(tǒng)外，還大量使用具備斷帶、傳送帶撕裂、打滑、跑偏、張力超限等單項(xiàng)保護(hù)功能的保護(hù)裝置。 如鶴煤集團(tuán)四礦使用的鋼絲繩芯輸送帶橫向斷裂監(jiān)測裝置，采用 X 射線進(jìn)行無損探測，能實(shí)時(shí)、連續(xù)觀察帶內(nèi)鋼絲繩的動(dòng)態(tài)圖像，自動(dòng)計(jì)算輸送帶任何部位的強(qiáng)度和接頭伸長量是否在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，具有超標(biāo)報(bào)警顯示功能〔7〕。神華準(zhǔn)格爾黑岱溝煤礦工作面采用的帶式輸送機(jī)膠帶打滑保護(hù)裝置，通過監(jiān)測驅(qū)動(dòng)滾筒和非驅(qū)動(dòng)滾筒的轉(zhuǎn)速差監(jiān)控膠帶打滑。用接近開關(guān)作為計(jì)數(shù)器記錄驅(qū)動(dòng)滾筒和非驅(qū)動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)

8、生的脈沖信號，輸入到信號轉(zhuǎn)換器上轉(zhuǎn)換為 4 ～20 mA 電流信號，再輸入 PLC 中進(jìn)行計(jì)算比較，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)停機(jī)。 對各類保護(hù)裝置的基本情況可進(jìn)行列表比較,2 帶式輸送機(jī)保護(hù)裝置的檢測技術(shù)帶式輸送機(jī)保護(hù)裝置為保證機(jī)器的正常運(yùn)行，需要利用各類機(jī)械機(jī)構(gòu)、傳感裝置檢測速度、溫度、壓力、煙霧濃度等信號，選擇合理的檢測技術(shù)顯得十分重要。雖然在用的保護(hù)裝置千差萬別，但采取的檢測方法大同小異，下面將按保護(hù)形式逐一分析。 2． 1 打滑檢測 當(dāng)帶式輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)，驅(qū)動(dòng)滾筒與輸送帶的接觸部分產(chǎn)生位移并持續(xù)一定時(shí)間時(shí)認(rèn)為出現(xiàn)打滑，要求輸送機(jī)延時(shí)停機(jī)并報(bào)警。 檢測中通常利用速度傳感器檢測驅(qū)動(dòng)滾筒與導(dǎo)向滾筒

9、之間的速度差，當(dāng)其達(dá)到某個(gè)范圍時(shí)，延時(shí)一段時(shí)間( 10 s 左右) 后切斷驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制電路，實(shí)現(xiàn)停機(jī)和報(bào)警。也可以利用接近開關(guān)檢測驅(qū)動(dòng)電機(jī)附近下托輥的轉(zhuǎn)動(dòng)情況判別是否出現(xiàn)打滑。托輥每轉(zhuǎn)動(dòng)一次，接近開關(guān)產(chǎn)生一個(gè)方波脈沖輸入到保護(hù)裝置中。當(dāng)輸送帶出現(xiàn)打滑、撕裂時(shí)，產(chǎn)生的脈沖數(shù)小于設(shè)定值或不連續(xù)，保護(hù)裝置延時(shí)切斷電動(dòng)機(jī)控制電路，從而保護(hù)輸送機(jī)。也可以采用傳感器檢測帶速判斷打滑。當(dāng)帶速超過正常值的 10% 或低于其正常值的 30%進(jìn)行保護(hù)。 使用的測速傳感器有磁感應(yīng)傳感器、磁阻式傳感器、光電傳感器、霍爾傳感器、舌簧管式傳感器及測速電機(jī)等?；魻杺鞲衅饕蚓哂薪?jīng)濟(jì)、可靠、穩(wěn)定等特點(diǎn)，在測速機(jī)構(gòu)中得到推

10、廣應(yīng)用。 2． 2 堆煤檢測 當(dāng)卸載點(diǎn)的煤發(fā)生堆積或卸載溜槽堵塞，煤位超出預(yù)定位置并持續(xù)一定時(shí)間時(shí)，堆煤保護(hù)采取延時(shí)停機(jī)保護(hù)措施。保護(hù)裝置通常安裝在煤倉上口或是安裝在兩部帶式輸送機(jī)搭接處。 檢測方法主要有碰觸式煤位開關(guān)法和煤位探頭法。傳統(tǒng)的機(jī)械式煤位開關(guān)是在煤堆上升使得傳感器導(dǎo)桿偏離中心線 45時(shí)觸點(diǎn)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)保護(hù)目的。 也有采用盛有水銀的鑄鋼筒構(gòu)成的傳感器。正常時(shí)傳感器垂直懸掛，鑄鋼筒兩支路間有水銀溝通，電路通路。當(dāng)煤堆起來后傳感器被托起，發(fā)生傾斜，達(dá)到45時(shí)，支路間不連通，電路斷路，由此實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。電極式探頭檢測的原理是在煤位電極接觸到煤堆后，相關(guān)電路的輸出電平發(fā)生改變，延時(shí)后驅(qū)動(dòng)繼

11、電器動(dòng)作，切斷控制電路。 2． 3 跑偏檢測 式輸送機(jī)的輸送帶運(yùn)行超出了托輥端部邊緣認(rèn)為出現(xiàn)跑偏，發(fā)生跑偏，保護(hù)裝置應(yīng)報(bào)警，超出托輥邊緣 20 mm，保護(hù)裝置中止輸送機(jī)的運(yùn)行〔9〕。 檢測時(shí)跑偏傳感器一般安裝在機(jī)頭、機(jī)尾等輸送帶容易跑偏處，距機(jī)頭、機(jī)尾滾筒 1 ～2 m 處各裝1 對，上膠帶每 50 m 安裝 1 組，下膠帶每 100 m 安裝 1 組。當(dāng)帶式輸送機(jī)的輸送帶運(yùn)行超出托輥邊緣一定距離( 20 mm) ，或跑偏傳感器導(dǎo)桿偏離一定角度( 15 ～2 0) 時(shí)，保護(hù)裝置報(bào)警，報(bào)警期間跑偏解除，則輸送機(jī)可繼續(xù)正常運(yùn)行，5 ～ 10 s 延時(shí)后跑偏仍未接觸，則輸送機(jī)斷電停

12、電機(jī)。 也可用霍爾傳感器組成兩級傳感開關(guān)，當(dāng)膠帶跑偏達(dá)到一級開關(guān)位置時(shí)，保護(hù)裝置輸出報(bào)警信號至監(jiān)視器但不停車，當(dāng)膠帶跑偏達(dá)到二級開關(guān)位置時(shí)，則立即輸出報(bào)警和停機(jī)電源連鎖信號。 2． 4 溫度檢測 帶式輸送機(jī)運(yùn)行過程中，因摩擦或其他原因使?jié)L筒、托輥或其他部件產(chǎn)生過高溫度時(shí)，傳感器監(jiān)測的測溫點(diǎn)溫度高于整定值，實(shí)施立即停機(jī)并報(bào)警，同時(shí)驅(qū)動(dòng)灑水裝置，噴水降溫。 檢測方法有在距離監(jiān)測點(diǎn)發(fā)熱處一定距離用紅外溫度傳感器等進(jìn)行非接觸測量，用熱敏電阻等傳感器檢測滾筒表面或滾筒內(nèi)壁溫度。由于溫度保護(hù)傳感器多為有源傳感器，安裝在驅(qū)動(dòng)滾筒與膠帶分離處或置于傳動(dòng)滾筒上，接線不便，可采用無線數(shù)據(jù)傳輸方式。檢測裝置

13、和發(fā)射機(jī)緊貼滾筒安裝，接收裝置安裝于機(jī)架上。滾筒溫度超限時(shí)，溫度信號經(jīng)發(fā)射機(jī)傳出，接收機(jī)接到信號，主機(jī)箱經(jīng)延時(shí)后切斷電動(dòng)機(jī)電源，輸送機(jī)停轉(zhuǎn)。 還可以在驅(qū)動(dòng)滾筒與膠帶分離處安裝易熔棒作為超溫自動(dòng)灑水裝置信號源。易溶棒周圍的環(huán)境溫度達(dá) 50 ～60℃且持續(xù) 3 ～ 5 min 時(shí)，易溶棒溶化，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停機(jī)，并對驅(qū)動(dòng)膠帶和驅(qū)動(dòng)滾筒灑水滅火降溫。 2． 5 煙霧檢測 當(dāng)輸送帶或其他非金屬材料過熱或燃料產(chǎn)生煙霧時(shí)，使得氣敏傳感器的輸出電流發(fā)生變化，保護(hù)裝置根據(jù)輸入信號采取延時(shí)停機(jī)并報(bào)警的策略。同時(shí)接通自動(dòng)灑水裝置，自動(dòng)灑水起到保護(hù)作用。 煙霧檢測多采用氣敏性傳感器，利用氣敏元件對橡膠、煤燃燒的煙

14、霧反映敏感的特性工作。煙霧保護(hù)傳感器應(yīng)安裝在驅(qū)動(dòng)裝置上方5 m 內(nèi)的下風(fēng)口處，高度盡量靠近輸送帶上帶來料。 2． 6 縱向撕裂檢測 帶式輸送機(jī)工作過程中，異物穿卡和物料卡壓會造成輸送帶縱向撕裂，撕裂部分主要在給載點(diǎn)，鋼繩芯輸送帶由于橫向強(qiáng)度低更易撕裂?？v向撕裂檢測有接觸式和非接觸式兩類，接觸式檢測有棒型檢測、線型檢測、擺動(dòng)托輥檢測、漏料檢測等〔10〕。 棒形檢測器由一根彎成輸送帶截面形狀的棒或管子組成，安裝在槽形輸送帶下面的緩沖托輥之間。 線型檢測裝置由若干根金屬線或尼龍線分別沿槽形輸送帶的外部小孔穿過。一旦有金屬棒截穿輸送帶，將通過機(jī)械碰撞使檢測器開關(guān)動(dòng)作以避免輸送帶繼續(xù)撕裂。這些檢測裝

15、置缺點(diǎn)是不十分可靠，有時(shí)會出現(xiàn)漏報(bào)或誤報(bào)。 測振式檢測裝置在裝載站下面的輸送帶一側(cè)裝偏心輪，偏心輪緊壓在輸送帶上，隨帶的運(yùn)行起振，測振器裝在輸送帶另一側(cè)。一旦輸送帶發(fā)生撕裂，檢測器就不能接收到偏心輪發(fā)出的振動(dòng)信號。這種檢測器工作可靠，效果較好。漏料檢測裝置的傳感器安裝在裝載點(diǎn)上方上下傳送帶之間，當(dāng)膠帶縱向撕裂時(shí)，煤從裂縫中漏到傳送帶下方的傳感器上，當(dāng)堆積到一定重量時(shí)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)后立即停機(jī)。這種檢測器結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便，但條件惡劣時(shí)易產(chǎn)生漏報(bào)且裝置易損壞。 非接觸式檢測有超聲波檢測、X 光透視檢測、傳感線圈輸送帶檢測等方法。超聲波檢測在輸送帶易被撕裂處的托輥之間安裝能夠產(chǎn)生超聲波的波導(dǎo)管?？v向撕裂

16、時(shí)，波導(dǎo)管因彎曲而損壞，送波和受波狀態(tài)發(fā)生變化，產(chǎn)生輸送帶縱向撕裂信號，發(fā)出報(bào)警信號或停機(jī)。檢測器為密閉裝置，防塵、防水、壽命長，可靠性高。X 光透視檢測預(yù)先在傳送帶內(nèi)織入金屬片或金屬網(wǎng)，一旦縱向撕裂使這些金屬物斷裂，X 光透視儀會因接收不到電磁脈沖信號而發(fā)出報(bào)警信號或使輸送機(jī)停機(jī)。這種方法需要預(yù)先埋設(shè)線圈，會增加輸送帶成本; 一旦線圈被破壞，很難修復(fù)。 3 結(jié) 語 經(jīng)過 30 多 a 的研究應(yīng)用，礦用帶式輸送機(jī)保護(hù)裝置呈現(xiàn)出系列化、多樣化、智能化、集控化的特點(diǎn)。 隨著工業(yè)計(jì)算機(jī)的引入，保護(hù)裝置的形式正從傳統(tǒng)的由模擬電路、繼電器組成的綜合保護(hù)器向智能芯片和 PLC 為核心的智能儀器過渡，向

17、綜合保護(hù)、控制和管理的礦井綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)過渡。前端檢測技術(shù)則呈現(xiàn)出傳統(tǒng)與現(xiàn)代并存的局面，簡單、實(shí)用的檢測方法和穩(wěn)定、可靠的傳感器仍是保護(hù)裝置發(fā)展的迫切要求。堅(jiān)持裝備、培訓(xùn)、管理、服務(wù)并舉，是保護(hù)裝置穩(wěn)定、高效運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。 參考文獻(xiàn):〔1〕 王 鵬． 輔助運(yùn)輸設(shè)備演示及選型系統(tǒng)的開發(fā)〔J〕． 起重運(yùn)輸機(jī)械，2007( 11) : 39 －41.〔2〕 國家煤礦安全監(jiān)察局． 煤礦安全規(guī)程〔M〕． 北京: 煤炭工業(yè)出版社，2004.〔3〕 PZBJ －1 型帶式輸送機(jī)綜合保護(hù)監(jiān)測儀〔J〕． 煤礦機(jī)電，1995( 2) : 17 －23.〔4〕 馬 永． PJB －1 型帶式輸送機(jī)綜合保護(hù)器

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