港口带式输送机防撕裂预防措施

亢学功，刘明欣，李继东，刘洪博，熊云鹏

（华能曹妃甸港口有限公司，河北唐山 063200）

0 引言

带式输送机是一种典型的连续运输设备之一，重点用于运输块状、粒状和散状等各种物料，也可用于运输大物件货物，广泛运用于港口物资运输中[1]。皮带是带式输送机的主要构成部分，成本占整个装置的约40%。输送带主要分为普通帆布芯皮带、合成纤维芯皮带、钢绳芯皮带等，其中合成纤维芯皮带、钢绳芯皮带强度中等，但是价格较高，价值高达数十万甚至上百万元，如果出现撕裂情况则几分钟内便可迅速毁坏，经济损失惨重。即便是可以修补，也需要投入大规模的人力与时间，不利于港口的正常运转。随着港口带式输送机使用量的增长，其运用范围也日益广阔，撕裂事故频繁出现。近年来大量研究人员重点研究带式输送机的保护装置，然而目前尚未研发出理想的防撕裂装置，这在一定程度上影响了其使用与推广[2]。因此，针对带式输送机华能曹妃甸港口有限公司积极分析其撕裂原因、研发激光视觉传感装置，有效预防撕裂的出现，获得显著的经济效益。

1 输送带撕裂的原因和形式

在港口运输工作中，带式输送机往往需转换各种流程，大多数情况下采取漏斗溜槽形式。相邻的两条输送带的交界处存在一个垂直落差，后继带式运输机起始端则需承受前续带式运输机终端下落煤流的巨大冲击力，这时煤炭中的木块、石块、铁器等将严重损伤输送带，如果出现输送带撕裂情况，经济损失将十分巨大，甚至会导致停产。因此，重点分析输送带撕裂的形式及原因，为预防措施提供可靠依据。

1.1 带式输送机的转接形式

港口工程通常会设计有大量的长输送带线，便于更快捷装卸煤炭，针对输送机均设计了驱动系统、滚筒、输送带等[3]。其中，保护装置则根据所需设计了打滑开关、跑偏开关、拉绳开关、撕裂检测开关及环保和报警设施等，且在两个输送带的中间安装了一个转接机房，机房也安装有转接漏斗，以有效对接不同流程，如头罩、漏斗、给料靴等（图1）。全部应对BF 线的漏斗上方均安装有双重除铁器，以及时发现与去除杂质金属。漏斗中安装有溜槽，其具有较强的耐磨性。另外，为使落料点处于对中性，应合理调整调料挡板，从而可以顺利地运输物料[4]。

图1 带式输送机转接漏斗结构

漏斗的垂直距离应满足上下级输送带约10 m 的高度差，如果漏斗中有掉落的金属杂质，那么在重力、高带速的影响下极易划伤下级运输带，这就是最难控制、最常见的撕裂风险。

1.2 输送带撕裂原因分析

输送带出现撕裂的原因有多种，但多数是因为煤炭中杂质较多，如钢筋、长铁钉。如果除铁器没有将这些杂物吸出，那么其便会被输送到下级输送带，损伤风险较大[5]。

1.2.1 输送带跑偏撕裂

在运行过程中，输送带往往会由于滚筒窜轴、落料点不正等原因，出现跑偏的状况，如果未能在第一时间内予以纠正，那么跑偏侧便慢慢堆积或折叠，导致不均衡拉力及托辊架钢结构便会刮伤运输带，逐渐出现撕裂的现象。在撕裂出现的过程中，各条输送带两边都设计了两级跑偏检测开关，跑偏报警时应对其进行调整，重跑偏时应细致地检修连锁停机，有效预防出现撕裂的情况。

1.2.2 钢绳芯输送带抽芯撕裂

结合港口各种生产需求，取装线、翻堆线采取的输送带为钢丝绳芯输送带，整体长度偏长，最大为2800 m，平均1260 m。因转接过程中煤炭产生了强大的冲击力，撕裂出现的概率较高，且需长时间进行维修，不利于生产的有序进行。对于单机设备而言，如取料机、装船机、堆料机等，一般选择使用悬臂带式输送机，是一种聚酯材料，煤炭不会产生强大的冲击力，且长度一般控制在90～120 m，不易被撕裂，也无需频繁更换。因此，本文主要探究钢绳芯输送带出现的撕裂状况。

受强烈冲击与张力的影响，钢绳芯输送带会出现钢丝绳断裂的问题，再加上长时间的磨、折、拉等操作，断裂钢丝绳到达某个长度之后就会绞入滚筒、托辊，再加上输送带的作用力，钢丝绳便慢慢从皮带盖胶中抽出来，然后被完全撕裂。为了避免出现此种撕裂状况，需重视巡视，尽量能够及时处理输送带所出现的缺陷。

1.2.3 异物卡压撕裂

物料由漏斗入口进入，然后通过溜槽输送到导料槽。在这一过程中所出现的撕裂一般产生在漏斗溜槽出口处，也可能出现于漏斗同导料槽相结合处。由于导料槽口选择竖直设计，在重力的影响下槽钢、撬棍等便会迅速进入下方输送带，这样便会大量堆积在输送带下方，如果划伤输送带则会卡在托辊间，从而不停地划伤输送带。由于漏洞前下沿同输送带之间的距离很短，且出口较为狭窄、异状难以通过，则被卡在溜槽下方，再加上输送带向前运动的不断增加，加重了对输送带的划伤。

2 防撕裂装置设计应用——激光视觉传感装置

2.1 设计原理

通过分析输送带撕裂的原因可知，工作人员责任意识尤为关键，工作人员应及时发现撕裂隐患[6]。然而，带式输送机往往拥有长达上千米的铺设长度，再加上人为看守困难，撕裂的情况频繁出现，很难避免。同时，现阶段全部使用的防撕裂的保护措施均在撕裂事故出现后，所以一般只是减少了事故的严重性，无法做到防患于未然，在事故发生前便发现了潜在的危机，机器立即预警与停机[7]。为了有效排除人为因素的影响，实现提前预警撕裂故障，华能曹妃甸港口研发了激光视觉传感检测装置，以直观的方式予以判断分析。其工作流程为：输送带→激光视觉传感检测装置→PC 机→图像预处理→特征提取→撕裂识别→PLC 控制→紧急停机。

为了全方位监控皮带撕裂情况，该装置应具有如下两个功能：一是全面检测整个皮带运输过程中的货物及自身表面金属，若发现金属，迅速处理；二是重点检测皮带运行期间是否存在跑偏的情况。

2.2 装置组成

该激光视觉传感检测装置则是把视觉传导中的主要照相机更改为激光装置，有效避免环境的不良影响。该装置由激光检测装置、高速相机、皮带数据库、报警系统、中央显示系统、急停装置组成：①激光装置主要安装在皮带的上下两侧、机头皮带架的两侧，分别安装在皮带机头部、中部、尾部，该信号通过光纤与高速相机和皮带数据库连接；②高速相机位于激光检测装置后5 m位置，与中央显示系统连接；③皮带数据库位于中央控制室内，与激光检测装置和报警系统连接，数据库记录皮带历史信息；④报警装置、中央显示系统、急停装置位于中央控制室内，由调度员控制。

2.3 工作过程

（1）输送带运转带动与之连接的激光检测装置工作，重点监测皮带头皮带运行状况。

（2）激光检测装置与皮带数据库和高速相机连接，一旦检测到皮带工作平面存在异常，检测装置信号传递到皮带数据库，皮带数据库通过对比皮带以往数据信息，判断皮带是否撕裂，如判定为撕裂，则控制高速相机拍照，传递至中央显示器，并出发报警系统提示中控员。

（3）中控员观看高速相机传递回来的皮带图片判断皮带是否撕裂，如果有撕裂则控制急停开关，及时关停皮带，避免撕裂伤害扩大（图2）。

图2 装置工作流程

2.4 效果

2019 年12 月1 日，华能曹妃甸港口有限公司发生严重的皮带撕裂事故，BD1 皮带先撕裂长度达到1000 多米，经过多个昼夜抢修才恢复正常作业，直接经济损失高达50 余万元。之后公司吸取教训，积极投入研发力量，与科研院校合作，成功投用可视化防撕裂装置，在防撕裂装置运行期间未发生皮带撕裂事故，全年降低带式输送机维修费用20 余万元，并保证了带式输送机安全稳定高效运转。

3 结论

本研究结合大量实践，归纳带式输送机几种撕裂的原因，并结合港口需求及实际情况，设计了一种以机器视觉为核心的检测系统。该系统可以灵敏地检测出撕裂风险，为技术人员提供精准的信息，提前处理，有效预防撕裂的出现，推广意义重大。