带式输送机断带监测捕捉装置的设计研究

杨 修

（晋能控股煤业集团晋华宫矿， 山西 大同 037000）

引言

在矿井生产中，煤通常是通过带式输送机运输的。随着大负荷、长距离、大倾角运行特点的设备的更新应用，因输送带长期高负荷运转所引起的输送带断开、运载的物料以及断裂输送带下滑等情况时有发生，若不能及时控制，将会造成重大事故及经济损失。因此，对输送机的断带自锁捕捉的研究显得迫在眉睫[1]。

1 技术方案

1.1 基本思路

提出的基于PLC 的输送机的断带自锁捕捉装置是一种新型的散料上运带式输送机断带保护系统，能够实现对输送带两侧的断带实时监测并及时捕捉的功能。在完成机械部分和电控部分的优化后，大大改善了目前传统装置可能出现的可靠性低的情况，有效降低带式输送机倒带及断裂输送带下滑事故发生概率。

通过常见断带位置可以得到，该装置通过电机驱动，实现快速捕捉，且动作能在0.5 s 内完成；装置通过并列的连接方式进行控制，这样确保沿线倒带断带自锁系统同时响应，使得捕捉的咬合面积最大化；在受力方面利用类似离合器的缓施加力进行，机架拉伤变形和胶带损伤的可能性减少。

传统散料上运胶带输送机都会在巷道和长廊中，空间狭小，增加了安装难度。通过优化设备结构，大大减少了占用空间[2]，同时实现了分别组装，基本解决了胶带在断带时的痛点。自锁系统成对安装状态示意图如图1 所示。

图1 自锁系统成对安装状态示意图

1.2 机械执行机构

设计的机构主要由自锁主体和自锁执行单元、转接架和紧固件组成[3-4]。自锁主体与自锁执行单元如图2 所示。

图2 自锁主体与自锁执行单元

装置的自锁主体由连接座和压舌组成，可实现对置于压紧凸轮与压舌之间的输送带的夹持捕捉。在压紧凸轮结构与自锁主体强度保证方面，刚性圆弧结构设计用于热压成型的自锁主体上，压紧凸轮设置加强筋结构，确保两者都能够承受瞬间产生的冲力[5-6]。

自锁执行单元通过电机完成驱动，保证捕捉动作快捷、安全完成。自锁执行单元的压紧力缓冲机构由压紧片、摩擦片、压紧弹簧和调整螺母构成，如下页图3 所示。自锁执行单元的电机同温度传感器、转矩传感器以及电流传感器协同工作，传感器将信息传输给系统当中，电气控制系统完成夹持输送带的缓施加力的调整。这样的结构设计适用设备多，便于安装，减少失误，可靠性高[7]。

图3 自锁执行单元剖视图

1.3 倒带断带监测机构

断带监测机构包括装配轴和检测组件，带式输送机的中部是监测机构位于检测组件集成于装配轴的中间位置。检测机构24 h 不停电，为检测组件提供充足的电能，确保检测机构能够在恶劣复杂环境下实现高可靠性与安全性工作。

加速度传感器与磁钢块联动，磁钢块依次触发两个霍尔传感器，霍尔传感器输出端与PLC 单元的接受端口电连接接受脉冲信号。PLC 单元根据预设数据库得到输送带的情况，同时判定接触轮、输送带的运动方向，推断带式输送机是否发生倒带[8-10]。

1.4 电气控制系统

装置采用西门子S7-1500 作为电气控制系统控制器。PLC 控制器通过I/O 接口与各机构连接以进行交流，当事故发生时，可紧急采取措施，短时间完成断带的自锁捕捉工作，并及时发出警告通知各单位完成后续工作[11-12]。电气控制系统整体结构如图4所示。

图4 电气控制系统结构示意图

电气控制系统工作流程图，其具体实现步骤：系统各传感器上电，电气控制系统开始实施监测工作，通过HMI 输送初始信息；若测到非启动/正常停机状态输送带逆转发生，判断为发生倒带、断带事故，立即启动警告信息以及捕捉动作；在自锁执行机构状态监测时，在完成预先设定指标时，进行断带自锁捕捉工作。

2 应用特点及效果

2.1 应用特点

1）由于输送机发生断带的位置呈现随机性，所以在进行捕捉前将输送带水平长度上半部分做3 段划分处理：第1 段从机头端起每10 m 配置一副；第2 段每15 m 配置一副；第3 段每25 m 配置一副，自锁装置能够达到最佳效果。

2）考虑到断带下滑的冲量问题，该装置在电机驱动时可以实现捕捉工作快速完成，在低速小冲量阶段即可完成故障解除。

3）在提升捕捉可靠性方面，该装置主要提升接触面积，通过电机并联接法实现沿线所有装置同频工作，捕捉成功率得到保证。

4）在消除故障导致物料不规则跳跃以及降低断带捕捉效率方面，装置捕捉结构两边均进入胶带边缘10 cm，不管输送带偏向问题，均能实现捕捉工作。装置无须二次动作进行输送带捕捉，可靠性提升。

2.2 应用效果

将该装置应用在某矿井中，实际应用如图5 所示，解决了传统机械式断带保护装置的缺点：制动驱动力速度慢，难以捕捉；动作同步性差，减少了捕捉面积，局部施力过大；二次捕捉，难以形成自锁，机械烦琐，维护量大。

图5 装置实际应用场地

通过装备的升级，人员伤亡的情况不再发生，输送带倒带和物料损失发生概率几乎为0，由于输送带造成的经济损失下降了11%，设备故障处理时间减小80%，维修成本降低50 余万元，输送机的运输效率提高了5 个百分点。

3 结论

1）装备的设计充分考虑了设备运行和人员安全保证方面，又可缩短故障处理时间。解决了传统设备的动作同步性差与反应速度慢难题，同时装置无需二次动作即可形成自锁，系统准确性和可靠性有效提高。

2）装备的使用可以提高输送机区域安全系数，输送机实现稳定而高效运行，提高整体生产效率，具有较高的使用价值和广泛的应用前景。