帶式輸送機關(guān)鍵部件故障診斷預警系統(tǒng)

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摘要：為了提升礦井帶式輸送機的運行安全保障能力，針對帶式輸送機輸送帶、電動機、托輥等關(guān)鍵部件的常見問題，設(shè)計了一種故障診斷預警系統(tǒng)，并詳細闡述了該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成以及監(jiān)測、診斷流程?，F(xiàn)場應(yīng)用后，取得的主要成果為：（1）通過弱磁檢測方法可對輸送帶內(nèi)部鋼絲繩芯是否有損傷進行有效判定，從而為輸送帶維修、更換提供參考；（2）視覺檢測方法可用于煤流檢測，同時可實現(xiàn)對輸送帶上的異物、斷裂進行精準判定；（3）托輥、滾筒以及電動機發(fā)生故障時發(fā)熱是典型特征，通過紅外檢測方法可有效判定故障位置。設(shè)計的診斷預警系統(tǒng)可根據(jù)故障診斷結(jié)果發(fā)出預警信息，提醒附近作業(yè)人員及時處理，現(xiàn)場應(yīng)用也取得顯著效果。

關(guān)鍵詞：帶式輸送機；輸送帶；故障診斷；監(jiān)控預警

引言

帶式輸送機是礦井常用運輸設(shè)備，其運行過程中滾筒、滾筒等位置與輸送膠帶摩擦難以避免會出現(xiàn)發(fā)熱，在驅(qū)動張力作用下膠帶內(nèi)部的鋼絲繩芯會出現(xiàn)撕裂、損傷等問題，輸送機在使用過程中存在膠帶斷裂、輸送膠帶或者遺煤著火等問題［1－3］。為此，文中設(shè)計一種故障診斷系統(tǒng)用于對帶式輸送機關(guān)鍵零部件進行預警監(jiān)測，從而提升輸送機的運行可靠性。

1輸送機結(jié)構(gòu)及故障分析

1．1輸送機結(jié)構(gòu)

礦井由于井下運輸距離長、載荷大，使用的輸送機多為雙驅(qū)動方式，輸送機主要設(shè)備包括驅(qū)動裝置、輸送膠帶、托輥等，結(jié)構(gòu)如圖1所示。輸送機在長時間、重載荷運行時，各個零部件均可能發(fā)生損傷、故障問題，若不能及時排除不僅會影響設(shè)備后續(xù)使用，嚴重時會導致安全事故發(fā)生［4］。

1．2輸送機零部件常見故障

1．2．1驅(qū)動裝置故障驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)包括驅(qū)動滾筒、聯(lián)軸器、電動機、減速器及對應(yīng)的控制裝置。輸送機在高載荷、復雜工況及惡劣環(huán)境運行中，會給驅(qū)動裝置帶來較嚴重的損傷，其中減速器、耦合器及電動機均容易出現(xiàn)故障。減速器在長期高負荷運行時，容易出現(xiàn)齒輪點蝕、磨損、齒根斷裂等問題；同時當減速器密封件損壞時會造成漏油事故，給井下帶來一定的火災威脅［4－6］。耦合器主要啟動功率平衡并減小輸送機啟動時的動載荷影響，長時間使用時主要故障有耦合器漏油、軸承及齒輪異常噪聲、耦合器異常發(fā)熱。電動機故障主要為振動、過熱、過速、過流以及振動等，當不能及時發(fā)現(xiàn)上述隱患時，很容易造成故障擴大，嚴重時導致電動機燒毀。

1．2．2輸送帶故障輸送帶是輸送機及驅(qū)動裝置的承載結(jié)構(gòu)，打滑、斷帶、撕裂、跑偏以及著火等是輸送帶常發(fā)生的故障。具體故障為［7］：（1）輸送機與轉(zhuǎn)載機間高度過大、緩沖托輥失去彈性時，當大塊物料從轉(zhuǎn)載機上掉落時容易造成輸送帶上部覆蓋層損壞，甚至里面帶芯斷裂，輸送帶出現(xiàn)窟窿。（2）輸送帶出現(xiàn)跑偏時會造成輸送帶與膠帶摩擦，造成輸送帶由于拉毛開裂問題，當水從開裂位置滲入膠帶內(nèi)時容易腐蝕輸送帶外層。（3）輸送帶接頭位置不平直造成輸送帶受力不均衡，容易造成由于輸送帶受力不均衡出現(xiàn)斷裂問題。

1．2．3托輥故障托輥沿著輸送機全線分布，數(shù)量眾多，是輸送機的重要組成部分，承擔承托輸送帶、確保輸送帶有一定垂度作用。托輥運行正常時給輸送帶造成的阻力較小，但是當托輥出現(xiàn)故障時托輥兩側(cè)受力發(fā)生變化，會造成輸送帶跑偏、著火等問題。特別是輸送帶下的托輥由于接近巷道底板，容易被底板上的異物包裹，更容易出現(xiàn)故障。

2診斷預警系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計的監(jiān)測系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)

如圖2所示，該系統(tǒng)可實現(xiàn)對輸送帶損傷、關(guān)鍵零部件、煤流、異物及輸送帶撕裂以及人員安全等進行監(jiān)測。

2．1輸送帶損傷監(jiān)測系統(tǒng)

輸送帶損傷監(jiān)測的主要內(nèi)容是探測輸送帶內(nèi)部以及接頭位置的損傷，具體采用弱磁監(jiān)測方式，監(jiān)測系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。具體的監(jiān)測、識別過程為：（1）通過使用磁加載模塊磁化輸送帶內(nèi)部的鋼絲繩芯；（2）采用損傷探測系統(tǒng)（監(jiān)測模塊）獲取輸送帶內(nèi)部損傷信號；（3）對損傷信號進行降噪處理、信號特征提??；（4）通過工業(yè)以太網(wǎng)將提取到的信號特征傳輸至監(jiān)控上位機，從而實現(xiàn)對輸送帶損傷診斷、識別。

2．2輸送帶零部件故障監(jiān)測系統(tǒng)

采用紅外熱成像、圖像識別及診斷技術(shù)，對電動機、托輥等關(guān)鍵部件故障進行診斷、識別，具體監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。具體過程為：（1）通過熱成像儀獲取電動機、滾筒、托輥等位置的紅外圖像；（2）預處理獲取到的紅外圖像，并進行圖像分割、提取圖像特征及圖像分列識別，從而獲取到電動機、滾筒、托輥等位置的溫度場紅外圖像；（3）依據(jù)獲取到的紅外圖像溫度特征，從數(shù)據(jù)庫中獲取診斷規(guī)則進行故障診斷、預警。在輸送機沿線關(guān)鍵部位布置紅外熱像儀對零部件紅外圖像進行采集，獲取到的紅外圖像中溫度最高值為Tmax，當Tmax＞50℃時，表明該位置的設(shè)備可能存在故障，則需要對該位置的部件進行故障識別。依據(jù)識別的部件類型，從故障數(shù)據(jù)庫中調(diào)取對應(yīng)的故障診斷規(guī)則進行故障判定及等級劃分，若判定設(shè)備運行正常，則繼續(xù)采集、分析下一監(jiān)測位置的紅外圖像；若判定存在故障則依據(jù)故障類型及等級采取對應(yīng)的治理措施。當紅外圖像中Tmax＜50℃時，表明該位置部的件運行正常，系統(tǒng)則繼續(xù)采集、分析下一監(jiān)測點位置的紅外圖像。

2．3煤流監(jiān)測

采用視覺檢測法對輸送帶上的煤流進行監(jiān)測（見圖5），通過高清防爆相機實時獲取煤流圖像。根據(jù)獲取到的圖像特征數(shù)據(jù)，融合三維視覺手段、多幀統(tǒng)計分析方法，計算輸送機正常運行時的煤流體積。結(jié)合煤流密度，得到單位時間內(nèi)運輸?shù)拿禾苛?，最后依?jù)輸送帶的運行速度，得到輸送機累計運輸?shù)拿毫髁俊?/p>

2．4輸送帶異物及撕裂監(jiān)測系統(tǒng)

采用視覺檢測技術(shù)對輸送帶是否出現(xiàn)撕裂、是否有錨桿等異物進行判定，具體識別流程如圖6所示。采用傅里葉描述子提取輸送帶上的異物形狀特征，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對異物進行智能識別，從而實現(xiàn)對輸送帶上的非煤異物進行監(jiān)測與報警，及時通知附近作業(yè)人員進行處理，避免由于異物造成輸送帶撕裂問題。輸送帶撕裂識別處理流程如圖7所示，根據(jù)獲取到的圖像灰度差異提取輸送帶撕裂位置處的輪廓信息。具體的識別方法為：（1）首先對獲取到的輸送帶圖像進行增強處理；（2）使用Canny邊緣識別算法識別出輸送帶撕裂邊緣位置；（3）依據(jù)獲取到的撕裂面積判定輸送帶是否出現(xiàn)撕裂故障，當有撕裂發(fā)生時發(fā)出報警信息。

3總結(jié)

（1）根據(jù)井下使用的帶式輸送機機構(gòu)設(shè)計了一種輸送機關(guān)鍵部件監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過弱磁檢測方法對輸送帶的鋼絲繩芯是否出現(xiàn)損傷進行檢測，采用紅外熱成像方法對電動機、滾筒、托輥是否出現(xiàn)故障進行判定，采用視覺檢測方法監(jiān)測輸送煤流、輸送帶是否有異物及撕裂。（2）現(xiàn)場工程試驗表明，設(shè)計的故障診斷預警系統(tǒng)可以對輸送帶損傷、電動機、托輥等故障進行監(jiān)測、診斷及故障預警，從而有效避免輸送機出現(xiàn)摩擦發(fā)熱著火、輸送帶斷裂等安全事故，可以在一定程度上提高輸送機運行保全保障能力。

參考文獻

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作者：曹仲義 單位：山西焦煤汾西礦業(yè)賀西煤礦