鋼繩芯膠帶輸送機是目前礦山
、冶金、電力
、jianzhudengbumenguangfancaiyongdeyizhonglianxuyunshujixie，shimeikuangjingxiashengchandezhuyaoyunshushebei，qiyunxingzhuangkuangzhengchangyufou
，jiangzhijieyingxiangdaomeikuangdeshengchanxiaolvjishengchananquan。zaiwoguodemeikuangxingye，gangxindaijietouduanlie、縱向撕帶、膠帶機火災等事故時有發生，給煤礦生產帶來巨大的直接及間接經濟損失、給(gei)工(gong)人(ren)的(de)人(ren)身(shen)安(an)全(quan)造(zao)成(cheng)嚴(yan)重(zhong)危(wei)害(hai)。目(mu)前(qian)在(zai)我(wo)國(guo)，針(zhen)對(dui)上(shang)述(shu)三(san)類(lei)故(gu)障(zhang)的(de)實(shi)時(shi)監(jian)控(kong)技(ji)術(shu)均(jun)不(bu)太(tai)可(ke)靠(kao)和(he)成(cheng)熟(shu)。有(you)關(guan)鋼(gang)繩(sheng)芯(xin)膠(jiao)帶(dai)輸(shu)送(song)機(ji)實(shi)時(shi)綜(zong)合(he)保(bao)護(hu)技(ji)術(shu)與(yu)係(xi)統(tong)的(de)研(yan)究(jiu)也(ye)比(bi)較(jiao)欠(qian)缺(que)。鑒(jian)於(yu)此(ci)，本(ben)文(wen)提(ti)出(chu)了(le)一(yi)套(tao)用(yong)於(yu)鋼(gang)繩(sheng)芯(xin)膠(jiao)帶(dai)輸(shu)送(song)機(ji)接(jie)頭(tou)斷(duan)裂(lie)、縱向撕帶、火災、張力超限等故障在線監測與診斷的新方法和新技術，並基於此設計研製一種用於鋼繩芯膠帶輸送機實時綜合保護的新型係統：
1、接頭斷裂及張力超限的監測
1-1  接頭斷裂及張力超限的診斷方法
    以往的接頭斷裂監測方法可分為兩類：一類是直接檢測接頭區內鋼繩芯的損傷情況（如：斷絲、鏽蝕
、移位等）及其與粘結層之間的粘結情況；另一類是通過檢測由於接頭內部損傷而引起的覆蓋層表麵的形貌特征變化（如：拉伸變形情況、有無“起泡”現象等）來推斷接頭的損傷情況：而所有這些傷情及其產生的接頭特征變化，都將會反映在接頭長度和剛度的變化上。所以
，隻要能夠測得反映接頭本質特性的F上（張力．長度）曲線，便可根據這一特性曲線的變化來推斷接頭的損傷情況。
    當某接頭受到較為嚴重的損傷或超限的張力時，部分鋼繩芯首先開始抽動
，則該接頭的固有特性曲線F-/曲線（圖1）
，必然會因為接頭永久性變形的產生而沿上軸方向“漂移”
，同時曲線的斜率也會由於接頭剛度和強度的變化（變弱）而變化（減小）。隨sui著zhe接jie頭tou傷shang情qing的de不bu斷duan發fa展zhan，抽chou動dong的de鋼gang繩sheng芯xin數shu目mu及ji區qu域yu愈yu來lai愈yu大da
，接jie頭tou的de永yong久jiu性xing變bian形xing也ye會hui愈yu來lai愈yu大da，接jie頭tou的de強qiang度du和he剛gang度du愈yu來lai愈yu低di
，反fan映ying在zaiF-/曲線上則是曲線的“漂移”量及斜率減小量也愈來愈大。因此，可以通過監測接頭的F-/特征曲線，了解各個接頭的損傷情況及其發展速度，采用闊值報警和趨勢分析相結合的方法
，進行接頭損傷及斷裂的診斷和預報。
    報警閾值的設置包括兩個方麵：yiweizuidaxuyongzhanglideshezhi。dangjiaodaisuoshoudezhangli，dadaomouzhi。shi，jietouneidebufengangshengxinzhanjiecengbianhuizaoshouyanzhongpohuai，kaishichuxianchousixianxiang，gangduxianzhubianhua，bingyoubeiladuandekeneng。yinci，zuidaxuyongzhangliyingshedingzaiFmax，其qi值zhi可ke按an原yuan帶dai的de設she計ji強qiang度du以yi及ji不bu同tong搭da接jie方fang式shi下xia接jie頭tou強qiang度du的de最zui低di保bao持chi率lv等deng來lai估gu計ji其qi最zui小xiao值zhi。二er為wei最zui大da允yun許xu塑su性xing變bian形xing量liang的de設she置zhi。有you關guan試shi驗yan及ji現xian場chang調tiao查zha表biao明ming：當接頭的“起泡”抽絲區域達到1/3帶寬時，接頭區的塑性變形量將達到lOmm以上，這時該接頭的強度已嚴重下降，並隨時存在著傷情裂變和突然被拉斷的可能。因此
，可令最大允許塑性變形量Am。。=lOmm。此外，還可以根據每個接頭的F-/特征曲線的“漂移”變化趨勢
、大小和速度來分析判斷該接頭的損傷情況和嚴重程度，並作出趨勢預報。
    youyujietoushizhengtiaogangxindaidezongxiangkanglaqiangduzuididehuanjie，yinerzhanglichaoxiandeyuzhishezhiyingzhuyaozhenduijietoudebaohujinxing

，tongchangkeshezhiweijietoudezuidaxuyongzhangli
1.2接頭長度的測量原理
    接頭長度在線瀏量的原理如圖2suoshi。dangjiaodaiyunxingzhikaojinzhudongguntongshi
，jiaodaijinbiansuoshoudezhanglizuida，xiangyingdejietoubianxingliangyehuizuida
，yinerjiancedianyingxuanzaigaichu。zaijiaodaijietouquyumai2duicikuai，dangcikuaitongguojiaodaizhengxiafangdehuoeryuanjianshizehuichanshengyichuanmaichongxinhao。jiangqisongzhijiancejisuanji，bianketongguocesuanmaichongdeshijianjiangededaojiaodaideyunxingsuduhejietoudechangdu。
1.3膠帶張力的監測原理
    膠帶張力的測量原理如圖3所示。通常，鋼繩芯膠帶在產生較小撓度的情況下可以被看成是撓性體

，即膠帶任意斷麵不受彎矩。因此，可以通過給2個托輪或滾筒之間的膠帶施加一個集中載荷G，使其產生一定的撓度fmax，然後通過測量C來求得此時膠帶所受的張力F，計算公式
如下：
式中：Go為2個托輪或滾筒之間膠帶的自重
；廠max/S為單位跨度上的最大撓度。值得注意的是
，雖然加大／可提高測量的靈敏度
，但廠不宜過大，因為f過大時，膠帶便不能處理成撓性體，無法得到上述關係式
；同時還會給壓力測量傳感器的選用以及加壓裝置的設計帶來困難，因而通常選擇廠<2%。另外測量裝置應安裝在膠帶的張力最大點。
2、鋼芯帶縱向撕裂的監測
2.1  鋼芯帶撕帶的機理
    礦用鋼繩芯膠帶輸送機膠帶縱向撕裂事故主要發生在機尾裝載點處
，其主要原因是落料口落下的煤中時常會夾帶著大塊的矸石、鐵釺
、角鋼、caogangdengyiwu，zhexieyiwutongchangyouzheruilidebiankou，jiyizhashangjiaodai。dangzhexieyiwuluoxiahoukazaijiazihuotuogunshangshi，huixingchengduijiaodaibiaocengdedingyahechixuhuaca，qieyukayujin，geijiaodaideyaliyeyulaiyuda

，shiqiduijiaodaidehuashangyulaiyushen，bingzuizhongzhachuanjiaodaixingchengsidai。
2.2鋼芯帶縱向撕裂的監測原理
    由you上shang述shu分fen析xi可ke知zhi，要yao形xing成cheng撕si帶dai，膠jiao帶dai必bi定ding受shou到dao一yi個ge向xiang下xia的de附fu加jia壓ya力li，且qie這zhe個ge壓ya力li將jiang持chi續xu一yi定ding時shi間jian
，直zhi到dao膠jiao帶dai紮zha穿chuan
，隨sui後hou將jiang會hui顯xian著zhu減jian小xiao。所suo以yi我wo們men可ke以yi通tong過guo監jian測ce膠jiao帶dai在zai落luo料liao口kou處chu所suo受shou向xiang下xia壓ya力li的de大da小xiao及ji變bian化hua情qing況kuang來lai監jian測ce和he診zhen斷duan膠jiao帶dai縱zong向xiang撕si裂lie事shi故gu。由you於yu膠jiao帶dai是shi運yun動dong的de，其qi受shou力li不bu易yi直zhi接jie監jian測ce，但dan其qi所suo受shou的de向xiang下xia壓ya力li將jiang會hui侍shi遞di給gei托tuo輥gun
，因yin此ci可ke通tong過guo在zai托tuo輥gun上shang安an裝zhuang相xiang應ying的de傳chuan感gan器qi來lai監jian測ce其qi受shou力li情qing況kuang。膠jiao帶dai正zheng常chang運yun行xing時shi

，膠jiao帶dai和he托tuo輥gun受shou到dao的de力li相xiang對dui較jiao為wei平ping穩wen，有you異yi物wu卡ka住zhu發fa生sheng撕si帶dai事shi故gu時shi，膠jiao帶dai及ji托tuo輥gun將jiang會hui受shou到dao一yi個ge較jiao大da的de附fu加jia壓ya力li
，且qie伴ban隨sui著zhe膠jiao帶dai被bei劃hua傷shang刺ci穿chuan的de過guo程cheng，這zhe一yi附fu加jia壓ya力li至zhi少shao會hui持chi續xu300ms以(yi)上(shang)。針(zhen)對(dui)撕(si)帶(dai)信(xin)號(hao)的(de)上(shang)述(shu)特(te)征(zheng)，我(wo)們(men)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)監(jian)測(ce)膠(jiao)帶(dai)在(zai)落(luo)料(liao)口(kou)的(de)受(shou)力(li)情(qing)況(kuang)，並(bing)以(yi)力(li)信(xin)號(hao)在(zai)一(yi)定(ding)時(shi)間(jian)內(nei)的(de)積(ji)分(fen)是(shi)否(fou)超(chao)過(guo)閾(yu)值(zhi)作(zuo)為(wei)撕(si)帶(dai)與(yu)否(fou)的(de)判(pan)斷(duan)標(biao)準(zhun)
，這(zhe)樣(yang)可(ke)以(yi)防(fang)止(zhi)因(yin)落(luo)料(liao)口(kou)落(luo)下(xia)大(da)塊(kuai)的(de)煤(mei)或(huo)矸(gan)石(shi)等(deng)引(yin)起(qi)衝(chong)擊(ji)力(li)而(er)造(zao)成(cheng)的(de)誤(wu)報(bao)。
2.3撕帶監測傳感器的選用與安裝
    測力傳感器選用金屬應變式拉壓力傳感器，它具有測量精度高、抗側向力強
、anzhuangfangbiandengtedian。anzhuangshi
，shouxianquxialuoliaokoudesanliantuogun，jiangmeizucaoxingsanliantuogunzhongkaoliangbiandetuogunhuanweineibuzhuangyoulichuanganqidetezhicelituogun。ruguodaishishusongjizhuangzaidiandehuanchongtuogunbushisanlianshi
，zeyinggaiweisanlianshi。
2.4撕帶信號的識別及變換
    正常工作情況時
，作用在傳感器上的力來自膠帶的自重、托輥的重量以及煤的重量，對於1—1.2m帶寬的膠帶機，滿載工作時，上述三種作用力在垂直方向的合力大約為750～1030。機(ji)尾(wei)受(shou)料(liao)口(kou)發(fa)生(sheng)撕(si)帶(dai)時(shi)，將(jiang)會(hui)有(you)異(yi)物(wu)給(gei)膠(jiao)帶(dai)一(yi)個(ge)附(fu)加(jia)的(de)壓(ya)力(li)，該(gai)壓(ya)力(li)也(ye)會(hui)通(tong)過(guo)膠(jiao)帶(dai)和(he)托(tuo)輥(gun)作(zuo)用(yong)於(yu)測(ce)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)。模(mo)擬(ni)撕(si)帶(dai)試(shi)驗(yan)的(de)結(jie)果(guo)表(biao)明(ming)：對於1.2m寬的膠帶
，這一附加壓力值至少要在1960N以上才會導致撕帶。這一附加壓力值將會使傳感器受到的力較正常工作時增大近1倍，變化顯著，因而可用力信號在300ms內的積分值是否超過閾值判斷撕帶與否。信號變送電路的原理框圖如圖4所示。
3、膠帶機火災的監測
    現場調研及資料檢索的結果表明：引發膠帶輸送機火災的三種主要原因是：滾筒打滑、托輥超溫、外界火源。
3.1滾筒打滑的監測
由於膠帶機滾筒直徑一般較大
，又是旋轉體
，這給接觸式溫度傳感器的安裝和測量帶來很大困難；同時非接觸式測溫的精度和可靠性又會受到環境汙染、tancejulidengyinsudeyingxiang，yineryongcewendefangfajianceguntongdahuabingbushiyong。benwenxuanyongzhijiecelianghuachalvdefangfa，tongguoshezhizuidayunxuhuachalvjichixushijianlaishixianduiguntongmocaqihuodezaoqijianceheyubao。danghuachalv>10%、持續打滑超過60s則給出報警，超過5min則控製停機。另外當滑差率較長時間處於2%-10%時
，也給出警示。
    鑒於霍爾開關傳感器還具有優良的環境適應性


，潮濕
、youwuherunhuajidenghaobuyingxiangqilingminduheceliangjingdudengyoudian，suoyibenwenxuanyonghuoerkaiguanchuanganqiceliangguntongdezhuansuhejiaodaideyunxingsudu。monishiyanjiyingyongbiaoming：利用霍爾傳感器進行轉速和帶速的測量具有很高的測量精度和可靠性。
3.2托輥超溫的監測
    kaolvdaotuogunzaisunhuaiyiqianyizhizaizhuandong
，nanyizhijieceliangqibiaomianwendu

，tongshiyouyutuogunzhoubuzhuan，qietuogunzhijingjiaoxiao，youliyubiaomianwenduxiangzhoushangchuandi，suoyikeyijiangcewenchuanganqianzhuangzaituogunzhouduan，tongguojiancezhouduanwendukongzhituogundebiaomianwendu。youguanshiyanjieguobiaoming，gangxindaimaoyanwenduwei250—2700C
，煤粉為330～350℃。但由於井下使用的機械油的閃點溫度為190 0C，因而煤礦井下設備使用安全規程中規定機械設備表麵溫度不得超過150℃

，所以托輥表麵濕度的報警閾值也應設置在150℃。另外，由於可能引起的膠帶著火的托輥主要是靠近機尾處的下托輥
，所以可重點對靠近機尾的幾十組下托輥進行監測。
    本ben文wen選xuan用yong形xing狀zhuang記ji憶yi合he金jin研yan製zhi了le一yi種zhong開kai關guan型xing溫wen度du傳chuan感gan器qi，並bing將jiang其qi安an裝zhuang在zai托tuo輥gun軸zhou端duan，一yi旦dan形xing狀zhuang記ji憶yi合he金jin感gan受shou的de溫wen度du升sheng高gao到dao其qi記ji憶yi溫wen度du，它ta就jiu會hui產chan生sheng相xiang應ying的de形xing變bian，並bing觸chu發fa一yi微wei動dong開kai關guan閉bi合he，從cong而er輸shu出chu一yi個ge開kai關guan信xin號hao。模mo擬ni散san熱re條tiao件jian下xia的de托tuo輥gun摩mo擦ca溫wen升sheng試shi驗yan結jie果guo表biao明ming
，采cai用yong標biao稱cheng溫wen度du為wei80℃的記憶合金，便可將托輥表麵的溫度基本上控製在150℃以內。
3.3外界火源的監測
    dangyiwaihuoyuanheyinbihuoyuanchuxianshi，zehuiyinqizhouweihuanjingwendudeshenggao，yinciketongguojiancejiaodaijixiangdaoneidehuanjingwendu，shixianduiwaijiehuoyuanyinfadejiaodaijihuozaidezaoqiyubao。zaijiaodaijixiangquanchengshangmeigeyiduanjuli(30—40m)安裝一組環境溫度傳感器，監測環境溫升情況，溫升過高則給出報警。
    本ben文wen仍reng選xuan用yong記ji憶yi合he金jin作zuo為wei溫wen敏min元yuan件jian，研yan製zhi了le環huan境jing溫wen度du監jian測ce傳chuan感gan器qi。在zai膠jiao帶dai機ji巷xiang全quan程cheng上shang
，每mei隔ge一yi段duan距ju離li安an裝zhuang一yi組zu具ju有you不bu同tong記ji憶yi溫wen度du的de記ji憶yi合he金jin溫wen度du傳chuan感gan器qi（比如60

、80℃等），一旦環境溫度升高到傳感器的記憶溫度之一，則相應的記憶合金開關動作，給出一個報警信號。
3.4超溫火源定位的原理
    對(dui)於(yu)托(tuo)輥(gun)超(chao)溫(wen)及(ji)環(huan)境(jing)超(chao)溫(wen)的(de)監(jian)測(ce)需(xu)要(yao)進(jin)行(xing)火(huo)源(yuan)定(ding)位(wei)，因(yin)此(ci)，需(xu)要(yao)設(she)法(fa)對(dui)原(yuan)始(shi)的(de)開(kai)關(guan)信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)變(bian)換(huan)處(chu)理(li)，使(shi)其(qi)既(ji)是(shi)一(yi)個(ge)報(bao)警(jing)信(xin)號(hao)又(you)包(bao)含(han)著(zhe)故(gu)障(zhang)位(wei)置(zhi)的(de)信(xin)息(xi)。針(zhen)對(dui)這(zhe)種(zhong)利(li)用(yong)開(kai)關(guan)型(xing)傳(chuan)感(gan)器(qi)進(jin)行(xing)多(duo)點(dian)監(jian)測(ce)的(de)特(te)點(dian)，采(cai)用(yong)電(dian)阻(zu)網(wang)絡(luo)變(bian)換(huan)法(fa)進(jin)行(xing)故(gu)障(zhang)定(ding)位(wei)
，其(qi)變(bian)送(song)原(yuan)理(li)如(ru)圖(tu)5suoshi。tuzhongwenminkaiguanbiaoshijiyihejinwenduchuanganqi。dangmougetuogunhuomoudiandehuanjingwenduchaoguoguidingyuzhishi，zeyinqiwenminkaiguanbihe。ketongguoceliangshuchudianyaUo值來判斷有無超溫以及超溫點的位置‘u：
4計算機實時工況監測與故障診斷係統
    本文開發了一種基於80C196單片機的鋼繩芯膠帶機實時工況監測與綜合保護係統。主要用於膠帶的接頭斷裂及張力超限的監測和預報
、膠帶縱向撕帶的監測、膠帶機火災的監測和預報、滾筒打滑的監測等。係統的構成如圖6所示，分為機頭監測子係統和機尾監測子係統。
4.1  機頭監測子係統
    用於監測接頭的損傷與斷裂、膠帶張力超限、機頭滾筒打滑、機巷環境超溫等故障。用於接頭長度測量的霍爾元件的輸出序列脈衝信號送至單片機的HSI口後
，由單片機直接記錄其到達時刻，經計算後便可得到接頭長度L0同時由A/D口測取接頭通過期間張力的平均值作為對應的張力值F。為了提高測量精度，需對測得的F、￡值進行預處理。係統首先經過一段時間的試運行和標定
，獲取每個接頭的F-/基準標定曲線，並用線性回歸法得到其剛度參數K0進jin入ru實shi時shi監jian測ce狀zhuang態tai後hou，便bian可ke通tong過guo將jiang實shi測ce數shu據ju與yu標biao定ding曲qu線xian比bi較jiao，進jin行xing閾yu值zhi分fen析xi和he趨qu勢shi分fen析xi，判pan明ming每mei個ge接jie頭tou的de損sun傷shang情qing況kuang及ji其qi發fa展zhan的de趨qu勢shi和he速su度du，及ji時shi給gei出chu警jing報bao。將jiang環huan境jing超chao溫wen傳chuan感gan器qi變bian送song電dian路lu的de輸shu出chu電dian壓ya信xin號hao送song至zhi機ji頭tou單dan片pian機ji的deA/D口，根據其電壓值判斷膠帶機巷道內是否存在環境超溫及超溫地點，並及時報警顯示。
    另外，實際係統中由於不可能控製得十分準確
，因而測得的F值zhi可ke能neng會hui與yu實shi際ji值zhi有you一yi定ding的de線xian性xing誤wu差cha

，但dan這zhe是shi一yi種zhong穩wen定ding的de係xi統tong誤wu差cha，所suo以yi不bu會hui影ying響xiang對dui斷duan帶dai故gu障zhang的de診zhen斷duan。同tong時shi
，由you於yu膠jiao帶dai的de設she計ji安an全quan係xi數shu通tong常chang為wei10

，因而即使是三級搭接（強度保持率r/=75%），R。、至少也是最大工作載荷的3.75倍以上，所以，的這個較小的測量誤差也不會影響對膠帶張力超限的監測。通常，在實際監測係統中
，可將Fmax設置為平常最大工作載荷的2—3倍
，以便使膠帶免受異常載荷的拉傷。
4.2機尾監測子係統
    機尾監測子係統用於監測膠帶縱向撕帶、機尾滾筒打滑
、托輥超溫等故障。將機尾各落料口處的撕帶監測裝置輸出的報警開關信號送至機尾單片機的HSj口，由機尾的監測主機將撕帶信息通過RS-485chuanxingtongxunzongxiansongzhijitoujiancezhuji，bingyoujitoujiancezhujifuzesidaibaojingjikongzhi。jiangtuogunchaowenchuanganqibiansongdianludeshuchudianyaxinhaosongzhijiweidanpianjideA/D口，由測得的電壓值判斷是否有托輥超溫以及超溫托輥的位置
，若有托輥超溫，則將有關信息送至機頭監測主機並報警顯示。
5
、結束語
    本文的研究工作是結合原煤炭工業部部級科研項目“鋼繩芯膠帶輸送機實時工況監測係統”進行的。提出了基於接頭F-/曲線測量與分析進行接頭損傷與斷裂診斷、膠(jiao)帶(dai)張(zhang)力(li)在(zai)線(xian)監(jian)測(ce)以(yi)及(ji)采(cai)用(yong)形(xing)狀(zhuang)記(ji)憶(yi)合(he)金(jin)溫(wen)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)進(jin)行(xing)托(tuo)輥(gun)超(chao)溫(wen)及(ji)環(huan)境(jing)超(chao)溫(wen)監(jian)測(ce)等(deng)新(xin)方(fang)法(fa)。本(ben)文(wen)所(suo)述(shu)的(de)有(you)關(guan)方(fang)法(fa)和(he)技(ji)術(shu)已(yi)被(bei)應(ying)用(yong)到(dao)作(zuo)者(zhe)研(yan)製(zhi)開(kai)發(fa)的(de)“鋼繩芯膠帶輸送機實時綜合保護係統”中，並已在山西礦務局投入實際應用，使用情況良好。
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