带式输送机监测系统设计

带式输送机监测系统摘要：带式输送机由其性能的优越性被广泛应用于矿山、港口、工厂生产等领域，其有别于其它运输机器的特点是运输距离长、输送速度快、输送量大，可对多种类型的物料进行连续运输。带式输送机作为连续工作的设备，若一旦出现打滑、跑偏、纵向撕裂等故障，将迫使企业停止生产，大大降低了生产效率，严重时会导致人员伤亡和机器报废。所以，为减少不必要的经济损失和人员伤亡，对带式输送机监测系统进行研究是非常重要的。本设计阐述了对带式输送机进行故障诊断的目的和意义，简述了带式输送机的基本结构和工作原理，论述了带式输送机的故障机理，提出了新的监测原理和方法。最后，完成对监测系统总体方案的设计，在硬件方面由实际情况和监测原理选择合适的传感器，通过分析比较选择光电传感器完成对各个故障信号的采集，然后，由输送机结构尺寸和监测需要，对传感器的安装位置进行选择。由传感器收集到的信号进行初步采集后，传入数据采集卡，经过处理后使其成为工控机易于接收的信号，通过组态王软件，达到故障报警、实时显示、生成报表、打印、报表存储等目的。本文设计出的基于组态王软件带式输送机监测系统，通过调试运行可知，系统界面显示信息简洁明了，同时对故障情况能够达到实时监测显示，方便技术人员对运行状态进行分析，当有故障发生时能及时维修处理。关键词：带式输送机，监测系统，组态王IDesignofMonitoringSystemforBeltConveyorAbstract：Theadvantagesofbeltconveyorbyitsperformanceiswidelyusedinmining,port,factoryproductionandotherfields,apartingfromothertransportationmachinecharacteristicsarebylongtransportdistance,fasttransportandlargetransportcapacity,anditcancontinuoustransportationevenifcancarryonformanykindsofmaterials.Beltconveyerasthecontinuousworkingequipment,ifitonceappearedskid,deviation,longitudinaltearingfault,Enterpriseswillbeforcedtostopproductionandproductionefficiencyisgreatlyreduced,underseriouscircumstances,itcancauseseriouscasualtiesandmachinesscrapped.Therefore,inordertoreduceunnecessaryeconomiclossesandcasualties,itisveryimportanttostudythemonitoringsystemofbeltconveyor.Thepurposeandsignificanceoffaultdiagnosisforbeltconveyorsaredescribedinthisdesign,andthebasicstructureandworkingprincipleofbeltconveyorareexpounded,Inaddition,thefailuremechanismofbeltconveyorisdescribed.Thenewmonitoringprinciplesandmethodsareproposed.Finally,Theoverallschemeofthemonitoringsystemwasdesignedandcompleted,Intheaspectofhardware，Ichoosetherightsensoraccordingtotheactualsituationandthemonitoringprinciple.Bycomparisonandanalysis,thefaultsignaliscollectedbyphotoelectricsensor.Then,bytheconveyorstructureandmonitoringconditions,theinstallationpositionofsensorisdetermined.Thesignalsarecollectedinitiallybythesensor,nextthedataisafferentdataacquisitioncard,thenitcanbereceivedwhichIPCiseasytoaccept.Finally,Thesystemcanachievefaultalarm,real-timedisplay,generatereports,print,reportsstoragepurposesbyKingviewsoftware.BeltconveyormonitoringsystemthatisdesignedinthispaperisbasedontheKingviewsoftware.Itwasfoundthattheinformationcanbeclearandconcisedisplayedinthemonitoringsysteminterfacethroughthetestandoperation.Moreoverfaultconditionscanbedisplayedinrealtime.Itismoreconvenienttoanalyzetherunningstatefortechnicalpersonnel.Whenthebeltconveyoroccursafault,itcantimelymaintenance.Keywords：Beltconveyor,Monitoringsystem,kingviewII目录1.绪论.11.1课题研究的背景和主要意义.11.2国内外研究现状.21.3主要研究内容.41.4本章小结.52.带式输送机的基本结构和工作原理.62.1引言.62.2带式输送机的基本结构.62.2.1输送带.62.2.2托辊.72.2.3驱动装置.82.2.4机架.92.2.5拉紧装置.92.2.6制动装置.92.2.7清扫装置.102.2.8电器保护装置.102.3带式输送机的工作原理.102.4小结.103.带式输送机主要故障形式及故障机理分析.113.1输送机跑偏故障及机理分析.113.1.1跑偏故障分析.113.1.2跑偏机理分析.123.2输送机打滑故障及机理分析.133.2.1打滑故障分析.133.2.2打滑机理分析.143.3输送机纵向撕裂故障及机理分析.153.3.1纵向撕裂故障分析.153.3.2纵向撕裂机理分析.15III3.4小结.164.监测原理及方法的设计.174.1跑偏监测原理及方法.174.2打滑监测原理及方法.184.3纵向撕裂监测原理与方法.195.监测系统硬件设计.205.1监测系统的总体设计.205.2监测跑偏、纵向撕裂的传感器.205.3监测打滑的传感器.215.4数据采集卡的选择.225.5工控机.235.6小结.246.监测系统软件的设计.256.1监测软件组态王.256.2监测界面的设计.256.3监测软件与外部设备的连接.326.3.1定义I/O设备.336.3.2定义数据库变量.366.3.3监测软件动画连接.386.3.4监测软件调试与运行.406.4小结.407.结论.41参考文献.42致谢.4301.绪论1.1课题研究的背景和主要意义在国民日常生活和国家经济建设中，对各种能源的需求量非常大，而在对各种能源的使用中，对煤炭的开采和使用量是最大的。虽然，煤炭总的价格曲线是在下降的，但是，其总的开采量还是非常大的，在这种情况下就容易导致在开采过程中发生事故，造成经济损失和人员伤亡。所以作为机械相关技术人员，考虑如何进行安全高效的开采和运输，是当前主要需解决的任务。由于带式输送机的运输能力强，其可以对沙石、煤炭等散装物品进行运输，同时对整件物品也可进行运输。除此之外，还拥有运输距离远、运输量大、运输阻力低、运输平稳、对运输物品的损伤低、以及可进行连续运输的特点。所以，带式输送机可作为主要的矿用机械设备。随着科学技术的高速发展，煤炭开采技术也进行着不断的发展和提高，带式输送机的输送量和运输能力也得到了进一步的发展和提高。原有监测输送机运输状态的系统已经不能满足工作需求，这时就要我们提出新的监测技术来实现对现有的输送机工作状态进行实时监测。通过对带式输送机进行在线实时监测和故障诊断，将有助于提高带式输送机工作的稳定性、减少机器零件的磨损和整个机器的使用寿命。由于矿用带式输送机能更好的适应恶劣的煤炭开采环境，所以矿用带式输送机可作为主要的煤炭开采运输机械设备。虽然，输送机的型号多种多样，但是，其在运输过程中出现的故障相似，主要都是打滑、跑偏以及纵向撕裂。所以，要保证带式输送机正常运行，主要是完成对这些故障的监测。目前国内大部分煤炭开采企业对带式输送机的监测方法大部分是经过周期性的定期监测维护来进行的，技术人员发现长期使用这种方法对带式输送机运行状态进行监测，存在误差有着很大的监测缺陷。因为应用这种监测方法往往是带式输送机首先出现了故障状态，然后，技术工人才会去对故障进行抢修，这种监测方法不能预防故障的发生，总是“发生故障进行维修”这样的恶性循环。只是依靠事后的抢修是不能有效地确保矿用带式输送机稳定运行的，如果其在运输过程中突然出现故障，对于技术工作人员来说，是比较麻烦的。除此之外，定期的对输送机进行拆装维护，可能对机器存在一定的损害。经常周期性的进行定期的维护和维修往往会造成“过剩维修”和“维修不足”，“维修不足”也就是说在设备没有达到定期维1修的时间，就已经出现故障，也会发生突发性的不定期故障，煤矿大型机器设备经常会发生这种故障，带式输送机发生这种故障不仅影响到煤矿开采的效率，严重时可造成人员伤亡和重大经济损失；“过剩维修”是指设备到了周期性维修时间点，可设备还处于正常安全的工作状态，却要进行周期性的监测和维修，这样就会造成不必要的浪费，影响生产效率。那么为了达到使输送机安全和稳定运行的目的，这种“定期性监测维修”的方法明显不能满足煤矿开采企业高效安全生产的需求。由于，当前矿用带式输送机的发展方向都是朝着功率大、速度高、运输距离长和较高的运输稳定性，那么，就急需技术人员对落后的带式输送机在线实时监测系统进行改进和发展，来满足输送机不断发展的现状。随着当前监测设备的不断发展和各种编程软件、图形化处理方式的出现，使矿用带式输送机达到在线实时监测，得以更好地实现。本文研究的目的和意义在于：在监测硬件的选择上，采用先进的光电式传感器对信号进行采集，提出了基于组态软件的带式输送机监测系统。采取先进的硬件监测设备和组态软件相结合的监测方案，利用组态王软件的优势：应用其强大的数据处理能力和自动化程度高以及采集速度快的特点，使得这种结合组态软件的实时监测系统，能够对带式输送机运行情况进行精确、快速的监测，保护机器的正常工作。对于输送机在运行过程中主要出现的故障:输送带打滑、跑偏以及纵向撕裂，课题所研究幵发的带式输送机监测系统，可以完成对输送机这些故障的在线实时监测。本课题所研究的基于组态软件的监测系统，方便工作人员对带式输送机的运行情况进行随时了解和查询。这种监测方案在监测精度和效率方面，完成了很大的提高，并且提供了充分的依据，在后期带式输送机系统性能分析方面。当有故障出现时，系统能够及时发现，发出报警甚至停机，为防止事故发生，降低经济损失，具有重大意义。1.2国内外研究现状查阅相关国内外文献发现，对于带式输送机监测系统的研究，除了对带式输送机监测系统设计的研究，还有对输送机打滑、跑偏以及纵向撕裂等故障监测原理和方法的研究。(1)监测纵向撕裂故障的研究现状2当前国内外在监测输送带纵向撕裂研究领域，方法多种多样，但主要包括两大部分：接触式测量法和非接触式测量法。二者相比接触式出现的时间比较早，应用机械装置来达到监测的目的，但是由于接触式监测方法的精度不高，逐渐被人们所放弃，后来，经过设计研究后，主要以非接触式监测方法为主。据了解日、英、澳等国家在二十世纪七十年代左右先后在超声波探伤检测器领域有所突破。纵观国内带式输送机监测领域发展状况，由于煤矿生产环境的特殊性，钢丝绳芯带式输送机被很多煤炭开采企业所使用，这样就导致纵向撕裂事件常常发生，国内大量的研究人员主要对纵向撕裂故障的预防和监测进行了深入的研究，获得了突破性的进展。除了位于唐山的工业自动化研究所之外，上海煤炭研究分院关于监测纵向撕裂故障的装置也取得了国家专利认证。国内外在带式输送机纵向撕裂的检测领域，其方法比较多，主要有：基于漏料进行检测的、应用弦线的变化进行监测的、基于撕裂后滚筒压力的变化进行监测的、基于监测托辊振动的情况进行监测、还有基于皮带宽度的变化进行监测；比较新的监测方法有：利用光的透视强度变化进行监测、利用超声波进行监测、以及在皮带中预埋金属线圈进行监测等方法。对于上文的这些监测方式，利用接触式进行监测时。虽然在使用过程中可以比较简单的进行安装，监测原理也不复杂，但是在使用过程中容易发生误差，监测误差比较大，同时可靠性也没有保障。目前比较先进的监测原理有：利用超声波进行监测、利用x光进行探测、嵌入特殊材料进行监测等。对于这几种监测原理，首先超声波监测技术在应用时局限性比较大，通常用于地上设备的监测，除此之外，在使用时费用比较高。利用x光进行监测精度比较高，但是不适合应用在煤炭开采这样恶劣的工作环境，同时在使用过程中费用也不低。通常所说的嵌入是指事先在生产时在输送带中预埋导电材料，当发生纵向撕裂故障时，导电材料也会受到损害，但是，对于正在使用的输送带来说预埋线圈比较麻烦。(2)监测跑偏故障的研究现状对于跑偏故障接触式监测的方法有：应用调心托辊组来完成监测，在输送带组成结构中用调心托辊组代替一般的托辊，可以完成对较小跑偏的复位；应用跑偏开关可以直接进行跑偏状态的监测；应用自动调心托棍进行监测，但是这种监测只能对较小的跑偏状态进行复位。目前国内对带式输送机跑偏的研究成果有：基于电磁感应理论设计的跑偏开关对跑偏状态进行监测，应用机械零件凸轮、弹簧杆等设计3出的两级跑偏开关，可以对跑偏故障进行监测。两级跑偏开关对跑偏故障的监测方式，是一种接触式监测方式，反应比较慢，监测误差较大，除此之外，在长期的监测过程中，对开关的磨损比较严重；不能完成对跑偏位置的确定。(3)监测打滑故障的研究现状对于打滑故障的发生，是由于滚筒与皮带之间的摩擦力不足造成的，那么要防止打滑故障的发生就要增大摩擦力，可以通过增大摩擦系数、增大预紧力来增大摩擦力。近年来国内监测皮带打滑的研究主要有：一种是在主动滚筒上安装速度传感器对打滑进行监测；另一种是用速度传感器直接监测输送带的运行速度，然后对速度值进行处理，判断出打滑和断带故障。(4)带式输送机监测系统的研究现状随着相关技术的发展，带式输送机监测技术水平达到了一个新的高度。这其中主要是传感器技术、计算机技术的迅猛发展对其影响最大。应用传感器技术、现代测试技术、以及计算机技术三位一体，使现代监测系统的功能更强大、过程更稳定、误差更小。现代监测系统研究已日趋成熟，有的应用单片机进行监测、有的应用组态软件进行监测、有的应用虚拟仪器进行监测、有的应用plc进行监测，对于应用虚拟仪器监测系统的设计还不够成熟，是目前技术人员研究的一个主要方向。而本设计是基于组态软件完成带式输送机监测系统的设计，系统通过硬件设备完成数据的采集后，主要是应用组态王作为软件部分，提供工作界面完成数据信号的处理、数据保存、打印和运行状态的实时监测，以及进行故障报警等操作。1.3主要研究内容本文以传感器监测技术为理论基础，针对带式输送机在运行过程中出现的各种故障形式，分析产生故障的机理并研究确定各种故障的诊断方法，开发出一套适应于诊断打滑、跑偏和纵向撕裂等故障的带式输送机监测系统。本文研究的主要内容有：（1）阐述了带式输送机故障诊断的发展现状，阐明了进行带式输送机故障诊断研究的必要性；（2）系统介绍了带式输送机的结构特点和工作原理；4（3）分析带式输送机故障特征和故障机理；（3）针对带式输送机故障特征和故障机理，对其故障的诊断方法分别进行详细的阐述；（4）设计在线状态监测与故障诊断系统硬件结构；（5）设计在线状态监测与故障诊断系统软件的开发及其功能的实现；1.4本章小结本章首先对带式输送机监测系统故障诊断研究目的和意义进行阐述，可知对带式输送机运行状态进行监测与故障诊断是非常必要的。其次介绍了国内外带式输送机监测系统的发展现状，最后阐述了本文研究的主要内容。52.带式输送机的基本结构和工作原理2.1引言带式输送机是以胶带、塑料带、钢带等作为运输物料和牵引部件的输送机械。带式输送机从十八世纪初被发明以来，经过长期的发展，已经广泛被煤炭、矿山、化工等行业所使用。由于带式输送机具有输送量大、结构简单、运输距离长、输送物料范围广泛、能耗低、效率高、装卸物料方便等特点，所以它已经成为各个国家争先发展的行业。2.2带式输送机的基本结构带式输送机按照外形，可分为：平型、槽型、夹带式、波纹挡边袋式、吊带式、和固定等几大类；按照驱动方式可分为:有辊式、无辊式和直线驱动式三类。输送机的基本结构有：输送带、拉紧装置、托辊、机架、清扫装置、减速器、电器保护装置等如图21。下面对其结构进行详细说明。1拉紧装置2装载装置3该向滚筒4上托辊5输送带6下托辊7机架8清扫装置9驱动装置图2.1带式输送机结构简图2.2.1输送带6在整个结构中，输送带作为主要的运行部分，生产时，对皮带的抗张强度、柔性、伸长率、耐磨性和抗疲劳性等方面都有很高的要求。输送带按照带芯类型可划分为织物型（棉帆布、合成纤维）和钢铁型（钢丝绳、钢纤维、钢带）两类。输送带的结构相对来说比较简单，可划分为覆盖层、带芯层和隔离层三部分组成。覆盖层分为上胶层和下胶层，分别覆盖在带芯层上，由外部条件确定是否要达到耐油、耐磨、耐高温等要求；带芯层作为输送带主体部分，用于承受外部载荷，根据带强要求选择棉帆布、尼龙布、芳纶布、钢丝绳芯；隔离层主要作用进行隔离，根据带芯材料的不同而选择不同的配方。2.2.2托辊托辊作为主要的组成部件，其数量丰富、种类多种多样。它主要用来支撑输送带和物料重量。在一台输送机上托辊的成本占整个机器成本的30%左右，用来承受百分之七十左右的阻力。因此，在生产过程中对托辊的生产质量要求比较高。在一台机器上托辊的重量占总机器重量的百分之三十到四十，所以，在对输送机进行维护和修理时，主要是对托辊的维护和修理。一般在生产过程中，如果输送机的工作效率比较高，那么它的托辊往往质量都比较高；相反，如果机器在运行过程中效率比较低，那么它的托辊质量一般都比较低，也就是说托辊质量的好坏，将直接影响到机器的运行效率。所以制造高精度、高质量、高寿命、低阻力的托辊，对提高带式输送机的生产效率至关重要。按照外部形状的不同，可将托辊分为平行类、V形类、槽型类、调心托辊组、悬挂托辊组、翻带托辊组、挡边轮。平行托辊组由平行上托辊组和平行下托辊组构成，平行下托辊组具有平形、螺旋形、弹簧形等几类。安装时，在下托辊两端分别安装固定架将其固定，一般平行下托辊都是单根托辊组成。在安装时，应该留出适当间距，用来保证输送带在运行过程中适当出现的横向位移。V形托辊主要指下托辊是由两个托辊组成，形似V型。其最大的特点是下托辊在运行过程中，当输送带发生较小角度的偏移时，可适当的进行调节。槽型类托辊组可分为三辊圆柱式土棍组、侧锥形托辊组和前置式槽型托辊组。三辊圆柱式托辊组用于上托辊，槽角有10、30、35等。其中还带有前倾角托辊和缓冲托辊。在槽形托辊的基础上，将其两侧的托辊改为锥形，就变成侧锥形托辊。锥形托辊在结构上可装有转动的支7架，可以实现输送带跑偏纠正的作用。调心托辊是在输送带的中心枢轴的垂直方向上安装托辊，它的作用是当输送带发生侧向跑偏时，该托辊组可将输送带推回到中间位置。由于考虑到托辊在机器工作时的显著作用，所以在安装托辊时，在安装时应该合理布置托辊的间距。对于间距的确定，主要考虑托辊的额定负荷、皮带质量、皮带额定负荷等因素。在托辊安装时，选择合理的密封方式对托辊来说至关重要。选择合理的密封方式将有助于增强托辊的使用寿命。对于矿用带式输送机进行合理的密封，可以有效保护机器设备提高机器的工作效率。2.2.3驱动装置驱动装置的工作过程为：电动机通过联轴器将其与减速器连接，最后将减速器与传动滚筒进行连接，当电动机产生运动指令后，通过中间设备后传动滚筒也会跟着发生运动。在完成上述运动时，所涉及到的所有机器设备统称为驱动装置。输送带的运动就是在传动滚筒与皮带发生相对运动时产生摩擦力，由摩擦力来完成的。驱动装置作为输送机的动力部分，对其也有一定的要求，空载时能否实现启动、过载时是否有保护措施、能否完成频繁的加速和减速变化等。驱动装置主要有以下几部分：（1）电动机选择电动机时，可以从功率、启动力矩、最大力矩、转速、电源电压、工作效率等方面进行考虑。在使用过程中，可以供系统选择的电动机有：高转子电阻的电动机、深槽式电动机、双鼠笼电动机、绕线式感应电动机。在实际生产中，可根据现场工作情况进行选择，如防爆、耐高温。（2）联轴器联轴器的主要作用是：将驱动装置的输出轴和传动滚筒的输入端连接起来。具有过载保护的作用。目前可供选用联轴器种类比较丰富，可将其分为液力式、磁力式、摩擦式和机械式几种。但从驱动装置整体运行稳定性和高效性出发，经常选用的主要有：液力联轴器、磁力联轴器、十字轴式万向联轴器等。（3）减速器8减速器是电动机和滚筒之间的减速装置，是输送机主要组成结构之一。带式输送机减速器主要分为平行轴、同心轴、直交轴三大类。平行轴类的圆柱齿轮减速器使用比较常见。在同心轴中的白线针轮的使用较多。直交轴主要有：圆锥圆柱硬齿面减速器、液压无极变速器等。圆柱圆锥齿轮减速器使用范围有限，同样圆柱齿轮减速器也有一定的局限性，不能广泛应用于井下作业，需要扩大工作空间，但是它又有一定的优越性，与其它减速器相比它的传动效率较高。（4）传动滚筒传动滚筒主要作用是将带式输送机的运动状态进行传递。传动滚筒紧密连接于驱动装置，是带式输送机的主要支撑部分。按照功能分，可将其分为：真空滚筒、磁力滚筒、轮胎滚筒、陶瓷滚筒等。对于一些特殊的工作环境，应该对滚筒的表面进行特殊处理。2.2.4机架机架是带式输送机的骨架结构，对其他结构具有重要的支撑作用。机架具有多种分类方式，按照布置位置的不同，可将其划分为机头架、机头探架、中间架、机尾架和驱动架。对于有些型号的输送机，它的中间架部分是可拆装的。2.2.5拉紧装置拉紧装置的主要作用是保障带式输送机的稳定运转。因为在运行过程中，要使输送机有足够的牵引力（摩擦力），就必须保证皮带张紧力的大小满足需要。而张紧力的大小就是通过拉紧装置进行调节的。在制动和启动过程中拉紧装置的作用更加明显。2.2.6制动装置制动装置顾名思义其作用是用来制动的。制动装置按照使用情况的不同主要包括制动器和逆止器两部分。常用的逆止器有三类：带式型、棘轮型和滚柱型。制动器常用的有液压推杆制动器和电磁离合制动器等。当输送带的行状态是上坡时，要达到停车的目的就要使用制动器。当制动器的适用环境比较特殊时，我们就要对其表面进行特殊处理，如加固防爆或耐高温材料。当输送带的运行状态是下9坡时，要达到停车防止输送带倒退时使用逆止器（停止器）。2.2.7清扫装置输送带在运行一段时间后，经常会将泥浆、煤尘、粉状物料等粘性物质粘在输送带表面上，如果不及时清理，会弄脏托辊、滚筒等设备，长期不处理将会影到机器的输送效率，严重时会发生故障。因此，对输送机进行清扫可以间接保证其正常运行。清扫装置主要有：单刮板或多刮板式清扫器、旋转式输送带清扫器、螺旋式清扫器、喷水器和刮水器。当进行清扫时，根据实际情况选择合适的清扫装置。2.2.8电器保护装置对输送机设置多种电器保护装置，对于提高机器寿命、保护工作人员的安全、保证机器的运行效率等方面，具有重要的意义。目前主要的保护装置有：纵向撕裂保护装置、打滑断带保护装置、烟雾保护装置、跑偏保护装置、带速监测保护装置、拉力保护装置以及电机的接地、短路保护装置等。本设计主要就是对纵向撕裂保护装置、打滑断带保护装置以及跑偏保护装置的研究。2.3带式输送机的工作原理带式输送机即皮带输送机，当输送带开始工作时，首先由驱动装置对主动滚筒进行驱动，使主动滚筒发生转动。驱动过程为电动机开始工作，经过联轴器、减速器的中间过程，作用到主动滚筒使滚筒发生转动。主动滚筒发生转动后，导致滚筒与皮带之间产生摩擦力。产生的摩擦力即牵引力驱动皮带进行定向运动，皮带在运行过程中是有托辊起支撑作用，当皮带运动到机架尾端经过从动滚筒（转向滚筒）时运动方向发生偏转，这样上行皮带就转化为下行皮带，形成一个无限循环的过程。物料从进料口落入，经过皮带的运输到达出料口附近，从出料口输出。2.4小结本章对带式输送机的基本组成结构进行详细分析，阐述了输送机的工作原理，为后期故障机理的分析和监测方法的确定提供理论基础。103.带式输送机主要故障形式及故障机理分析带式输送机的主要故障表现形式有:跑偏、打滑及纵向撕裂等。本章主要对这三种故障的表现新式及故障机理进行分析，为后期进行监测原理的设计提供理论依据。3.1输送机跑偏故障及机理分析3.1.1跑偏故障分析输送带跑偏可定义为：当输送机在运行时输送带运动位置偏离偏离原来的运行位置产生侧向位移，也就是说实际运行位置和理论位置出现偏差。出现跑偏的原因为：输送机理论设计中心线与输送带的运行中心线不重合。实际情况表现为：输送带边缘和托辊边缘以及滚筒边缘之间的距离发生变化与理论距离值不符。出现跑偏现象的根本原因是：在垂直于运动方向上的力不平衡，皮带在该方向上产生了合外力；除此之外当应力在垂直方向上分布不均时，那么就会出现侧向应力，这时托辊或滚筒会对其产生一个反向作用力，在该力的作用下皮带会出现跑偏现象.当出现故障时，往往会导致皮带边缘与滚筒、托辊以及机架部分相摩擦，长时间的摩擦将导致皮带边缘的磨损，严重时皮带边缘会翻起使物料倾洒，除此之外严重的磨损往往会导致局部温度过高，有发生火灾的隐患；当两侧滚筒边缘有坚硬异物时，发生跑偏将会导致纵向撕裂事故的发生，导致皮带提前报废。故障处理措施：发生跑偏的原因不唯一，不同的原因处理措施也不同，首先对故障出现的原因进行分析。由于托棍安装不对称或托辊的角度发生偏转引起跑偏时，将托辊的安装位置和角度进行调整，可避免跑偏的发生。当发生输送带整体跑偏时，可以驱动电机通过丝杠将两滚筒的相对距离和角度进行调整，使滚筒的方向始终垂直于运动方向；当皮带的接头部分发生故障时，应监测接头，将其方向进行调整。当上述现象发生时，分析产生的原因，针对不同的原因选择合适的处理办法，可提前减少损失程度。跑偏故障的处理办法多种多样，但最主要的是设计一种实时监测系统，对各种跑偏机理造成的故障都能进行监测和处理。113.1.2跑偏机理分析皮带的工作状态是一种无限闭合循环过程，在整个结构中输送带可分为上行皮带和下行皮带两大段。一般在工作时上行皮带和下行皮带的运动中心线理论上应该是平行的，并且在垂直方向上的合应力应该为零。但是当外界环境发生变化时，输送带的运行状态发生变化，直观表现为上行皮带和下行皮带的中心线不再平行，在垂直方向上皮带的合应力也发生了变化，出现了侧向合应力。在侧向合应力的作用下输送带会产生一定的侧向位移，当位移的数值超过跑偏的标准值时，就会导致故障的发生。从上面的分析我们了解到，造成跑偏事故的原因多种多样，但是经过详细的分析可知当前主要因素都很明确。故障机理总的可以概括为以下两大类：第一种是指，机器在投入生产以前，在制造过程中和安装时由于技术不过关所造成。主要有以下几种情况：（1）皮带本身结构不合格：皮带在出厂时质量不达标，接头位置不对，整体厚度不均匀等，输送带在损坏以后由于维修不足使带体的厚度不均匀等。这些因素往往会导致输送带两侧所受力的大小不相等，有发生跑偏的隐患。（2）滚筒在加工时造成的误差：滚筒在加工时造成的误差、滚筒被粘上物料以及发生磨损都会使滚筒的直径大小发生变化，那么将会在垂直方向产生一个侧向力，使皮带向直径较大的方向产生横向位移，位移较大时会造成跑偏故障。（3）当带式输送机的中心线和两侧滚筒的中心线不能保持垂直时，将使输送带产生侧向位移；当滚筒的安装位置存在误差时，导致输送带过于松弛，两侧滚筒与皮带松紧程度不同，在垂直方向的驱动力发生变化，最终输送带会向松弛的一端产生位移。（4）输送机安装错误；输送机安装后自身结构在运行方向上不在一条直线上；托辊的位置安装错误，输送机中心线与托辊自身的中心线不垂直；输送带各部件的中心线不在一个方向上；机架两端存在高低差有倾斜现象时。上述原因都是在带式输送机在投入生产以前就存在的，当输送机运行后会导致跑偏故障的发生。设备型号不配套、在调试时不严格等都会产生隐患。所以，技术人员在选择时一定要优先考虑质量合格的设备，为了能及早发现和避免机器自身问12题所引起的故障，输送机必须在调试后才能投入使用，减少不必要的损失。带式输送机在投入生产后产生跑偏的原因比较复杂，可以通过对运行实际情况进行原因分析。（1）物料在输送带上的分布不均匀、以及当大块物料分布在皮带的一端时，都会使输送带受力不均匀，长时间的局部磨损，使输送带发生部分变形，造成跑偏故障；（2）维护不及时；当清扫周期过长时导致托辊或滚筒沾上物料，使局部直径发生变化，输送带受力不均匀，发生跑偏。所以，在生产时应该及时对设备进行清洁，合理安排维护周期。除此之外，对机架和托辊应该定期进行结构检测，防止结构突变造成输送带跑偏；（3）滚筒或托辊出现转动不灵，托辊连接支架发生局部松动时等；（4）机器经过长时间的使用造成局部老化、磨损等。由于目前机械领域发展的局限性以及输送机工作环境的客观性等，上述原因是不能完全进行避免的。因此，设计带式输送机实时监测系统，增强监测系统的功能对其进行实时监测显得至关重要。3.2输送机打滑故障及机理分析3.2.1打滑故障分析输送机皮带的运动主要是靠主动滚筒给它提供一个向前的驱动力，这个驱动力就是皮带与滚筒之间的摩擦力。当载荷的大小发生变化或拉紧装置提供的拉紧力发生变化时，将导致皮带的速度发生变化。当皮带速度与滚筒线速度之间的差值较大时，输送机就会出现打滑现象。当发生打滑时，造成的危害主要有：打滑时在摩擦力的作用下会产生大量的热使皮带的温度升高，严重时输送带的表面将会起火导致火灾的发生；除此之外，会导致两侧的滚筒、输送带表面发生磨损与损坏，使皮带的使用寿命降低；当运行时物料的重量过大时，会使下行皮带的制动力矩过小，不能达到制动的作用，导致发生“飞车”。从上面的阐述可知，对带式输送机进行速度的监测，防止打滑事故的发生意义重大。监测速13度可以及时预防当输送带速度过高时发生打滑，而且也能及时预防当输送带速度过低时输送带不能完成输送任务导致物料的堆积。3.2.2打滑机理分析由前文对带式输送机结构和工作原理的分析可知，输送带发生打滑是由于主动滚筒提供给皮带的牵引力小于皮带在运行时所受到的阻力。用公式表示为：（31）阻牵F同时；（32）)1(tZtaSF牵上式中：主动滚筒相遇点的张力；tS主动滚筒分离点的张力；z摩擦系数；t包角；整理可得：（33）阻（FaSt)1z此式为发生打滑故障的条件。从上式可以看出，包角、摩擦系数、分离点的张力、阻力四个因素，直接影响输送机是否发生打滑现象。同时，我们也可以改变这四个参数，对打滑现象进行改善。上述参数发生变化时对打滑现象的影响：（1）滚筒与输送带分离部分的张力减小。当张紧力发生变化时直接导致张力的变化。当皮带长期使用后会发生塑性变形，皮带长度变大时张紧力就会减小，并且张紧装置老化同样会使张力减小，导致发生打滑事故。（2）当皮带的摩擦系数降低时。外界环境的变化会导致皮带和滚筒接触面情况14发生变化，比如阴雨天气当雨水浸入会导致摩擦系数减小。（3）当包角减小时。通常情况下带式输送机的围包角是固定值，一般不发生变化与外部环境无关。（4）在运动过程中阻力增大时。导致阻力增大的因素有：过输送物料过重、滚筒或托辊老化使转动不灵活、皮带在运行时发生卡死以及堆煤现象等，都会使运行阻力增大。3.3输送机纵向撕裂故障及机理分析3.3.1纵向撕裂故障分析带式输送机纵向撕裂现象是指；输送机在工作时在外部因素的作用下使皮带沿运行方向撕幵来，出现漏料的情况。其主要原因是皮带在长期使用中由于磨损严重使局部抗拉能力减小或当有尖硬物料插入皮带也会导致纵向撕裂故障发生。除此之外，当皮带发生跑偏或有物料卡在滚筒和托辊上时，也会发生纵向撕裂。发生故障的位置主要是在落料口附近。因为，在进行落料工作时，输送物料中的尖硬物质常常会卡在托辊或滚筒上，这些物质对上行皮带的作用力持续增大，最后扎入皮带内在持续的运动中将上行皮带一分为二。目前矿用输送机的速度往往比较高，当有上述现象发生时，倘若不进行及时的停机操作，可能会造成整条皮带的报废。所以，对带式输送机皮带进行实时监测和预防意义重大。查阅相关资料可知，对纵向撕裂事故的预防主要有两大研究方向：其中一种，对输送机皮带生产材料进行改进。因为纵向撕裂事故的发生主要是材料的横向强度较弱，容易被坚硬物质扎穿，所以必须生产出一种强度比较高皮带才能减少撕裂故障的发生，这种研究方向是从根源上避免故障的发生。不过成功研制出一种新的材料往往受到多方面的制约。另外一种，在纵向撕裂监测理论和方法上进行改进和创新。根据实际环境和运行状态对带式输送机进行监测系统的升级比生产新的输送带更方便、更快。在上一章的陈述中，已经对各种监测系统进行比较说明。对于目前工作情况的需要，在对原监测系统进行改进后，本设计研究出一种基于组态软件的在线监测系统，应用最新的传感器理论完成对输送机纵向撕裂故障的监测。153.3.2纵向撕裂机理分析在皮带运行过程中，纵向撕裂故障是一种比较普遍的故障形式，当发生纵向撕裂故障时常常会使整条输送带发生报废，给企业带来严重的损失。造成撕裂故障的原因主要有以下几个方面：（1）钢绳芯皮带纵向撕裂对于钢绳芯输送机，在运行过程中钢丝绳在过重载荷的作用下，经常会导致其发生断裂。裂开的钢丝绳会从皮带的接头处伸出，会缠在托棍、滚筒上，直接导致钢丝绳从皮带中抽出，发生撕裂故障。防止措施只能是缩短巡视周期，及早发现，及早处理。（2）跑偏导致的撕裂皮带在运行时若出现单侧位移较多时，皮带在垂直方向上应力分布不均时，造成皮带边缘被磨损夹住等，出现撕裂事故，这种情况主要是在跑偏故障严重时才会出现，所以对跑偏现象进行及时的监测和处理，可减少这种撕裂情况的发生。（3）物料被卡造成的撕裂输送机在运输物料时，经常会有一部分物料被卡在机架、托辊或滚筒附近，长时间运行过程中物料会不断的摩擦皮带表面，最后导致皮带的局部撕裂。还有一种情况是，当输送机的运行速度过低时，装料口装料速度过快或卸料口卸料不及时，都会造成物料在装料口和卸料口的堵塞，两个堵塞部位由于摩擦的作用出现皮带撕裂。（4）外部异物造成的撕裂一种是，尖锐器物穿透造成的划伤。当物料中被混入尖锐物质时，在惯性力的作用下异物的尖锐部分会刺穿皮带，发生纵向撕裂。另一种是，由于输送机自身的结构发生松动，掉落的零部件在惯性力的作用下对皮带造成划伤。3.4小结本章对带式输送机在运行过程中出现的主要故障进行总结，分别阐述了跑偏、打滑、纵向撕裂故障的表现形式以及危害，最后对故障机理进行详细分析。164.监测原理及方法的设计4.1跑偏监测原理及方法由上文的跑偏机理分析可知，皮带在运行时其实际中心线偏离理论中心线时，出现跑偏现象，在监测时可以对位移进行监测，用光电传感器监测到信号后，将信号经过送到工控机，利用组态王软件对数据进行显示和处理，当有跑偏故障发生时，立即进行报警。为了更好的达到监测效果，提高监测的准确性，必须对传感器的安装位置进行合理的布置。从上文的跑偏机理分析可知，主要在以下位置进行安装：（1）输送机的头部和尾部滚筒处；（2）皮带上主要运行物料段；（3）皮带凹弧端的两侧；（4）输送带运行过程中经常凸起的地方。为了提高监测跑偏的准确性，应该在考虑实际情况后进行合理的选择。由跑偏的故障机理可知输送机在运行时一般在两侧的驱动滚筒和从动滚筒处易发生跑偏故障，这两处发生故障时一般不容易自动恢复和控制，所以在这两个位置安装监测装置非常重要。一般根据带速的大小以及结合经验，确定传感器的安装部位。当带速为8m/s左右时，选择将传感器安装在距离主动滚筒10m左右处。本系统应用左右两组传感器对跑偏故障进行监测，每组有四个对射式光电开关，然后将左边的四个传感器分为1#组和2#组，同样将右边的传感器也分为1#组和2#组。传感器的具体安装如下：取输送带宽度的百分之八左右为侧向安装距离，即在输送带左侧