輸煤皮帶縱向撕裂檢測壓力檢測研究
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論文導(dǎo)讀：皮帶縱向撕裂主要發(fā)生在機尾裝載點處，其主要原因就是上述分析之結(jié)果。在輸煤系統(tǒng)中，輸煤皮帶縱向撕裂事故時有發(fā)生，一旦發(fā)生撕裂事故,在幾分鐘內(nèi)就會全部毀壞,造成巨大的經(jīng)濟損失。本文分析了皮帶縱向撕裂的原因，闡述了皮帶縱向撕裂檢測原理，并探討了防皮帶縱向撕裂壓力檢測方法。
關(guān)鍵詞：輸煤系統(tǒng)，輸煤皮帶，縱向撕
1.皮帶縱向撕裂的原因
輸煤系統(tǒng)的可靠運行直接關(guān)系到電廠的經(jīng)濟效益。整個運輸機當中，皮帶是個容易損壞的薄弱環(huán)節(jié)，而皮帶又占整個機器成本的40％以上，因此保護監(jiān)測皮帶使其受最少程度的損壞也就是關(guān)系到整個電廠正常運行的重中之重了。皮帶縱向撕裂原因包括：
1.1皮帶跑偏撕裂。
皮帶運行過程中，皮帶單側(cè)偏移較多時，在一側(cè)形成褶皺堆積或折疊，受到不均衡拉力或被夾傷及刮傷等，造成撕裂。這種情況一般不會偶然發(fā)生，達到撕裂的程度需要有一個過程，且現(xiàn)象比較明顯，容易觀察。發(fā)現(xiàn)皮帶跑偏時及時調(diào)整，保證跑偏傳感器工作正常，即可防止這類撕裂事故的發(fā)生。
1.2抽芯撕裂（只發(fā)生于鋼繩芯皮帶）。
皮帶在劇烈的沖擊力作用下，有時會造成皮帶中的鋼絲繩斷裂，經(jīng)過長時間的磨、壓、折、拉等外力作用，斷裂的鋼絲繩頭會從皮帶接頭處、粘口處或磨損比較嚴重處露出蓋膠之外。當露出的鋼絲繩達到一定長度，就可能絞入滾筒、托輥等處，隨著皮帶的運轉(zhuǎn)，鋼絲繩從皮帶蓋膠中抽出，造成撕傷。還有一種情況就是機頭部清掃器刮板夾掛住皮帶表面的金屬絲或其他雜物，把皮帶磨透。防止這種撕裂只能加強巡視力度，發(fā)現(xiàn)外露鋼絲繩頭的長度超過30mm時，立即剪掉，以免后患。
1.3物料卡壓堵塞撕裂。
這種情況發(fā)生在溜槽下部。由于溜槽前沿和皮帶面之間的距離有限，且皮帶下緩沖托輥呈間隔分布，自然承載力強度不均勻。當所運輸?shù)奈锪蠁蝹?cè)長度超過這個距離時，在特殊的情況下容易使大塊物料卡在溜槽前沿與皮帶之間，強力擠壓皮帶造成撕裂。還有一種情況就是當裝載點處給料突然增大，使皮帶裝料堵塞，經(jīng)過長時間的摩擦，從而引起皮帶撕裂。
1.4異物劃傷。
這種損傷也是發(fā)生在溜槽下部，有兩種情況。一是長桿狀利器壓力性劃傷。當進入溜槽異物的縱向尺寸大于其通過能力時，異物就會別在溜槽下部，通過皮帶的向前運動增壓，從而劃傷皮帶。二是利器穿透性劃傷。根據(jù)流程需要，兩條皮帶的首尾銜接處要達到一定的空間落差，這樣就給上部皮帶的物料積蓄了一定的勢能，當落到下部皮帶時自然產(chǎn)生一定的速度。如果物料中意外混入尖銳利器，在接觸皮帶時由于慣性作用，利器下部直接穿透皮帶卡在托輥上，上部被溜槽前沿擋住，形成利刀，在皮帶向前運動的過程中造成撕裂。三是其他劃傷。如果托輥端蓋未焊好，自由旋轉(zhuǎn)的端蓋就像旋轉(zhuǎn)刀片一樣把皮帶割開。
2.皮帶縱向撕裂檢測原理
2.1皮帶撕裂機理
皮帶縱向撕裂主要發(fā)生在機尾裝載點處[8]，其主要原因就是上述分析之結(jié)果。從皮帶撕裂的原因分析，原因（1）（2）可以歸之為可預(yù)知性皮帶撕裂，原因（3）（4）可以歸之為未知性皮帶撕裂，針對原因（1）（2），如果我們積極消除現(xiàn)場導(dǎo)致發(fā)生撕裂的各種隱患，并完善各方面設(shè)施，加強對操作及維修工人的安全教育，落實崗位責(zé)任制，就可以杜絕這方面撕裂事故的發(fā)生。而原因（3）（4）一般情況下光靠人力很難杜絕，因為皮帶撕裂時基本上沒有明顯的可視征兆，因此現(xiàn)在很多檢測裝置也就應(yīng)運而生了。從后一種情況我們不難發(fā)現(xiàn)皮帶撕裂時不外乎這兩種可能：一是皮帶被異物或塊煤卡壓，造成皮帶反復(fù)被擦刮從而被撕裂；另一種情況是皮帶被利器直接扎穿，造成皮帶撕裂。
2.2 皮帶縱向撕裂檢測原理
由上述分析可知，當皮帶被異物卡壓時，皮帶需要一段時間才能造成撕裂，而當皮帶被直接扎穿時，皮帶就有可能直接造成撕裂。針對前一種情況，當皮帶被撕裂時，由于物料卡壓，皮帶帶速降低的同時，被卡物料給皮帶施加的壓力會不斷增大，且持續(xù)一定時間，直至皮帶被扎穿，隨后壓力將會顯著減小。所以，可以通過監(jiān)測皮帶在落料口處所受向下壓力的大小及變化情況來診斷皮帶縱向撕裂事故。發(fā)表論文。由于皮帶是運動的，其受力不易直接監(jiān)測，但其所受的向下壓力將會傳遞給托輥，因此可通過在托輥上安裝相應(yīng)的傳感器來監(jiān)測其受力情況。這種方法的好處就是在皮帶撕裂前就能做出判斷，從而避免了那種被動式撕裂帶來的更為嚴重的損失。當后一種情況發(fā)生時，皮帶撕裂就是我們無法及時能阻擋得了的了，但如何把損失控制在最少范圍以內(nèi)就是我們應(yīng)該考慮的事情。針對這一情況，當皮帶被撕裂時，由于皮帶負重，使其受一個往內(nèi)側(cè)收縮的力，導(dǎo)致被撕裂的皮帶兩邊緣互相重疊，從而引起皮帶帶寬的變窄。因此可以設(shè)計出一種帶寬檢測器來檢測其帶寬的變化，產(chǎn)生相應(yīng)的報警信號，從而達到監(jiān)測的目的。這里的帶寬檢測器是采用超聲波測距原理來實現(xiàn)的，它的反應(yīng)快捷，所需時間很短，能最大限度減少皮帶撕裂長度。
3. 防皮帶縱向撕裂壓力檢測方法
皮帶正常運行時，皮帶和托輥受到的力相對較為平穩(wěn)，有異物卡住發(fā)生撕帶事故時，皮帶及托輥將會受到一個較大的附加壓力，據(jù)統(tǒng)計和試驗，這一附加的壓力（即戳穿鋼繩芯皮帶所需的力）大約在1.47～4.41KN 之間[10]，而這一附加壓力將會使皮帶和托輥所受的壓力顯著增加。同時，據(jù)調(diào)查和統(tǒng)計，伴隨著皮帶被劃傷刺穿的過程，這一附加壓力至少將會持續(xù)300ms 以上。針對上述特征，我們采用對力傳感器的輸出信號進行一定時間內(nèi)積分，以積分面積是否超過閥值作為撕帶與否的判斷標準，這樣就可以防止因落料口落下較大的煤塊或矸石等引起的沖擊壓力而造成誤報。發(fā)表論文。針對上述分析，下面對傳感器的設(shè)計和傳感器受力計算作一詳細分析說明，從而確定撕帶信號的識別方法。
3.1 皮帶正常工作時傳感器的受力計算
皮帶在正常工作時，作用在傳感器上的拉力來自皮帶重量，托輥重量及分布在每組托輥上的煤的重量，上述3 種作用力在垂直方向的合力為
W0 =W1 +W2 +W3， （2-1）
式中： W1為作用在一組托輥上的皮帶重量；W2為一組托輥的重量；W 3為作用在一組托輥上的煤的重量。
（1）作用在一組緩沖托輥上的皮帶重量W1
目前電廠使用的鋼繩芯皮帶的帶寬通常為 0.8～1.4m，用得最多的是1～1.2m帶寬的皮帶，本論文以1～1.2m 帶寬的皮帶進行計算和討論。皮帶內(nèi)部鋼繩芯直徑一般為8.1～9.8mm，單位面積的皮帶重量約為35～45 kg /m2。在皮帶機尾落料處，槽形緩沖托輥的間距一般為0.4m 左右，所以每組托輥上所承受的皮帶自重為
W 1 = (1~1.2 )´0.4´(35~45) ´9.8 =137~212 N。
�。�2）緩沖托輥自重W2 ＝211～240N
�。�3）作用在一組緩沖托輥上的煤的重量W3 槽形皮帶的最大運輸能力為
Q = KB2vy (t / h). （2-2）
式中：K 為貨載截面系數(shù)，煤的安息角為30° ，因此取K＝458；B 為皮帶帶寬，單位m，取1～1.2m；v 為皮帶運行速度，單位m/s；y為運載貨物的容重，單位t/m3，一般煙煤的容重取0.8 t/m3。所以單位長度皮帶上的煤的重量為
q = Q /(vg 3600) = KB2y/3600 = 458´(1~1.44) ´0.8/3600 = 0.1~0.145t /m.
所以，0.4m 長的皮帶上的堆煤重量為
W3 = q´ 0.4´9.8 = 392~568 N.
這里W3的計算結(jié)果可能與實際工況下的數(shù)值有較大出入，這里的計算僅作為估算參考。
因此，作用在一組緩沖托輥上的輸送帶重量、托輥自重以及煤的重量總和為W0 =W1 +W2 +W3 = 740~1020 N，
其中，740N 對應(yīng)于1m的皮帶，1020N 對應(yīng)于1.2m 的皮帶。發(fā)表論文。
�。�4）傳感器的受力F0 與W0 之間的關(guān)系
對于目前電廠使用的 I 型帶式輸送機，受料口槽形緩沖托輥組的槽形角a通常為30° 。因此，
2F0 gsin30° =W0 ,
F 0 =W0 .
所以，在皮帶滿載工作情況下，拉力傳感器所受最大拉力為
F0 =W0 = 740~1020 N
另外，對于槽形角為35° 的新型帶式輸送機，可計算出相應(yīng)的F0。
3.2 撕帶時傳感器的受力分析和計算
據(jù)以上分析，機尾受料口發(fā)生撕帶時，將會有異物給皮帶一個附加的壓力，該壓力也會通過皮帶和托輥作用于傳感器，所以測力傳感器將會感受到這一附加壓力。通過試驗表明：這一附加壓力值至少要在1.96kN 以上才會導(dǎo)致撕帶。同時，撕帶時各個傳感器所感到的附加拉力值還與撕帶發(fā)生的位置有關(guān)。在沿皮帶寬度方向上看，撕帶可能出現(xiàn)在中間位置，也可能偏兩邊，但是不論發(fā)生在那里，根據(jù)力平衡原理，兩側(cè)傳感器所感受到的附加拉力和都是附加壓力W0的兩倍；再從撕帶可能出現(xiàn)的縱向位置看，有可能出現(xiàn)在某一組緩沖托輥的正上方，也有可能出現(xiàn)在兩組托輥之間，但三組托輥所受的附加拉力之和總是一定，為2W 0。因此，我們可以在每個落料口下的三組緩沖托輥中都安上測力傳感器，然后將這6 個傳感器測得的力加起來，用來監(jiān)測皮帶所受附加壓力的大小及變化，同時又消除撕帶位置的影響，而且也使我們的測量變換電路得到簡化。
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