矿用皮带机智能安全监测系统设计

1.皮带式输送机目前的安全技术监控状况

煤矿的生产和运输目前主要使用的运输设备是皮带式输送机。其主要是由头尾端部转辊和环绕在其上形成闭合回路的传送带组成。通常情况下，传送皮带运行时与驱动转辊以及支撑辊之间的长时间工作易产生摩擦热和损耗，很容易导致皮带机发生故障，甚至可能会导致安全等级事故和功率不必要的损失。目前，关于煤矿皮带运输机的研究主要集中在以下研究方向上对带式输送机进行实时监控：（1）传输带内部外部温度的控制；（2）重要设备问题分析；（3）煤炭运输量的管控；（4）操作技能控制。

（1）输送带表面和内芯异常的检测方法主要包括人工方法，射线照相检查和磁场弱化无损检测技术。①手动方法只能用于皮带输送机的简单测试，只能检测异常情况，皮带输送机处于一定程度的结合。通常不可能从其他组件中检测到异常组件。②成像方法在以前的项目中被广泛使用，这是一种无损检测方法，具有较高的实用性。但是，X射线对人体健康有害，因此不适合长期使用。③磁场弱化无损检测技术是一种新型的无损检测技术，其主要依据是地磁稳定性理论。因为待检的工件时刻都暴露于地球磁场的环境中，我们通过测量材料本身的相对磁导率与缺陷材料之间的差值来控制材料表面。只需要利用检测助焊剂的密度可以有效评估材料的内部损坏程度。该项技术实际操作起来简单，准确率高，且对人体无明显危害，可以满足检测输送带异常表面和内芯的要求。

（2）关键设备的故障分析与报警主要针对皮带输送机关键部位的长久摩擦引起的皮带机温度异常升高。一般采用的检测方法有接触式和非接触式两种温度检测方法。①接触式的检测方法通常是在皮带机的主体和一些关键设备上安装大量的温度传感器直接获取皮带机各部位的实时温度数据，该项工作操作复杂，对设备人员操纵要求很高，且实时温控数据也比较难储存下来。②非接触式的检测方法是直接采用红外热像温度传感器技术对皮带输送机进行远程的温度检测。不需要在输送机的关键部件上安装传感器，就能实现快速、高精度的温度数据采集。这种温度数据采集方法易于操作、使用灵活且工作性能更稳定。

（3）煤炭运输过程中的检测方法一般有以下两种：①超声波探伤技术；②机器视觉检测技术。超声波探伤检测技术一般无法在输送机工作时动态地检测输送机状态，只能在静置条件下，利用超神波率变化检测设备健康状况。而机器视觉检测技术可以填补这一缺漏，它可以在传送带的运行的状态下动态地收集图像信息，实时地进行信息处理以及结果的执行可以及时有效地监控输送机的工作状态。同时，它还兼具监视异常碎屑，传送带偏离，撕裂和人员安全控制等多项功能。

2.带式输送机智能安全监控系统设计

对运输监控系统的设计是基于皮带运输机的结构特点，并结合安全技术研究而实现的。现有的皮带运输机控制系统配备了监控设备，但是本研究的目的在于完善整个智能安全监控系统。该设计程序通过几大系统各司其职，分别实现数据传送，监控煤矿仓顶及控制输送机尾部设备等来实时监测传送带的异常、重要设备异常和监视与报警反应，以及实际操作过程中的监测控制。下图1就是该新型系统的方案设计。

图1 带式输送机智能化安全监测系统总体方案设计

智能化安全监测系统按等级分为三个级别的模块。第一级模块是完整的功能模块，它是智能安全监测系统的主要核心。第二级模块含括以下四个主要方面的功能：（1）输送带的异常实时监测。实时监测输送带接头部位的位移、磨损、断裂、皮带的张力和疲劳状态等不利现象；（2）针对皮带机关键部位的故障分析与实时报警。主要监测电动机、压路机等关键设备的故障分析处理及报警；（3）细煤流监测。主要是负责监控输送带上输送的煤量；（4）异物和输送带的撕裂监测。主要是监测输送过程中的异物。其中皮带撕裂监控还负责监视传送带的齿轮箱，以实现传送带的智能传动。在机器的机头和机尾等危险场所工作时，人员安全控制负责监视和控制操作员的安全。第三级模块主要是负责收集以及储存输送机的各项监控数据。

3.智能监控系统的运行机制

(1)传送带异常监视

传送带的监视系统中经常会用到弱磁无损检测技术。这一项检测技术的原理是，对输送带的绳体进行磁场的消除。然后在弱磁状态下来检测输送带的钢丝绳芯的不正常反应。然后将这种不正常反应的信号传输到末端主机系统中。这样就可以很轻易的将传送带的故障分辨出来并加以修复。

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