鋼繩芯皮帶輸送機火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

1、鋼繩芯皮帶輸送機火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)摘 要 本文從鋼繩芯皮帶機火災(zāi)事故三方面的主要原因： 主動滾筒、 從動滾筒和托輥著手，分析了它們各自引起火災(zāi)的原理，并提出了各 自不同的監(jiān)控方案。關(guān)鍵詞 鋼繩芯皮帶機 火災(zāi) 監(jiān)控系統(tǒng) 火災(zāi)是帶式輸送機最嚴重的事故，一旦皮帶機著火，將造成重大 的人員傷亡事故和巨大的財產(chǎn)損失。因此，實施對皮帶機的防火保護 是非常必要的。1 皮帶著火的原因分析 皮帶機著火的原因是多方面的，既有因皮帶機自身故障而引起的 火災(zāi)，也有因附近其它火源而引起的皮帶機著火 (如皖北礦務(wù)局劉橋一 礦變電所著火引燃皮帶 )。這里主要分析因皮帶機自身故障而引起火災(zāi) 的原因。1.1 主從動滾筒打滑 主從動滾

2、筒打滑的原因很多，分析起來主要有以下幾方面：(1) 機頭埋煤 由于皮帶機司機精力不集中或上班睡覺，煤倉內(nèi)又缺少滿倉控制 系統(tǒng)，造成滿倉后機頭堆煤，煤進入滾筒表面與皮帶之間，降低滾筒 與皮帶之間的摩擦系數(shù)而導(dǎo)致皮帶打滑。如徐州礦務(wù)局三河尖煤礦曾 發(fā)生過一次機頭堆煤事故險些因皮帶打滑而發(fā)生火災(zāi)，峰峰礦務(wù)局薛 村礦機頭堆煤造成皮帶打滑；(2) 主動滾筒表面的防滑膠嚴重磨損，表面摩擦系數(shù)下降而導(dǎo)致皮帶打滑；(3) 主動滾筒表面潮濕引起皮帶打滑；(4) 從動滾筒打滑的主要原因是從動滾筒軸承嚴重損壞卡死導(dǎo)致從 動滾筒不轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)速下降，皮帶相對滾筒打滑。不管是主動滾筒還是從動滾筒，一旦發(fā)生打滑，就會使?jié)L筒表面

3、 溫度升高。根據(jù)徐州礦務(wù)局試驗站試驗，皮帶打滑 40min 滾筒表面溫 度就可達到320C,皮帶開始冒煙。根據(jù)我們的試驗，該溫度已是著火 溫度。因此說，主動滾筒和從動滾筒打滑是極其危險的，長時間打滑 就可導(dǎo)致皮帶著火。1.2 托輥不轉(zhuǎn)及皮帶在托輥表面滑動 根據(jù)調(diào)研結(jié)果來看，皮帶機著火事故中，由于托輥不轉(zhuǎn)而導(dǎo)致托 輥溫度溫升著火是近年來煤礦皮帶機著火的主要原因之一。由于井下環(huán)境條件較差，托輥軸承內(nèi)部容易進入煤粉和灰塵。因 此，托輥軸承壽命較短，軸承卡死后，皮帶將在托輥表面摩擦，托輥 溫升很高。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查來看，托輥摩擦引起皮帶著火主要發(fā)生在停 機之后。停機前，皮帶以23m/s的速度運行，皮帶上固

4、定點與托輥 表面接觸的時間較短，皮帶溫升很小，且由于皮帶運行過程中產(chǎn)生較 大的氣流可以降低托輥表面的溫度。 因此，正常運行時皮帶不易著火。調(diào)查中還發(fā)現(xiàn)，下托輥不轉(zhuǎn)容易引起火災(zāi)。而上托輥不轉(zhuǎn)則不易 引起火災(zāi)，并且引起著火不轉(zhuǎn)的下托輥周圍一般都積有一定的煤粉， 煤粉將托輥表面覆蓋住，致使托輥的散熱條件變差。這就說明托輥不 轉(zhuǎn)引起著火的條件是：(1) 托輥卡死；(2) 必須是下托輥卡死；(3) 托輥位置有許多煤粉和橡膠粉末 (這些煤粉和橡膠粉末一部分 是由皮帶上落下的煤，也有一部分是不轉(zhuǎn)的托輥磨下的粘在皮帶表面 的煤粉和橡膠顆粒 )；(4) 往往是靠近機尾部位的下托輥。因為機尾部位皮帶容易灑煤， 造

5、成下托輥表面堆煤。2 主從動滾筒打滑監(jiān)測 根據(jù)上面的分析結(jié)果來看，主從動滾筒溫升的直接原因是皮帶相 對滾筒表面打滑。因此，只要監(jiān)測出主從動滾筒相對皮帶的打滑率即 可控制滾筒的溫升。2.1 主動滾筒的打滑監(jiān)測方案 據(jù)現(xiàn)場人員反映，由于電動機功率較大，不管皮帶是否打滑，電 動機的轉(zhuǎn)速基本恒定，也就是說，滾筒表面的線速度基本不變。因此 可以在控制電路中事先設(shè)定滾筒的線速度， 只要監(jiān)測皮帶的運行速度， 并將其與設(shè)定好的主動滾筒表面線速度數(shù)值進行比較可確定皮帶的打 滑率。皮帶正常工作時，打滑率v 2%(據(jù)機械設(shè)計手冊),換行我們可 以設(shè)定報警時的打滑率10%,如果打滑率長時間10%，則滾筒表面 的溫度將

6、會上升；如果短時間打滑，則不會造成起動延時，起動時皮帶的打滑較高。這段時間較短，根據(jù)徐州礦務(wù)局龐莊礦皮帶機司機介紹，起動分為三步，每步時間間隔為10S,共計30S 30S后皮帶達到正常轉(zhuǎn)速，因此打滑測量電路可在皮帶機起動后 1min 開始工作。正常運行時偶然打滑的剔除。正常運行時，皮帶機也有可能因負 載變動或其它原因出現(xiàn)偶然打滑。為了剔除這種偶然打滑產(chǎn)生的誤報 警?？稍诒O(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到打滑信號（滑差率10%）后延時20S報警（不停 機）。如果20S內(nèi)打滑信號消失，則可不報警；如打滑信號超過20S,則持續(xù)報警，直到值班司機檢查處理后再停止報警； 若報警持續(xù) 5min， 而值班司機仍未處理，則應(yīng)控制

7、停機。2.2 從動滾筒打滑監(jiān)測方案從動滾筒打滑的主要原因是滾筒軸承損壞卡死或轉(zhuǎn)動不靈活，這 時皮帶相對滾筒就會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。從動滾筒打滑的監(jiān)測可通過測量 皮帶相對滾筒表面的滑差率。 正常情況下，從動滾筒 （機尾滾筒 ）上下兩 側(cè)皮帶的張力基本相等 （不考慮軸承的滾動摩擦力 ），皮帶相對于滾筒表 面的滑差率近似為 0，但是一旦軸承損壞， 滾筒運轉(zhuǎn)不靈， 這時皮帶相 對于從動滾筒的滑差率將上升，可規(guī)定滑差率 10%為報警閾值。從動滾筒上皮帶相對于滾筒的滑差率可通過分別測量皮帶的線速 度與從動滾筒表面的線速度來進行。 從動滾筒線速度的測量方法如下：（1）在從動滾筒的軸端貼一圓盤， 在圓盤上的外緣部位

8、開一個小槽， 將4X 3.3 x 1.5mm3小磁片用膠粘在槽內(nèi)，將圓盤用三個螺釘固定到軸 端（如圖 1（a）。(2) 將原來的軸承端蓋去掉，換上一個自制的軸承端蓋，在端蓋上 安裝一個霍爾磁敏傳感器，軸每轉(zhuǎn)一周，霍爾傳感器則接收到一個脈 沖信號，只要記錄出每秒內(nèi)接收到的脈沖數(shù)，即可算出從動滾筒的轉(zhuǎn) 速，也就能得出滾筒的線速度。圖1(b)是傳感器的安裝位置。因此,只需測出滾筒軸端傳感器每秒接收到的脈沖數(shù)，以及一定長度皮帶上 所接收到的脈沖數(shù)，即可判斷從動滾筒上皮帶的滑差率。圖 1 霍爾傳感器的安裝3 托輥溫升監(jiān)測前面已經(jīng)分析過，托輥溫升的主要原因是托輥軸承卡死，皮帶在 托輥上摩擦使托輥溫度上升，

9、 再加上托輥周圍有煤粉包圍， 散熱不好。 因此，托輥在停機后，就易于烤著皮帶及周圍的煤粉，造成火災(zāi)。我們對幾種材料的著火溫度進行試驗的結(jié)果如下：試驗材料冒煙溫度著火溫度普通膠帶 220 C240 °C 280 C300 C鋼繩芯帶250 C270 C 320 C 340 C 煤粉 330 C 350 C 420 C 440 C3.1 托輥傳熱試驗由上列表中可以看出，一旦托輥表面溫度達到320 C以上，皮帶就有可能著火，煤粉也可能被點燃。因此，皮帶機工作過程中應(yīng)限制托 輥表面溫度不應(yīng)超過320 C。若托輥表面溫度超過 329 C，則應(yīng)報警。皮帶正常工作過程中，托輥是旋轉(zhuǎn)的，無法直接測量

10、托輥表面溫度，非接觸測量在井下惡劣環(huán)境下難以應(yīng)用。因此我們考慮將熱敏傳 感器安裝在固定不動的托輥軸上。這樣熱敏元件所感受的熱量經(jīng)由以 下幾個環(huán)節(jié)，即托輥表面軸承托輥軸傳感器導(dǎo)熱體熱敏元件。由于溫 度傳遞經(jīng)歷了多個環(huán)節(jié)，每一個環(huán)節(jié)都存在一定的溫度梯度，為此， 我們在實驗室中做了托輥的傳熱試驗。試驗是在室溫環(huán)境下，用電爐加熱托輥表面，模擬托輥被煤粉包 圍的散熱條件，然后分別測量托輥表面溫度，托輥軸溫度及傳感器內(nèi) 部熱敏元件處的溫度。測試結(jié)果如下：托輥表面溫度托輥軸的溫度傳 感器內(nèi)溫度290C300 C 200 C210 C 100 C110 C托輥溫度290C300C介于皮帶冒煙溫度與著火溫度之間

11、，應(yīng)屬 危險溫度。此時傳感器內(nèi)部溫度為 100C110C。因此，我們可以設(shè) 定110C為傳感器的報警溫度。3.2溫度傳感器的選擇及測溫方案設(shè)計托輥溫度監(jiān)測只需要監(jiān)測托輥表面溫度是否到達危險溫度，如果 沒有到達危險溫度，則即不用報警，也不必顯示托輥表面溫度的數(shù)值。 因此，溫度傳感器最好選擇開關(guān)型的。為此，我們選擇了記憶合金作 為溫敏元件，制定記憶合金的變形溫度為110C。當傳感器內(nèi)部溫度達 110C以上時，說明托輥表面達290C300C，此時記憶合金應(yīng)該變形， 從而發(fā)出信號。本傳感器中選擇記憶溫度為110C的記憶簧作為溫敏元 件，彈簧材料為鎳鋁銅合金，彈簧外徑為 10mm,變形前長度為10mm,

12、 到達110C后伸長量達78mm。托輥不轉(zhuǎn)而引起皮帶機著火的主 要位置是離機尾部位較近的下托輥。因此，監(jiān)測內(nèi)容主要是靠近機尾 處的 30 組下托輥。在這 30 組托輥軸上裝上溫度傳感器，為節(jié)能并考 慮監(jiān)測方便，擬采用傳感器并聯(lián)的常開電路，在每個傳感器后串聯(lián)一 個10Q的電阻，用以判斷報警時托輥的位置。采用恒流源供電，電流 恒定為 10mA。圖 2 為托輥溫度監(jiān)測原理圖。若某一組托輥卡死，溫度上升至危 險的報警溫度(110C)時，則該組托輥上的傳感器動作，接通回路，發(fā) 生報警信號。 卡死托輥的位置可以通過托輥恒流源兩端的電壓值判斷。 托輥序號從機尾處向前排序?？ㄋ劳休伒奈恢门c恒流源兩端電壓值之 間的關(guān)系如下表：圖2 托輥溫度監(jiān)測原理圖恒流源端電壓(V)0.100.20 換 行1.401.503卡死托輥位置號12141530若恒流源兩端的電壓為1.5V,則說明第15組下托輥不轉(zhuǎn)且托輥表面溫度到了危險的報警溫度，值班司機聽到報警后