矿用带式输送机托辊异常检测技术研究

矿用带式输送机托辊异常检测技术研究

曹亚宁

140522199009191518

摘要：带式输送机是一种连续运输设备，广泛应用于冶金、矿山、化工、电力等重工业。根据不同的工艺流程，可以灵活地接收、组装和运输一个或多个材料，操作和维护方便。托辊作为矿山生产中节点式矿用带式输送机的主要部件，在提高输送机能力方面发挥着重要作用。托辊作为矿用输送机的关键旋转部件，在连续高负荷运行后，不可避免地会出现相应的机械故障。带式输送机托辊的长距离断裂将直接影响矿用输送机的正常连续运输，故障引起的连锁反应将对整个矿产安全构成威胁。检测托辊的停滞状态，并通过适当的控制装置自动监测警报。本文主要分析了日常维护、硬件方面和软件设计，并提到了检测方法，利用远程检测，快速定位故障，为维护工作提供一定便利。

关键词：带式输送机；托辊；异常检测

一、引言

在日常矿山生产行业中，带式输送机应用广泛，具有产量高、输送效率高、连续输送、操作方便等优点。操作过程中使用的最原始的方法是依靠工作人员的听觉和视觉观察来确定故障。近年来，我国矿产运输行业的快速发展，特别是带式输送机的广泛远程应用，由于传统检测方法的检测效率和准确性较低，限制了运输自动化和运输系统维护水平的提高。面对这些困难，有必要找到更有效、更实际的解决方案来解决这个问题。带式输送机是根据摩擦传动原理设计的物料输送机械。带式输送机主要依靠两端发动机或中央驱动来启动运输。前后辊之间的皮带依靠许多托辊提供支撑，因此整个输送带在整个工作过程中保持稳定。

二、带式输送机托辊概况

托辊作为矿用带式轮毂输送机的主要部件，在支撑输送带和降低输送机阻力方面发挥着重要作用，确保设备的可用性和可靠性。利用输送机信息集成技术将数据集成到多个传感器、神经网络和理论中，避免了单个传感器检测过程中故障检测的准确性，多传感器信息技术的使用降低了传感器检测信息泄漏和失真的能力，从而准确检测托辊故障。通过分析基本元素和构建故障段来监控数据，以提供故障警告。通过各种测量方法采集数据，利用模糊神经网络检测托辊故障。由于先进技术的使用，故障检测的及时性和可靠性得到了提高。近年来开发了一种控制系统，可以同时跟踪温度信号、电信号、转速和振动信号。设计了矿井输送机控制系统，实现了传感器信号的直观显示。对带式输送机旋转部件的关键部件进行监测和测试，采用远程检测技术检测托辊故障，为带式输送机系统提供强大的控制、全面的变频控制、强磁控制、故障转移、操作系统关键部件的保护。为了解决传输范围低、错误率高、可靠性低的问题，建立了一个无线输送机控制系统，以及时准确地监测和检测变形、滑动和过载。

三、带式输送机托辊异常检测技术分析

（一）日常维护

实际矿山生产主要依靠传统方法，如对带式输送机滚筒进行日常和定期维护，以确保托辊的正常运行。日常维护主要以人工绕行为主。在带式输送机的运行过程中，经验丰富的检查员通过敲打检查和其他方式完成对带式输送机驱动部件、电气设备和托辊的日常检查。然而，长途运输、恶劣的条件和大量的托辊使得经验丰富的手动检查远远不能满足日益增长的检查需求。长的传输距离和大量的托辊意味着定期维护的巨大维护负载。同时再次拆装不仅无助于减少故障的发生，而且由于安装精度不够，还会带来新的安全风险，增加了日常维护的难度，增加了故障发生的可能性。

（二）特征参数选择

丰富的特征参数对最终的测试结果有连锁反应。因此，特征参数的选择对故障检测的成功至关重要。频率范围的特征参数通常是频谱幅度、功率谱和平均频率。如果滚柱轴承出现问题，故障会使其具有更清晰的振动信号频率或功率谱特征，通常显示出相应的故障频率和峰值共振频率的增加，即与比例分布的显著偏差。一般来说，轴承在健康状态下的波形信号的偏差大约为零，例如曲线、脉冲和足够的值。早期缺陷的趋势是增加，但在一定程度上减少。通常，它可以轻松快速地识别将频谱特征转换为快速频谱特征的严重故障，从而获得波形信号中不同的频谱分量和振幅。谱分析也是旋转机械故障检测和分析中最常用、最有效的方法。然而，当信号受到噪声的污染时，包括倾斜、陡度、振幅、脉冲因子和安全因子，其范围大于波动系数。

（三）硬件方面分析

1、微处理器单元

控制单元最重要的部分是微处理器单元。它可以存储、分析和处理温度传感器的检测值，并使用无线通信组件将存储的数据传输到接收器。这种设计方法主要采用MSP430系列微控制器作为控制器芯片，具有电压相对较低、能耗相对较低以及多种工作模式的优点。

2、无线通信单元

该单元主要用于NRF905射频收发器芯片，提供四种工作模式。当接收到数据时，整个芯片处于节能状态，有效地延长了控制单元的使用寿命。该芯片在通信过程中具有多个频段，有效降低了干扰的影响，能够更好地满足多通信和跳频通信的需求。此外，该芯片还可以自动添加数据头并检查和校正CRC。在工作过程中，当检测器模块到达接收模块时，存储在检测器模块中的相应地址信息和数据通过SPI接口从控制器传输到NRF905。然后，芯片处于传输模式，并且控制升高TRX CE和TX EN。在传输完成后，芯片再次变得节能。

3、供电单元

将主要由电池驱动的测试和测量模块放置在输送带上，可以有效地降低整个模块的功耗，同时增加其使用时间。在这种设计中，为检测模块提供充电的设备主要使用锂电池，不受自身放电的影响，可以适应各种极端环境条件。这种设计也适用于控制器芯片和无线收发器，它们可以在低功率条件下运行，以实现节能目标。将压力传感器插入检测器模块，检测相邻的两个托辊，控制器芯片将处于低功率状态。如果检测模块通过托辊，压力传感器信号中断，则控制芯片处于工作状态。在收集到相关数据后，控制芯片将再次变为低功耗。在工作过程中，通过检测模块到接收器的位置，无线收发器芯片处于活动状态。通信完成后，必须将其配置为节能状态。

（四）软件方面分析

1、介质访问控制算法

在这种设计中，当多个控制模块在同一时间点向同一接收模块发送数据时，接收模块在此期间只能从一个控制模块接收数据，从而导致传输过程中数据与数据之间的冲突。为了解决这个问题，CSMA/CA协议被应用于设计中。当数据通过控制模块传输时，必须首先以相同的频率收听信道中的载波信号。当检测到偏差数与指定的标准值匹配，则可以将数据传输到接收模块。如果在监测过程中在信道中检测到单个频率信号，则需要连续监测该信道，直到其具有均匀的频率信号。

2、跳频通信技术

外部环境容易干扰无线通信，导致通信双方之间的数据传输无法正常继续。因此，为了有效地提高无线通信系统的抗干扰能力，可以应用相关的方法。该设计旨在有效消除外部环境对收发器的干扰，并使用调频通信协议。该协议主要采用在通信过程中改变收发设备频率范围的方法，有效保证收发设备的正常通信。

3、检测模块主程序

当检测模块运行时，控制器处于低功率状态。当检测到压力中断信号时，温度传感器中的温度值被识别，托辊代码和温度信息存储在控制器中。如果视频编码技术符合既定标准，则当检测模块与接收模块通信并开始接收和发送数据时，控制器通过SPI接口将NRF905配置为活动。

四、总结

综上所述，采用在输送带上安装检测装置的方法来检测远程带式输送机托辊故障。该设计旨在传输信息主要使用无线收发器芯片，然后实时监控输送机中的托辊。为了降低控制模块的功耗，压力传感器主要用于实现间歇性供电，最终延长模块的整个使用寿命。

参考文献：

[1]黄之.矿用钢绳芯带式输送机实时工况监测与故障检测技术［J］.煤炭学报，2019，30（2）：246-250.

[2]刘敏.基于云计算的带式输送机远程维护应用研究[J].机械管理开发,2021,36(07):212-213.

[3]史卫军.综采工作面带式输送机无人值守系统分析[J].内蒙古煤炭经济,2021(14):29-30.

[4]李铁.TD300型矿用带式输送机远程故障诊断系统的研究[J].机械管理开发,2021,36(02):126-128.