CN102745478A - 带式输送机纵向撕裂探测器及探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带式输送机纵向撕裂探测器，基于皮带发生纵向撕裂时其总宽度也相应发生变化的特性，应用激光定位技术和超声波测距技术测量皮带是否发生纵向撕裂并实施报警和停运皮带。基于皮带的应力分布特性，一种专门设计的皮带调偏支架可将撕裂的两侧皮带拉开，以增大其宽度变化，因而更容易被探测到。本发明探测系统由皮带调偏支架，超声波传感器，数据处理单元和计算机终端报警显示组成。超声波传感器探测皮带的总宽度；微处理器采集此宽度数据，并通过通讯接口传输到计算机终端，计算机判断是否超过预先设定值；如果超过预先设定值，计算机终端将报警并停运皮带。历史数据可以保存长达二年。本发明探测系统不仅可以预防带式输送机纵向撕裂，而且可以检测皮带的跑偏和皮带的边缘的损毁状况。本发明探测系统可以独立工作或者并入已有保护系统。

Description

带式输送机纵向撕裂探测器及探测方法

技术领域

本发明涉及一种带式输送机探测器及探测方法，具体地说，涉及一种能够在带式输送机发生纵向撕裂的初期探测到事故并能实施报警，以避免皮带发生大规模毁坏的带式输送机纵向撕裂探测器及探测方法。

背景技术

带式运输机广泛地应用于港口、矿山、钢厂、电厂等领域。输送带是带式运输机的重要组成部分，输送带主要有普通帆布芯皮带，合成纤维芯皮带，钢绳芯皮带等。随着皮带输送机朝着高速度，大规模、超长距离、大倾角的方向发展，钢绳芯皮带也越来越得到广泛的使用。由于钢绳芯皮带价格较贵，且往往应用在高速度、长距离的场合，从而决定了这种皮带一旦发生纵向，即皮带传输方向撕裂，其造成的损失将是十分巨大的。

皮带纵向撕裂事故时有发生，据澳大利亚统计，皮带发生纵向撕裂可能性约有20％。价值数百万元甚至数千万元的输送带，一旦发生纵向撕裂事故，在很短时间内就会全部毁坏，造成巨大的经济损失。即使能够修补，也需要相当的人力和时间，对正常生产产生极大的影响。近几年中国皮带输送机的使用量越来越大，其应用的范围越来越广，使用厂矿发生纵向撕裂的事故也越来越频繁。尽管有许多研究成果，但至今为止全世界仍没有一种较为理想的，可以大范围推广的有效探测纵向撕裂的成熟设备。

目前国内外研究的皮带纵向撕裂保护和监测装置形式和种类繁多。但归纳起来主要有以下三种类型：

(1)嵌入法

这种方法通常是采用在皮带中或是皮带表面预埋设金属导线、线圈、磁性物质或是某种导电、导磁材料等方法，检测设备通过监测皮带中预埋物的完整性来判断皮带是否发生纵向撕裂。其中，比较典型的应用是美国Goodrich公司生产的金属线圈型检测器。其构造是，在输送带的底层每隔2050米，把一组金属线圈横向放置在带芯内，在靠近皮带地方的两侧分别装有电磁波发射和接收装置。电磁波发射装置向皮带发射电磁波，当皮带中的线圈经过时，线圈中将会产生感应电流，该感应电流产生的电磁波被另一侧的接受传感器截获。如输送带纵向撕裂，则线圈被切断，接收装置将收不到该信号，说明发生了纵向撕裂。

嵌入法检测装置在实际应用中有很大的局限性：一、此类保护装置是工艺复杂、成本高；二、无法应用于大量已经安装运行的皮带的检测；三、但由于皮带的长时间连续运动，不可避免地会产生滚切的持续应力，使金属导线、线圈或是其他预埋材质遭受磨损而断裂，从而造成检测的误判断。虽然，为了克服这个缺点，改进型产品应用摩擦系数较小的聚脂纤维做成的空心管套在导线外面，并硫化在皮带内，保护导线不产生疲劳损坏。然而，从某种意义上说，由于嵌入物与橡胶间有一个相融性的问题，如果处理不善，会降低皮带的强度。四、由于皮带内嵌入检测物质，对皮带用户的维护提出了更高的要求。

(2)接触法

这种方法通常对皮带不做更改，通过感测装置与皮带的接触来感知皮带的状况。在实际应用中使用较多的感测装置是托辊。其中，一种是托辊直接与皮带接触从而感知皮带的运行的物理量，如皮带的运行速度、张力、压力等等。由于发生纵向撕裂时，皮带的张力(横向、纵向)、压力、速度或是其他物理量会与皮带正常工作时不一致，由此间接判断出皮带发生纵向撕裂。这种方法的缺点是可靠性不高。另一种是以托辊作为检测信号的发射和接收装置，通过安装在托辊上的装置产生和接收电、磁、光、声等信号，通过分析该信号而判断是否发生皮带纵向撕裂。但是由于托辊在皮带运行中一直与皮带接触，磨损很大，很容易导致作为感测装置是托辊损坏而失灵。

(3)探露法

采用探露法作为纵向撕裂报警装置，其核心思想是发生纵向撕裂后，在皮带的撕裂处有物料伸出皮带裂缝或是物料泄露。由此产生了棒型检测器、弦线式装置、漏料检测器等。棒型检测器是把一根棒或管子弯曲成槽形托辊状，安装在槽形输送带下面的缓冲托辊之间而成。这样，如有刺穿输送带的物料，该物料将拨动槽形棒偏转，迫使限位开关或载荷传感器动作，使带式输送机停止运转。弦线式装置与棒式检测器相类似，该装置由尼龙线作为探头，将其安置在缓冲托辊之间穿过小孔与槽形带下表面贴合，线的一端装一个弹簧限位开关。当刺穿输送带的物料绊住此线时，把线拉断或张力增加，均可使限位开关动作。漏料检测器由托盘、支点、平衡锤和开关等组成。当输送带被纵向撕裂后，输送带上的物料通过裂口泄漏到托盘里，物料的重量克服平衡锤的重量，使整个装置绕支点转动，迫使限位开关动作。

由于探露法是以皮带纵向撕裂后裂口变宽，从而导致物料伸出或是泄露的原理为基础，所以一旦皮带撕裂后，如果皮带没有裂口或是裂口不够宽，就不会发生物料伸出皮带裂缝或是泄露，则这种方法将无法探测。当输送带被纵向撕裂后，只有输送带上有物料且输送带的裂口足以使物料泄漏时，此装置才能起作用，否则就没有什么用途。

综上所述，至今仍没有较为理想的，可以有效预防纵向撕裂的探测方法以及应用于实践的装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种带式输送机纵向撕裂探测器及探测方法，能在带式输送机发生纵向撕裂后的最短时间内探测到这一事故。

本发明的一种带式输送机纵向撕裂探测器，包括：皮带调偏支架，安装在带式输送机的用于载货的上皮带下方，使得上皮带的两侧部分相对中间部分向上倾斜一角度；用于测量上皮带宽度的两个传感器，分别安装在上皮带的两侧；用于测量带式输送机的下皮带的宽度的两个传感器，分别安装在下皮带的两侧；接收所述四个传感器检测信号的处理器，当上皮带或下皮带的宽度发生变化时，发出断电指令；以及控制单元，与所述带式输送机的电源相连，当接收到断电指令时切断带式输送机的电源。

该带式输送机纵向撕裂探测器还包括用于定位的四个激光发射单元，每个激光发射单元与一个传感器并排安装并与皮带的边缘垂直。

所述传感器为超声波传感器，用于测量自身到相临近的皮带边缘的距离。

该带式输送机纵向撕裂探测器还包括报警单元，在接收到所述断电指令时发出报警信号。

所述皮带调偏支架包括辅助托辊，该辅助托辊包括与皮带传输方向平行的中间部分，以及相对该中间部分呈对称分布且向上倾斜的左边部分和右边部分。

该带式输送机纵向撕裂探测器还包括传感器高度及角度调节支架，位于所述带式输送机的两侧，所述用于测量上皮带宽度的两个传感器安装在该传感器高度及角度调节支架上。

所述倾斜的角度为大于0°小于等于10°。

本发明的带式输送机纵向撕裂探测器由皮带调偏支架，超声波传感器，数据处理单元和计算机终端报警显示等组成。皮带调偏支架是基于皮带的应力分布特性，通过调整辅助托辊的轴心角度，从而使作用在皮带上的力有侧向力，将撕裂的两侧皮带拉开。只要有皮带撕裂发生，皮带调偏支架都可以把撕裂皮带向两侧拉开，皮带总宽度必然会有变化。皮带宽度测量是用超声波传感器测距来实现。数据处理单元读取并处理传感器信号，分析皮带宽度的变化是否异常，一旦检测到异常，数据处理单元将发出报警信号或是断电信号，以便于及时处理。同时皮带的数据可以用有线或者无线方式传输到计算机终端。

对应地，本发明的一种带式输送机纵向撕裂探测方法，包括：将带式输送机的用于载货的上皮带的两侧部分设置为相对中间部分向上倾斜一角度；实时探测带式输送机的上皮带或者下皮带的宽度是否发生变化；若是，则关断带式输送机的电源。

实时检测带式输送机的上皮带或者下皮带的宽度是否发生变化的步骤包括：在上皮带的两侧分别安装一个传感器，用于测量自身到相临近的皮带边缘的距离S_上左、S_上右；在下皮带的两侧分别安装一个传感器，用于测量自身到相临近的皮带边缘的距离S_下左、S_下右；判断S_上左与S_上右之和以及S_下左与S_下右之和是否发生变化；若S_上左与S_上右之和发生变化，则上皮带的宽度发生变化；若S_下左与S_下右之和发生变化，则下皮带的宽度发生变化。

实时检测带式输送机的上皮带或者下皮带的宽度是否发生变化的步骤包括：将传感器沿垂直方向排列于上皮带、下皮带两侧，根据两侧皮带边缘上下移动是否遮挡住传感器来判断上皮带、下皮带宽度是否发生变化。

上皮带或者下皮带的宽度发生变化时发出报警。

还包括建立皮带边缘状况数据库，在上皮带或者下皮带的宽度发生变化时，进一步判断皮带运行速度与上皮带或者下皮带的宽度发生变化的持续时间的乘积是否大于预先设定的阀值，若是，则关断带式输送机的电源。

本发明的带式输送机纵向撕裂探测方法通过实时监控皮带宽度变化情况来判断纵向撕裂的发生。当皮带发生纵向撕裂时，皮带的宽度变化会有以下三种情况：1)撕裂的两侧皮带分开，皮带的总宽度变大；2)撕裂的两侧皮带重叠，皮带的总宽度变小；3)撕裂的缝隙很小，宽度基本没有变化。对于第一种情况和第二种情况，通过测量皮带的宽度很容易判别。对于第三种情况，我们可以人为地向皮带两侧施加作用力，拉开撕裂的两侧皮带，以增大其宽度变化，从而更容易被本探测器探测到。

附图说明

图1为本发明实施例的电路原理图。

图2为本发明实施例超声波测量原理图。

图3为本发明实施例皮带调偏支架示意图。

具体实施方式

下面，结合附图1-3来进一步详细描述本发明。

图1是本发明实施例的超声波传感器和数据处理单元的电路原理图。包括用于测量上下皮带宽度的四个超声波传感器21、用于定位的四个激光发射单元22、微处理器单元23、通讯转换驱动电路24、报警和控制单元25以及电源电路26。

图2给出了本发明的实施例的超声波传感器安装及测量方法。图2中，101是超声波传感器；102是定位激光头；103是传感器角度调节支架；104是传感器高度调节支架；105是皮带调偏支架；106是上皮带；107是下皮带。四个超声波传感器中，两个安装在上皮带两侧，另外两个安装在下皮带两侧，分别用于测量上下皮带宽度。每个超声波传感器分别测量对应皮带的边缘到超声波传感器的距离。使用激光定位确保超声波准确地发射到皮带的边缘部分。皮带调偏支架安装在超声波传感器前部，由于皮带调偏支架的辅助托辊的轴心与皮带传输方向不完全垂直，从而使作用在皮带上的力有侧向力，将撕裂的两侧皮带拉开，使得超声波传感器测量的皮带宽度数据有明显变化。图中仅在上皮带设置了皮带调偏支架，如有必要下皮带也可以设置调偏支架，以提高下皮带的检测效果。

图3给出了皮带调偏支架的结构图。该皮带调偏支架包括辅助托辊，该辅助托辊包括与皮带传输方向平行的中间部分，以及相对该中间部分呈对称分布且向上倾斜的左边部分和右边部分。倾斜的角度为大于0°小于等于10°，例如3°

下面结合图1描述本发明的工作原理。在上皮带和下皮带的两侧各有一个超声波传感器，分别用于监测上下皮带的撕裂。每个超声波传感器测量从传感器到相对应的皮带边缘的距离。如果四个超声波传感器测量的值分别用S_上左、S_{上 右}、S_下左和S_下右表示，那么数据处理单元采集超声波传感器数据，并分别计算出S_{上 左}、S_上右、S_下左和S_下右。

以上皮带为例。当皮带运转正常，也即没有发生皮带纵向撕裂时，皮带宽度没有变化，即S_上左+S_上右保持不变。当S_上左+S_上右变小，说明上皮带变宽；而当S_上左+S_上右变大，说明上皮带变窄。所以无论S_上左+S_上右变大或变小，说明皮带宽度均发生了变化，很有可能发生了纵向撕裂。这里的S_上左+S_上右与S_下左+S_下右是用来独立判断上、下皮带是否纵向撕裂。理论上，皮带是固定宽度的一个环形带，所以说正常情况下，上下皮带宽度是一致的，如果不一致，在排除了皮带磨损的情况下也可以作为纵向撕裂的辅助判断条件，而是否是磨损则可以与皮带的状态数据库比较判断确定。通过激光发射定位装置与皮带的边缘垂直，与超声波传感器并排安装，首先生成皮带边缘状况数据库，数据处理器根据预先设定的值和基础数据对比来判断是否发生了纵向撕裂。一旦判断出发生了纵向撕裂，则立即启动报警，或是根据预先设定启动皮带自动断电，以尽快保护皮带，减少可能发生的损失。

例如，假设皮带宽度为1米，两侧的超声波传感器与皮带边缘的距离均为40厘米。也即S_左＝40厘米，S_右＝40厘米。皮带运行速度为5M/S。纵向撕裂的判断条件为产生5毫米裂缝且大于十米，则报警。

那么，由于皮带没有发生纵向撕裂时，宽度未发生变化，也即S_左+S_右＝80cm；一旦检测到S_左+S_右＞80.5cm，且持续时间＞2S，(5M/S*2＝10M)，则说明发生了纵向撕裂，立即报警或断电处理。

事实上，通过测量和分析皮带边缘到传感器的距离变化情况，不但可以检测皮带纵向撕裂，而且可以检测皮带跑偏。跑偏是S_上左+S_上右不变，但是S_上左与S_{上 右}一个变大一个变小。或是皮带的边缘损毁等情况。

数据处理单元实时监测皮带宽度的状态，并把数据实时传输到计算机终端。每个探测点的数据实时显示在终端屏幕上。正如在说明书摘要中说的，本发明不仅能检测到纵向撕裂，而且可以监控皮带跑偏和皮带磨损情况，这些都要求有皮带的实时数据来分析确定，所有异常状况的判断可以是人工监控也可以使软件自动判定；除了自动报警指明发生了撕裂，且为防止损失扩大，需马上处理外，同时电脑终端数据也清楚地说明了皮带撕裂的位置和长度。电脑终端的数据还包括：每一个传感器到皮带边缘的距离、上皮带宽度和下皮带宽度、探测点在皮带的位置以及系统的运行状况等。所有的预定值都可以根据每一条皮带的实际状况来修改和设定。

系统可以检测并报警以下异常：

上皮带宽度变化(如超过预定值，则上皮带发生了纵向撕裂)；

下皮带宽度变化(如超过预定值，则下皮带发生了纵向撕裂)；

上皮带向右跑偏；

下皮带向右跑偏；

上皮带向左跑偏；

下皮带向左跑偏；

皮带的边缘损毁

以上实施例的描述主要是为了说明本发明的基本原理和主要特征。本发明不局限于上述实施例的描述范围，在本发明所附权利要求书的范围内，可以做出各种补充、变更和取代。

Claims (13)

1.一种带式输送机纵向撕裂探测器，其特征在于，包括：

皮带调偏支架，安装在带式输送机的用于载货的上皮带下方，使得上皮带的两侧部分相对中间部分向上倾斜一角度；

用于测量上皮带宽度的两个传感器，分别安装在上皮带的两侧；

用于测量带式输送机的下皮带的宽度的两个传感器，分别安装在下皮带的两侧；

微处理器采集所述四个传感器的信号，并把数据传输到计算机终端，当上皮带或下皮带的宽度发生变化时，计算机终端发出断电指令；控制单元，与所述带式输送机的电源相连，当接收到断电指令时切断带式输送机的电源。

2.如权利要求1所述的带式输送机纵向撕裂探测器，其特征在于，该带式输送机纵向撕裂探测器还包括用于定位的四个激光发射单元，每个激光发射单元与一个传感器并排安装并与皮带的边缘垂直。

3.如权利要求2所述的带式输送机纵向撕裂探测器，其特征在于，所述传感器为超声波传感器，用于测量自身到相临近的皮带边缘的距离。

4.如权利要求1所述的带式输送机纵向撕裂探测器，其特征在于，该带式输送机纵向撕裂探测器还包括报警单元，在接收到所述断电指令时发出报警信号。

5.如权利要求1所述的带式输送机纵向撕裂探测器，其特征在于，所述皮带调偏支架包括辅助托辊，该辅助托辊包括与皮带传输方向平行的中间部分，以及相对该中间部分呈对称分布且向上倾斜的左边部分和右边部分。

6.如权利要求1所述的带式输送机纵向撕裂探测器，其特征在于，该带式输送机纵向撕裂探测器还包括传感器高度及角度调节支架，位于所述带式输送机的两侧，所述用于测量上皮带宽度的两个传感器安装在该传感器高度及角度调节支架上。

7.如权利要求1所述的带式输送机纵向撕裂探测器，其特征在于，所述倾斜的角度为大于0°小于等于10°。

8.一种带式输送机纵向撕裂探测方法，包括：

将带式输送机的用于载货的上皮带的辅助托辊的两侧部分设置为相对中间部分向上倾斜一角度；

实时探测带式输送机的上皮带或者下皮带的宽度是否发生变化；若是，则关断带式输送机的电源。

9.如权利要求8所述的带式输送机纵向撕裂探测方法，其特征在于，实时检测带式输送机的上皮带或者下皮带的宽度是否发生变化的步骤包括：

在上皮带的两侧分别安装一个传感器，用于测量自身到相临近的皮带边缘的距离S_上左、S_上右；

在下皮带的两侧分别安装一个传感器，用于测量自身到相临近的皮带边缘的距离S_下左、S_下右；

判断S_上左与S_上右之和以及S_下左与S_下右之和是否发生变化；若S_上左与S_上右之和发生变化，则上皮带的宽度发生变化；若S_下左与S_下右之和发生变化，则下皮带的宽度发生变化。

10.如权利要求8所述的带式输送机纵向撕裂探测方法，其特征在于，实时检测带式输送机的上皮带或者下皮带的宽度是否发生变化的步骤包括：将传感器沿垂直方向排列于上皮带、下皮带两侧，根据两侧皮带边缘左右移动是否遮挡住传感器来判断上皮带、下皮带宽度是否发生变化。

11.如权利要求8所述的带式输送机纵向撕裂探测方法，其特征在于，还包括上皮带或者下皮带的宽度发生变化时发出报警的步骤。

12.如权利要求8所述的带式输送机纵向撕裂探测方法，其特征在于，所述倾斜的角度为大于0°小于等于10°。

13.如权利要求8所述的带式输送机纵向撕裂探测方法，其特征在于，还包括建立皮带边缘状况数据库，在上皮带或者下皮带的宽度发生变化时，进一步判断皮带运行速度与上皮带或者下皮带的宽度发生变化的持续时间的乘积是否大于预先设定的阀值，若是，则关断带式输送机的电源。

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