CN103449140B - 防止管状皮带机涨管的预警装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防止管状皮带机涨管的预警装置及方法，从而有效避免管状皮带机发生涨管事故，保障系统工作的安全、顺行。本发明提供的防止管状皮带机涨管的预警装置，包括至少一条液压油缸控制分回路、液压控制主回路、PLC和上位机，所述液压控制主回路液压油缸控制分回路供压，蓄能器用于提供稳定的动力源；所述液压油缸的活塞杆与管状皮带机中的托辊相连；各液压油缸控制分回路中的压力传感器与PLC相连，PLC还连接着管状皮带机的驱动装置。本发明能够在发生涨管时使托辊产生一定的位移，缓冲物料对管状皮带产生的冲击，并能快速实现设备过载故障判断。

Description

防止管状皮带机涨管的预警装置及方法

技术领域

本发明属于皮带运输机技术领域，尤其是涉及防止管状皮带机涨管的预警装置及预警方法。

背景技术

管状皮带机是一种新型散状物料输送设备，适用于各种复杂地形条件下输送各种散状物料。任何物料的输送都可采用管状带式输送机，应用范围极广，输送的典型物料有：矿石、煤、焦炭、石灰石、碎石等。管状带式输送机可减少物料运输损耗，在运输过程中不污染环境，制造及安装成本低，布置灵活，特别适合地形复杂、障碍物多的环境，结构紧凑，断面小能节省空间，运输距离长，因此广泛应用于电力、建材、化工、矿山、冶金、码头、港口、煤炭、粮食等行业物料输送系统。

管状皮带机的头部、尾部、受料点、卸料点、拉紧装置等位置在结构上与普通带式输送机基本相同。所不同的是管状皮带机由呈六边形布置的辊子互相搭接成圆管状强制胶带裹成管型来输送物料。输送带在尾部过渡段受料后，逐渐卷成圆管状进行物料密闭输送，到头部过渡段再逐渐展开直至卸料。由于胶带被六只托辊强制卷成圆管封闭状，在输送机的运行中物料被围包在圆管内，增大了物料与输送带的挤压力，因此管状皮带机的运行阻力系数要比通用带式输送机大，管状皮带机运行过程中一旦料流量过大或者大块物料进入，就容易造成皮带机“涨管”问题，使得皮带机运行阻力过大导致停机，甚至可能发生胶带拉断的恶性事故。“涨管”问题若不能及时发现和排除，则容易造成正常的生产流程中断，降低整体作业效率。目前行业内也采取了一些改进措施：例如，在管状皮带机的来料端新增缓冲料仓，在其出料口安装定量供料的圆盘给料机，改善给料的均匀性，这种方法费用高，而且在其之后的流程中（如溜槽中）出现积料、崩料问题时还是会造成“涨管”问题。还有，如专利号为CN201220000302.5，名称为《一种管状皮带输送机保护装置》的实用新型专利，主要在管状皮带机输送带尾部受料过渡段设置限流量的限位装置，用于对管状皮带输送机涨管、叠管的监测预警和保护，即料流量过大时限位装置及时停机，但由于各种物料在受料过渡段截面形状不同，采用该种方案运输不同物料时（尤其块状物料集中在中部堆高）容易频繁误撞限位装置，也很容易造成无故停机，对管状皮带损伤较大。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种防止管状皮带机涨管的预警装置及方法，从而有效避免管状皮带机发生涨管事故，保障系统工作的安全、顺行。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种防止管状皮带机涨管的预警装置，包括至少一条液压油缸控制分回路、液压控制主回路、PLC和上位机，所述液压油缸控制分回路包括液压油缸、压力传感器和电磁换向阀，压力传感器用于测量液压油缸无杆腔压力；所述液压控制主回路包括通过管路依次连接的压力泵、电磁换向阀、单向阀和蓄能器，压力泵通过电磁换向阀、单向阀为液压油缸控制分回路供压，蓄能器用于提供稳定的动力源；所述液压油缸的活塞杆与管状皮带机中的托辊相连；各液压油缸控制分回路中的压力传感器与PLC相连，PLC还连接着管状皮带机的驱动装置。

作为本发明的一种改进方案，所述液压油缸中安装有行程开关或接近开关，所述行程开关或接近开关与PLC相连。

作为本发明的一种改进方案，所述液压油缸中安装有位移传感器，所述位移传感器与PLC相连。

作为本发明的一种优选方案，所述液压油缸的活塞杆与管状皮带机中的第一组托辊相连。

作为本发明的一种优选方案，所述液压油缸控制分回路为三条，三条分回路分别连接着第一组托辊中的上部三只托辊。

作为本发明的一种改进方案，所述液压油缸控制分回路中设置有单向阀。

本发明还提供了一种防止管状皮带机涨管的预警方法，包括如下步骤：

（1）预先在PLC中设置控制阈值；

（2）压力传感器测得各液压油缸中无杆腔压力并传输至PLC；

（3）PLC计算各液压油缸输出载荷，计算公式为F=P*A=P_无*πD²/4；

（4）PLC判断步骤（3）中计算得出的输出载荷达到或超出预先设定的控制阈值采取相应的控制手段。

作为防止管状皮带机涨管的预警方法的优选方案，所述步骤（1）中控制阈值包括报警阈值和停机阈值。

作为防止管状皮带机涨管的预警方法的优选方案，所述步骤（4）具体包括如下两步骤：（4.1）PLC判断步骤（3）中计算得出的输出载荷达到或超出报警阈值时系统报警；

（4.2）PLC判断步骤（3）中计算得出的输出载荷达到或超出停机阈值时向管状皮带机的驱动装置发送控制信号使管状皮带机停止运作。

作为防止管状皮带机涨管的预警方法的改进方案，所述步骤（4.2）中PLC判断步骤（3）中计算得出的输出载荷超出停机阈值时还必须满足下述条件才向管状皮带机的驱动装置发送控制信号使管状皮带机停止运作：PLC判断位移托辊产生的位移值达到或超过位移阈值。

与现有技术相比，本发明提供的防止管状皮带机涨管的预警装置和预警方法，能够在发生涨管时使托辊产生一定的位移，缓冲物料对管状皮带产生的冲击，并能快速实现设备过载故障判断。当物料通过托辊产生的压力超过预先设定的阈值时能够及时实现过载报警以提醒操作人员，必要时甚至可自动停止管状皮带机作业以便于尽早采取必要的干预措施，从根本上解决目前管状皮带机运行时“涨管”事故无法提前预警的技术问题，保障设备工作安全、稳定，减轻事故处理的难度和工人的劳动强度。此外，本发明还能通过托辊位移值进行进一步判断，防止瞬间压力波动过大产生误报警或误停机现象，大大提高管状皮带机涨管预警装置和方法的可靠性和稳定性。另外在上位机控制画面中，还能将工作负载变化趋势用状态图的形式显示出来，方便、直观，安全可靠。

附图说明

图1为现有的管状皮带机结构示意图；

图2为增加了本发明提供的防止管状皮带机涨管的预警装置后的管状皮带机结构示意图；

图3为防止管状皮带机涨管的预警装置连接示意图。

附图标记列表：

1-管状皮带，2-支架，3-第一组托辊，31-托辊，4-最后一组托辊，5-液压油缸，6-压力传感器，7-电磁换向阀，8-压力泵，9-单向阀，10-蓄能器。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例一：

由于管状皮带机在输送过程中其胶带被六只托辊强制卷成圆管状，输送带在尾部过渡段受料后，逐渐将其卷成圆管状进行物料密闭输送。本发明就是巧妙地利用输送带在尾部过渡段受料后，逐渐将其卷成圆管状的特点，在托辊上进行改进和控制，从而达到良好的预警效果。图1为现有的管状皮带机的结构，包括管状皮带1、支架2、第一组托辊3和最后一组托辊4，驱动装置等等。如图2、图3所示，本例提供的防止管状皮带机涨管的预警装置，包括三条液压油缸控制分回路、液压控制主回路、PLC和上位机，各液压油缸控制分回路之间彼此并联，一条控制分回路连接一只托辊31。本例中，三条分回路分别连接着第一组托辊3中的上部三只托辊31，更为具体地说，是由各液压油缸5的活塞杆与托辊31相连，因而当散装物料流量过大形成“涨管”趋势时，这三只托辊31能够沿托辊形成的管状截面中心线产生一定的位移（以下对这类能够移动的托辊简称为位移托辊）。本例中液压油缸控制分回路的数量仅仅为一种示例，实质上，由于一组托辊为六只，根据需要和现场环境，可设定任意数量的位移托辊。为了节省投入，一般仅在管状皮带机中的第一组托辊上设置位移托辊，但根据实际需要，也可能在其他组托辊上设置位移托辊，以进一步提高本装置的可靠性。

上述液压油缸控制分回路包括液压油缸5、压力传感器6和电磁换向阀7，压力传感器6用于测量液压油缸5无杆腔的压力，电磁换向阀7用于卸荷。所述液压控制主回路包括通过管路依次连接的压力泵8、电磁换向阀7、单向阀9和蓄能器10，压力泵8通过电磁换向阀7、单向阀9为液压油缸控制分回路供压，蓄能器10用于提供稳定的动力源；各液压油缸5控制分回路中的压力传感器7与PLC相连，PLC还可与上位机相连，PLC还连接着管状皮带机的驱动装置。

控制分回路中还优选设置有单向阀9，单向阀9可防止油液回流入控制主回路中。

利用本例中提供的防止管状皮带机涨管的预警装置进行预警控制时，首先需要在PLC中设置控制阈值，这里的控制阈值为报警阈值和停机阈值，很明显，控制阈值可根据需要进行优化调整。压力传感器6测得各液压油缸5中无杆腔压力并实时传输至PLC。PLC计算各液压油缸5输出载荷，计算公式为F=P*A=P_无*πD²/4；式中：F－油缸输出载荷（单位：N）；P_无－油缸无杆腔工作压力（单位：Pa）；D－油缸活塞直径（单位mm）。

当物料流量合适，管状输送带上方不承受过大压力时，PLC计算得到的输出载荷应在日常工作负载范围（例如5KN）内。

当因大块物料或者料流量过大可能形成“涨管”事故时，管状皮带直径增大，活动的位移托辊受到管状皮带直径增大的压力，与位移托辊31相连的液压油缸5会产生收缩动作。当物料对位移托辊31中的任何一个的冲击力大于日常工作负荷，达到或超过设定的报警阈值时，系统发出预警信号，提示管状皮带机超载或有大块物料进入，有可能出现“涨管”事故，需要操作人员加强检查、控制物料流量，避免问题扩大。

当物料对位移托辊31中的任何一个的冲击力达到或超过设定的停机阈值时，向管状皮带机的驱动装置发送控制信号使管状皮带机紧急停止运作，便于操作人员及早处理，避免酿成事故，确保管状皮带机的工作安全。

整个工作负载的变化趋势还可在PLC的操作站上用历史趋势图来显示。

实施例二：

我们发现，在管状皮带机运行过程中，经常出现物料通过皮带对托辊31产生的压力瞬间过大，从而导致误报警或误停机现象。如果能通过托辊31的实际位移值进行判断，则更为可靠。因此，作为实施例一的改进方案，我们还进一步在液压油缸5中安装有行程开关或接近开关，行程开关或接近开关与PLC具有电连接。当液压油缸中的活塞杆运动到系统所允许的安全位移上限值时，触动行程开关或接近开关向PLC发送信号。

与实施例一相似，压力传感器6测得各液压油缸5中无杆腔压力并实时传输至PLC。PLC计算各液压油缸5输出载荷，计算公式为F=P*A=P_无*πD²/4；式中：F－油缸输出载荷（单位：N）；P_无－油缸无杆腔工作压力（单位：Pa）；D－油缸活塞直径（单位mm）。

当物料流量合适，管状输送带上方不承受过大压力时，PLC计算得到的输出载荷应在日常工作负载范围（例如5KN）内。当输出载荷达到或超过报警阈值时，系统报警。

与实施例一不同的是，当物料对位移托辊中的任何一个的冲击力达到或超过设定的停机阈值时，并不足以构成停机的充分条件，PLC必须同时判断当位移托辊产生的位移值达到位移阈值（如15mm～25mm）——即PLC接收到行程开关或接近开关发送来信号时才向管状皮带机的驱动装置发送控制信号使管状皮带机紧急停止运作，便于操作人员及早处理，避免酿成事故，确保管状皮带机的工作安全。

实施例三：

本例中，我们提供了另一种预警装置的实施方案，在液压油缸中安装有位移传感器，所述位移传感器与PLC相连。本装置中其他技术特征与实施例一相同。

在具体实现时，我们不仅要设定报警阈值和停机阈值，还需要根据管状皮带的尺寸及弹性，预先计算好托辊可能产生的安全位移值，将其上限作为位移阈值设定在PLC中。

与实施例一相似，压力传感器测得各液压油缸中无杆腔压力并实时传输至PLC。PLC计算各液压油缸输出载荷，计算公式为F=P*A=P_无*πD²/4；式中：F－油缸输出载荷（单位：N）；P_无－油缸无杆腔工作压力（单位：Pa）；D－油缸活塞直径（单位mm）。

当物料流量合适，管状输送带上方不承受过大压力时，PLC计算得到的输出载荷应在日常工作负载范围（例如5KN）内。当输出载荷达到或超过报警阈值时，系统报警。

与实施例一不同的是，当物料对位移托辊中的任何一个的冲击力达到或超过设定的停机阈值时，并不足以构成停机的充分条件，PLC必须同时判断当位移托辊产生的位移值达到或超过位移阈值（如15mm～25mm）——即PLC判断位移传感器测得的数值超出预先设定的位移阈值时才向管状皮带机的驱动装置发送控制信号使管状皮带机紧急停止运作，便于操作人员及早处理，避免酿成事故，确保管状皮带机的工作安全。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种防止管状皮带机涨管的预警装置，其特征在于：包括至少一条液压油缸控制分回路、液压控制主回路、PLC和上位机，所述液压油缸控制分回路包括液压油缸、压力传感器和电磁换向阀，压力传感器用于测量液压油缸无杆腔压力；所述液压控制主回路包括通过管路依次连接的压力泵、电磁换向阀、单向阀和蓄能器，压力泵通过电磁换向阀、单向阀为液压油缸控制分回路供压，蓄能器用于提供稳定的动力源；所述液压油缸的活塞杆与管状皮带机中的托辊相连；各液压油缸控制分回路中的压力传感器与PLC相连，PLC还连接着管状皮带机的驱动装置。

2.根据权利要求1所述的防止管状皮带机涨管的预警装置，其特征在于：所述液压油缸中安装有行程开关或接近开关，所述行程开关或接近开关与PLC相连。

3.根据权利要求1所述的防止管状皮带机涨管的预警装置，其特征在于：所述液压油缸中安装有位移传感器，所述位移传感器与PLC相连。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的防止管状皮带机涨管的预警装置，其特征在于：所述液压油缸的活塞杆与管状皮带机中的第一组托辊相连。

5.根据权利要求4所述的防止管状皮带机涨管的预警装置，其特征在于：所述液压油缸控制分回路为三条，三条分回路分别连接着第一组托辊中的上部三只托辊。

6.根据权利要求1～3中任意一项所述的防止管状皮带机涨管的预警装置，其特征在于：所述液压油缸控制分回路中设置有单向阀。

7.一种防止管状皮带机涨管的预警方法，基于权利要求1～6中任意一项防止管状皮带机涨管的预警装置实现，其特征在于，包括如下步骤：

（1）预先在PLC中设置控制阈值；

（2）压力传感器测得各液压油缸中无杆腔压力并传输至PLC；

（3）PLC计算各液压油缸输出载荷，计算公式为F=P*A=P_无*πD²/4；

（4）PLC判断步骤（3）中计算得出的输出载荷达到或超出预先设定的控制阈值采取相应的控制手段：

所述步骤（4）中的控制手段具体包括如下两步骤：

（4.1）PLC判断步骤（3）中计算得出的输出载荷达到或超出报警阈值时系统报警；

（4.2）PLC判断步骤（3）中计算得出的输出载荷达到或超出停机阈值时向管状皮带机的驱动装置发送控制信号使管状皮带机停止运作。

8.根据权利要求7所述的防止管状皮带机涨管的预警方法，其特征在于：所述步骤（1）中控制阈值包括报警阈值和停机阈值。

9.根据权利要求7或8所述的防止管状皮带机涨管的预警方法，其特征在于：所述步骤（4.2）中PLC判断步骤（3）中计算得出的输出载荷超出停机阈值时还必须满足下述条件才向管状皮带机的驱动装置发送控制信号使管状皮带机停止运作：PLC判断位移托辊产生的位移值达到或超过位移阈值。