CN105883339A - 一种带式输送机撕裂检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带式输送机撕裂检测装置及方法，包括钢丝、钢丝固定装置、配重、接近开关和控制器，通过钢丝固定装置使钢丝沿着皮带的下轮廓布置，钢丝的一端固定在输送机固定架上，另一端连接配重悬挂在输送机固定架上，配重对应位置设有接近开关，接近开关连接控制器。本发明通过设置一根靠近皮带的钢丝，当皮带发生撕裂破损时，撕裂处刮到钢丝即发出报警信号，实现撕裂检测。

Description

一种带式输送机撕裂检测装置及方法

技术领域

本发明属于带式输送机配套检测保护装置技术领域，具体涉及一种带式输送机撕裂检测装置及方法。

背景技术

带式输送机的可靠运行关系到整个煤矿的经济效益，输送带在运输过程中，纵向输送带撕裂是破坏性很大的损坏形式，一旦发生撕裂事故,将会造成较大经济损失,有时甚至使整个生产流程停产。输送带撕裂事故已成为煤矿的难题之一。因此,研究输送带撕裂保护对煤矿设备安全运行有着重要意义。

现有技术中的钢丝拉索式皮带撕裂检测装置大都采用钢珠、弹簧卡子、机械式开关，这样的设计不但降低了原有的灵敏度，而且在港口的盐雾，煤尘等恶略环境下，动作机构之间容易因腐蚀或者煤尘堵塞，导致保护作用失效，而且，并且皮带承载面底部轮廓为近似梯形而这种检测装置的钢丝却呈近似圆弧形，因此其钢丝布局也存在不合理的问题。

发明内容

根据以上现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出一种带式输送机撕裂检测装置及方法，通过设置一根靠近皮带的钢丝，当皮带发生撕裂破损时，撕裂处刮到钢丝即发出报警信号，实现撕裂检测。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种带式输送机撕裂检测装置，包括钢丝、钢丝固定装置、控制器、配重及配重位置检测装置，通过钢丝固定装置使钢丝沿着皮带的下轮廓布置，钢丝的一端固定在输送机固定架上，另一端连接配重悬挂在输送机固定架上，配重位置检测装置连接控制器。

所述配重位置检测装置为接近开关，接近开关设置在配重对应位置，接近开关连接控制器。所述钢丝固定装置包括第一改向支架组、第二改向支架组和鼓形尼龙轮，第一改向支架组和第二改向支架组都设置在皮带的梯形槽面的两个下底角处，鼓形尼龙轮设置在皮带的梯形槽面的其中一个上顶角处，钢丝通过鼓形尼龙轮改向连接到配重。所述第一改向支架组和第二改向支架组分别包括两个改向支架，两个改向支架分别设置在皮带的梯形槽面的两个下底角处且相差一定距离，使两个底角平滑过渡，两个改向支架之间设置有伸缩杆，两个改向支架的底部各设置了一个旋转轴。所述改向支架为高度可调节的支架，改向支架顶端设置有凹槽尼龙轮；所述配重内设置有扭力弹簧，钢丝通过扭力弹簧绕在配重内，在拉力作用下钢丝可被抽出。

所述配重位置检测装置为RFID组件，RFID组件包括阅读设备和设置在配重上的RFID标签，RFID组件将测量到的RFID标签的位置上传给控制器。所述检测装置还包括设置在输送机中间架上的用于阅读设备精度校准测量的参考RFID标签，所述参考RFID标签、配重上的RFID标签和阅读设备设置在同一平面内。

一种带式输送机撕裂检测方法，检测方法具体为：沿皮带的下轮廓布置一根钢丝，钢丝的一端固定，另一端连接配重，检测配重脱离初始位置的距离或者时间，超出一定距离或者时间时发出不同级别的警报信号。

检测配重脱离初始位置的时间具体方法为：在配重对应位置设置一枚电感型接近开关，配重在皮带扰动下脱离接近开关的检测区域，但在第一时间段内回到接近开关的检测区域，则发出第一级报警信号；配重在皮带扰动下脱离接近开关的检测区域，但在第二时间段内回到接近开关的检测区域，则发出第二级报警信号；配重在皮带扰动下脱离接近开关的检测区域，但在第三时间段内回到接近开关的检测区域，则发出第三级报警信号。

检测配重脱离初始位置的距离具体方法为：RFID阅读设备向的RFID标签和RFID阅读设备所在的空间平面内发射电磁波信号，检测RFID标签信号，建立该平面的二维坐标系，设定阅读设备的位置是(x_n，y_n)待检测RFID标签的坐标为(x,y)，阅读设备接收到的RFID标签的方向角为θ_n，则有：

${\mathrm{tan\θ}}_n=\frac{y-y_n}{x-x_n}$

得到：

y＝y_n+(x-x_n)tanθ_n

其中，y_n、x_n、x和tanθ_n都为已知量，通过将运动前RFID标签的位置和测量得到的RFID标签的位置进行比对，来确定配重的运行距离。

所述RFID组件检测带式输送机撕裂检测装置，具体还包括：通过检测设置在输送机中间架上的参考RFID标签，检测RFID组件的测量精度。通过设置多组RFID阅读设备来检测设置在配重的上的RFID标签，具体方法为多个阅读设备向阅读设备和RFID标签所在的空间平面内发射电磁波信号，检测RFID标签信号，建立该平面的二维坐标系，设定阅读设备组的位置分别是(x_n，y_n)、(x_m，y_m),待检测RFID标签的坐标为(x,y)，阅读设备组接收到的RFID标签的方向角为θ_n,θ_m，则有：

$\left\{\begin{array}{c}tan{\mathrm{\θ}}_n=\frac{y-y_n}{x-x_n}\\ {\mathrm{tan\θ}}_m=\frac{y-y_m}{x-x_m}\end{array}\right.$

得到：

y＝y_n+(x-x_n)tanθ_n

y＝y_m+(x-x_m)tanθ_m

将求取的多个RFID标签的位置进行比对，剔除异常点，再确定RFID标签的位置，通过将运动前RFID标签的位置和测量得到的RFID标签的位置进行比对，来确定配重(8)的运行距离。

本发明有益效果是:本发明结构相对简单，成本低，制造和安装都比较方便。改向支架设计成可调节结构，对于宽度不同、槽倾角不同的皮带都可通用。采用配重张紧的钢丝设计，提高了灵敏度。尼龙轮和不锈钢轮轴旋转灵活，很好地避免了因锈蚀等原因而产生的动作卡死、失灵等情况；采用了全封闭外壳的电感型接近开关，比机械式开关更适应煤炭港口的煤尘、盐雾环境，寿命更长。钢丝改向支架的设计，保证了钢丝拦索近似于皮带承载面底部轮廓，保证了各个监测点到皮带底部的距离相同。配重内设置了绕制钢丝，保证皮带破损橡胶或钢丝芯断头与检测钢丝钩死而无法快速脱离的时候，钢丝与配重及时释放卷在内部的钢丝，避免对检测设备造成损伤，也避免了对皮带的二次损伤。RFID组件测量运动量具有精度高的优点；本发明设置有参考标签，可以用于检测本发明RFID组件的准确性。本发明检测方法设置一个阅读设备就可以实现待检测RFID标签的定位，如果是多个以上设备，理论上是可以相交于同一点，因此，多个阅读设备也可以用于检测系统的准确性。

附图说明

下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1是本发明的具体实施方式的具体实施例一撕裂检测装置的结构图。

图2是图1中A处放大图。

图3是本发明的具体实施方式的改向支架的正视图。

图4是本发明的具体实施方式的具体实施例二撕裂检测装置的结构图。

图5是本发明具体实施方式的阅读设备及待测标签平面坐标图。

其中，1钢丝固定点、2钢丝、3皮带、4托辊、5第一改向支架组、501旋转轴、6第二改向支架组、7伸缩杆、8配重、9接近开关、10鼓形尼龙轮、11凹槽尼龙轮、12阅读设备、13RFID标签。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

一种带式输送机撕裂检测装置，包括钢丝2、钢丝固定装置、控制器、配重8及配重位置检测装置，通过钢丝2固定装置使钢丝2沿着皮带3的下轮廓布置，钢丝2的一端固定在输送机固定架上，另一端连接配重8悬挂在输送机固定架上，配重位置检测装置连接控制器。

所述配重位置检测装置为接近开关，接近开关设置在配重8对应位置，接近开关9连接控制器。所述钢丝固定装置包括第一改向支架组5、第二改向支架组6和鼓形尼龙轮10，第一改向支架组5和第二改向支架组6都设置在皮带3的梯形槽面的两个下底角处，鼓形尼龙轮10设置在皮带3的梯形槽面的其中一个上顶角处，钢丝2通过鼓形尼龙轮10改向连接到配重8。所述第一改向支架组6和第二改向支架组6分别包括两个改向支架，两个改向支架分别设置在皮带3的梯形槽面的两个下底角处且相差一定距离，使两个底角平滑过渡，两个改向支架之间设置有伸缩杆7，两个改向支架的底部各设置了一个旋转轴501。所述改向支架为高度可调节的支架，改向支架顶端设置有凹槽尼龙轮11；所述配重8内设置有扭力弹簧，钢丝2通过扭力弹簧绕在配重8内，在拉力作用下钢丝2可被抽出。

所述配重位置检测装置为RFID组件，RFID组件包括阅读设备12和设置在配重8上的RFID标签13，RFID组件将测量到的RFID标签13的位置上传给控制器。所述检测装置还包括设置在输送机中间架上的用于阅读设备12精度校准测量的参考RFID标签13，所述参考RFID标签13、配重上的RFID标签13和阅读设备12设置在同一平面内。

一种带式输送机撕裂检测方法，检测方法具体为：沿皮带3的下轮廓布置一根钢丝2，钢丝2的一端固定，另一端连接配重8，检测配重脱离初始位置的距离或者时间，超出一定距离或者时间时发出不同级别的警报信号。

检测配重脱离初始位置的时间具体方法为：在配重对应位置设置一枚电感型接近开关，配重8在皮带3扰动下脱离接近开关9的检测区域，但在第一时间段内回到接近开关9的检测区域，则发出第一级报警信号；配重8在皮带3扰动下脱离接近开关9的检测区域，但在第二时间段内回到接近开关9的检测区域，则发出第二级报警信号；配重8在皮带3扰动下脱离接近开关9的检测区域，但在第三时间段内回到接近开关9的检测区域，则发出第三级报警信号。

检测配重脱离初始位置的距离具体方法为：RFID阅读设备12向RFID标签13和RFID阅读设备12所在的空间平面内发射电磁波信号，检测RFID标签13信号，建立该平面的二维坐标系，设定阅读设备12的位置是(x_n，y_n)待检测RFID标签13的坐标为(x,y)，阅读设备12接收到的RFID标签13的方向角为θ_n，则有：

${\mathrm{tan\θ}}_n=\frac{y-y_n}{x-x_n}$

得到：

y＝y_n+(x-x_n)tanθ_n

其中，y_n、x_n、x和tanθ_n都为已知量，通过将运动前RFID标签13的位置和测量得到的RFID标签13的位置进行比对，来确定配重8的运行距离。所述RFID组件检测带式输送机撕裂检测装置，具体还包括：通过检测设置在输送机中间架上的参考RFID标签，检测RFID组件的测量精度。通过设置多组RFID阅读设备来检测设置在配重的上的RFID标签，具体方法为多个阅读设备向阅读设备和RFID标签所在的空间平面内发射电磁波信号，检测RFID标签信号，建立该平面的二维坐标系，设定阅读设备组的位置分别是(x_n，y_n)、(x_m，y_m),待检测RFID标签的坐标为(x,y)，阅读设备组接收到的RFID标签的方向角为θ_n,θ_m，则有：

$\left\{\begin{array}{c}tan{\mathrm{\θ}}_n=\frac{y-y_n}{x-x_n}\\ {\mathrm{tan\θ}}_m=\frac{y-y_m}{x-x_m}\end{array}\right.$

得到：

y＝y_n+(x-x_n)tanθ_n

y＝y_m+(x-x_m)tanθ_m

将求取的多个RFID标签的位置进行比对，剔除异常点，再确定RFID标签的位置，通过将运动前RFID标签的位置和测量得到的RFID标签的位置进行比对，来确定配重8的运行距离。

具体实施例一：如图1所示，该装置采用钢丝2与滑轮的组合结构。钢丝2在皮带3下方，横跨皮带3底部。钢丝2一端固定在皮带3一侧的竖垂直角钢的钢丝2固定点1上，经钢丝2改向支架顶端上凹槽尼龙轮11(直径20mm)，使钢丝2以皮带3轮廓形状布置，钢丝2改向支架固定在底部的槽钢横梁上。

钢丝2改向支架设有第一改向支架组5合第二改向支架组6，每组改向支架设有两根改向支架，两根该向支架之间通过伸缩杆7连接，改向支架的底部有一个旋转轴501，可以使改向支架沿着皮带3的横向旋转，以适应不同带宽的皮带3，通过两个支架之间的伸缩杆7实现两个支架位置的固定。另外，支架的高度可以调节，以适应不同的托辊4高度。第二改向支架组6的结构同第一改向支架，通过两组改向支架配合使用，相比一组支架，可以使钢丝2在凹槽尼龙轮11的位置更加贴近皮带3，一组支架的情况下，整体钢丝2绳近似为一个梯形结构，在凹槽尼龙轮11的位置钢丝2位置较其它位置较远。皮带3由于表面张力等原因，截面只是一个近似的梯形槽面，槽的两个底角实际为圆弧角，在布置钢丝2改向支架的时候，应使支架顶端的尼龙小轮在这个圆弧角处，如图1中A放大所示，以便保证凹槽尼龙小轮的上边缘到皮带3底部的距离和钢丝2到皮带3底部的距离近似相等。

钢丝2距离皮带3底部2～3cm为宜，钢丝2的另一端经过一个鼓形尼龙轮10连接配重8，配重8悬挂在皮带3另一侧的槽钢槽内，由于重力使钢丝2张紧。正对配重8，安装一枚电感型接近开关9，接近开关9的信号通过继电器输入到皮带3控制器。当皮带3发生撕裂破损时，破损处突出的橡胶或外露的钢丝2断头，高速撞击此装置的钢丝2，钢丝2拉动配重8向上运动脱离接近开关9的检测范围，使接近开关9输入给控制器的开关量信号产生变化，保护程序将使皮带3及时停转。

通过调整配重8与接近开关9的对应位置，可以调节系统的灵敏度，如果配重8在接近开关9检测范围内的正对面积小，只要皮带3对钢丝2有轻微的扰动，电感接近开关9就能检测到触发信号；如果配重8在电感接近开关9检测范围内的面积大，则皮带3对钢丝2的扰动不易被接近开关9检测到。

配重8内设有一卷钢丝2，正常工作状态下，钢丝2通过扭力弹簧绕制在配重8内的轴心上，若因皮带3破损处的形状、位置等原因，钢丝2没有与皮带3破损处突出的橡胶或钢丝2芯断头即时脱离，而由于惯性，皮带3仍旧向前运动，配重8被持续拉到槽钢顶端的鼓形尼龙轮10处，配重8无法通过尼龙轮与槽钢的间隙，在皮带3拉力作用下，配重8内的钢丝2被扯出，避免因钢丝2受拉力过大致使检测装置损坏的情况，也避免了对皮带3的二次损伤。

报警系统在具体的工作过程中，通过接近开关9检测不到配重8的时间长短来确定报警级别，例如，皮带3上只是轻微的凸起，导致配重8在很短的时间内脱离了接近开关9的检测范围，这大概说明皮带3只是轻微的损坏；如果出现皮带3上的破损凸起带动钢丝2向运动方向运动，甚至使配重8内的钢丝2扯出，说明破损较为严重，配重8在很长时间内都会脱离检测范围。因此，可以粗略的根据配重8脱离检测范围的时间来确定破损级别，并设置一个延迟时间，在延迟时间内，不管配重8是否回到检测区域，都发出停车信号，通知工作人员检查。

具体实施例二：具体实施例二提供的带式输送机结构同具体实施例一相同，将具体实施例一中接近开关及继电器替换成RFID组件，本发明利用无线电磁波的传导来测量皮带机皮带的跑偏量，根据无线电磁波的相位、幅值、传输时间等参数来估计目标对象的位置，具体的，RFID组件包括RFID标签组和阅读设备组，如图4所示，RFID标签组包括设置在配重8上的标签和设置在皮带机中间架上的参考RFID标签13，阅读设备组包括至少两个阅读设备12，多个阅读设备12和RFID标签组设置在同一平面内，本发明将多个阅读设备12设置在输送机的侧支架上。

本发明的阅读设备组采用定向天线，在阅读设备12和RFID标签组所在的平面内发射电磁波信号，阅读设备组同步发射无线信号，借助天线阵列检测电磁波的入射角方向，利用两个阅读设备12检测到的同一目标，在电磁波信号平面内就可以确定待检测RFID标签13的位置。多个阅读设备12可以用于检验这一结果的准确性。对本发明来说，RFID标签13随配重8向上运动的距离是本发明需要计算的参量，因此，通过定向天线将三维的空间问题转化为二维的平面问题，简化问题，减少计算量。

如图5所示，建立该平面的二维坐标系，设定阅读设备组的位置分别是(x_n，y_n)、(x_m，y_m),待检测RFID标签13的坐标为(x,y)，阅读设备组接收到的RFID标签13的方向角为θ_n,θ_m，则有：

$\left\{\begin{array}{c}tan{\mathrm{\θ}}_n=\frac{y-y_n}{x-x_n}\\ {\mathrm{tan\θ}}_m=\frac{y-y_m}{x-x_m}\end{array}\right.$

得到：

$x=\frac{-x_n{\mathrm{tan\θ}}_n+x_m{\mathrm{tan\θ}}_m+y_n-y_m}{{\mathrm{tan\θ}}_m-{\mathrm{tan\θ}}_n}$

本发明中，如果将阅读设备组设置在y轴上，其中一个设在原点，也即阅读设备12组的位置分别是(0，y₁)和(0，y₂)，tanθ₁和tanθ₂为已知量，此时，RFID标签13的位置即为：

$x=\frac{y_1-y_2}{{\mathrm{tan\θ}}_2-{\mathrm{tan\θ}}_1}$

通过将标签的初始距离与测得的标签距离进行比较，便可以得出钢丝2受扰动带动配重8的运动距离。

在理想状态下，标签竖直上升，使配重8处在X轴位置，利用一个阅读设备12，设置在坐标原点位置，配重8与Y轴的距离一定，可以利用一个阅读设备12就可以获取标签的位置。本发明采用至少两个阅读设备12，在平面内摆动的情况下一样可以准确测量标签的位置。或者通过设置一个凹槽型的导轨，使配重8会沿着导轨垂直运动，可以采用一个阅读设备12来测量标签的位置。

设置在输送机中间架上的RFID标签13为参考标签，是用于校准阅读设备12组的准确性，将通过阅读设备12测量到的坐标和夹角换算出的参考标签与阅读设备12的测量距离和实际距离进行比较，来评价阅读设备组的测量精度。

报警系统在具体的工作过程中，通过阅读设备12检测到的RFID标签13的运行距离来判断报警级别，例如，皮带3上只是轻微的凸起，导致配重8在运行了很短一段距离就回到初始位置，这大概说明皮带3只是轻微的损坏；如果出现皮带3上的破损凸起带动钢丝2向运动方向运动，甚至使配重8内的钢丝2扯出，说明破损较为严重，配重8会停留在顶端的位置不动。因此，可以根据配重8的运行距离来确定破损级别，向工作人员发送不同的报警信号。

具体实施例二采用RFID组件的方式来测量配重的运行距离，比具体实施例一更加精确，适合用在对要求精度高的场合；具体实施例一通过时间粗略判断配重8的位置，方法简单、成本较低，适合用在精度要求不高的场合。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种带式输送机撕裂检测装置，其特征在于,包括钢丝(2)、钢丝固定装置、控制器、配重(8)及配重位置检测装置，通过钢丝(2)固定装置使钢丝(2)沿着皮带(3)的下轮廓布置，钢丝(2)的一端固定在输送机固定架上，另一端连接配重(8)悬挂在输送机固定架上，配重位置检测装置连接控制器。

2.根据权利要求1所述的带式输送机撕裂检测装置，其特征在于,所述配重位置检测装置为接近开关，接近开关设置在配重(8)对应位置，接近开关(9)连接控制器。

3.根据权利要求2所述的带式输送机撕裂检测装置，其特征在于,所述钢丝固定装置包括第一改向支架组(5)、第二改向支架组(6)和鼓形尼龙轮(10)，第一改向支架组(5)和第二改向支架组(6)都设置在皮带(3)的梯形槽面的两个下底角处，鼓形尼龙轮(10)设置在皮带(3)的梯形槽面的其中一个上顶角处，钢丝(2)通过鼓形尼龙轮(10)改向连接到配重(8)。

4.根据权利要求3所述的带式输送机撕裂检测装置，其特征在于,所述第一改向支架组(6)和第二改向支架组(6)分别包括两个改向支架，两个改向支架分别设置在皮带(3)的梯形槽面的两个下底角处且相差一定距离，使两个底角平滑过渡，两个改向支架之间设置有伸缩杆(7)，两个改向支架的底部各设置了一个旋转轴(501)。

5.根据权利要求4所述的带式输送机撕裂检测装置，其特征在于,所述改向支架为高度可调节的支架，改向支架顶端设置有凹槽尼龙轮(11)；所述配重(8)内设置有扭力弹簧，钢丝(2)通过扭力弹簧绕在配重(8)内，在拉力作用下钢丝(2)可被抽出。

6.根据权利要求1所述的带式输送机撕裂检测装置，其特征在于,所述配重位置检测装置为RFID组件，RFID组件包括阅读设备(12)和设置在配重(8)上的RFID标签(13)，RFID组件将测量到的RFID标签(13)的位置上传给控制器。

7.根据权利要求6所述的带式输送机撕裂检测装置，其特征在于：所述检测装置还包括设置在输送机中间架上的用于阅读设备(12)精度校准测量的参考RFID标签(13)，所述参考RFID标签(13)、配重上的RFID标签(13)和阅读设备(12)设置在同一平面内。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的带式输送机撕裂检测装置的检测方法，其特征在于，检测方法具体为：沿皮带(3)的下轮廓布置一根钢丝(2)，钢丝(2)的一端固定，另一端连接配重(8)，检测配重脱离初始位置的距离或者时间，超出一定距离或者时间时发出不同级别的警报信号。

9.根据权利要求8所述的带式输送机撕裂检测方法，其特征在于，检测配重脱离初始位置的时间具体方法为：在配重对应位置设置一枚电感型接近开关，配重(8)在皮带(3)扰动下脱离接近开关(9)的检测区域，但在第一时间段内回到接近开关(9)的检测区域，则发出第一级报警信号；配重(8)在皮带(3)扰动下脱离接近开关(9)的检测区域，但在第二时间段内回到接近开关(9)的检测区域，则发出第二级报警信号；配重(8)在皮带(3)扰动下脱离接近开关(9)的检测区域，但在第三时间段内回到接近开关(9)的检测区域，则发出第三级报警信号。

10.根据权利要求8所述的带式输送机撕裂检测方法，其特征在于，检测配重脱离初始位置的距离具体方法为：RFID阅读设备(12)向RFID标签(13)和RFID阅读设备(12)所在的空间平面内发射电磁波信号，检测RFID标签(13)信号，建立该平面的二维坐标系，设定阅读设备(12)的位置是(x_n，y_n)待检测RFID标签(13)的坐标为(x,y)，阅读设备(12)接收到的RFID标签(13)的方向角为θ_n，则有：

${\mathrm{tan\θ}}_n=\frac{y-y_n}{x-x_n}$

得到：

y＝y_n+(x-x_n)tanθ_n

其中，y_n、x_n、x和tanθ_n都为已知量，通过将运动前RFID标签(13)的位置和测量得到的RFID标签(13)的位置进行比对，来确定配重(8)的运行距离。