CN110116892A - 一种刮板输送机传动装置故障监测预警系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种刮板输送机传动装置故障监测预警系统及方法，该监测预警系统包括两只贴片式温度传感器和两只电涡流转速传感器，两只贴片式温度传感器分别贴在液力耦合器外壳表面和驱动电机外壳表面，电涡流转速传感器安装在支架上，对准安装液力耦合器输入和输出轴上的测速齿环，四只传感器均通过屏蔽导线连接工控机；该方法通过对比液力耦合器输入输出轴之间的转速，以及输入输出轴转速与参考转速的对比，判断刮板输送机是否发生过载、卡链、断链，同时结合液力耦合器表面和驱动电机表面温度来判断液力耦合器和驱动电机的工作状态是否健康，通过工控机控制程序实现液力耦合器故障预警和刮板输送机紧急停车。

Description

一种刮板输送机传动装置故障监测预警系统及方法

技术领域

本发明涉及刮板输送机设备检测与故障监测预警领域，尤其是一种刮板输送机传动装置故障监测预警系统及方法。

背景技术

刮板输送机是井下现代化综采工作面重要设备，在采掘及运输煤炭方面发挥着不可替代的作用，其运行可靠性直接影响矿井安全高效生产。

刮板输送机的传动装置非常脆弱，动力装置的故障率占刮板输送机综合故障率的63％。其中驱动电机、液力耦合器和刮板链条故障频出，驱动电机和液力耦合器极易发生由于过载或负载不稳定造成的过热，刮板链常发生卡链以及断链等情况。

已有刮板机故障监测系统及方法多存在监测指标单一、装置相对复杂等劣势。

在以下几篇文献中：

[1]一种刮板输送机断链监测方法[P],发明专利，ZL201410503491.1

[2]一种刮板输送机链条断裂监测系统及方法[P]，发明专利，ZL201510559323.9

[3]刮板输送机链条状态监控及保护系统[P]，发明专利，ZL201310340137.7

文献1通过在链轮安装应变传感器来判断是否发生断链，此方法仅可监测断链情况，并且传感器随链轮转动，需用到无线传输装置，装置整体复杂，稳定性相对较低。

文献2应用安装在链轮上的编码器来判断是否发生断链，此方法仅可监测断链情况，并且编码器对工作环境洁净程度有较高要求，同时需要用到无线传输装置，此方法装置复杂，局限性较强。

文献3通过将感应测力传感器安装在链条上测量链条的形变程度，判断链条是否发生卡链、断链等情况，该装置中感应测力传感器需随链条运动，需用到无线传输装置，同时由于刮板输送机刮板链工作环境极为复杂恶劣，传感器可靠性会受到很大程度上的影响，装置整体可靠性相对较低。

发明内容

发明目的：本发明弥补了现有刮板输送机监测系统监测指标单一、装置复杂等方面的不足，提供了一种简单可靠、非接触式测速的刮板输送机传动装置故障监测预警系统及方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种刮板输送机传动装置故障监测预警系统，包括：

工况检测装置，用于对刮板输送机传动装置进行实时检测，工况检测装置包括固定在液力耦合器输入轴上的第一测速齿环，第一测速齿环上通过第一支架安装固定第一转速传感器；所述液力耦合器的输出轴上固定有第二测速齿环，第二测速齿环上通过第二支架安装固定第二转速传感器；

温度检测单元，包括两个，分别是用于对力耦合器外壳表面温度进行监测的第一温度检测单元、以及用于对驱动电机外壳表面温度进行监测的第二温度检测单元；

第一转速传感器、第二转速传感器、第一温度检测单元以及第二温度检测单元监测的信号均传输至工控机；

工控机的信号输出端与报警装置的信号接收端、以及数显模块连接；供电模块，用于整个系统供电。

所述第一测速齿环和第二测速齿环结构相同，均包括两个带有螺栓孔的半环，两个半环对称套接，并通过螺栓固定成一个完整测速齿环；所述第一转速传感器和第二转速传感器均为电涡流转速传感器，两个电涡流转速传感器的感应头均通过支架固定在所述测速齿环一侧，与所述测速齿环对准设置，后通过屏蔽导线连接工控机。

所述第一温度检测单元和第二温度检测单元均为贴片式温度传感器，两个贴片式温度传感器均通过屏蔽导线连接工控机。

一种基于所述刮板输送机传动装置故障监测预警系统的预警方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、传动装置故障监测预警系统初始化，设置空载液力耦合器输入轴转速S_N1、空载液力耦合器输出轴转速S_N2、满载液力耦合器输入轴转速S_L1、满载液力耦合器输出轴转速S_L2、液力耦合器表面温度上限T_C-MAX以及驱动电机表面温度上限T_M-MAX；

b、刮板输送机正常运作时，通过第一转速传感器实时监测液力耦合器输入轴实时转速S₁；

通过第二转速传感器实时监测液力耦合器输出轴实时转速S₂；

通过第一温度检测单元获得液力耦合器外表面实时温度T_C；

通过第二温度检测传感器获得驱动电机表面实时温度T_M。

c、工控机程序控制：根据以上参数设置，相应地，工控机执行转速因子G₁数值计算程序和温度因子G₂数值计算程序:

式中：S₁为液力耦合器输入轴实时转速；

S₂为液力耦合器输出轴实时转速；

S_L1为满载液力耦合器输入轴转速；

S_L2为满载液力耦合器输出轴转速；

S_N1为空载液力耦合器输入轴转速；

S_N2为空载液力耦合器输出轴转速；

T_C为液力耦合器外表面实时温度；

T_M为驱动电机表面实时温度；

T_C-MAX为液力耦合器表面温度上限；

T_M-MAX为驱动电机表面温度上限；

有以下情况：

过热故障判断：当G₂≥1持续时间超过10s，则判定刮板输送机液力耦合器或驱动电机发生过热故障，报警装置发出持续警报,同时在数显模块输出过热警示；

断链故障判断：在任意时刻当G₁＞4时，则判定刮板输送机发生断链故障，同时在数显模块输出断链警示，报警装置发出持续警报，并紧急停车；

过载故障判断：在任意时刻当G₁＝0且S₂≠0时，则判定刮板输送机发生过载故障，同时在数显模块输出过载警示；

卡链故障判断：在任意时刻当S₂＝0持续时间超过5s，则判定刮板输送机发生卡链故障，同时在数显模块输出卡链警示，报警装置发出持续警报，并紧急停车。

有益效果：

本发明以刮板输送机液力耦合器输入输出轴转速以及驱动电机和液力耦合器外表面温度为参考，判断液力耦合器和驱动电机工作状态以及刮板机是否发生过载、卡链、断链，通过工控机程序控制进行预警以及紧急停车。该方法可以有效预警液力耦合器故障以及多种刮板输送机链条常见故障，对刮板输送机传动装置进行有效监测。

本发明对多个参数变量进行封装，通过公式和将对多个参变量进行分析计算的工控机控制程序简化成为对两个因子G₁和G₂的计算及判断，即将高维多变量实现降维，简化逻辑计算程式，来提高控制系统响应速度及稳定性。

由于本发明的测速装置采用电涡流转速传感器，属非接触式测速装置，即在本装置中，除固定在转轴上、与测速探头不直接接触的测速齿环外，其他装置均固定，故该装置可靠性、稳定性极高，实用性强，具有很高的推广价值。

附图说明

图1为本发明各装置安装示意图；

图2为本发明的测速齿环结构图；

图3为监测预警系统图；

图中：1、液力耦合器，2、测速齿环，3、电涡流转速传感器，4、贴片式温度传感器，5、屏蔽导线，6、工控机，7、驱动电机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，测速齿环2包括两个，一个安装于液力耦合器1的输入轴，另一个安装在液力耦合器1的输出轴上，电涡轮转速传感器3正对测速齿环2，固定在支架上，贴片式温度传感器4贴于液力耦合器1和驱动电机7的外表面，四只传感器均通过屏蔽导线5连接于工控机6的输入端。

如图2所示，所述第一测速装置和第二测速装置结构相同，均包括一个测速齿环、电涡流转速传感器、螺栓和支架；其中，所述测速齿环通过螺栓与液力耦合器的输入轴或输出轴相固定，每个测速齿环的外壁上通过所述支架安装固定所述电涡流转速传感器。

所述的测速齿环为两个带有螺栓孔的半环，两个半环对称套接在液力耦合器的输入轴或输出轴上，并通过螺栓固定成一个完整测速齿环。

本装置安装完成之后，需先进行调试。调试阶段需采集如下几个参数：

(1)空载工况下液力耦合器输入轴转速S_N1、空载工况下液力耦合器输出轴转速S_N2。

(2)满载工况下液力耦合器输入轴转速S_L1、满载工况下液力耦合器输入轴转速S_L2。

(3)根据所选液力耦合器以及驱动电机型号并参照说明，测量驱动电机表面温度上限T_M-MAX液力耦合器表面温度上限T_C-MAX。

以上采集的参数均记录于工控机，并作为参考值供后续数据分析使用。

如图3所示，刮板输送机运转期间，测速齿环2随液力耦合器1输入轴和输出轴同步转动，引起电涡流转速传感器3头部线圈高频电流产生周期性变化，信号通过屏蔽导线5传递至工控机6，工控机内部通过信号分析程序计算出液力耦合器输入轴和输出轴实时转速S₁、S₂。同时贴片式温度传感器4全程监测液力耦合器1和驱动电机7外表面温度，并将信号反馈至工控机，分别记实时表面温度为T_C、T_M。在刮板输送机运行阶段，实时转速信号以及实时温度信号不间断输入到工控机6，工控机6对信号遵循如下算式计算：有以下情况：

①当G₂≥1持续时间超过10s，则判定刮板输送机液力耦合器或驱动电机发生过热故障，报警装置发出持续警报,同时在数显模块输出过热警示；

②在任意时刻当G₁＞4时，则判定刮板输送机发生断链故障，同时在数显模块输出断链警示，报警装置发出持续警报，并紧急停车；

③在任意时刻当G₁＝0且S₂≠0时，则判定刮板输送机发生过载故障，同时在数显模块输出过载警示；

④在任意时刻当S₂＝0持续时间超过5s，则判定刮板输送机发生卡链故障，同时在数显模块输出卡链警示，报警装置发出持续警报，并紧急停车。

Claims (4)

1.一种刮板输送机传动装置故障监测预警系统，其特征在于，包括：

工况检测装置，用于对刮板输送机传动装置进行实时检测，工况检测装置包括固定在液力耦合器输入轴上的第一测速齿环，第一测速齿环上通过第一支架安装固定第一转速传感器；所述液力耦合器的输出轴上固定有第二测速齿环，第二测速齿环上通过第二支架安装固定第二转速传感器；

温度检测单元，包括两个，分别是用于对力耦合器外壳表面温度进行监测的第一温度检测单元、以及用于对驱动电机外壳表面温度进行监测的第二温度检测单元；

第一转速传感器、第二转速传感器、第一温度检测单元以及第二温度检测单元监测的信号均传输至工控机；

工控机的信号输出端与报警装置的信号接收端、以及数显模块连接；

供电模块，用于整个系统供电。

2.根据权利要求1所述的刮板输送机传动装置故障监测预警系统，其特征在于，所述第一测速齿环和第二测速齿环结构相同，均包括两个带有螺栓孔的半环，两个半环对称套接，并通过螺栓固定成一个完整测速齿环；所述第一转速传感器和第二转速传感器均为电涡流转速传感器，两个电涡流转速传感器的感应头均通过支架固定在所述测速齿环一侧，与所述测速齿环对准设置，后通过屏蔽导线连接工控机。

3.根据权利要求1所述的刮板输送机传动装置故障监测预警系统，其特征在于，所述第一温度检测单元和第二温度检测单元均为贴片式温度传感器，两个贴片式温度传感器均通过屏蔽导线连接工控机。

4.一种基于权利要求1～3中任一所述刮板输送机传动装置故障监测预警系统的预警方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、传动装置故障监测预警系统初始化，设置空载液力耦合器输入轴转速S_N1、空载液力耦合器输出轴转速S_N2、满载液力耦合器输入轴转速S_L1、满载液力耦合器输出轴转速S_L2、液力耦合器表面温度上限T_C-MAX以及驱动电机表面温度上限T_M-MAX；

b、刮板输送机正常运作时，通过第一转速传感器实时监测液力耦合器输入轴实时转速S₁；

通过第二转速传感器实时监测液力耦合器输出轴实时转速S₂；

通过第一温度检测单元获得液力耦合器外表面实时温度T_C；

通过第二温度检测传感器获得驱动电机表面实时温度T_M。

c、工控机程序控制：根据以上参数设置，相应地，工控机执行转速因子G₁数值计算程序和温度因子G₂数值计算程序:

式中：S₁为液力耦合器输入轴实时转速；

S₂为液力耦合器输出轴实时转速；

S_L1为满载液力耦合器输入轴转速；

S_L2为满载液力耦合器输出轴转速；

S_N1为空载液力耦合器输入轴转速；

S_N2为空载液力耦合器输出轴转速；

T_C为液力耦合器外表面实时温度；

T_M为驱动电机表面实时温度；

T_C-MAX为液力耦合器表面温度上限；

T_M-MAX为驱动电机表面温度上限；

有以下情况：

过热故障判断：当G₂≥1持续时间超过10s，则判定刮板输送机液力耦合器或驱动电机发生过热故障，报警装置发出持续警报,同时在数显模块输出过热警示；

断链故障判断：在任意时刻当G₁＞4时，则判定刮板输送机发生断链故障，同时在数显模块输出断链警示，报警装置发出持续警报，并紧急停车；

过载故障判断：在任意时刻当G₁＝0且S₂≠0时，则判定刮板输送机发生过载故障，同时在数显模块输出过载警示；

卡链故障判断：在任意时刻当S₂＝0持续时间超过5s，则判定刮板输送机发生卡链故障，同时在数显模块输出卡链警示，报警装置发出持续警报，并紧急停车。