CN116773005A - 增敏装置及包括其的振动监测系统、煤矿皮带机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及增敏装置及包括其的振动监测系统、煤矿皮带机。所述增敏装置包括保护壳，所述保护壳能够与振动测量物围成保护腔，所述振动测量物体位于所述保护腔的侧面；还包括悬臂梁，所述悬臂梁安装在所述保护腔内，所述悬臂梁的第一端为固定于所述振动测量物的固定端，所述悬臂梁的第二端为悬置在所述保护腔内部的自由端，所述自由端用于保持所述振动监测系统的传感光缆。通过上述设置，本发明能够对振动信号进行放大，增加振动监测系统的灵敏性，使得振动监测系统能够及时地捕捉异常振动信号，实现实时振动监测。

Description

增敏装置及包括其的振动监测系统、煤矿皮带机

技术领域

本发明涉及煤矿设备领域，具体而言，本发明涉及增敏装置及包括其的振动监测系统、煤矿皮带机。

背景技术

带式运输机又称皮带机，通过运用输送带的连续或间歇运动来输送各种轻重不同的物品，被广泛应用于各个领域中。

在煤矿领域中，皮带机可以应用在煤矿开采、生产、转运和加工的场景中，是煤矿领域中不可或缺的设备。托辊则是煤矿皮带机的关键部件，其作用是支撑输送带，使输送带的垂度不超过要求程度，以确保输送带的动作稳定性。

当托辊发生故障，托辊相较平稳状态会发生较大幅度的振动，导致托辊和皮带之间的摩擦力增大，相应的，皮带输送设备的阻力也就增大，以致出现撕裂皮带或者超载停机的问题。

通过在托辊两侧沿线铺设传感光纤的方式，可以对托辊故障进行监测定位。但在煤矿井下，受到煤尘、潮湿、设备噪声等方多面的环境因素影响，托辊发生故障时，传感光纤对于振动信号的捕捉往往不够灵敏，不能及时对异常振动进行监测和警告。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了增敏装置及包括其的振动监测系统、煤矿皮带机，从而解决或者至少缓解了现有技术中存在的上述问题和其它方面的问题中的一个或多个。

为了实现前述目的，本发明的第一方面提供了用于煤矿皮带机振动监测系统的增敏装置，其中，所述增敏装置包括：

保护壳，所述保护壳能够与振动测量物围成保护腔，所述振动测量物体位于所述保护腔的侧面；

悬臂梁，所述悬臂梁安装在所述保护腔内，所述悬臂梁的第一端为固定于所述振动测量物的固定端，所述悬臂梁的第二端为悬置在所述保护腔内部的自由端，所述自由端用于保持所述振动监测系统的传感光缆。

在如前所述的增敏装置中，可选地，所述悬臂梁为弹性悬臂梁。

在如前所述的增敏装置中，可选地，所述自由端处设置有质量块。

在如前所述的增敏装置中，可选地，所述传感光缆穿过所述保护腔并且穿过所述质量块。

在如前所述的增敏装置中，可选地，所述保护壳包括底壁，在所述自由端的下方设置有竖向的螺旋弹簧，所述螺旋弹簧的上端连接于所述悬臂梁的自由端，所述螺旋弹簧的下端固定于所述保护壳的底壁。

在如前所述的增敏装置中，可选地，所述螺旋弹簧垂直于所述悬臂梁。

在如前所述的增敏装置中，可选地，所述悬臂梁在所述保护腔内水平设置。

为了实现前述目的，本发明的第二方面提供了振动监测系统，其中，所述振动监测系统具有如前述第一方面中任一项所述的增敏装置，所述振动监测系统的传感光缆经过并保持于每个所述增敏装置的自由端，并且所述振动监测系统还包括用于提供光信号的发射装置和用于接收振动信号并进行振动异常定位的接收装置。

在如前所述的振动监测系统中，可选地，所述增敏装置安装于煤矿皮带机上的振动测量物，所述振动测量物为所述煤矿皮带机的托辊，所述托辊串接在所述传感光缆上。

为了实现前述目的，本发明的第三方面提供了煤矿皮带机，其中，所述煤矿皮带机包括如前述第一方面中的任一项所述的增敏装置或包括如前述第二方面中任一项所述的振动监测系统。

本发明的增敏装置能够对振动信号进行放大，增加了振动监测系统的灵敏性，使得振动监测系统能够及时地捕捉异常振动信号。

本发明的振动监测系统能够实时采集振动信号，并对异常振动进行监测定位，防止托辊故障持续扩大，进而使得煤矿皮带机出现皮带撕裂或者超载停机的情况，保证生产的安全进行。

附图说明

参照附图，本发明的公开内容将更加显然。应当了解，这些附图仅仅用于说明目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：

图1为本发明的振动监测系统一个实施例的示意图；

图2为本发明的增敏装置的一个实施例的结构示意图；以及

图3为本发明的煤矿皮带机一个实施例的结构示意图。

附图标记：1-发射装置；2-增敏装置；3-接收装置；4-传感光缆；5-振动测量物；6-驱动滚筒；7-改向滚筒；8-托辊；9-传输带；10-机架；21-保护壳；22-保护腔；23-悬臂梁；24-质量块；25-螺旋弹簧。

具体实施方式

参照附图和具体实施例，下面将以示例方式来说明根据本发明的增敏装置及包括其的振动监测系统、煤矿皮带机的结构组成、特点和优点等，然而所有描述不应用于对本发明形成任何限制。

此外，对于在本文提及的实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，本发明仍然允许在这些技术特征（或其等同物）之间继续进行任意组合或者删减而不存在任何的技术障碍，从而应当认为这些根据本发明的更多实施例也是在本文的记载范围之内。

还需要说明的是，“设置”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

术语“上”、“下”、“水平”、“竖向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示各组成部分的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

此外，“多个”等的含义为至少两个及两个以上，除非另有明确具体的限定。

图1为本发明的振动监测系统的一个实施例的示意图。

从图中可以看出，在本实施例中，煤矿皮带机振动监测系统可以包括发射装置1、传感光缆4、接收装置3和多个增敏装置2。发射装置1放置在煤矿皮带机的运行环境中，与传感光缆4连接，传感光缆4串联多个增敏装置2并与接收装置3相连。

根据图示，发射装置1和接收装置3分别位于传感光缆4的两端，并且传感光缆4经过振动测量物5。在该示例中，增敏装置2位于振动测量物5的侧面或端面。发射装置1为光缆4提供光源，当振动测量物5振动时，振动信号通过增敏装置2进行放大并传递至接收装置3，接收装置3接收信号并对振动进行定位。

在本实施例中，发射装置1可以是红宝石激光器或者泵浦光源这类的激光器，激光器能够产生高度聚焦和一致的光束，可以在很长的距离内传输，具有频率可调、高功率的特点。接收装置3也可以是光纤发光二极管，光纤发光二极管体积小、功耗低、结构简单，不需要复杂的控制系统。需要说明的是，发射装置1只要是能够为传感光缆4提供光源的装置即可。在实际应用中，可以根据不同的实际需求，选择不同的发射装置1。

在本实施例中，传感光缆4可以是一定数量的光纤按照一定方式组成缆芯，并在外层包覆护套的线缆，其主要目的是接收并传递振动信号。当与振动测量物5连接的那部分传感光缆4随着振动测量物5的振动而振动时，传感光缆4发生形变，导致内部包覆的光纤的应力也随之改变，使得光纤的折射率改变，进而导致发射装置1发出的光产生光学参量方面上的变化。在本实施例中，传感光缆4中可以设置有防水阻拦层和阻燃层。煤矿井下的环境潮湿，防水阻拦层可以防止环境中的水汽及湿气对传感光缆4进行渗透，影响传感光缆4的运作。在采煤过程中容易产生易燃气体，阻燃层则可以在火灾发生时避免火势扩大，烧坏传感光缆4，影响振动监测系统的运行。

需要说明的是，本发明并不对传感光缆4的结构进行限制。传感光缆4可以采用制造成本较低的层绞式结构，即传感光缆4的中心可以是加强件，光纤套在松套管内，并在松套管内布设填充物，松套管围绕加强件绞合成缆芯，缆芯外包覆有护套。传感光缆4也可以采用结构强度较高的骨架式结构，即：光缆的中心是加强件，外面具有V型骨架槽或者U形螺旋骨架槽，用绞合成缆的方法将光纤放入骨架槽内，并在外层包覆护套。传感光缆4的结构还可以是任意本领域技术人员所公知的其它结构。传感光缆4的光纤可以是纯硅光纤，纯硅光纤的光损耗率较低，可以更佳地对光信号进行传输，有效地提高振动监测系统的效率。

接收装置3可以包括数据处理单元、服务器和控制终端，数据处理单元与服务器连接，服务器与控制终端通信连接。数据处理单元对传感光缆4传输的光信号进行采集和转换特征数据，并按照一定算法生成振动数据的实时监测。服务器将实时监测数据通过用3G/4G/WiFi等无线通信方式发送消息给控制终端。控制终端对异常振动发出警报，及时通知在场工作人员。

图2为本发明的增敏装置的一个实施例的结构示意图。

由图中可以看出，增敏装置2包括保护壳21、悬臂梁23、质量块24和螺旋弹簧25。保护壳21与振动测量物5连接并围成保护腔22，悬壁梁23、质量块24、螺旋弹簧25均位于保护腔22内。在图示示例中，待被测量振动的振动测量物5位于保护腔22的侧面。

在煤矿的开采环境中，不时就会有掉落物掉下来，对振动监测系统的结构造成影响，妨碍监测工作，最终甚至影响皮带机的运行。保护壳21的设置则避免了这类问题。保护壳21可以选用硬度较高的材料，如ABS树脂材料或者硬质金属材料，进一步对保护腔22内的结构进行保护；保护壳21可以选用阻燃材料，煤矿井下的电子设备比较多，且大多为大型设备，容易在使用的过程中造成起火等安全事故，使用阻燃材料形成进一步的保护。保护腔22可以是密封腔。在本实施例中，保护壳21的侧面可以与振动测量物5焊接、可拆卸连接、磁吸等任意本领域技术人员可知的连接方式。

在可选的实施例中，悬臂梁23为弹性悬臂梁，其第一端可以与振动测量物5刚性连接，即该第一端为固定端；悬臂梁23的第二端可以悬置在保护腔22内，即该第二端为自由端。传感光缆4可以被保持在该自由端处，例如固定在自由端。需要说明的是，这里的刚性连接可以表示直接固定或者间接固定，只要能使得悬臂梁23随着振动测量物5的振动而振动就可以。在其它实施例中，传感光缆4保持在自由端处，也可以是搭接在上述自由端而不固定，从而可以防止由于拉扯导致光缆损坏。

正因为悬臂梁23的自由端是悬置的，没有其它方向上的约束力，因而当振动传递至自由端时，自由端的振动幅度相对更大。也就是说，悬臂梁23等同于振动放大臂，当振动测量物5振动时，带动悬臂梁23振动，振动信号通过悬臂梁23进行放大，并在悬臂梁23的自由端处达到最大，带动此处的传感光缆4振动。通过上述设置，振动监测系统可以捕捉到较为微小的振动信号，使得振动监测的敏感性增加，从而可以在皮带机刚开始发生异常振动时发出警告，工作人员则能够立时对皮带机进行调整，防止皮带机事故进一步扩大，相比异常振动过大时再采取措施，有效地避免了皮带机损坏过大，减少了维修成本。

在本实施例中，悬臂梁23可以是薄钢片。薄钢片在作为弹性悬臂梁23的同时，也具有非常好的韧性及强度，可以避免悬臂梁23处在长期的振动环境中产生内应力而造成损坏；以及避免在振动过大时因材料强度不够而产生的断裂进而影响振动监测系统的正常运行。

在本实施例中，增敏装置2的悬臂梁23的截面除了如图1所示的矩形外，也可以设置为三角形或者楔形，即：悬臂梁23的宽度由固定端到自由端逐渐减小。

如图中所示，质量块24可以位于悬臂梁23的自由端，用于增加悬臂梁23自由端的质量。质量块24在静置时，对悬臂梁23有一个向下的压力，而由于悬臂梁23为弹性悬臂梁23，则悬臂梁23介于固定端与自由端之间的中间段会产生微小形变，使得悬臂梁23积蓄弹性势能。当悬臂梁23随着振动测量物5的振动而振动时，弹性势能释放，使得悬臂梁23的自由端产生更大的位移，进而增加传感光缆4的形变，最终达到为振动监测系统增敏的效果。

结合图1和图2可以看出，质量块24可以开设有通孔，传感光缆4穿过该通孔与接收装置3连接。也就是说，传感光缆4在自由端处通过质量块24固定或搭接在悬臂梁23上。传感光缆4穿过质量块24的通孔，则当振动测量物5振动过大时，传感光缆4在通孔附近处的形变最大，进而被接收捕捉，实现异常振动定位。同时，通过质量块24对传感光缆4进行固定，传感光缆4的固定段的长度也相对增加，相对于点固定的方式，传感光缆4不容易在反复弯折的过程中发生损坏或断裂，从而影响到整个振动监测系统的运行。

在可选的实施例中，质量块24可以和悬臂梁23为一体件或者可拆卸连接。

螺旋弹簧25位于悬臂梁23的自由端并竖向设置，其顶端与悬臂梁23固定，底端与保护腔22的底壁固定。该保护腔22的底壁同时起到为螺旋弹簧25提供支撑以及防尘的作用，并且其将保护腔22密封以期兼具防爆的作用。

螺旋弹簧25一般由形成螺旋形状的弹性材料制成，在受到挤压时，螺旋弹簧25发生形变，产生弹性势能，弹性势能从而转换为对挤压物体方向相反的推力；在受到拉伸时，螺旋弹簧25也会发生形变，产生弹性势能，从而转换为对拉伸物体方向相反的拉力。此外，当悬臂梁23的自由端由于振动而朝其它方向运动时，螺旋弹簧25也能够在相应的方向上产生弹性势能。

基于这个特性，当悬臂梁23的振动幅度过大时，螺旋弹簧25能够起到限制悬臂梁23自由端的位移的作用，进而避免与悬臂梁23自由端固定在一起的传感光缆4拉伸过大，造成对传感光缆4的损害。同时，螺旋弹簧25的线圈之间具有间隙，如果当振动测量物5发生横向的振动时，螺旋弹簧25发生形变积蓄弹性势能并释放，也能对悬臂梁23产生相对的牵引力，防止固定在悬臂梁23上的传感光缆4发生过度形变。也就是说，相对于弹力杆等其它弹性部件，螺旋弹簧25不仅能在纵向方向上对悬臂梁23进行限制，也可以在横向方向上对悬臂梁23进行限制，从而在振动方向相对复杂的情况下，保证振动监测系统的正常运行。

图3为本发明的煤矿皮带机的一个实施例的结构示意图。

从图中可以看出，煤矿皮带机包括机架10、驱动滚筒6、改向滚筒7、套紧在其上的传输带9、位于传输带下方的托辊8及如图1所示的振动监测系统。该振动监测系统包括发射装置1、传感光缆4、接收装置3和多个增敏装置2。发射装置1放置在煤矿皮带机的运行环境中，与传感光缆4连接，传感光缆4串联多个增敏装置2并与接收装置3相连。

在可选的实施例中，驱动滚筒6一般与电机连接，电机带动驱动滚筒转动6，进而带动传输带9转动。改向滚筒7用于改变运输带6的转动方向。托辊8的作用是支撑传输带9及在传输带9上的物料。需要说明的是，图3仅为本发明提供的一个示例，并不只是指托辊的数量就是图中的四根，托辊的数量可以是其它数量的，例如1根、3根、5根等。在实际应用中，本领域技术人员将根据现场作业情况选择适应的托辊8数量。

下面以图1到图3为例说明本发明的振动监测系统应用在煤矿皮带机上的工作原理。

当振动监测系统应用在煤矿皮带机时，振动测量物5即可以为煤矿皮带机的托辊8。首先将增敏装置2安装在煤矿皮带机的各个托辊8处，传感光缆4铺设在各个增敏装置2之间，并分别与接收装置3和激发装置1连接。当煤矿皮带机开始运作，托辊8正常运行并产生常态的微小振动，带动增敏装置2中的悬臂梁23振动，悬臂梁23自由两侧的传感光缆4发生形变，传感光缆4内的光学参量发生改变，接收装置3采集光学信息从而得到未发生故障的情况下的各个托辊8的振动频率。接收装置3记录下此时的振动频率，并作为判断是否为异常状态的基准。当煤矿皮带机的某处托辊8发生故障时，托辊8的振动幅度相对变大，悬臂梁23的振动幅度也随着托辊8相应增大，从而使得传感光缆4的形变增加，相应地改变传感光缆4内的光学参数，最终使得接收装置3得到不一样的振动频率。异常振动信号通过服务器传送到控制终端上，控制终端发出警报。工作人员看到警报时，可以立即查看并关停煤矿皮带机，对故障的托辊8进行检修或替换。

本发明针对煤矿井下皮带机异常振动信号监测进行增敏设计，采用悬臂梁式结构，将振动信号进行放大，监测相邻托辊之间振动差异。在图示示例中，将悬臂梁23安装在保护腔22内，避免煤块等对一体结构造成影响；质量块24安装在悬臂梁末端，固定光缆4，并增大悬臂梁末端位移，从而增大光缆形变；螺旋弹簧25避免振动过大时悬臂梁末端位移过大，造成光缆拉伸过大；光缆安装方式如图3所示，装有悬臂梁的保护腔安装在托辊附近，当某一个托辊发生故障会造成两侧光缆形变改变，从而实现异常振动定位，实现准分布式振动监测。

本发明的技术范围不仅仅局限于上述说明书中的内容。本领域技术人员可以在不脱离本发明技术思想的前提下，对上述实施方式进行多种变形和修改，而这些变形和修改均应当属于本发明的范围内。

Claims (10)

1.用于煤矿皮带机振动监测系统的增敏装置，其特征在于，所述增敏装置（2）包括：

保护壳（21），所述保护壳（21）能够与振动测量物（5）围成保护腔，所述振动测量物（5）位于所述保护腔（22）的侧面；

悬臂梁（23），所述悬臂梁（23）安装在所述保护腔（22）内，所述悬臂梁（23）的第一端为固定于所述振动测量物的固定端，所述悬臂梁（23）的第二端为悬置在所述保护腔内部的自由端，所述自由端用于保持所述振动监测系统的传感光缆（4）。

2.如权利要求1所述的增敏装置，其特征在于，所述悬臂梁（23）为弹性悬臂梁。

3.如权利要求1所述的增敏装置，其特征在于，在所述自由端处设置有质量块（24）。

4.如权利要求3所述的增敏装置，其特征在于，所述传感光缆穿过所述保护腔（22）并且穿过所述质量块（24）。

5.如权利要求1至4中任一项所述的增敏装置，其特征在于，所述保护壳（21）包括底壁，在所述自由端的下方设置有竖向的螺旋弹簧（25），所述螺旋弹簧（25）的上端连接于所述自由端，所述螺旋弹簧（25）的下端固定于所述保护壳（21）的底壁。

6.如权利要求5所述的增敏装置，其特征在于，所述螺旋弹簧（25）垂直于所述悬臂梁（23）。

7.如权利要求1所述的增敏装置，其特征在于，所述悬臂梁（23）在所述保护腔（22）内水平设置。

8.煤矿皮带机振动监测系统，其特征在于，所述振动监测系统具有至少一个如前述权利要求1至7中任一项所述的增敏装置，所述振动监测系统的传感光缆（4）经过并保持于每个所述增敏装置（2）的自由端，并且所述振动监测系统还包括用于提供光信号的发射装置（1）和用于接收振动信号并进行振动异常定位的接收装置（3）。

9.如权利要求8所述的振动监测系统，其特征在于，所述增敏装置（2）安装于煤矿皮带机上的振动测量物（5），所述振动测量物（5）为所述煤矿皮带机的托辊，所述托辊串接在所述传感光缆（4）上。

10.煤矿皮带机，其特征在于，所述煤矿皮带机包括如前述权利要求1至7中任一项所述的增敏装置（2）或包括如前述权利要求8或9中的振动监测系统。