皮带输送机故障分析与预测系统研究

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      皮带输送机是一种故障种类繁多、故障频繁的输送设备。皮带输送机的一些易发故障如滚筒包胶磨损、筒皮断裂、轴承损坏、输送带撕裂和磨损等，都与输送机的运动和受力有着直接或间接的关系。要有效地分析、预测和处理这些问题，就必须对相关力学参数进行计算和校核，而这项工作涉及公式繁多，关系复杂，人工计算繁琐，耗时且出错概率大。为此，业内研发了皮带输送机故障分析预测软件(APBF软件)。该软件应用方便，可为皮带输送机的日常管理提供科学依据。APBF软件系统的研发流程见图1。

      该研究的主要内容可以概括为3个方面：一是确定皮带输送机典型故障的相关力学参数；而是建立用于故障分析预测的数学模型；三室进行数学模型的计算机语言编译及二次开发。
      1、典型故障及力学参数的研究
      研究皮带输送机典型故障及其力学参数是软件研发中的一项基础性工作。皮带输送机故障繁杂，导致分析和预测这些故障所涉及的研究内容宽泛众多。为准确把握研究的切入点，我们首先对输送机的常见故障进行了统计分析，其中与力学密切相关且可建立计算模型的典型故障大致可以分为6类：输送带打滑(甚至起火)，滚筒包胶磨损，滚筒断裂和轴端磨损，滚筒和托辊的移位或增减，驱动单元变化，带面损坏。

皮带输送机

      深入研究筛选以上典型故障中设计的力学参数，从中提取建模必须的独立变量，如驱动力、张紧力、摩擦力、滚筒和托辊的旋转摩擦阻力、滚筒上的扭矩、压力，以及两侧皮带上的拉力等。参数审定的原则为含义明确、量化科学、数量全面、相互独立，整个过程中共计得到了89各独立力学参数。
      2、故障分析预测模型的建立
      对归纳出的皮带输送机典型故障进行数学建模，所设计到的计算公司可以概括为五大部分：输送机阻力计算、驱动力及部件受力计算，包胶与输送带间摩擦力计算，摩擦热能转换计算，以及橡胶磨耗计算。建模过程中，需要将已总结出的全部故障力学参数作为独立变量纳入到数学模型中。
      (1)运行阻力计算是皮带输送机力学分析的基础，主要内容包括：主要阻力，附加阻力，主要特征阻力，附加特种阻力，倾斜阻力，以及由以上阻力相加得到的运行总阻力。需要特别说明的是，在建模过程中，必须对一些部件(如滚筒、托辊、清扫器等)的数量、形式及位置设置相应的参数变量，保证模型对各型皮带输送机典型故障具有广泛的适用性。
      (2)驱动力计算中包括驱动滚筒轴功率、电动机驱动力、偶合器等连接部件的扭矩等，在建模中需要设置驱动部件空间布置、启动方式、运行数量所对应的参数变量。部件受力计算中设计到输送带运行张力、传动件受力、滚筒结构受力、轴承座结构受力及托辊受力等。
      (3)包胶与输送带间摩擦力计算的主要研究对象为输送带正常运行过程中，由于输送带的两端驱动张力不同以及橡胶弹性拉伸现象，导致的滚筒包胶与输送带胶面之间产生的滑动摩擦。该部分的主要计算内容包括：输送带下胶层的弹性形变最大值，包胶与接触介质相对运动的平均速度，输送带对包胶的单位压力，以及单位圆心角对应的输送带与包胶接触面积上的摩擦力等。
      (4)摩擦热能转换计算的主要研究对象为滚筒窜轴或托辊损坏时摩擦产生的发热现象。采用运动学及热力学理论研究计算输送带对滚筒的摩擦力，滚筒窜轴是的轴向力，轴承座迷宫端环面摩擦功率以及摩擦导温的温升两等。
      (5)在橡胶磨耗计算部分，首先从包胶接触介质、包胶层正压力，以及包胶与接触介质间相对运动3个方面入手研究并明确滚筒包胶磨损机理，依据Hertz接触理论和杰利雅根定律，采用微元积分的方法建立摩擦力学模型，结合橡胶线磨损理论，计算出滑动角范围内滚筒包胶的圆周角磨损率和滚筒转动一圈包胶的平均磨损率。
      应用该软件先后成功开展了滚筒包胶磨损研究及抗磨损规划、滚筒窜轴发热研究，在线监测规划、滚筒筒皮极限服役厚度研究及科学寿命规划、滚筒位置科学设置研究，以及皮带输送机减电机节能运行研究等重点科研改造项目。以上项目科研为企业节约大量的维修成本，经济效益明显。更为重要的是，软件的使用极大低降低了一线技术人员在故障分析过程中的计算强度，提高了输送机故障分析预测的准确性，显著减少了输送机故障时间，也为提升皮带输送机技术管理与维修水平提供了有力的技术保障。