浅议皮带纵向撕裂压力检测
【摘要】在输煤系统中，输煤皮带纵向撕裂事故时有发生，一旦发生撕裂事故,在几分钟内就会全部毁坏,造成巨大的经济损失。
本文分析了皮带纵向撕裂的原因，阐述了皮带纵向撕裂检测原理，并探讨了防皮带纵向撕裂压力检测方法。
【关键词】输煤系统;输煤皮带;纵向撕裂
1.皮带纵向撕裂的原因
（1）皮带跑偏撕裂。
皮带运行过程中，皮带单侧偏移较多时，在一侧形成褶皱堆积或折叠，受到不均衡拉力或被夹伤及刮伤等，造成撕裂。
（2）抽芯撕裂（只发生于钢绳芯皮带）。
皮带在剧烈的冲击力作用下，有时会造成皮带中的钢丝绳断裂，经过长时间的磨、压、折、拉等外力作用，断裂的钢丝绳头会从皮带接头处、粘口处或磨损比较严重处露出盖胶之外。
（3）物料卡压堵塞撕裂。
这种情况发生在溜槽下部。
由于溜槽前沿和皮带面之间的距离有限，且皮带下缓冲托辊呈间隔分布，自然承载力强度不均匀。
当所运输的物料单侧长度超过这个距离时，在特殊的情况下容易使大块物料卡在溜槽前沿与皮带之间，强力挤压皮带造成撕裂。
（4）异物划伤。
这种损伤也是发生在溜槽下部，有两种情况。
一是长杆状利器压力性划伤。
二是利器穿透性划伤。
2.皮带纵向撕裂检测原理
2.1皮带撕裂机理
针对原因（1）（2），如果我们积极消除现场导致发生撕裂的各种隐患，并完善各方面设施，加强对操作及维修工人的安全教育，落实岗位责任制，就可以杜绝这方面撕裂事故的发生。
而原因（3）（4）一般情况下光靠人力很难杜绝，因为皮带撕裂时基本上没有明显的可视征兆，因此现在很多检测装置也就应运而生了。
2.2皮带纵向撕裂检测原理
由上述分析可知，当皮带被异物卡压时，皮带需要一段时间才能造成撕裂，而当皮带被直接扎穿时，皮带就有可能直接造成撕裂。
针对前一种情况，当皮带被撕裂时，由于物料卡压，皮带带速降低的同时，被卡物料给皮带施加的压力会不断增大，且持续一定时间，直至皮带被扎穿，随后压力将会显著减小。
所以，可以通过监测皮带在落料口处所受向下压力的大小及变化情况来诊断皮带纵向撕
裂事故。
由于皮带是运动的，其受力不易直接监测，但其所受的向下压力将会传递给托辊，因此可通过在托辊上安装相应的传感器来监测其受力情况。
这种方法的好处就是在皮带撕裂前就能做出判断，从而避免了那种被动式撕裂带来的更为严重的损失。
当后一种情况发生时，皮带撕裂就是我们无法及时能阻挡得了的了，但如何把损失控制在最少范围以内就是我们应该考虑的事情。
针对这一情况，当皮带被撕裂时，由于皮带负重，使其受一个往内侧收缩的力，导致被撕裂的皮带两边缘互相重叠，从而引起皮带带宽的变窄。
因此可以设计出一种带宽检测器来检测其带宽的变化，产生相应的报
警信号，从而达到监测的目的。
这里的带宽检测器是采用超声波测距原理来实现的，它的反应快捷，所需时间很短，能最大限度减少皮带撕裂长度。
3.防皮带纵向撕裂压力检测方法
皮带正常运行时，皮带和托辊受到的力相对较为平稳，有异物卡住发生撕带事故时，皮带及托辊将会受到一个较大的附加压力，据统计和试验，这一附加的压力（即戳穿钢绳芯皮带所需的力）大约在1.47～4.41kn 之间[10]，而这一附加压力将会使皮带和托辊所受的压力显著增加。
同时，据调查和统计，伴随着皮带被划伤刺穿的过程，这一附加压力至少将会持续300ms 以上。
针对上述特征，我们采用对力传感器的输出信号进行一定时间内积分，以积分面积是否超过阀值作为撕带与否的判断标准，这样就可以防止因落料口落下较大的煤块或矸石等引起的冲击压力而造成误报。
针对上述分析，下面对传感器的设计和传感器受力计算作一详细分析说明，从而确定撕带信号的识别方法。
3.1皮带正常工作时传感器的受力计算
皮带在正常工作时，作用在传感器上的拉力来自皮带重量，托辊重量及分布在每组托辊上的煤的重量，上述3种作用力在垂直方向的合力为
w0=w1+w2+w3 （2-1）
式中： w1为作用在一组托辊上的皮带重量；w2为一组托辊的重量；w3为作用在一组托辊上的煤的重量。
3.1.1作用在一组缓冲托辊上的皮带重量w1
目前炼钢厂使用的钢绳芯皮带的带宽通常为0.8～1.4m，用得最多的是1～1.2m带宽的皮带，本论文以1～1.2m带宽的皮带进行计算和讨论。
皮带内部钢绳芯直径一般为8.1～9.8mm，单位面积的皮带重量约为35～45kg/m2。
在皮带机尾落料处，槽形缓冲托辊的间距一般为0.4m左右，所以每组托辊上所承受的皮带自重为
w1=（1~1.2)×0.4×（35~45)×9.8=137~212n。
3.1.2缓冲托辊自重w2＝211～240n
3.1.3作用在一组缓冲托辊上的煤的重量w3槽形皮带的最大运输能力为
q=kb2vy（t/h）（2-2）
式中：k 为货载截面系数，煤的安息角为30°，因此取k＝458；b 为皮带带宽，单位m，取1～1.2m；v为皮带运行速度，单位m/s；y 为运载货物的容重，单位t/m3，一般烟煤的容重取0.8 t/m3。
所以单位长度皮带上的煤的重量为
q=q/（vg 3600）=kb2y/3600=458×（1~1.44）×
0.8/3600=0.1~0.145t/m
所以，0.4m长的皮带上的堆煤重量为
w3=q×0.4×9.8=392~568n.
这里w3的计算结果可能与实际工况下的数值有较大出入，这里的计算仅作为估算参考。
因此，作用在一组缓冲托辊上的输送带重量、托辊自重以及煤的重
量总和为w0=w1+w2+w3=740~1020n
其中，740n 对应于1m的皮带，1020n 对应于1.2m 的皮带。
3.1.4传感器的受力f0与w0之间的关系
对于目前炼钢厂使用的i型带式输送机，受料口槽形缓冲托辊组的槽形角a通常为30°。
因此，
2f0gsin30°=w0,
f0=w0
所以，在皮带满载工作情况下，拉力传感器所受最大拉力为
f0=w0=740~1020n
另外，对于槽形角为35°的新型带式输送机，可计算出相应的f0。
3.2撕带时传感器的受力分析和计算
据以上分析，机尾受料口发生撕带时，将会有异物给皮带一个附加的压力，该压力也会通过皮带和托辊作用于传感器，所以测力传感器将会感受到这一附加压力。
通过试验表明：这一附加压力值至少要在1.96kn 以上才会导致撕带。
同时，撕带时各个传感器所感到的附加拉力值还与撕带发生的位置有关。
在沿皮带宽度方向上看，撕带可能出现在中间位置，也可能偏两边，但是不论发生在那里，根据力平衡原理，两侧传感器所感受到的附加拉力和都是附加压力w0的两倍；再从撕带可能出现的纵向位置看，有可能出现在某一组缓冲托辊的正上方，也有可能出现在两组托辊之间，但三组托辊所受的附加拉力之和总是一定，为2w0。
因此，我们可以在每个落料口下的三组缓冲托辊中都安上测力传感器，然后将这6 个传感器测
得的力加起来，用来监测皮带所受附加压力的大小及变化，同时又消除撕带位置的影响，而且也使我们的测量变换电路得到简化。
【参考文献】
［１］胡萍.超声波测距仪的研制[j].计算机与现代化,2003,(10). ［２］宋伟刚，黄万吉.输送带纵向撕裂保护装置[j].煤矿机
械,1994,(04).。