重钢西昌矿业有限公司 四川 西昌 615041
摘要：国内矿山矿石原料运输时普遍采用胶带式输送机方式，胶带式输送机具有运量大、运营费用低、使用可靠等优点，在港口、矿山和钢铁企业料场的输送线上得到广泛的应用，在实际矿山生产、运输矿石过程中，由于在上下胶带式输送机其衔接漏斗处发生矿石堵塞现象时，往往会造成皮带的严重磨损，甚至会刺穿皮带造成严重的经济损失和生产中断事故；如何预防这一现象发生时，通过外部检测装置进行测量、判断后发出故障信号并与胶带式输送机进行电气连锁及时停机并发出报警信号，是解决以上事故的有效方法，通过对胶带式运输机下料过程的物理分析，设计出一种对射式光电开关传感器的胶带式运输机防堵装置，是保证胶带式运输机的安全运行的基本原理和设计方向。
关键词：胶带式运输机；防堵装置；对射式光电传感器；
Key words: belt conveyor; To collect; Correlation photoelectric
1 前言
国内某磁铁矿破碎系统生产工艺过程是将采矿采集的原矿运输到破碎系统使用鄂式破碎机破碎后再通过胶带式运输机输送到下一生产环节，通过初次破碎后的矿石在经过物理挤压后其形状、大小发生变化，其中部份矿石为菱形状，边缘较为锋利，同时矿石硬度较高，莫氏硬度为5.5－6.5，在矿石皮带运输过程中发生链接漏斗矿石堵塞时，在矿石不断堆积过程中，漏斗内矿石由于物理作用单位体积内密度不断增加，当矿石溢出时必将导致与皮带的大面积相互挤压、摩擦、在以上两力的作用下造成胶带损伤，严重时由于菱形矿石边缘锋利，矿石硬度较高极易刺穿胶带，当操作人员发现较晚时往往发生整条胶带机工作皮带报废的严重生产事故，该矿在建厂试生产过程中发生过因漏斗矿石堵塞刺穿胶带长达800多米的恶性生产事故，恢复再生产时间长达10天，造成的直接经济损失和间接经济损失均较严重。
2 方案的提出
为解决上述问题的关键在于设计出一套有效检测下料漏斗在发生矿石堵塞时动作于胶带式运输机电气控制回路的保护装置，目前市场上已有的一些漏斗防堵及检测装置大多由同步电机、转盘、光敏管、探头等组成，结构过于复杂，且造价太高，同时受现场使用环境（粉尘、污水、机械振动）等影响，使用寿命短、误动作次数较多、安装要求较多、维修不便等因素，以及不适合条件恶劣现场的实际使用情况，通过矿石堵塞时所表现出的物理现象，设计出一种原理简单、结构简洁、造价低廉、运行可靠、便于维护、能在恶劣环境中正常工作的防堵塞装置是本方案的重点。
3 对射式光电传感器简介
对射式光电传感器由发射器和接收器组成，发射器是需将光源对准接收器的工作面即可正常工作，发射的光源一般来源于半导体光源，如发光二极管、激光二极管和红外线发射二极管通过光源不间断地发射到接收器，接收器由光电二极管或是光电三极管组成，在接收器的前端，装有由光学元件如透镜和光圈等构成的接收工作面，接收器的后端则接有检测输出电路，它能将滤出有效信号并作用于工作电路，对射式光电开关的发射器和接收器是分离的，这样可以便于通过选择接收器工作面的孔径来加大检测距离并确保正常接收发射光源，将发射器和接收器分别安装在被检测物通过路径的两侧，检测物体通过时会隔离光源，接收器动作输出一个开关量控制信号，通过外部电气元件动作于需要信号的设备达到保护设备的作用，它广泛应用于机械、机床制造业及纺织等各行各业，在限位、定位检测、测速、自动保护、工业生产自动流水线等领域得到广泛应用，对射式光电传感器对提高自动化控制系统的自动检测和逻辑运算以及系统的可靠性方面，具有不可取代的作用。
4 对射式光电传感器特点
对射式光电传感器具有以下特点: (1) 当外界物体隔离发送器与接收器之间光源时便能检测到有物体通过的信号；(2) 检测距离长短，可根据现场需要，选用不同工作距离的光电开关型号；(3) 光束强，种类多，检测状态稳定不易受干扰，能可靠工作于野外或者灰尘不太严重的恶劣环境，并根据需要选择光源为可见光源和不可见光源；(4）响应时间短，光束本身为高速，并且传感器的电路由电子零件构成，所以不包含机械性工作时间，响应时间非常短，动作时间精准到毫秒；(5) 可检测不同性质、不同外形、不同材质及不同颜色物体；(6)便于调整，当发射光束选型为红外可见光时，光波为380nm-780nm，便于通过肉眼的观察对其光点位置进行调整。（7）防护等级高，由于采用一体式制造，所有元件均安装在一个封闭器件中，可在各种恶劣环境中广泛应用。
5 方案的设计及实施
5.1 防堵装置的安装
防堵装置具体的设计安装如图1所示，首先根据生产工艺需要在漏斗两面侧壁上选择合适的位置开4个圆孔，便于光束的通过，这时选择开孔的位置选择十分重要，既要保证矿石堵塞时堆积上来的矿石能够挡住发射器光束，又要避免由于正常下料过程中的矿石在遮挡光束时不会造成保护装置误动作，同时还需考虑上下两套装置的距离，一般下面一套的光电开关离上面光电开关30厘米距离，同时安装位置在皮带下矿抛物线前端，起到前期探测矿料堆积信号的作用，上面一套的光电开关应与皮带下矿点水平面稍低为益，可起到矿石堵塞时不会溢出太多的作用，当二套光电开关安装在漏斗壁面的钢板上时，由于漏斗在正常工作时受到矿石与漏斗壁面钢板之间的冲击而产生振动时，容易造成发射极发射的光束摆动较大，较小的摆动角度导致光束移动过大，接收面接收不到光束而产生误动现象，所以必须在漏斗两侧安装基脚面振动较小的位置独立制作安装支架，确保发射器光电开关的光束能正对在接收器接收面的中间部位附近，避免振动原因导致光束偏离接收面的现象发生。
5.2 电气控制说明
防堵装置的电气控制原理如图2所示，正常工作情况下，接收器接收到光束后其内部继电器为动作信号，既“光电开关1”和“光电开关2”此时内部触点为常开状态，中间继电器KA1、KA2均不动作，KA1、KA2选择直流24V线圈的中间继电器，是为了与光电开关传感器工作电源相配合，从安全考虑，目前市场上使用DC24V电源较多，也可选择AC220V型号，当漏斗发生矿石堵塞时，堆积的矿料遮挡住了两个接收光束时，接收器内部继电器“光电开关1”和“光电开关2”输出的信号均变为闭合状态，中间继电器KA1、KA2得电动作，这里使用两套对射光电传感器，是为了提高装置的稳定性和可靠性，为防止生产过程中对射式光电开关其中一套传感器发生损坏或松动等因素造成的系统误动作，当继电器KA1、KA2同时动作时，继电器KA3才会得电动作，并激活接通延时时间继电器KT，时间继电器KT的加入也是为了使装置具有一定的鲁棒性，从而使整套装置工作时更加可靠，KT的延时时间一般选择2-4秒，这样既能保证漏斗在下料过程中一些飞溅的矿料瞬间同时遮挡住两套传感器接收光源时不会立即动作，又能使装置在矿石堵塞的真实情况下做出正确的反应，当延时继电器在KT持续得电到动作时间后，其常开触点闭合，KA4得电动作，KA4的常闭触点串联到皮带机控制系统的保护回路当中，当KA4动作时胶带式运输机停止运转，从而达到保护作用，同时在KA4中间继电器旁并联一个报警电铃，在KA4动作的同时得电，发出报警信号提示岗位操作人员设备故障。
6 防堵装置的日常维护及检查
为保证防堵装置能够可靠地运行，必须定期对装置进行检查和维护，主要检查的内容有：（1）检查固定传感器的L型支架是否松动，左右、前后摆动是否规定范围内，发射极固定螺栓是否紧固；（2）检查发射器光束是否可靠地射在接收器的接收面中心点附近，以及光源信号的强度是否正常；（3）检查红外发射器的发射孔是否畅通，防止粉尘阻塞发射孔，如有阻塞现象应及时清理；（4）检查装置的电气部分是否动作可靠，只需用不透光的物体遮挡光源后，观察外部继电器的动作指示灯工作情况即可判断外部电路是否工作正常；（5）岗位操作人员每班必须对该装置进行卫生除尘清理。
7对射式光电开关在矿山实际生产中的应用成果
通过近两年在该矿山破碎系统胶带式运输机中的实际运用，目前对射式光电防堵装置运行平稳，工作可靠，效果明显，其主要优点如下：
（1）工作设计原理简单、充分利用市场上现有的成熟产品技术加上外部简单电气原理就可进行自主设计、应用，该装置结构简单、电气线路简洁，便于维护和检查。（2）制作成本低廉，全套设备投入成本不足千元。（3）安装技术要求低，无需专业技术人员就可根据现场实际情况灵活安装应用。（4）安全、可靠性高，经济效益显著；该矿山破碎系统在重点胶带式运输机安装使用对射式光电防堵装置后，成功的解决了漏斗矿石堵塞损伤皮带的现象，在生产中多次发现漏斗矿石堵塞并及时报警停机，降低了胶带式运输机设备因发生漏斗矿石堵塞后造成的事故风险，胶带式运输机使用的皮带非正常损耗明显降低，近两年未发生因矿石堵塞损伤皮带的严重生产事故，直接经济效益每年可达百万。（5）可有效提升生产系统的连续作业率，平均作业率对比未安装防堵塞装置时每年提升3%，有效提升了破碎系统的产能，带来显著的经济效益。（6）由于该装置实现了自动检测功能，可靠性高，无需人工监控、操作，极大减轻岗位操作人员的劳动强度及心理压力。
8 结语
通过以上对射式光电传感器在矿山胶带式运输机中的成功应用，有效的解决了企业在生产中遇到的技术难题，实现了小投入大回报目标，同时由于设计灵活，成本低廉、可靠性高等优点，可根据不同用户使用要求，广泛应用其它类似要求的生产环境。
参考文献
[1] 郝飞，王海鸣.激光传感器在工程机械中的运用[J].建筑机械，2007（17）：62-65.
[2] 李丽宏，刑桂甲，李晓林.激光传感器在车辆宽高超限检测中的应用[J].电子设计工程，2011（10）：86-88.
作者简介
周武 男 1973.11出生 最高学历 本科 职务：电气技术 职称：高级技师。
论文作者:周武
论文发表刊物:《防护工程》2017年第13期
论文发表时间:2017/11/15
标签：矿石论文; 漏斗论文; 胶带论文; 装置论文; 接收器论文; 光束论文; 传感器论文; 《防护工程》2017年第13期论文;