在线托辊工况动态监测模块化系统的研究

　　1　托辊工况动态参数的确定及其数据模型的建立

　　近年来,在国外开发的诸多新型监测装置中,针对托辊组的仅限于对其温度参数进行监测。但是,用温度参数作为托辊工况的监测对象,并不能直接地、动态地、及时地反映出托辊的实际运转状况,它存在着很大的时间滞后。当温度达到设计的限定值时,实际上已经造成了输送带的磨损、能源的消耗和事故隐患,这就失去了对托辊工况动态监测的时效性。

　　生产实践表明,导致托辊温度升高的主要原因是托辊的转动部件精度不高或严重磨损,造成了托辊的转动阻力增大,致使托辊转动部件转动灵敏度降低的缘故。若直接对托辊的转动阻力参数进行监测,将更能动态地反映出托辊的运转状况,以实现对托辊工况的实时监测。为此本系统将托辊的转动阻力及阻力系数的动态参数作为监测对象。当工作托辊的阻力增大,阻力系数f>0.03(GB10595《带式输送机技术条件》)时,本系统将发出报警信号,以便对托辊进行及时维修与更换。

　　托辊是一组回转部件,它的工作阻力主要来源于滚动摩擦,并由此产生回转阻力矩。根据理论力学中“转动惯量法”的原理,由转动力矩和力的关系可推导出托辊在某一转速下的阻力

　　在式(4)、式(5)中,托辊的旋转部分重量G和半径r都是可知的,Δn、ΔT将通过测试系统自动测出,托辊本身的转动惯量J则可用实验的方法求出,而且对于具有固定物理结构的同一规格的托辊而言,其J值约为常数。应用这种原理和计算方法对托辊阻力参数进行在线测量,只需精确地测出某一转速下的瞬时间隔ΔT及其所对应的转速增量Δn,即可通过式(4)、式(5),准确地计算出该托辊在此转速下的摩擦阻力F和阻力系数f值。

2　监测系统的组成和硬件原理电路的模块化结构

　　托辊的动态监测系统主要由主机、光电检测、测量电路、接口、显示、报警等部分组成。被测对象是托辊的转数脉冲信号,检测元件是光电传感器,输出参数为托辊的阻力、阻力系数和转速等信息。

　　根据实际考察,托辊组在工作过程中的损坏情况,大多属于磨损失效。特别是在工作负荷大、环境恶劣的场合,托辊所受的摩擦阻力大,磨损失效的频率较高。而且,在输送机的各托辊组中,磨损失效频率最高的是位于传动起始点、落料点和转折点处的托辊,其寿命最短,仅为其他位置托辊寿命的20%。这是因为,此处的托辊在工作中,不仅要受正常的摩擦力(输送带摩擦和托辊组内部结构部件间的摩擦),而且还要受到物料的瞬时冲击摩擦力,这势必加速磨损,缩短寿命。故使用本系统至少要对传输机工作的传动起始点、落料点、转折点等处的托辊组进行在线监测。一个测点可安装1~3个检测头,分别对水平托辊和两侧托辊的运转状况进行监测。具体测点位置和测头个数的选择可根据输送机的实际工作条件和状况来确定。