矿用带式输送机输送量常见测量方法介绍

文章来源:张少宾,蒋卫良,  人气:  发表时间:2020-01-22 08:51
    带式输送机是煤矿生产的重要设备之一,可以实现长距离、大运量、连续运输。受采煤工作面地质变化及采集设备不稳定的影响,煤炭的产量会产生波动。这导致带式输送机输送量具有极大的不均衡性,对带式输送机的安全运行及智能控制产生很大影响。
 
    输送量大,会加剧输送带磨损和撕裂、溢煤、洒煤等现象发生;输送量小,会造成资源浪费。因此,有效测量带式输送机输送量,对带式输送机的安全运行及智能控制具有重要意义。
 

    1、带式输送机输送量测量方法现状

 
    带式输送机输送量测量方法可分为接触式测量法和非接触式测量法。接触式测量法通过测量单位有效称量段的煤料质量,与带速相乘得出瞬时输送量,一段时间内瞬时输送量的积分为该段时间内带式输送机的输送量。
 
    非接触式测量法通过测量单位长度内煤料体积,与煤料密度、带速相乘得出带式输送机的输送量。接触式测量法主要是电子胶带秤测量法,非接触式测量法包括核子胶带秆法、超声波式测量法、激光CCD(电荷耦合器件)图像测量法及激光扫描测量法。
 
    1.1电子胶带秤测量法

    使用的设备主要有称重框架、称重传感器、速度传感器和工控机等。当煤料从秤体通过时,输送带和称重托辊作用于称重传感器,得到单位称重参数的压力信号,同时速度传感器同步检测到输送带的瞬时速度信号,将2个信号转换为模拟电压或电流,经传输电缆和数据通信接口输送到地面工控机进行计算处理。
 
输送量计算公式
 
    称重传感器是电子胶带秤测量法的核心,也是电子胶带秤测量法的研究重点,其灵敏度、准确性、抗干扰性都会对测量结果造成很大影响。煤炭行业中常用的是电阻应变式称重传感器,这种传感器容易受到外界环境、负载等因素影响。若温度过高,传感器会出现塑性变形,使得测量结果高于实际质量;若输送带负载过大,会使得传感器灵敏度降低,导致测量误差增大,响应速度降低。
 
    GB/T7721-1995《电子皮带秤》规定,目前4个等级的电子胶带秤使用误差分别为士0.25%,士0.5%,士1.0%,士2.0%。矿井应用中,在安装精度高、维护良好的情况下,电子胶带秤测量法可以达到士0.5%或更高的准确度。
 
    1.2核子胶带秤测量法
 
    核子胶带秤测量法是根据y射线穿过煤料后的衰减程度来计算输送量的一种方法。其测量原理是利用煤料对y射线束的吸收,通过前置放大器把y射线强度转换成电压信号,计算出单位长度输送带上煤料的质量,进而完成带式输送机输送量的连续测量。
 
 
    1.3超声波测距测量法
 
    超声波测距测量法通过测量输送机上物料高度得到近似物料体积,并根据物料密度、输送机速度计算得到瞬时输送量。超声波测距测量法有相位检测法、声波幅值检测法和往返时间检测法等多种。相位检测法适合小范围、高精度的测量,声波幅值检测法受环境影响较大,煤矿中一般采用往返时间检测法。
 
    往返时间检测法原理:检测发射器发出的超声波经介质传播到接收器的时间与超声波速度的乘积是超声波传输的距离,所测距离L是超声波传输距离的一半,根据测得的距离能得到煤料的大概高度,由煤料高度得到近似煤料体积,并根据煤料密度、带速计算得到输送量。L计算公式为
 
L计算公式
 
    超声波速度与传播介质有关,空气密度、湿度、温度等都会对其产生影响,此外,超声波测距仪的测量准确度较低,也会导致测得的煤料高度误差较大。因此,超声波测距测量法很少作为主要的输送量测量技术,一般作为辅助性测量技术,用来监测有煤、无煤及煤多、煤少的情况。
 
    1.4激光CCD图像测量法
 
    激光CCD图像测量法也称为激光CCD相机轮廊测量法,是基于机器视觉技术的测量方法。该测量方法采用CCD相机作为观测器件,将激光投射到煤料表面,产生漫反射,并得到煤料图像。对得到的图像进行处理,利用计算机软件建立煤料三维模型,从而得到煤料体积,实现带式输送机输送量的测量。
 
激光CCD图像测量法计算公式
 
    目前激光CCD图像测量法在国内已有成熟产品,文献。利用同一测量面中上、下双视点的CCD相机测得煤料轮廓,测量准确率在96%以上。
 
    因为煤矿光照条件不佳,对煤料图像采集有很大影响,而且,图像处理时间较长,算法复杂,所以激光CCD图像测量法速度较慢。
 
    1.5激光扫描测量法
 
    激光扫描测量法的基本原理与超声波测距法相似,但测量精度更高。其测量过程主要包括定向、测角、扫描和测距。激光扫描仪发出高精度、高频率的点激光,经反射棱镜反射,形成一定角度的扫描光束,获得扫描光束范围内煤料与发射中心的距离值,结合时间、相对输送带的位置可计算出煤料三维坐标数据。再结合输送带带速得到媒料的点云,经过对点的标定及函数拟合得到煤料截面轮廓。
 
激光扫描测量法测量公式
 
    1.6对比分析
 
    对目前常用的测量方法进行对比分析,结果见表1。可以看出,电子胶带秤测量法测量精度最高,但对日常维护和使用要求比较高,稳定性较差。激光扫描测量法和激光CCD图像测量法的精度和稳定性较好,但易受煤料粒度和密度的影响。
 
目前常用的测量方法进行对比分析
 

    2、输送量测量方法的发展趋势

 
    (1)提高测量精度。
 
    提高测量精度的方法包括采用性能更好的测量设备、对设备的日常使用和维护进行严格要求、不断优化数据处理算法等。
 
    (2)提高抗干扰性。
 
    煤矿恶劣环境对各种测量设备会产生一定影响。为了有效避免环境对测量结果的影响,使得这些测量方法具有更强的抗干扰能力,可采用特殊测量设备,如防爆防抖高速CCD相机等。
 
    (3)提高适应性。
 
    为了减少测量误差,适应不同的煤矿环境及输送量的大小,可将多种方法结合使用。比如双目视觉技术采用2个激光CCD摄像头,减小输送带上大块煤对测量结果的影响。
 
    此外,激光扫描测量法可和超声波测距测量法相结合,解决利用单一光线或声波进行测量时误差较大的问题。
 

    3、结语

 
    介绍了带式输送机输送量测量方法的现状并对各种方法进行了对比分析。接触式测量法中,电子皮带秤测量法测量精度高,但响应速度较慢,稳定性较差;非接触式测量法中,激光扫描测量法测量精度较高,响应速度较快,稳定性较好。
 
    随着人工智能、图像处理等技术的快速发展,非接触式测量法或融合多种技术的方法将得到快速发展并逐渐成为主流的输送量测量方法。

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