一种自供能式带式输送机滚筒包胶磨损检测系统及方法

技术领域

本发明涉及滚筒包胶磨损检测技术领域，具体涉及一种自供能式带式输送机滚筒包胶磨损检测系统及方法。

背景技术

带式输送机因其输送距离远、运输量大、适应性高、通用性强等特点，被广泛应用于煤矿、冶金、建筑等行业。包胶滚筒由金属滚筒及其外表面的包胶层组成，是带式输送机的重要组成部件。包胶层具有保护金属滚筒不被磨损、避免带式输送机皮带打滑、减小皮带磨损等功能，为带式输送机的高效运转提供保障。在实际工作过程中，包胶层会逐渐磨损，磨损至一定程度时需更换滚筒并重新包胶。然而，受限于环境、运行、工人熟练度等因素，目测法往往不能及时观测和评估包胶层的磨损情况，无法及时更换，导致金属滚筒与皮带直接接触，产生不可逆的磨损，甚至导致带式输送机皮带打滑或撕裂，引发安全事故。因此，为了保障生产的安全性，需要对包胶滚筒磨损检测技术进行研究和优化。现有的检测设备在供电时往往通过连接繁冗的外接电线或装入电池实现供能，但存在布线繁琐、需要频繁更换电池等问题，开销较大且存在安全隐患，不利于设备的长期运转。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明提供一种自供能式带式输送机滚筒包胶磨损检测系统及方法，可实现包胶的定性及定量检测并可实现系统自供能。

本发明采用的技术方案是：第一方面，本发明提供了一种自供能式带式输送机滚筒包胶磨损检测系统，包括自供电装置，安装于包胶滚筒一端部，包括太阳轮、行星轮、轴承、齿圈、永磁体、保持器、定子铁芯和线圈、铁芯底座、标准键及键槽和行星架；所述太阳轮通过所述标准键及键槽与包胶滚筒轮壳配合固定，与包胶滚筒同步同向转动；所述行星架位于所述太阳轮外层，三个所述轴承以间隔120°安装于所述行星架上的轴上，所述行星轮安装于所述轴承上；所述行星轮与所述太阳轮啮合；所述齿圈的内圈与所述行星轮啮合并通过所述行星轮支撑，所述齿圈的外圈沿圆周均布多个所述永磁体，所述永磁体通过所述保持器固定在所述齿圈外圈；所述齿圏在所述行星轮的带动下与包胶滚筒同步反向转动；所述定子铁芯和线圈位于所述保持器的外层，安装在所述铁芯底座内，所述铁芯底座固定在所述包胶滚筒端面上，与包胶滚筒同步同向转动；

能量管理装置，安装于包胶滚筒的一端，与所述自供电装置处于同侧，包括管理装置电路板及安装于其上的主控芯片；所述能量管理装置对所述自供电装置产生的电能进行管理；

磨损定量检测装置，安装于包胶滚筒一端，与所述自供电装置相对，包括定量检测装置电路板及安装于所述定量检测装置电路板上的采样电阻、AD转换器和通信芯片；

磨损定性检测装置，安装于包胶滚筒的包胶层内，包括定性检测导线和引回导线，所述定量检测装置电路板通过所述引回导线与管理装置电路板线路相连。

作为本发明的进一步改进，单个的所述能量管理装置、所述磨损定量检测装置和所述磨损定性检测装置构成一组磨损检测体，所述磨损检测体数量为偶数组。

作为本发明的进一步改进，所述能量管理装置还包括安装于所述管理装置电路板上的可充电电池。

作为本发明的进一步改进，系统还包括动平衡装置，所述动平衡装置安装于与所述磨损定量检测装置同侧的包胶滚筒端部，包括动平衡装置外壳和调整块，所述调整块安装于包胶滚筒的轴端，所述动平衡装置外壳覆盖包胶滚筒端部。

作为本发明的进一步改进，在所述动平衡装置外壳上对称开设有偶数个安装槽I，所述磨损定量检测装置固定在安装槽I内。

作为本发明的进一步改进，所述自供电装置还包括行星架支腿，所述行星架固定在所述行星架支腿上，所述行星架支腿固定于地面。

作为本发明的进一步改进，装置还包括绝缘外壳，安装于与所述自供电装置同侧的包胶滚筒端部，包括密封圆板和环形外壳，所述密封圆板用于保护所述自供电装置，所述环形外壳安装于所述密封圆板外周；所述环形外壳上对称开设有安装槽II，所述能量管理装置固定在安装槽II内。

作为本发明的进一步改进，所述磨损定性检测装置还包括绝缘外皮，所述定性检测导线和所述引回导线被所述绝缘外皮包裹。

作为本发明的进一步改进，每个所述磨损定性检测装置中的多根所述定性检测导线进行并联，通过增加或减少并联的定性检测导线数量可确定所述磨损定性检测装置的检测分辨率。

第二方面，本发明还提供了自供能式带式输送机滚筒包胶磨损检测方法，包括如下步骤：

S1、包胶滚筒轮壳转动时，与其相连的太阳轮随之同轴转动，太阳轮通过轴承带动行星轮转动，与行星轮配合的齿圈及其上的永磁体随之转动但运动方向与包胶滚筒相反，定子铁芯随待测滚筒轮壳以相同的速度和转动方向旋转，永磁体和定子铁芯产生相对位移，基于电磁感应定律，自供电装置产生电能并输出至能量管理装置；

S2、能量管理装置对自供电装置输出的电能进行整流稳压处理，输出电流经包胶内定性检测导线流入包胶磨损定量检测装置，通过引回导线最终流回能量管理装置，构成回路；

S3、同时能量管理装置通过主控芯片的分析，在自供电装置的输出冗余时，能量管理装置将瞬时冗余能量存入可充电电池中，在基于行星轮系的自供电装置的输出无法满足能量要求时，调用电池能量为包胶磨损定量检测装置供能；

S4、当包胶磨损到一定程度时，磨损定性检测装置内的定性检测导线会被磨断，造成回路中整体的电流减少，进而完成定性检测；电流经包胶磨损定量检测装置内的采样电阻变为电压输出，通过AD转换器转换成数字信号，最后经通信芯片将电压信息无线发送至上位机，通过对电压大小变化的判断，实现对包胶磨损状况的实时检测。

本发明的有益效果：

(1)本系统通过设置自供电装置，可以实现系统内的磨损定性检测装置及磨损定量检测装置进行自动供电，无需外部电源输入，省去了许多外接线的繁琐布线，也解决了单个电池供电的不可持续问题；另外，通过设置可充电电池，可以将富余电能储存起来，可以保障检测装置的自动化运行；

(2)本系统可设置多个由能量管理装置、磨损定性检测装置和磨损定量检测装置组成的磨损检测体，每个磨损检测体同时对包胶滚筒的磨损进行检测，得出各自的电压，然后对电压求取平均值，可提高包胶磨损的检测准确率；

(3)本系统安装于包胶滚筒上，在包胶滚筒旋转时，需考虑其动平衡，通过设置动平衡装置，有利于安装自动供电装置后的包胶滚筒而的总体旋转平衡；能量管理装置、摩损定性检测装置、磨损定量检测装置都是偶数个，对称安装于包胶滚筒的两端部，可以改善滚筒的整体平衡；

(4)本系统的磨损定量检测装置将检测到的电压值无线输送到上位机进行实时显示和分析，可以输出包胶的磨损曲线，从而对包胶的磨损预期有较准确的判断。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明的自供能式带式输送机滚筒包胶磨损检测系统的立体图；

图2为本发明自供电装置的正视图；

图3为本发明自供电装置的后视图；

图4为本发明动平衡装置的正视图；

图5为本发明能量管理装置的内部电路图；

图6为本发明磨损定量检测装置内部电路图；

图7为本发明滚筒包胶内磨损定性检测装置的导线安装图；

图8为本发明自供能带式输送机包胶滚筒磨损检测系统结构图；

图9为本发明自供能式带式输送机包胶滚筒磨损检测方法的流程图；

图中，

1-自供电装置；1-1-太阳轮；1-2-行星轮；1-3-轴承；1-4-齿圈；1-5-永磁体；1-6-保持器；1-7-定子铁芯和线圈；1-8-铁芯底座；1-9-标准键及键槽；1-10-行星架；1-11-行星架支腿；

2-绝缘外壳；2-1-密封圆板；2-2-环形外壳；

3-能量管理装置；3-1-管理装置电路板；3-2-主控芯片；3-3-可充电电池；3-4-能量管理装置外壳；

4-动平衡装置；4-1-动平衡装置外壳；4-2-调整块；

5-磨损定量检测装置；5-1-定量检测装置电路板；5-2-采样电阻；5-3-AD转换器；5-4-通信芯片；5-5-定量检测装置外壳；

6-磨损定性检测装置；6-1-定性检测导线；6-2-引回导线；6-3-绝缘外皮；

7-包胶滚筒轮壳；

8-拼接处。

具体实施方式

请参考图1、图4和图8，本发明提供的一种自供能式带式输送机滚筒包胶磨损检测系统，包括自供电装置1、绝缘外壳2、能量管理装置3、动平衡装置4、磨损定量检测装置5和磨损定性检测装置6。本系统可实现对包胶滚筒的磨损情况进行实时检测，并可实现系统自供电，一方面节省电量，一方面可解决现有技术中外接电源产生的布线繁琐及单电池供电的不可持续问题。

请参考图2和图3，自供电装置1安装于包胶滚筒一个端部，包括太阳轮1-1、行星轮1-2、轴承1-3、齿圈1-4、永磁体1-5、保持器1-6、定子铁芯和线圈1-7、铁芯底座1-8、标准键及键槽1-9、行星架1-10和行星架支腿1-11。其中太阳轮1-1通过标准键及键槽1-9与包胶滚筒轮壳7配合固定，与包胶滚筒同步同向转动。行星架1-10位于太阳轮1-1外层，三个轴承1-3以间隔120°安装于行星架1-10的轴上，行星轮1-2安装于轴承1-3上，行星轮1-2与太阳轮1-1啮合。行星架1-10安装在行星架支腿1-11上，行星架支腿1-11底部固定在地面或其它平台上。行星架1-10不随滚筒转动，其上的轴承1-3带动行星轮1-2转动。齿圈1-4内圈与行星轮1-2啮合，外圈均布多个永磁体1-5，永磁体1-5通过保持器1-6固定在齿圈1-4外圈。齿圈1-4外层设有多个嵌槽，永磁体1-5插入嵌槽内，上面通过保持器1-6包裹，从而使永磁体1-5在转动时能保持固定。保持器1-6为圆环形，内侧设置多个插孔，插孔内用于放置永磁体1-5。

本系统自供电装置的工作过程：包胶滚筒在转动时，带动太阳轮1-1转动，太阳轮1-1带动行星轮1-2反方向转动，行星轮1-2带动齿圈1-4转动，与行星轮1-2转动方向相同，齿圈1-4带动永磁体1-5和保持器1-6一起转动。定子铁芯和线圈1-7位于保持器1-6的外层，安装在铁芯底座1-8内，铁芯底座1-8固定绝缘外壳2-2之内，绝缘外壳2-2固定在包胶滚筒端部，定子铁芯和线圈1-7与铁芯底座1-8一同随包胶滚筒同步同向转动。基于基于电磁感应定律，从而产生电能。本系统不需外部供电，省去外部供电的繁琐设置，在长时间随输送带运行中，可节省可观的电能。

请参考图4，动平衡装置4安装于与自供电装置1相对的包胶滚筒端部，包括动平衡装置外壳4-1和调整块4-2，其中外壳4-1内侧设有多层环形卡槽，调整块4-2为环形块，环形块卡在环形卡槽内。调整块4-2的外圆半径不同，其重量也不相同，根据设计进行选择配重，放置于不同半径的多层环形卡槽内。

请参考图2、图3和图5，在自供电装置1上面还设有绝缘外壳2，绝缘外壳2包括密封圆板2-1和环形外壳2-2，其中在环形外壳2-2上设有四个安装槽II，能量管理装置3安装在绝缘外壳2-2内部，与自供电装置1同侧，包括管理装置电路板3-1、安装于其上的主控芯片3-2、可充电电池3-3和能量管理装置外壳3-4，能量管理装置3对自供电装置1产生的电能进行管理。能量管理装置3安装在安装槽II内，通过能量管理装置外壳3-4进行封装。

请参考图6，磨损定量检测装置5安装于包胶滚筒端部，与同平衡装置4在同一侧，包括定量检测装置电路板5-1及安装于其上的采样电阻5-2、AD转换器5-3和通信芯片5-4。结合图4，动平衡装置外壳4-1上开设有四个安装槽I，磨损定量检测装置5安装在安装槽I内，通过定量检测装置外壳5-5进行封装。

结合图3和图4，安装槽I和安装槽II均为四个，沿圆周平均分布，在包胶滚筒转动时，其内安装的磨损定量检测装置5和能量管理装置3可实现动态平衡，不会对包胶滚筒的稳定运行产生影响。

请参考图7，磨损定性检测装置6包括定性检测导线6-1、引回导线6-2和绝缘外皮6-3。其中检测导线6-1由多条并联连接的导线组成，管理装置电路板3-1通过定性检测导线6-1与包胶磨损定量检测装置定量检测电路板5-1相连，定量检测装置电路板5-1通过引回导线6-2与管理装置电路板3-1的线路相连，定性检测导线6-1、引回导线6-2由绝缘外皮6-3包裹。磨损定性检测装置6安装在包胶层内，本实施例中的包胶滚筒在滚筒的圆柱面上贴上四块相同大小的胶皮将圆柱面包裹住，胶皮与胶皮之间形成四个拼接处8，磨损检测装置6封装为长条薄片形，将四个定性检测装置6分别贴在拼接处8的其中一个胶皮断面上，其大小与胶皮断面相仿，其中多条并联连接的检测导线6-1按胶皮的厚度方向上下排列，胶皮安装完成后磨损定性检测装置6就埋在了胶皮之间的拼接处8的夹缝内部。

定性检测导线6-1由多条并联连接的导线组成，检测分辨率可随并联导线的数量调整，通过增加或减少并联导线的数量，根据工况可以调整磨损定性检测装置6的检测分辨率。

本系统设有四组磨损检测体，每组磨损检测体包括一个能量管理装置3、一个磨损定量检测装置5和磨损定性检测装置6，每组磨损检测体独立工作，在磨损定量装置5上得出实时的电压值，传送到上位机上，四个电压值求平均，即可得出其包胶滚筒的磨损数据，具体原理请结合下面介绍的检测方法。

请参考图9，本发明还提供了一种自供能式带式输送机包胶滚筒磨损检测方法，包括以下步骤：

S1、包胶滚筒轮壳7转动时，与其相连的太阳轮1-1随之同轴转动，太阳轮1-1通过轴承1-3带动行星轮1-2转动，与行星轮1-2配合的齿圈1-4及其上的永磁体1-5随之转动但运动方向与包胶滚筒相反，定子铁芯1-7随待测滚筒轮壳7以相同的速度和转动方向旋转，永磁体1-5和定子铁芯1-7产生相对位移，基于电磁感应定律，自供电装置1产生电能并输出至能量管理装置3。

S2、能量管理装置3对自供电装置1输出的电能进行整流稳压处理，输出电流经包胶内定性检测导线6-1流入包胶磨损定量检测装置5，通过引回导线6-2最终流回能量管理装置3，构成回路。

S3、同时能量管理装置3通过主控芯片3-2的分析，在自供电装置1的输出冗余时，能量管理装置3将瞬时冗余能量存入可充电电池3-3中，在基于行星轮系的自供电装置1的输出无法满足能量要求时，调用电池能量为包胶磨损定量检测装置5供能。

S4、当包胶磨损到一定程度时，磨损定性检测装置6内的定性检测导线6-1会被磨断，造成回路中整体的电流减少，进而完成定性检测。电流经包胶磨损定量检测装置5内的采样电阻5-2变为电压输出，通过AD转换器5-3转换成数字信号，最后经通信芯片5-4将电压信息无线发送至上位机，通过对电压大小变化的判断，实现对包胶磨损状况的实时检测。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于此，在所属技术领域的技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本发明宗旨的前提下可以作出的各种变化，都处于本发明权利要求的保护范围之内。