长距离纵向撕裂（精选4篇）
长距离纵向撕裂 篇1
一、帆布芯输送带概述
皮带输送机是港口最主要的输送设备,而输送带是皮带输送机上不可缺少的部件之一。帆布芯输送带具有带体薄、强力高、耐冲击,成槽性好,层间粘合力大,屈挠性优异及使用寿命长等特点,适合中长距离,较高载量,高速条件下输送物料,我港主要用于堆、取料机以及装船机的悬臂部位。
二、帆布芯输送带纵向撕裂的原因
1)导料槽滑板磨损严重造成滑板螺栓划伤皮带。2)落料中坚硬杂物,皮带运转过程中杂物卡托辊、滚筒中间,造成皮带纵向划伤。3)落料漏斗衬板掉落,卡在皮带上造成划伤。4)托辊锈死,无法转动,皮带某部位长时间与托辊钢筒磨塌,造成刮伤皮带。5)操作或维修人员的检修工具如撬棍、钳子、扳手等掉落遗忘在皮带上,卡在皮带机某部位,造成刮伤皮带。
三、硫化修补的技术参数
(一)修补厚度
填充中间裂缝用芯胶和帆布芯条及覆盖胶,确保修补部位与其他部位厚度一致。
(二)修补基本要素
1)硫化修补温度。硫化修补温度为145±5℃。2)硫化修补时间。从加热板升温至145±5℃时计时,硫化修补时间为40分钟(因输送带种类、总厚度和环境温度、硫化机的状态的不同而有异)。3)硫化压力。硫化压力为1.0±0.1Mpa。
(三)冷却温度
为保证硫化修补处胶体与帆布芯能更好的胶接,在硫化温度小于100℃以后方可泄压拆除硫化机,禁止提前拆除硫化机或人工强制降温。
四、硫化修补工艺
(一)修补前的准备
1)分析工作场地环境,是否满足修补长距离撕裂的帆布芯输送带的条件。2)领用胶料、胶浆时必须使用同一厂家,禁止混用,禁止使用过期产品。
(二)设备准备、硫化机检查
1)检验测试控制箱的通电情况,热电偶及导线是否有效,温度显示和自动控制是否正常,连接的电缆是否完好无损。2)检查水泵打压是否正常,对水压板压力测试,将水压板加压到比工艺压力略高进行试压,如有泄漏必须进行检修或调换水袋。3)测试加热板的温度,将加热板通电加热到硫化工艺温度测量,如有异常必须检修或调换加热板。
(三)帆布芯输送带修补步骤
1)搭建工作平台。两边的工作平台表面与下加热板的表面在同一水平面上。工作平台、下加热板要与所修补的皮带必须保持在同一直线。硫化机从下往上的安装顺序为:铝合金“工”型块、水压板、下加热板。2)输送带的安放位置。帆布芯输送带因为是长距离撕裂,要将两块平行摆放,并同时牵引到工作平台上。3)剥离胶层。皮带撕裂处的胶接:承载面采用两层帆布胶接,回程面采用一层帆布胶接,既考虑胶接处的强度,又不会对原带强度造成影响。修补宽度:里层帆布剥离宽度100mm,外层帆布160mm,覆盖胶两侧各剥离20mm,总宽度200mm。4)打磨。用砂轮打磨机将帆布带芯体层表面和过渡区打磨成粗糙状,打磨是为了增强芯体的表面活性及粗糙度与胶料更好的胶接,打磨时不要损伤到帆布带芯体。5)校正皮带直线性。为防止在使用中的输送带出现跑偏、“蛇形”的状况。将输送带前后两段带上一定拉力,使其修补位置在加热板上能充分展开,三点必须保持在一条直线。并且确保撕裂的两块输送带是相互平行,无交错和重叠的情况。6)清洗、刷胶浆。用干净的白细布醮上120#清洗汽油,清洗帆布带芯体表面及其他打磨过的部位。涂刷胶浆前,要先将胶浆搅拌均匀,在打磨、清洗好的帆布层、基准线过渡面上以及所有接触部位涂刷胶浆。胶浆涂刷时,操作为少量多次涂刷(胶浆至少涂刷两次),要均匀涂刷,注意不要漏刷。7)填充承载与回程胶料。上覆盖胶5mm,下覆盖胶3mm,并各加1mm芯胶,承载面两层帆布芯条,回程面一层帆布芯条中间裂缝加芯胶填充,各结合面全部刷胶浆。8)覆盖脱模纸。脱模纸是一种光滑、耐高温的材料,在胶接部上下及两侧覆盖脱模纸可使硫化后的接头光滑,而且脱模纸与加热板不会粘在一起,易于拆卸。9)组装平板硫化机。用宽度1800mm的硫化机横向压紧皮带整个宽度,将铝合金“工”型块放上,螺栓拧紧,注意紧螺栓时,两边要同时紧,不要造成单边松紧。确保修补部位不起鼓变形。10)水泵加压。在固定好螺栓后,开启水泵将水压板压力加压到1.0Mpa,在硫化结束前必须保持水压办与水泵的连接通畅,以便于对水压板的变化随时可以进行增压或泄压。11)硫化机操作。由专业电工操作,将控制箱的升温探头(含温控插头)插入加热板,连接加热板电源,以硫化修补工艺的基本参数设定好硫化时间和硫化温度后方可接通电源开始升温。当加热板温度达到设定温度后开始硫化恒温计时,硫化期间要专人负责密切观察加热板温度和水压板压力的变化并及时给予修正。12)冷却。恒温时间结束后,切断加热电源,保持测温和水压。待加热板温度自然将到100℃以下时,切断控制箱电源并拆除电源线、水压泵等进行拆卸硫化机。13)硫化处检查和修整。检查修补部位的整体情况,是否有缺胶或溢胶。若加热板升温过高修补处会呈现出覆盖胶烧焦现象,胶体与帆布带芯体失去了粘力;加热板升温不足会呈现出胶体未完全熟化,粘度大。出现这两种情况都需要返工重新硫化修补。
如果修补部位整体正常,需要将本次修补合格的尾端覆盖胶剥离出2至5公分并将坡面做打磨处理,以保证下一次帆布芯及胶体与本次硫化处会更好的结合。从而巩固整条修补帆布带的应力。
五、结语
以撕裂的10#堆取料机悬臂皮带的修复为例,皮带长度96米,皮带价值9.6万元,扣除材料费1.2万元,实际节省资金8.4万元。对公司降低维修成本,提高效益具有重要意义。
参考文献
[1]赵弼龙.矿用输送带纵向撕裂红外图像检测方法研究[D].太原理工大学,2014(6).
[2]皮带硫化规章制度.百度文库.
[3]输送带硫化胶接工艺操作技术规程.百度文库.
长距离纵向撕裂 篇2
关键词：胶带输送,有限元,检测,应用
1 胶带输送机胶带纵向撕裂的危害
神华准能公司黑岱沟选煤厂和哈尔乌素选煤厂为矿区型特大型动力煤选煤厂, 有8套来煤破碎上煤系统和3套装车上煤系统。胶带在输送机中具有牵引和承载作用, 用量大而且成本高, 约占输送机成本的30%~50%左右。该公司发生过多次胶带纵向撕裂事故, 特别是来煤破碎上煤系统发生较多, 最大的一次胶带纵向撕裂2500多米, 给生产和经济上造成很大影响。胶带纵向撕裂已成为选煤厂重大危险源, 需采取有效措施加强防范。
2 胶带纵向撕裂的原因
2.1 钢丝绳芯胶带抽芯导致撕裂
长时间的磨擦、碾压、折转、牵拉等剧烈外力作用, 有时会造成胶带中的钢丝绳断裂, 断裂的钢丝绳会从胶带磨损比较严重处、粘接口处露出, 裸露出的钢丝绳达到一定长度时, 会绞入滚筒和托辊, 胶带在运转时, 钢丝绳从胶带盖胶中抽出, 造成胶带撕裂。另外, 清扫器刮板夹挂住胶带表面的钢丝绳或杂物, 也会导致胶带撕裂或磨穿。可通过加强设备点检巡视力度, 发现异常情况立即处理, 消除隐患。
2.2 胶带跑偏导致撕裂
这需要一个较长的过程, 胶带才能达到撕裂的程度, 而且发生撕裂前情况比较明显。当胶带出现跑偏现象时及时调整, 可防止这类事故发生。
2.3 物料卡压堵塞造成胶带撕伤撕裂
这种情况在现场也时有发生, 增加溜槽堵塞检测器和加强生产管理能有效地防止此类事故发生。
2.4 异物划伤或撕裂
2.4.1 溜槽下部的划伤
(1) 利器穿透性划伤。两条胶带的首尾衔接处有一定的高度落差, 这样上部胶带的物料就有了一定的势能, 在重力作用下, 落到下部胶带时会产生一定的速度。如果物料中混入尖锐利器, 由于惯性作用, 利器下部直接穿透胶带卡在托辊上, 而上部被溜槽前沿挡住, 形成垂直的利刃, 在胶带向前运动的过程中造成撕裂。
(2) 利器压力性划伤。进入溜槽异物的高度大于其通过能力时, 异物就会卡在溜槽下部, 通过胶带的向前运动增加压力, 就会划伤胶带或造成撕裂。
2.4.2 其它划伤
如果托辊盖未焊好, 自由旋转的端盖就像旋转刀片一样把胶带割开;清扫器、卸料器安装不当或磨损严重没有及时修复或更换, 它的金属部分就会像利刃一样将胶带划开;掉落的耐磨板撕裂胶带等。
3 运用胶带粘弹性力学的理论分析输送带的受力情况
3.1 胶带粘弹性的特性
根据粘弹性力学理论, 输送带在纵向外力作用时的力、位移与时间的相互关系, 是指应力、应变和时间的相互关系。胶带输送机输送带的弹性效应随着运距、运量的增加而显著加强。
粘弹性体在单向拉伸作用时加载与响应时间关系的主要特征是:
(1) 松弛:t=0时, 施加恒应变, 应力从某起始值随时间逐渐减小。
(2) 蠕变:在时间t=0时, 加载常应力σ0, 应变σ随时间增加, 且应变ε随应变力的大小而增减。
(3) 恒比应力:所施加的应力与时间成比例增加, 应变随时间呈非线性增加。
(4) 恒比应变:随应变比率的增加, 应力、应变曲线上升得更陡。
(5) 恢复:所加载的外力部分或全部去除, 应变作为时间的函数减小或还原。
3.2 近似于输送胶带的粘弹性体模型和动力特性分析
输送胶带动力特性的数学模型如图1所示。
采用图1 (b) Vogit模型分析输送带的粘弹性原理, 它由一个弹簧和一个阻尼器并联组成, 其关系为:
由于钢丝绳芯输送胶带是橡胶与钢丝绳粘合而成, 所以在承受拉力时表现出较复杂的力学特性:
(1) 应力、应变的非线性特性:当有拉力作用在胶带时, 即使很缓慢施加, 拉力和变形 (即应力和应变) 之间的关系也不完全遵循虎克定律, 而是呈非线性。
(2) 粘性滞后特性:在拉伸过程中胶带出现滞后现象。
(3) 蠕变特性和松弛特性:胶带上作用的力保持不变时, 胶带的变形随时间的增加而增加, 直至趋于某一定值。即, 向胶带施加一个拉伸阶跃应力σ=σ0H (t) , t→∞, 胶带的应变不是同σ具有相同规律, 而是滞后于σ, 逐渐趋于最大值, 这是胶带的蠕变特性。与此相反, 当在胶带上施加一个常应变时, 随着时间的增加, 拉伸力逐渐减小, 最后趋于稳定值, 这就是胶带的松弛特性。
(4) 显著的动态特性:胶带在拉力作用下的变形不但与拉力大小和作用时间有关, 而且与拉力的变化速度有关。
根据上述分析, 胶带具有较明显的粘弹性特征从理论上讲, 应该是在无限缓慢加载拉力的情况下测得应力和应变关系, 但无法在实际中实现, 而且胶带的实际工况是动态应力, 所以研究其模型的特性时应从动态角度考虑。
4 胶带撕裂理论的有限元分析
驱动或制动、拉紧、承载输送部分构成胶带输送机系统。在建立胶带输送机有限元模型时, 可以将胶带输送机倾斜段转化成水平段来处理。对于具有水平弯曲的输送机, 由于其侧向力垂直于运动方向, 因此对纵向特性不产生影响, 但是水平弯曲的侧向动张力会影响胶带的侧向稳定性。胶带建模时, 效仿倾斜段, 也给它附加均布载荷, 这样, 在研究胶带纵向动力特性时, 可把承载输送带都看成是水平运动的。胶带输送机无论是何种布置都可看成是水平直线运行, 这样, 承载带部分的动力模型就同水平运行输送带一样。
胶带断裂力F (t) 具有不同形状的力学函数形式:
胶带是有粘弹性, 胶带从出现裂纹到完全撕裂过程中, 受驱动力的作用, 仍然有一定的张力, 胶带与托辊的摩擦力看作内力, 设断带发生在第i个质点处, 胶带模型纵向运动的初始条件为:
当胶带撕裂断开后, 切断电源, 驱动力等于零。如果胶带机有倾角, 胶带主要受下滑力作用, 在重锤落地前胶带还受重锤压力作用。当重锤落地后, 假设重锤的刚度和阻尼为零, 质量为零, 此时胶带只受重量作用, 因为托辊的圆周重量已变位到节点上, 且胶带与托辊间主要是滚动摩擦, 所以胶带和托辊间力仍以内力计算。
设胶带从第1个节点处断开, 重锤未落地前, 胶带机动力模型的初始条件为:
式中, Fg为改向滚筒的圆周驱动力;Fn为驱动滚筒圆周力;Fj为除断点、滚筒与重锤外各单元节点所受外力。
当重锤落地后, 胶带模型的初始条件为:
式中, KZH为重锤刚度;CZH为重锤阻尼;MZH为重锤质量。
由以上分析可知, 胶带撕裂后, 各节点所受力为各节点重力与节点内力的矢量和。节点与断点的相对位置、大小与断点的位置, 以及胶带物料重、带宽、带重、倾角、重锤重量、单元刚度等参数有关。
5 胶带纵向撕裂的预防及解决方案
防止胶带纵向撕裂及损伤必须采取综合防范措施, 主要有预防式、间接式、直接监测方式等。采取有效措施避免异物进入胶带是关键, 完善胶带撕裂损伤保护是根本, 提高岗位工和维修工素质及责任心是保证。
5.1 硬件设施方面的方案
5.1.1 增加高性能除铁器
在来煤源头增加除铁设备可控制或减少铁器进入胶带机系统。目前该公司选煤厂在破碎来煤上煤系统皆有除铁器安装使用, 但由于其性能偏低 (磁力强度最高只能达到1500高斯) , 对进入胶带的较大钢板、铁块、工字钢、电铲大牙等难以起到应有作用, 只对小型铁器有作用。我国近几年除铁器技术发展迅速, 部分厂家能生产大型高性能除铁器, 磁力强度可达到2500高斯以上 (低温超导除铁器能达到4000高斯) , 且有成熟的产品, 比如强迫油循环自卸式电磁除铁器。
5.1.2 防撕裂钢丝绳胶带
目前国内生产的钢丝绳芯胶带有横向增强型和预埋线圈防撕裂型两种防撕裂产品, 这两种形式的防撕裂钢丝绳胶带从产品设计上能起到防止胶带撕裂事故扩大的作用, 但在现场使用效果如何尚需调研。而且此方案初期投入比普通钢丝绳芯胶带要高25%左右。
5.1.3 防撕裂缓冲床
防撕裂缓冲床是一种防胶带撕裂的支架, 安装在胶带机正对落料溜槽下面和两组缓冲托辊中间, 由缓冲条、支架、横梁、安装板组成。当胶带机在运行过程物料中铁器或大块、尖块物料由落料溜槽落下时, 由缓冲条相托, 使其不会被卡在缓冲托辊中间, 立即由运行中具有弹性的输送胶带带走, 从而有效地保护胶带被砸伤、被撕裂, 提高了胶带的使用寿命。这是一种给胶带机配套的成熟产品, 目前在该公司选煤厂有应用, 使用效果非常好, 此方案投资少, 简便易行。
5.1.4 胶带纵向撕裂替代床
胶带纵向撕裂替代床属超前保护装置。它的优点是可防止大块物料对主输送胶带的落差冲击损伤, 发生在替代床上的撕裂不影响设备的正常运行;缺点是增加设备维护工作, 对现场的安装空间有一定要求, 在现有系统上安装困难较大, 可在初始设计上就予以综合考虑。
5.1.5 钢丝绳芯输送带X射线实时在线监测
这种实时在线监测系统是将钢丝绳芯输送带在任何工况状态下的内部结构, 以Χ光照片的形式实时上传至计算机, 经过专用的软件分析, 对输送带内钢丝绳的断头、接头等状况及输送带强度进行准确判断, 并及时预警, 能有效防止胶带抽芯撕裂并提供断带保护, 清除安全隐患。
5.1.6 防纵向撕裂检测装置
目前国内生产的防纵向撕裂监测装置, 主要由信号检测 (包括靠轮和传感器) 、信号处理与分析 (智能诊断、控制用数字多功能分析) 和数字显示、报警、控制 (包括多功能数字预、报警单元和控制触点) 等单元组成, 另外还包括电源供给、辅助参数设置、修改单元及其它辅助仪表单元。系统结构如图2所示。
防纵向撕裂检测装置方案主要包括:
(1) 采用胶带上托辊异常受力分析原理开发的专用传感器, 可进行实时检测。
(2) 胶带防撕裂开关装置, 即电气开关保护装置在胶带的两侧成对安装着防撕裂开关, 由钢丝绳连接两段乙烯外套, 在支撑托架上, 绳的一端永久固定, 另一端连接在撕裂开关的一个弹簧球上, 在胶带下面两端线绳形成了一个闭合的回路。物料或撕裂的胶带悬垂下来, 扫落一条或两条线绳, 当线绳脱落时, 把弹簧球拉出底座, 引起两个微动开关发出报警或关掉输送机。此方法简便实用, 但在现场使用因受客观环境条件的影响容易发生误动作。
(3) 采用电流浮动差位对比法, 通过电机电流值变化幅度来判断胶带是否撕裂, 是一种相对对比法能够有效检测电流突变, 从而正确地发出报警或停机信号。
(4) 矿用本安型撕裂传感器。在给煤点附近的上胶带下面安装这个装置, 当胶带撕裂后, 撒落下来的煤达到一定程度时被传感器接收, 送至装置用主机或控制机, 控制系统发出纵向撕裂停车信号, 实现对胶带机撕裂的检测和保护。但此方式在现场使用易发生误动作。
(5) 矿用输送带防纵撕识别装置, 属国内首创, 采用最新、最有效的直接监测手段, 给机器植入“眼睛大脑”。该产品主要由矿用隔爆型摄像仪、矿用本安型激光发射器、本安型主机、控制终端等组成, 其工作原理是利用特种光感摄像机对胶带表面进行拍摄成像, 通过结构光束在胶带表面呈现一条与胶带表面完全相符的轮廓线, 利用图像实时算法对拍摄图像中的轮廓线变化进行判断, 实现对胶带表面脱胶、撕裂等的实时预警和保护。该装置实现无人值守、智能识别、实时监控、集控连锁、声光报警、全息存储等功能, 可40cm精确锁定, 24h不间断监测, 采用直接监测方式, 比预防式和间接式有效得多。
6 结语
为有效防止胶带撕裂损伤, 应从源头上加强控制和管理;改进破碎站下料溜槽及各胶带机转载溜槽, 使较大的铁器能顺利进入胶带, 便于除铁器清除;缩小溜槽耐磨板尺寸, 使耐磨板掉下也不至于伤到胶带;在来煤系统上更换磁力强度达2000~250高斯的高性能大型除铁器;在转载点 (落料点) 加装缓冲床;在胶带机机头、机尾安装防撕裂开关装置;在钢绳芯胶带机上安装X射线实时在线监测装置。另外, 逐步更换选用有横向线束的胶带和选用安装矿用输送带防纵撕识别装置等可作为我们以后研究的方向。
参考文献
[1]聂文杰.带式输送机驱动端胶带的非线性力学分析[J].2001:24-26
[2]聂志萍, 韩刚.带式输送机动态分析方法综述[J].矿山机械, 2002, (9)
[3]刘肖健.胶带输送机动态特性的研究[D].徐州:中国矿业大学, 1997
[4]宋伟刚.散状物料带式输送机设计[M].沈阳:东北大学出版社, 2000:22-201
长距离纵向撕裂 篇3
输送带是煤炭运输系统的重要组成部分, 是煤炭连续输送的主要设备, 它的正常运转在煤矿安全生产中发挥着重要作用。带式输送机的输送带在正常运行中不会发生纵向撕裂, 纵向撕裂主要是输送带被危险源摩擦或刺穿所致。现有输送带纵向撕裂检测方法主要有棒形检测法、撕裂压力检测法、超声波检测法[1]、视觉检测方法[2,3]等。由于煤矿井下工作环境复杂, 存在大量的粉尘与水雾, 导致上述方法的检测效果不理想。于是有学者提出了红外图像分割方法。红外图像分割是将红外图像分成各具特性的区域并保留有用目标、删除无用目标的技术和过程。由于目标红外图像具有对比度低、信噪比低、边缘模糊等特点, 难以实现对红外图像目标的准确分割。
现有红外图像分割算法中应用较为广泛的是BP神经网络法[4]。但是这种算法存在其自身局限性。BP神经网络法通过训练样本, 改进权值, 最终实现目标与背景分离, 但其权值获得较难, 需进行100次以上循环才可获得较理想的网络权值, 且该方法无法避免局部极值问题, 存在分割效果较差、检测时间较长的缺点。为此, 本文提出了基于支持向量机红外图像分割的输送带纵向撕裂检测方法, 利用支持向量机对红外图像进行图像分割, 通过计算撕裂像素点数目, 判断是否发生纵向撕裂, 或是否有发生纵向撕裂的趋势。
1 红外图像应用于纵向撕裂检测的理论支持
红外图像即反映红外热辐射强度的图像。任何温度大于绝对零度的物质均会产生红外热辐射, 红外热辐射有很强的穿透尘雾的能力, 基于此特性, 运用红外图像进行纵向撕裂检测, 可有效降低外界环境对检测精确性的影响。
通过建立理想的黑体模型, 可获得红外辐射分布规律, 利用该模型导出普朗克定律[5]:
式中:Mλ0为辐射度;h=6.626 075 5×10-34J·s, 为普朗克常量;c为光速;λ 为波长;k为玻尔兹曼常数;T为温度。
由此绘制黑体红外辐射强度按波长分布的曲线, 如图1所示。
输送带红外辐射强度按波长分布曲线只需在式 (1) 中引入发射率 ε (λ) = P (T) /Pb (T) (0 <ε (λ) <1) 作为系数即可 (其中, P (T) 为输送带红外辐射强度;Pb (T) 为理想状态下黑体的红外辐射强度) 。因此, 输送带红外辐射强度按波长分布曲线与图1近似。
纵向撕裂一般是因为输送带被危险源摩擦或刺穿所致, 撕裂部位温度会有明显上升。当输送带的表面处于正常工作状态时, 表面温度基本相同, 其红外辐射波长均相同, 因此, 其红外图像所呈现的灰度值趋于相同。而撕裂部位由于温度升高, 其红外辐射强度较正常部位有明显增强, 其红外图像灰度值也较正常部位的红外图像灰度值明显偏大。在红外图像中灰度值越大其颜色越接近白色, 反之, 灰度值越小其颜色越接近黑色。利用红外图像的这一特性可以判断输送带是否发生纵向撕裂。
2 基于支持向量机的红外图像分割
支持向量机是Cortes和Vapnik于1995 年首先提出, 建立在统计学理论的VC维理论和结构风险最小原理基础上, 可根据有限的样本信息在模型的复杂性 (即对特定训练样本的学习精度, Accuracy) 和学习能力 (即无错误地识别任意样本的能力) 之间寻求最佳折衷, 以期获得最好的推广能力[6]。其基本思想是通过非线性映射将原输入空间的样本映射到高维特征空间中, 再从高维特征空间中构造最优分类超平面。用核函数取代高维特征空间中的点积, 从而减少计算量与复杂度。贝叶斯决策规则从理论上解决了最优分类器的设计问题, 其特点是结构风险最小化。
将支持向量机算法应用于图像分割中, 目的是将撕裂区域与正常区域分类, 从中提取出前景 (需要区域) , 删除背景区域 (不需要区域) 。该算法将红外图像中的每一个像素点视为原输入空间的样本点, 通过非线性映射 Φ:Rd→H (其中, Φ 为映射关系;R为原始输入空间;H为高维特征空间;d为原始输入空间映射到高维特征空间所需的乘方) 映射到高维特征空间, 避免噪声像素点或者异常像素点对分类器的影响, 引入松弛变量。则对应的对偶问题变为
式中:max Q (α) 为得到的最优解;α 为拉格朗日系数;x为样本编号;y为样本标签;K (xi, xj) 为核函数;C为惩罚因子, 决定像素点带来的损失的重视度, 选取适当的C值不仅可有效避免噪声像素点带来的影响, 而且能成功找到正常像素点与撕裂像素点的分类器。
设求解得到的最优解为 α*= (α1*, α2*, …, αl*) T, 则
从而最终的最优分类函数为
式中:w与b分别表示代表平面方程的一次项系数和常数项系数。由此函数可确定分类超平面。
基于支持向量机的输送带纵向撕裂红外图像分割算法流程如图2所示。
(1) 选取1 帧红外图像 (本试验选取256×256像素点红外图像) 的全部像素点作为数据集{ (xi, yi) , i=1, 2, …, l}, 其中, xi为像素点编号, yi为对应像素点标签。
(2) 将正常区域作为背景, 标签为-1, 撕裂区域作为前景, 标签为1。 分别采集背景和前景的30个像素点作为样本和训练集。
(3) 综合考虑训练集预测正确率和模型泛化能力两方面因素, 核函数选用高斯核函数。
式中:σ为尺度参数。
当σ趋于0时, 拉格朗日乘子向量的所有分量都大于0, 全部样本点都支持向量, 此时高斯核的支持向量机必定可以对所有数据集数据正确分类, 但泛化能力会很低, 折中考虑, 取σ=0.9。
为了减少计算时间, 保证对像素点分类优化, 利用交叉验证方法寻找最佳的参数C。
(4) 利用建立好的支持向量机对数据集进行预测, 删除背景像素点后, 分割效果如图3所示。
从图3 (b) 可以看出, 经支持向量机处理后得到的红外图像效果不理想, 背景去除不完整, 留下很多噪点, 前景保留区域大于实际撕裂区域, 处理后得到的撕裂边缘模糊。
鉴于对原始红外图像处理得到的效果较差, 对反色红外图像进行分割, 分割效果如图4所示。从图4 (b) 可看出, 分割效果良好, 不仅去除了正常区域, 而且完整地保留了撕裂区域以及由于输送带纵向撕裂而产生的毛边区域, 边缘轮廓清晰。同时毛边的分割效果良好, 因此, 该图像分割方法不但适合用于发生纵向撕裂的输送带检测, 同样可对纵向撕裂趋势进行预测。
经现场测试, 基于支持向量机的输送带纵向撕裂红外图像分割时间为1.92s, 完全符合在线检测的要求。
3 输送带智能纵向撕裂检测
经多次模拟不同程度的输送带纵向撕裂并采集多组红外图像, 利用上述算法分割纵向撕裂处的图像, 研究纵向撕裂与红外图像撕裂像素点数目的关系, 建立了以256×256像素为基准的反色红外图像阈值分析表, 见表1。计算机只需计算撕裂像素点数目, 通过设定的阈值即可对输送带纵向撕裂进行判断, 实现输送带纵向撕裂智能检测的目的。
4 试验结果
利用支持向量机可有效地将反色红外图像中的输送带撕裂部位分割出来。为对比支持向量机与BP神经网络对红外像素点分类的优劣性, 做了如下试验。
从图像中随机选取20个像素点构成测试集, 利用支持向量机对其预测, 结果如图5 所示。从图5可看出, 预测精度为99.1095%, 结果令人满意。
利用相同的训练集建立BP神经网络, 对上述20个像素点构成的测试集进行预测, 如图6 所示。从图6 可看出, 预测精度为90.306 6。对比图5、图6可看出, 基于支持向量机的红外图像分割算法优于基于BP神经网络的红外图像分割算法, 也从侧面说明支持向量机可有效解决BP神经网络存在的局部极值问题。
5 结语
针对传统输送带纵向撕裂检测方法检测精度低, 无法消除煤矿井下复杂环境影响的问题, 提出了采用支持向量机红外图像分割的输送带纵向撕裂检测方法, 有效解决了低对比度、低信噪比下红外图像分割难的问题, 同时有效弥补了BP神经网络红外图像分割算法训练时间长、稳定性差、精度低以及存在局部极值问题的缺陷。
该方法还可根据撕裂像素点数快速、智能地对输送带纵向撕裂或输送带有撕裂趋势作出预判, 具有较好的实际应用价值。
参考文献
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长距离纵向撕裂 篇4
1 钢丝绳芯胶带撕裂的原因
1) 除铁器和输送胶带布置见图1。除铁器离输送胶带边部的垂直距离太近, 最小距离为150mm。
2) 除铁器下面的胶带输送机的上托辊为槽型托辊。
由于上述两个原因, 造成除铁器吸到的较大或较长的铁器无法及时排除, 导致该铁器一端吸附在除铁器上, 另一端仍在输送胶带上。当位置不适当时, 就会刺穿输送胶带后卡在胶带输送机的上托辊架上, 撕裂胶带, 直到运行电流超负荷跳停或岗位工发现后急停。这时已造成输送胶带长距离的纵向撕裂。
2 系统调整及胶带修复
2.1 系统调整
1) 将除铁器下面长约3m的胶带输送机槽型上托辊架更换为水平托辊。
2) 调整除铁器与输送胶带的垂直距离至200mm。
2.2 胶带修复
首先对损坏的胶带进行机械修补。然后再对胶带工作面用修补条进行全面修补;对非工作面采用间断修补, 每隔2m左右黏接1m长的修补条。
2.2.1 机械修补
1) 将2.5英寸普通铁钉去除帽制作成为U形卡钉, 其目的是对输送带的损坏部位进行固定或连接, 避免输送带损坏处的胶带在受力时出现横向叠加或分开, 造成输送带进一步损伤。
2) 用Φ5的钻嘴在输送带损坏处进行横向配钻。在配钻时要注意将钻孔的位置定在胶带撕裂两边第2根钢丝绳处, 在纵向每相隔1m配钻。
3) 对输送带损坏处镶钉。将U形卡钉从输送带非工作面插入胶带孔内。在插入卡钉的位置用铁板垫实 (非工作面) , 将露出胶带工作面卡钉两端用铁锤敲击弯曲, 使U形卡钉紧紧地扣住胶带的钢丝绳, 并且将卡钉本身敲击到低于输送带胶面 (见图2) 。
2.2.2 冷修补
1) 使用专业角磨机, 配规格为Φ125、粒度为K18的钨钢打磨碟, 打磨撕裂口周围胶带, 打磨宽度约为250mm, 直至损伤部位表面呈现一定的弧度 (不要有闪亮区域) , 且无突起。用干净的毛刷清扫打磨粉尘, 最后用高效清洗剂753对打磨部位进行清洗。
2) 把sc2000冷硫化橡胶黏接剂和硬化剂 (1罐sc2000冷硫化橡胶黏接剂配1小瓶硬化剂) 混合并充分搅拌均匀。在输送带打磨表面均匀涂上两次薄层。第一次涂完待干透后才能进行第二次涂刷, 第二次干到尚有略微黏性时 (用手指背试) , 即可进行粘接。修补条黏接表面用同样方法涂刷黏接剂。注意混合后的黏接剂必须在2h内用完, 否则会硬化失效。修补条规格为加强型 (带织物层) 3.6mm×100mm×10 000mm。
3) 将修补条粘接在损伤部位, 粘接过程中尽量避免包入空气。然后使用压轮压实, 用滚轮由内至外滚压修补条或橡胶锤由内至外进行敲击, 将修补条压实, 并排出气泡。
3 效果