皮带机是一种综合传动和承载机构，长度有时延伸数千米。在传统的皮带机的设计和分析中，通常忽略了振动和冲击，只考虑静态设计。然而，为了确保在受限制的情况下皮带机运行的安全，设计师必须增加安全系数，这增加了生产成本。
许多研究小组已经开展了针对大型皮带机的动态分析以降低生产成本并优化皮带机的性能。皮带首先被建模为弹性体，然后是粘弹性体，以考虑输送带覆盖层的粘弹性特性。
在20世纪60年代初，前苏联开始研究皮带机的动力学。然而，由于当时的科学技术有限，在简化的力学模型的基础上，利用脉冲原理和输送带内的应力波传播，研究了恒定加速度或交流电机的启动特性。后来在德国汉诺威理工大学进行的一系列研究建立了行波理论，并进一步研究了皮带机的动态特性。
哈里森、罗伯特和詹姆斯等人研究了钢丝绳带芯皮带机的启动和制动特性以及输送带的横向弯曲振动。基于弹性波和应力波的理论，分析了应力波在输送带中的传播速度，并建立了各种相关模型。
太原科技大学利用开尔文粘弹性模型对皮带机的动态特性进行了计算机模拟，并从横向振动两方面分析了皮带机的稳定性。
西安科技大学和山东科技大学还对横向振动进行了研究，得到了横向振动、速度和输送带张力的关系，为皮带机的发展提供了理论依据。
输送带的横向振动频率是描述皮带机动态特性的一个重要参数。这个参数通常是从理论关系中确定的，而理论关系是基于该带是一个静止的弹性弦的假设而推导出来的。
皮带振动有许多类似于其他张力构件系统，例如，动力传动带。一些研究结果表明，在带段长度有限的情况下，用梁模型比用弦模型更准确地描述其振动。到目前为止，实验研究主要围绕着固定带的测量。
辽宁工业大学采用有限元分析方法对皮带机的启动、制动曲线、水平转弯和断带检测进行了研究。采用离散动态方法建立了全皮带机模型，并建立了动态仿真软件。实验研究了不同边界条件下的皮带机动态特性，模拟了不同边界条件下的皮带机动态张力。
上海交通大学和上海师范大学在对振动特性进行分析的基础上，提出了现代皮带机的设计方法。
用于测量皮带运行速度的霍尔传感器-上海交通大学
然而，以前和目前的研究主要集中在离散的输送机模型，有一点是明确的，输送机也会有故障。滚筒及其轴承等部件的问题可能会引发意外停机，并造成物流问题，从而影响繁忙现场的生产力。通过采用先进的技术对皮带轮进行振动分析，可以确保产品得到优化，延长使用寿命。
皮带机振动分析提供了在滚筒进入现场生产系统之前了解其健康状况的机会。输送机机架中出现的异常振动可能表明滚筒存在问题，其中可能包括：
·轴承故障-振动分析可以发现肉眼无法发现的轴承缺陷
·其他故障模式-可以用于调查任何偏离操作规范的原因
即使是全新的轴承，有时也会出现缺陷，最终导致故障。制造商需要在交付前对组件进行广泛的测试，以确保在安装后立即正确操作。
让我们以输送带的噪声和振动测量为例。管式和带式传送机最常用于运输松散和小的固体材料。像任何机器一样，甚至带式和管式皮带机都是噪音的来源。一个重要的噪声源是托辊，它引导着输送带。另一个噪音由托辊本身发出。皮带可以由橡胶、金属、纺织品等制造。因此，有必要减少噪音，从而减少皮带机所有部件的振动。输送带由固定在三个支架、回轮和驱动滚筒上的六个托辊支撑。这六个托辊分为两套（对流管和精密管）。托辊是由一条橡胶带驱动的。在皮带机的两侧测量和评估了噪音。在皮带机结构的四个位置测量了皮带机的振动。所有的测量都是在空载条件下进行的。
分析结果表明，在这两种情况下，皮带机的振动是可比较的，但来自精密管的托辊对结构的刺激较少，这导致总噪声较低。通过将加速度与主频的比较，发现使用精密管托辊降低了皮带机结构的噪声和振动。这对于预防问题和提供更好的解决方案是非常有用的信息。
另一个例子是对拖拉机装载的4行萝卜收割机在田间作业时的倾覆和振动进行分析，以确保使用者在萝卜收割过程中的安全。
正在开发的旱地作物机械的倾覆稳定性和振动是重要的分析问题，因为旱地作物的农场通常不平坦，这可能导致与工作相关的死亡，振动影响用户的舒适度，降低部件的耐久性。为了分析横向稳定性，我们用数学方法计算了拖拉机安装的萝卜收割机系统的重心（CG）。然后，模拟确定了萝卜输送带在不同折叠位置和载荷条件下的横向倾覆角，并通过试验对结果进行了验证。
皮带横向振动频率作为两个测量参数的函数：皮带张力和托辊支撑之间的间距。
利用振动传感器测量振动水平，利用功率谱密度（PSD）对循环装置的主要频带进行分析。负载条件、不同的皮带机速度和位置被认为是影响振动水平的因素。振动影响了用户的舒适性和机械的耐久性，也部分地影响了稳定性。过度的振动会阻碍作物的收割。它通常是由于机械部件的快速向前、向后或振荡运动。振动水平可能因部件速度、位置、加载条件、操作地点和环境因素而有所不同。
振动的测量对于保持稳定性（静态、连接、动态和悬垂）非常关键；减少动态应力；防止错位（皮带和轴）、松动、共振；改善整体工作环境，保持越野农业机械或车辆的安全。
在空载条件下，振动水平更大，并随皮带机速度的增加而增加。负荷条件下的振动符合ISO标准（第一个输送带除外）。根据PSD分析，在各方向频繁出现高幅度峰值（>25 dB），这表明对第一输送带有损坏的可能性很高。这一分析为提高不平坦和倾斜场地条件下的农业机械的安全性和耐久性提供了有用的信息。
通过对皮带机进行振动分析，制造商能满足最高标准，并以以下形式获得优势：
04 基于分布式声学传感（DAS）的皮带机振动监测
传统的基于点式传感器包括（振动传感器、超声波传感器）的传感器的价格大约在数千元至数万元不等，在特殊应用或者监测更加全面的情况下，预算可能还要加高。同时，对于长达数百甚至上千米的皮带机的监测，为确保皮带传输监测无盲区，必须大量采购传感器并且以一定间隔安装，最终使整个监测系统硬件成本居高不下。其他的如人工巡检和机器人巡检，不但受限于时间和硬件成本，而且受限于矿山井下可进入空间的限制。
皮带机振动监测技术优缺点对比(据Zhu and Liu,2023修改)
| 监测方法 |
优点 |
缺点 |
应用建议 |
| 人工检查 |
经验丰富的技术人员可以进行定期检查 |
需要大量人力和专业知识 |
适用于小型皮带机系统 |
| 基于传感器的监测 |
安装方便，监测参数准确 |
井下需要本质安全的传感器，电驱传感器需要定期维护 |
广泛应用于中小型皮带机系统 |
| 巡检机器人 |
无人化和智能化，减少人工干预，能够自主检查 |
无法实现连续监测，机械和电力结构复杂，易受巷道地形限制 |
适用于复杂巷道和大型皮带机系统 |
| 基于光纤的故障诊断 |
高灵敏度和宽带宽，能够长期不间断监测，提供准确的故障消息 |
还在研究阶段，需要进一步验证和改进，可能涉及一些技术挑战 |
拥有巨大的潜力，可以作为高级自动化采矿系统的一部分 |
应急管理大学矿山分布式光纤传感技术应用研究小组针对矿用皮带机运行故障和温度异常的实时监测需求，研发了一套基于分布式声波传感（DAS）、分布式温度传感（DTS）技术和AI故障诊断模型的分布式矿用皮带机智能监控系统。
该系统由光纤、DAS和DTS解调仪以及Web系统三部分组成。该系统利用靠近轴承的通信光缆中冗余的光纤或沿皮带外框架重新铺设的光纤，通过分布式光纤传感器、DAS和DTS解调仪等设备，实时采集皮带转速、振动等参数以及皮带和环境温度等参数数据，基于云服务和B/S架构的Web软件系统利用预训练的AI故障诊断模型实时处理和分析采集的振动和温度数据并识别皮带机故障（包括皮带跑偏、皮带断裂、皮带打滑、滚筒损坏、托辊损坏、轴承损坏）事件和温度异常（皮带机高温、着火）事件，及时发出故障和温度异常警报。
基于机器学习的分布光纤温振耦合的矿用皮带机智能监控系统
基于机器学习的分布光纤温振耦合的矿用皮带机智能监控系统比传统的点式传感器监测具有高灵敏度和宽带宽、能够长期不间断监测、成本低、故障定位精度高、故障识别准确率高等诸多优势，可减少或取代传统的人员定期皮带机路线巡检方式，最终为矿山企业实现降本增效。
本文转自 DeepSense光纤传感
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