در سامانه‌های انتقال مواد فله در صنایع معدنی و فرآوری، سنسورهای پارگی تسمه (Tear Switch) و نقش آن‌ها در کاهش خسارات معدنی به عنوان یکی از مهم‌ترین تجهیزات حفاظتی در حوزه ایمنی نوارنقاله مطرح هستند. خطوط کانوایر حامل سنگ‌های سنگین و مواد ساینده به طور مداوم در معرض سقوط اجسام خارجی و قطعات برنده قرار دارند. نفوذ این قطعات به لایه‌های لاستیکی و منجید یا رشته‌های فولادی تسمه، در صورت نبود سامانه‌های حفاظتی بی‌درنگ، به پارگی‌های طولی ممتد و تحمیل زیان‌های هنگفت تجهیزاتی و توقف تولید می‌انجامد.
مکانیزم بروز پارگی طولی تسمه و پیامدهای آن در خطوط معدنی
یکی از آسیب‌های پرهزینه در کانوایرهای معدنی، پارگی طولی تسمه (Longitudinal Rip) است. این رخداد معمولاً در گلوگاه‌های بارگیری، دهانه شوت‌های انتقال و زیر صفحات هدایت‌کننده بار آغاز می‌شود؛ جایی که سنگ‌ها و مواد فله از ارتفاع بر روی سطح نوار فرو می‌ریزند. ورود قطعات سرگردان فولادی نظیر ناخن لودر، اجزای شکسته سرندها، لاینرهای جداشده شوت یا قطعات حفاری به جریان مواد، عامل آغازین این پدیده است. هنگامی که این اجسام تیز در دهانه شوت یا میان دیواره‌ها و نوار نقاله گیر می‌کنند، با حرکت پیوسته تسمه همانند یک تیغه برنده عمل کرده و اسکلت تسمه را در راستای حرکت آن شکاف می‌دهند.
با توجه به سرعت بالای جابه‌جایی نوار نقاله، ادامه حرکت سیستم پس از وقوع شکاف، در مدتی کوتاه به تخریب متراژ بالایی از تسمه‌های منجیدی یا تسمه‌های تقویت‌شده با کابل‌های فولادی منجر می‌گردد. پیامد این سانحه فراتر از تعویض یا آپارات پرهزینه خود نوار نقاله است؛ ریزش تناژ بالایی از مواد معدنی در اطراف شاسی، صدمه دیدن رولیک‌ها، انحراف شدید نوار و توقف طولانی‌مدت خط تغذیه کارخانه فرآوری، زنجیره ارزش تولید را با بحران مواجه می‌سازد.
انواع فناوری‌های سنسور پارگی تسمه و شیوه عملکرد آن‌ها
برای مهار پارگی طولی پیش از گسترش آن در طول مسیر کانوایر، تجهیزات آشکارساز گوناگونی توسعه یافته‌اند که متداول‌ترین آن‌ها شامل فناوری‌های زیر است:
- سوئیچ‌های مکانیکی مجهز به سیم محرک: در این ساختار، حسگرها بر روی شاسی نوار نقاله در زیر تسمه مستقر شده و یک سیم با پوشش محافظ در راستای عرضی زیر نوار کشیده می‌شود. اتصال سیم به حسگر با مکانیزم‌های فنری یا نگهدارنده‌های حساس انجام می‌گیرد. به محض بروز شکاف در لاستیک و آویزان شدن تکه‌های تسمه یا نفوذ جسم سخت به زیر آن، فشار واردشده بر سیم محرک باعث رهاسازی مکانیزم و تحریک میکروسوئیچ داخلی می‌شود که فرمان توقف اضطراری به مدار کنترل کانوایر ارسال می‌کند.
- کابل‌های حسگر تماسی پیوسته: این حسگرها کابل‌های انعطاف‌پذیر و حساسی هستند که در زیر فرورفتگی ناودانی تسمه قرار می‌گیرند. تماس مستقیم مواد عبوری از شکاف نوار یا افتادگی موضعی تسمه با هر نقطه از طول این کابل، مدار الکتریکی داخلی را تحریک کرده و بلافاصله سیگنال تریپ را برای مدار توقف محرک کانوایر فعال می‌سازد.
- حلقه‌های القایی پایش پیوستگی: در برخی تسمه‌های سنگین، مدارها و حلقه‌های رسانا به صورت متوالی در داخل لاستیک تعبیه می‌شوند. فرستنده‌ها و گیرنده‌های نصب‌شده روی شاسی کانوایر، عبور این حلقه‌ها را کنترل می‌کنند و با قطع شدن اتصال فیزیکی حلقه در اثر پارگی، سیستم توقف محرک تحریک می‌گردد.
الزامات نصب و جانمایی سنسورها در شاسی نوارنقاله
کارایی تجهیزات پایش پارگی تسمه تا حد زیادی به موقعیت مکانی و دقت استقرار آن‌ها نسبت به نقاط ریزش بستگی دارد. رعایت نکات مهندسی زیر بازدهی سیستم حفاظتی را به بیشترین حد می‌رساند:
- جانمایی بلافاصله پس از شوت بارگیری: از آنجا که بیشترین احتمال گیر کردن اشیای برنده در محل ریزش بار است، سنسورهای مکانیکی و کابل‌های حسگر باید کمی پس از رولیک‌های ضربه‌گیر شوت تغذیه نصب شوند تا بروز شکاف در کمترین زمان ممکن شناسایی شود.
- انطباق با پروفیل ناودانی کانوایر: مسیر سیم یا کابل حسگر باید به طور یکنواخت از انحنای بستر نوار نقاله تبعیت کند تا تمام سطح زیرین نوار تحت پوشش قرار گیرد و ناحیه کور باقی نماند.
- تنظیم فاصله آزاد عمودی: فاصله سیم حسگر تا سطح زیرین تسمه باید به گونه‌ای تنظیم شود که در وضعیت حداکثر بار، تماس تصادفی ناشی از افتادگی طبیعی بار به توقف اشتباه خط منتهی نشود و در عین حال، هرگونه برآمدگی و نفوذ قطعه پاره‌کننده سریعاً شناسایی گردد.
- پرهیز از خطاهای ناشی از نوسان تسمه: ارتعاش طبیعی تسمه خالی نباید سیستم را به اشتباه فعال کند؛ از این رو کالیبراسیون نیروی تحریک مکانیکی و فاصله فیزیکی حسگر الزامی است.
ملاحظات ایمنی در محیط‌های غبارآلود و استانداردهای ATEX
در بسیاری از خطوط انتقال فله نظیر تأسیسات حمل زغال‌سنگ، صنایع فولاد، کارخانجات سیمان و سوخت‌رسانی نیروگاه‌ها، گردوغبار معلق پتانسیل بالایی برای ایجاد مخلوط‌های قابل انفجار دارد. در این کاربردها، استفاده از سنسورها و تجهیزات الکتریکی استاندارد برای پیشگیری از ایجاد جرقه حیاتی است:
- انطباق با مناطق مستعد انفجار (زون‌های ۲۰، ۲۱ و ۲۲): بر اساس اصول ایمنی محیط‌های حاوی گردوغبار اشتعال‌پذیر، سنسورها، لیمیت‌سوئیچ‌ها و جعبه‌های تقسیم باید دارای تأییدیه‌های ضد انفجار متناسب با زون‌های غبار بوده و از روش‌های حفاظتی مانند Ex d یا Ex e بهره ببرند.
- اتصال زمین و هم‌پتانسیل‌سازی: تجمع بار الکترواستاتیک ناشی از حرکت نوار و ذرات غبار می‌تواند منشأ تخلیه الکتریکی و خطر احتراق باشد؛ از این رو ارت‌کردن کامل شاسی، غلاف سنسورها و ساختار نوار نقاله الزامی است.
- اولویت‌بندی بر پایه تحلیل بحرانی بودن تجهیزات: در مهندسی نگهداری و تعمیرات، خطوطی که هرگونه توقف غیرمنتظره در آن‌ها موجب ایست کل خط تولید می‌شود به عنوان تجهیزات رده بحرانی (دسته A) طبقه‌بندی می‌شوند. این نقاط نیازمند پایش مستقل و بازرسی‌های منظم هستند تا کارکرد سالم ادوات حفاظتی تضمین شود.
جمع‌بندی نهایی
نصب سنسورهای پارگی تسمه (Tear Switch) ابزاری ضروری برای صیانت از دارایی‌های گران‌قیمت کانوایر در صنایع معدنی و فرآوری است. جانمایی اصولی این سنسورها پس از نقاط بارگیری شوت، تطبیق دقیق فاصله حسگر با پروفیل ناودانی تسمه و لحاظ کردن تاییدیه‌های ضدانفجار متناسب با محیط‌های غبارآلود، تضمین می‌کند که در صورت نفوذ اجسام برنده خارجی، نوار نقاله در کوتاه‌ترین زمان متوقف شود. این استراتژی حفاظتی با به حداقل رساندن طول پارگی تسمه، مانع از تحمیل هزینه‌های سنگین تعویض نوار و توقف‌های نامطلوب در خطوط تولید پیوسته می‌گردد.