常晨雨

（山西西山煤電集團(tuán) 屯蘭礦，山西 太原 030206）

0 引言

礦用刮板輸送機(jī)主要應(yīng)用于采煤工作面，可將采煤機(jī)割落的原煤、矸石等及時(shí)運(yùn)離。該設(shè)備裝配靈活、輸送量大、輸送效率高，同時(shí)具有較高的安全性，因此應(yīng)用廣泛。但是，當(dāng)出現(xiàn)煤塊、矸石卡阻或原煤水分過(guò)大等情況時(shí)，刮板鏈條所受拉力增大，容易出現(xiàn)斷鏈或掉鏈等故障，影響煤礦井下作業(yè)效率。如果不能對(duì)以上故障進(jìn)行及時(shí)的檢查和排除，將進(jìn)一步導(dǎo)致機(jī)電設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞，甚至威脅到井下人員安全，因此須采用安全可靠的刮板輸送機(jī)故障檢測(cè)裝置［1－3］。

1 刮板輸送機(jī)故障種類(lèi)及引發(fā)原因

刮板輸送機(jī)常見(jiàn)故障分為斷鏈和掉鏈兩類(lèi)，不同類(lèi)型故障的引發(fā)原因不同，具體分析如下：

1.1 斷鏈故障原因

（1）刮板鏈銹蝕。為降低煤礦工作面的粉塵濃度，一般在采煤過(guò)程中噴灑生產(chǎn)用水。而該部分水一般來(lái)自于井下，并受生產(chǎn)活動(dòng)影響，與設(shè)備機(jī)油、巖層礦物等充分接觸，導(dǎo)致其酸性離子含量增高，具有較強(qiáng)的腐蝕性。而刮板鏈長(zhǎng)期工作于該環(huán)境中，生銹速度加快，甚至影響到鏈條的機(jī)械性能。

（2）過(guò)載。當(dāng)刮板鏈?zhǔn)艿铰涿旱臎_擊載荷或靜載荷過(guò)大時(shí)，鏈條容易在應(yīng)力集中區(qū)域出現(xiàn)脆性斷裂，應(yīng)力集中區(qū)域往往是鏈環(huán)對(duì)焊位置或彎曲位置。

（3）疲勞應(yīng)力。刮板輸送機(jī)運(yùn)行中，鏈條張緊程度隨采煤節(jié)奏和運(yùn)行位置呈周期性變化，其中鏈環(huán)受到周期性應(yīng)力的影響容易發(fā)生疲勞變形，長(zhǎng)期作用將導(dǎo)致鏈條發(fā)生疲勞破壞［4－6］。

以上三種因素均影響鏈條的使用壽命，是斷鏈故障的直接誘因。

1.2 掉鏈故障原因

（1）機(jī)頭鏈輪過(guò)度磨損。正常工況下，刮板鏈的鏈節(jié)和連接環(huán)正好卡入鏈輪的凹槽中，當(dāng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)刮板鏈運(yùn)動(dòng)，同時(shí)保證兩側(cè)鏈節(jié)平行。但是，由于鏈條、矸石和原煤對(duì)鏈輪的磨損，一段時(shí)間后，鏈輪部分位置容易嵌入矸石等堅(jiān)硬顆粒物，從而導(dǎo)致鏈環(huán)無(wú)法嵌入鏈輪的槽中，進(jìn)而發(fā)生掉鏈現(xiàn)象。

（2）兩側(cè)鏈條松緊差異大。造成兩側(cè)鏈條松緊程度差異的因素包括制造、安裝和使用等，其中，制造問(wèn)題可通過(guò)進(jìn)一步的機(jī)械安裝調(diào)整進(jìn)行補(bǔ)償。使用過(guò)程中，單側(cè)鏈條長(zhǎng)期受到較大載荷作用，可導(dǎo)致該鏈條變形伸長(zhǎng)，進(jìn)而使松邊一側(cè)掉鏈。

2 刮板輸送機(jī)常見(jiàn)故障檢測(cè)方法

刮板輸送機(jī)常見(jiàn)故障檢測(cè)方法有以下三種：

（1）振動(dòng)分析法：刮板輸送機(jī)工作過(guò)程中，設(shè)備振動(dòng)較大，而發(fā)生斷鏈等故障時(shí)，振動(dòng)頻率等參數(shù)將發(fā)生明顯改變，因此可通過(guò)在設(shè)備的若干位置布置振動(dòng)檢測(cè)裝置來(lái)監(jiān)測(cè)和分析振動(dòng)信號(hào)，從而獲知設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。關(guān)于振動(dòng)分析的工業(yè)應(yīng)用方法已較為成熟，且設(shè)備安裝簡(jiǎn)單，但其缺點(diǎn)是煤礦井下其他機(jī)械設(shè)備振動(dòng)強(qiáng)烈，因此信號(hào)干擾源較多，容易導(dǎo)致監(jiān)測(cè)失誤。

（2）電機(jī)檢測(cè)法：發(fā)生鏈條卡阻或斷鏈故障時(shí)，機(jī)頭機(jī)尾電機(jī)的輸出功率將發(fā)生較大變化，通過(guò)檢測(cè)電機(jī)電流，可在故障發(fā)生時(shí)及時(shí)切斷電機(jī)供電，保障設(shè)備安全。

（3）接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)法：通過(guò)在中部槽、機(jī)頭架等位置安裝接近開(kāi)關(guān)，對(duì)刮板兩側(cè)的相對(duì)位置進(jìn)行檢測(cè)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)斷鏈故障及其位置，且設(shè)備價(jià)格低，安裝方便，檢測(cè)準(zhǔn)確，適宜進(jìn)行刮板輸送機(jī)的故障檢測(cè)。

3 刮板輸送機(jī)故障檢測(cè)裝置

3.1 故障檢測(cè)裝置基本結(jié)構(gòu)

刮板輸送機(jī)故障檢測(cè)裝置主要由接近開(kāi)關(guān)、電流互感器、井下電氣設(shè)備、井上監(jiān)控設(shè)備等組成，如圖1所示。為保證故障檢測(cè)的準(zhǔn)確可靠，本裝置同時(shí)采用了接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)法和電機(jī)電流檢測(cè)法。

圖1 刮板輸送機(jī)故障檢測(cè)裝置基本結(jié)構(gòu)

其中，根據(jù)刮板輸送機(jī)的實(shí)際長(zhǎng)度，接近開(kāi)關(guān)共設(shè)置5組～8組，在容易發(fā)生斷鏈故障的位置應(yīng)提高開(kāi)關(guān)的安裝密度，如機(jī)頭架、機(jī)尾等，其余傳感器均布在中部槽兩側(cè)。PLC控制器可根據(jù)各接近開(kāi)關(guān)信號(hào)的發(fā)送間隔判斷故障是否發(fā)生。而從電流互感器獲得的機(jī)頭兩驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流值也同步上傳至PLC，并依據(jù)預(yù)設(shè)邏輯規(guī)則進(jìn)行故障判斷。

井下電氣設(shè)備位于電氣柜中，主要由PLC、I／O設(shè)備、電源等組成，PLC用于接收接近開(kāi)關(guān)和互感器傳送的數(shù)字或模擬信號(hào)，并由此進(jìn)行邏輯處理，將輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)上傳至上位機(jī)。井上監(jiān)控設(shè)備主要由上位機(jī)、監(jiān)視器等組成，可根據(jù)井下信號(hào)發(fā)出斷鏈等故障報(bào)警，并可進(jìn)行緊急事故停機(jī)等。

3.2 故障檢測(cè)原理

3.2.1 接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)原理

根據(jù)井下應(yīng)用環(huán)境，選擇抗干擾能力較強(qiáng)、非接觸式的霍爾式接近開(kāi)關(guān)（霍爾傳感器），該開(kāi)關(guān)可在其檢測(cè)前端構(gòu)建交變磁場(chǎng)，當(dāng)有金屬物進(jìn)入檢測(cè)范圍時(shí)，金屬中感應(yīng)產(chǎn)生的渦流吸收了接近開(kāi)關(guān)中振蕩器的能量，導(dǎo)致振蕩器輸出幅度線性衰減，因此可根據(jù)其衰減量來(lái)檢測(cè)有無(wú)金屬物體接近。

接近開(kāi)關(guān)對(duì)稱(chēng)布置在中部槽兩側(cè)，使得刮板兩端均可進(jìn)入其檢測(cè)范圍。當(dāng)刮板鏈發(fā)生斷鏈時(shí)，如圖2所示，相應(yīng)位置的刮板將發(fā)生位置傾斜，假設(shè)單個(gè)刮板兩端的傾斜值為Δa，則通過(guò)檢測(cè)Δa的大小可獲知相應(yīng)位置刮板鏈的狀態(tài)。同時(shí)，刮板傾斜后，其兩端的檢測(cè)信號(hào)存在時(shí)間差Δt，假設(shè)刮板鏈的運(yùn)行速度為v，可計(jì)算得到Δa＝vΔt。若判斷是否發(fā)生斷鏈故障的臨界傾斜值為Δamin，則當(dāng)Δa＞Δamin時(shí)，系統(tǒng)認(rèn)定發(fā)生了斷鏈故障。

圖2 接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)原理

3.2.2 電機(jī)電流檢測(cè)原理

正常工況下，隨著運(yùn)煤量和刮板摩擦狀態(tài)變化，機(jī)頭和機(jī)尾的電機(jī)電流也會(huì)發(fā)生較小變化；但是，當(dāng)斷鏈故障發(fā)生后，刮板和斷裂的鏈條可能卡阻在中部槽等位置，造成驅(qū)動(dòng)阻力增大，首尾兩端的電機(jī)電流差值也增大。通過(guò)互感器可分別檢測(cè)以上各電機(jī)的電流I1、I2、I3，其中I1、I2為頭部?jī)呻姍C(jī)電流值，I3為機(jī)尾電機(jī)電流值，假設(shè)首尾電機(jī)電流差值的故障設(shè)定值為ΔImin，則當(dāng)

4 裝置使用效果及意義

以上裝置在屯蘭礦某刮板輸送機(jī)上改造應(yīng)用后，工作狀態(tài)良好，可準(zhǔn)確識(shí)別斷鏈、掉鏈等故障，并能及時(shí)切斷電機(jī)電源，有效地減少了事故造成的設(shè)備損壞量，并縮短了事故停機(jī)時(shí)間40%，為企業(yè)帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語(yǔ)

刮板輸送機(jī)是重要的煤礦機(jī)械設(shè)備，為降低刮板輸送機(jī)的故障停機(jī)時(shí)間，減小停機(jī)損失，本文首先對(duì)輸送機(jī)斷鏈、掉鏈等故障的發(fā)生原因進(jìn)行了分析，然后研究了刮板輸送機(jī)故障的常用檢測(cè)方法，最后提出同時(shí)利用接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)法和電機(jī)電流檢測(cè)法的故障檢測(cè)方案，并對(duì)該方案的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、檢測(cè)原理等進(jìn)行了研究。該套裝置實(shí)際應(yīng)用效果明顯，為企業(yè)創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟(jì)效益。