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        刮板輸送機(jī)斷鏈?zhǔn)鹿史治黾皵噫湵Wo(hù)裝置研究

        2021-02-06 08:20:00趙利鋒
        2021年1期
        關(guān)鍵詞:鏈環(huán)斷鏈機(jī)頭

        趙利鋒

        (山西焦煤汾西礦業(yè) 兩渡煤業(yè)公司,山西 靈石 031302)

        刮板輸送機(jī)一般布置在煤礦井下的采煤工作面、綜掘工作面等位置[1-2],若刮板輸送機(jī)出現(xiàn)故障會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)停滯[3]。在生產(chǎn)過(guò)程中,刮板鏈斷鏈、掉鏈?zhǔn)亲顬槌R?jiàn)的故障類型。當(dāng)刮板鏈斷鏈時(shí),在下鏈的牽引力作用下,斷鏈會(huì)在槽底或機(jī)頭等位置堆積,增加刮板鏈鏈輪載荷[4],若不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障,會(huì)造成斷鏈位置處間距增加、鏈條堆積,需要耗費(fèi)大量的人力、時(shí)間完成接鏈、拖鏈工作,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)給刮板輸送機(jī)造成嚴(yán)重?fù)p壞,縮短設(shè)備使用壽命。

        1 刮板輸送機(jī)斷鏈原因分析

        1.1 斷裂類型

        1) 強(qiáng)力斷鏈。強(qiáng)力斷鏈經(jīng)常出現(xiàn)在鏈環(huán)彎曲部分、焊縫影響區(qū)以及焊接對(duì)口位置,當(dāng)刮板鏈?zhǔn)艿降臎_擊力大于刮板鏈自身破斷載荷時(shí),即會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)力斷鏈故障,斷口呈現(xiàn)脆性斷裂形式。

        2) 疲勞斷裂。雖然刮板鏈?zhǔn)艿降淖饔昧π∮谄淦茢噍d荷,但刮板鏈長(zhǎng)時(shí)間受到脈沖載荷作用,會(huì)出現(xiàn)疲勞破壞。斷口多發(fā)生在直線部分連接位置以及鏈環(huán)彎曲位置。

        3) 混合斷裂。刮板鏈在沖擊力以及脈沖載荷長(zhǎng)時(shí)間、共同作用下出現(xiàn)破斷現(xiàn)象,在斷口位置有明顯的塑形變形區(qū)且斷裂口位置凹凸不平。具體刮板鏈斷裂發(fā)生位置見(jiàn)圖1。

        圖1 刮板鏈破斷位置示意

        1.2 斷裂原因

        煤、矸石等物料通過(guò)機(jī)頭齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)刮板鏈、刮板、從動(dòng)輪運(yùn)轉(zhuǎn)從而實(shí)現(xiàn)槽體內(nèi)物料運(yùn)輸。在井下使用過(guò)程中刮板鏈斷鏈主要原因有:

        1) 刮板輸送機(jī)鋪設(shè)彎度過(guò)大。刮板輸送機(jī)鋪設(shè)位置有一定彎度時(shí),具體刮板鏈分布形式見(jiàn)圖2。從圖中看出,在彎曲弧度影響下,刮板鏈外側(cè)較內(nèi)側(cè)長(zhǎng),刮板鏈?zhǔn)艿捷d荷集中在外側(cè)刮板鏈上,從而容易導(dǎo)致外側(cè)刮板鏈斷鏈。

        圖2 刮板輸送機(jī)彎曲鋪設(shè)刮板鏈分布形式

        2) 鏈環(huán)缺少連接螺栓。當(dāng)連接螺栓松動(dòng)、丟失時(shí),鏈環(huán)受力狀態(tài)由弧形靜不定量轉(zhuǎn)變成一側(cè)受力的懸臂梁,具體圓環(huán)受力情況見(jiàn)圖3。連接環(huán)需要承受拉應(yīng)力、彎曲應(yīng)力疊加作用,在鏈環(huán)上危險(xiǎn)截面上受力可通過(guò)下式計(jì)算。

        圖3 圓環(huán)受力示意

        式中:Q為鏈環(huán)受到的拉應(yīng)力,kN;F為鏈環(huán)危險(xiǎn)截面(I位置)斷面積,cm2;M為鏈環(huán)危險(xiǎn)截面受到的彎矩,N·m;W為連接環(huán)在危險(xiǎn)截面(I位置)斷面系數(shù),cm3。

        以SWG-40T刮板輸送機(jī)為例,該刮板輸送機(jī)電動(dòng)機(jī)功率為40 kW、轉(zhuǎn)速為1 470 r/min、傳動(dòng)系數(shù)為0.85。當(dāng)鏈環(huán)缺少螺栓連接時(shí),采用上述公式對(duì)鏈環(huán)受力進(jìn)行分析,其中:Q=44.4 kN、M=666 N·m、W=63.673 cm3、F=2.838 cm2。經(jīng)計(jì)算求得? =16 691 N/cm2,鏈環(huán)破斷載荷為8 000 N/cm2,因此當(dāng)無(wú)連接螺栓時(shí)鏈環(huán)更容易斷裂。

        3) 刮板鏈跳鏈。跳鏈?zhǔn)侵腹伟彐湱h(huán)從刮板輸送機(jī)機(jī)頭鏈輪上脫落。跳鏈故障發(fā)生后刮板鏈環(huán)會(huì)在鏈輪齒、機(jī)頭軸上產(chǎn)生額外的沖擊力,容易引起刮板鏈斷裂。常見(jiàn)的跳鏈故障處理方式是在機(jī)頭輪齒處增加墊板。

        4) 鏈環(huán)銹蝕。在煤礦井下含有強(qiáng)腐蝕性氣體以及液體,刮板輸送機(jī)刮板鏈本身防護(hù)性較差,當(dāng)與腐蝕性物質(zhì)接觸時(shí)會(huì)造成鏈環(huán)銹蝕、脫皮問(wèn)題,不僅減小鏈環(huán)強(qiáng)度,而且增加斷鏈概率。

        5) 動(dòng)載荷。刮板輸送機(jī)正常運(yùn)行過(guò)程中刮板鏈?zhǔn)艿降淖饔昧Τ手芷谛宰兓?,機(jī)頭位置受到大塊矸石、煤炭沖擊作用明顯,從而導(dǎo)致刮板鏈長(zhǎng)期受到動(dòng)載荷以及疲勞應(yīng)力影響。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,動(dòng)載荷具有突發(fā)性特點(diǎn),會(huì)給刮板鏈較大的沖擊,從而引發(fā)刮板鏈斷裂;在疲勞應(yīng)力作用下刮板鏈會(huì)出現(xiàn)較大變形,也會(huì)導(dǎo)致刮板鏈斷裂。

        6) 強(qiáng)沖擊力。在刮板輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中,刮板鏈對(duì)口焊接位置、鏈環(huán)彎曲位置以及焊縫熱影響區(qū)內(nèi)會(huì)受到刮板鏈運(yùn)行時(shí)以及運(yùn)輸物料的強(qiáng)沖擊作用,當(dāng)沖擊力超過(guò)刮板鏈自身靜態(tài)破斷載荷時(shí),便會(huì)出現(xiàn)刮板鏈斷裂事故。

        2 刮板鏈斷鏈保護(hù)裝置設(shè)計(jì)

        現(xiàn)階段最常用的刮板輸送機(jī)斷鏈保護(hù)裝置與帶式輸送機(jī)膠帶斷裂保護(hù)裝置類似,即在機(jī)尾從動(dòng)輪位置布置接近開(kāi)關(guān),通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)從動(dòng)輪運(yùn)行情況判定刮板鏈?zhǔn)欠癯霈F(xiàn)斷鏈?zhǔn)鹿蔥6-7]。當(dāng)刮板鏈斷鏈后,從動(dòng)輪由于失去動(dòng)力會(huì)失速,保護(hù)裝置會(huì)發(fā)出故障指令停止刮板輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。上述安全保護(hù)裝置對(duì)刮板鏈兩條鏈同時(shí)斷鏈時(shí)的惡性事故起到保護(hù)作用,但無(wú)法對(duì)刮板鏈單側(cè)斷鏈、錯(cuò)鏈以及掉道等故障進(jìn)行預(yù)警保護(hù)。

        鑒于刮板輸送機(jī)斷鏈保護(hù)裝置存在功能不足的問(wèn)題,筆者在對(duì)井下使用的多臺(tái)帶式輸送機(jī)刮板鏈在使用過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)斷鏈故障分析的基礎(chǔ)上,除制定常規(guī)的管理、防銹措施之外,對(duì)刮板鏈斷鏈瞬間運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析,設(shè)計(jì)了一種刮板輸送機(jī)斷鏈保護(hù)裝置,該保護(hù)裝置可實(shí)現(xiàn)對(duì)刮板輸送機(jī)斷鏈?zhǔn)鹿实挠行z測(cè),在發(fā)現(xiàn)刮板鏈斷鏈瞬間即可發(fā)出安全預(yù)警信息,便于現(xiàn)場(chǎng)人員及時(shí)處理[8]。

        2.1 裝置結(jié)構(gòu)

        刮板鏈斷鏈檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。其中弧形檢測(cè)片厚度為1.5~2.0 mm、材質(zhì)為鐵質(zhì)導(dǎo)磁材料,鄰近的兩個(gè)檢測(cè)片間距為2.0~3.0 mm。采用的接近開(kāi)關(guān)測(cè)量范圍為15 mm。擺桿寬度、長(zhǎng)度等由刮板輸送機(jī)寬度、安裝高度確定。檢測(cè)裝置采用軸承裝備,并固定于刮板機(jī)機(jī)頭過(guò)渡板后約300~350 mm位置。

        圖4 刮板鏈斷鏈檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)

        2.2 工作原理

        刮板輸送機(jī)正常運(yùn)行時(shí),檢測(cè)裝置兩側(cè)擺桿隨著鏈條、刮刀同步擺動(dòng),并帶動(dòng)兩個(gè)檢測(cè)片繞著軸承往返運(yùn)動(dòng)。通過(guò)調(diào)整弧形檢測(cè)片寬度,使得檢測(cè)片擺幅最大時(shí)接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)范圍之外,即擺幅最大在15 mm以上,確保檢測(cè)信號(hào)在1個(gè)檢測(cè)周期內(nèi)(耗時(shí)約1.5 s)存在明顯斷點(diǎn)。當(dāng)刮板輸送機(jī)出現(xiàn)單側(cè)斷鏈或者錯(cuò)鏈時(shí),刮板輸送機(jī)刮刀兩側(cè)出現(xiàn)一定傾斜后兩側(cè)擺桿不能同步轉(zhuǎn)動(dòng),且隨著刮板傾斜度增加,兩側(cè)擺桿間夾角加大,檢測(cè)片間相對(duì)位移也逐漸增加。當(dāng)相對(duì)位移超過(guò)接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)范圍后,在檢測(cè)周期內(nèi)即會(huì)出現(xiàn)檢測(cè)信號(hào)斷點(diǎn),當(dāng)持續(xù)時(shí)間超過(guò)3 s時(shí)即認(rèn)為刮板輸送機(jī)出現(xiàn)斷鏈?zhǔn)鹿?,檢測(cè)裝置會(huì)報(bào)警并切斷刮板輸送機(jī)供電回路,從而實(shí)現(xiàn)刮板輸送機(jī)斷鏈檢測(cè),避免斷鏈?zhǔn)鹿蕯U(kuò)大。

        保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)包括接近開(kāi)關(guān)、中間繼電器以及延時(shí)繼電器等構(gòu)成微型監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng),依靠組態(tài)輸出預(yù)警及保護(hù)信號(hào)。通過(guò)安全聯(lián)鎖、延時(shí)保護(hù)可降低保護(hù)裝置誤動(dòng)作概率,延時(shí)時(shí)間可根據(jù)刮板輸送機(jī)運(yùn)行速度確定,文中取值為3 s。在檢測(cè)過(guò)程中測(cè)點(diǎn)會(huì)受到振動(dòng)等影響輕微抖動(dòng),時(shí)間一般在1 s以內(nèi),不會(huì)觸發(fā)保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作。

        2.3 應(yīng)用效果

        結(jié)合某礦井下布置的6臺(tái)刮板輸送機(jī)應(yīng)用情況,單臺(tái)刮板輸送機(jī)月均斷鏈3次,每次影響生產(chǎn)時(shí)間約為2 h,全年影響生產(chǎn)時(shí)間約為72 h,相當(dāng)于每年有3 d生產(chǎn)由于刮板輸送機(jī)斷鏈?zhǔn)鹿时黄戎袛唷?/p>

        采用刮板輸送機(jī)斷鏈保護(hù)裝置后,可及時(shí)發(fā)現(xiàn)刮板輸送機(jī)斷鏈,預(yù)計(jì)單臺(tái)刮板輸送機(jī)每年可節(jié)省設(shè)備維護(hù)費(fèi)用約6萬(wàn)元,6臺(tái)刮板輸送機(jī)斷鏈保護(hù)裝置材料、加工費(fèi)用共計(jì)約1.3萬(wàn)元,年可減少生產(chǎn)投入約34.7萬(wàn)元。由此可見(jiàn),斷鏈保護(hù)裝置可以提高井下刮板輸送機(jī)運(yùn)行保障能力,而且經(jīng)濟(jì)效益顯著。

        3 結(jié) 語(yǔ)

        斷鏈?zhǔn)枪伟遢斔蜋C(jī)使用過(guò)程中常見(jiàn)事故類型,文中提出的刮板輸送機(jī)斷鏈保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,在后續(xù)使用過(guò)程中無(wú)需單獨(dú)進(jìn)行保養(yǎng)、維護(hù),且礦井自己可加工制作,單臺(tái)設(shè)備成本僅為2 200元,進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐后取得了顯著的應(yīng)用成果。

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