趙海康

（華陽新材料科技集團有限公司二礦選煤廠， 山西 陽泉 045000）

引言

水平刮板輸送機具有體積小、輸送效率高、無粉塵外泄、安全可靠等技術優(yōu)勢，廣泛應用于各選煤廠在輸送距離不長情況下對原煤、煤矸石、精煤等物料的輸送。而刮板機遇到原煤水分大及大塊煤矸石等情況時，發(fā)生刮板斷鏈、掉鏈的可能性很大。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，選煤廠刮板機日常使用過程中因斷鏈、掉鏈而引發(fā)的機電故障在設備故障中占比在65%左右，且刮板機發(fā)生以上故障后對產量的影響在鏈板運輸機總影響中的占比約為50%～55%。如果刮板輸送機故障得不到及時發(fā)現(xiàn)和排除，必將導致刮板機被壓死甚至設備嚴重損壞，十分不利于煤礦安全及高效生產。

為此，必須在深入分析引發(fā)刮板輸送機斷鏈故障原因的基礎上對其進行斷鏈保護裝置設計，以確保刮板輸送機故障得到及時預警和處理，避免嚴重機電事故的發(fā)生。

1 選煤廠刮板輸送機保護裝置概況

山西呂梁H 選煤廠是地方政府牽頭建造的年處理能力100 萬t 的群礦型選煤廠，主要入洗本礦水采原煤和外來旱采原煤，采用無壓重介三產品旋流器和濃縮浮選聯(lián)合生產工藝，共設置有5 臺刮板輸送機，主要負責原煤入選和精煤入倉運輸。刮板輸送機現(xiàn)有保護裝置僅進行過載、過流、缺相等電機保護，如遇錯鏈、斷鏈等事故，則必須停電后進行鏈條和刮刀更換與檢修。若錯鏈、斷鏈等事故未能被及時發(fā)現(xiàn)，則會引發(fā)刮板拉斜、鏈板等卷入機頭等惡性機電事故，為此，該選煤廠刮板輸送機斷鏈保護裝置性能亟待提升。

2 刮板輸送機斷鏈故障原因

刮板輸送機運輸物料主要借助機頭齒輪轉動帶動鏈條、刮板及從動尾輪的轉動，達到轉載和運輸槽體內物料的目的。運行過程中引發(fā)刮板及斷鏈故障的原因較多，概括起來主要包括以下方面：

1）跳鏈。即刮板輸送機機頭鏈輪中鏈環(huán)脫落，沖擊機頭軸和鏈輪齒，引發(fā)鏈環(huán)斷裂，通常在頭輪齒處增設墊板調整。

2）入料口物料分配不均造成兩側鏈條無法均勻受力，鏈條受力過于集中在鏈條一側，甚至導致鏈條被拉斷。

3）圓環(huán)鏈質量及底板磨損。圓環(huán)鏈材質不合格或加工工藝有問題均會影響零部件使用性能，引發(fā)安全事故；底板嚴重磨損后會引發(fā)溜槽接頭磨損，發(fā)生接頭卡、阻刮板現(xiàn)象，增大鏈條負荷，一旦應力超出鏈條性能極限，便會發(fā)生拉斷等故障。

3 刮板輸送機斷鏈保護裝置設計

常規(guī)的刮板輸送機斷鏈保護裝置結構類似于膠帶運輸機斷帶保護裝置，接近開關監(jiān)測點安裝機尾從動輪，鏈條斷裂后從動輪失速，刮板機設備控制電源切斷，設備運轉停止。如此設計對于刮板輸送機兩側鏈條斷裂的惡性事故較為適用，但是對于輸送機鏈條落轍、掉道、單側鏈條中斷及錯鏈等常見事故并不適用[1]，而這種常見事故發(fā)生后如果不及時發(fā)現(xiàn)，很可能會引發(fā)馬蹄損壞、鏈條拉斷、卷鏈、機頭掀開等惡性機電事故，甚至引發(fā)刮板輸送機設備毀壞。

在分析常規(guī)刮板輸送機斷鏈保護裝置缺陷的基礎上，針對該選煤廠目前所使用的刮板輸送機運行中頻繁發(fā)生的馬蹄環(huán)斷裂故障，進行了刮板斷鏈動態(tài)機理[2]的分析，并設計出適合該選煤廠的刮板輸送機斷鏈保護裝置，能有效實現(xiàn)斷鏈發(fā)生瞬間報警及停機，顯著降低設備損壞程度。

3.1 裝置結構及電氣控制

所設計出的刮板輸送機斷鏈保護裝置在單側錯鏈發(fā)生的同時便能檢測到故障，并能有效遏制事故的進一步擴大，該保護裝置主要由弧形檢測片、擺桿、刮刀及接近開關等部分組成，具體見圖1，其弧形檢測片約1.5～2.0 mm 厚，主要使用鐵質導磁材料制成，相鄰弧形檢測片間距2.0～3.0 mm；擺桿尺寸主要根據(jù)刮板輸送機安裝高度及寬度確定；接近開關設計檢測距離至少為15 mm；該斷鏈保護裝置由軸承裝配后固定在刮板輸送機指定位置。

圖1 斷鏈保護裝置結構示意圖

該選煤廠所設計的刮板輸送機斷鏈保護裝置電氣控制系統(tǒng)主要由接近開關、中間繼電器、延時繼電器等組成，報警和保護指令主要由該組態(tài)系統(tǒng)輸出，通過安全聯(lián)鎖能延時3 s 輸出保護，在設計延時期間內測點的抖動不計入連鎖控制，超出設計延時后，監(jiān)控系統(tǒng)則按設計要求執(zhí)行連鎖控制。

3.2 保護裝置作用原理

刮板輸送機工作期間，鏈條、間隔排列刮刀及裝置兩側擺桿同時運動，帶動2 個檢測片繞軸承循環(huán)。調整弧形檢測片的寬度并使其在最大擺動幅度時處于接近開關的檢測范圍，以保證檢測信號在1.5 s 的周期內存在明顯斷點[3]。刮刀帶動擺桿運動的過程中如遇錯鏈或單側斷鏈必然會發(fā)生傾斜，影響兩側擺桿運動的同步性，并增大兩個弧形檢測片的相對位移，此種情況下，檢測信號在1.5 s 周期內的斷點得以消除。一旦返回信號持續(xù)時間超過3 s，便會觸發(fā)報警器，并切斷設備控制回路，同時在線檢測錯鏈、單側斷鏈等故障，傳感器探頭處正前方斷鏈側擺桿停止擺動，待達到設定的時間繼電器延時間時便切斷控制電源回路，并發(fā)出報警信號。

3.3 保護功能的實現(xiàn)

1）對刮板磨損的保護。在刮板輸送機正常運行過程中刮板和接近開關之間的距離以及接近開關有效測定距離均固定不變，但是刮板受到嚴重磨損后，接近開關便無法正常接收和獲取脈沖信號。通過現(xiàn)場處理器進行脈沖信號的計數(shù)和比對發(fā)現(xiàn)，兩個接近開關間的信號計數(shù)產生了差異，必須通知技術人員檢查并處理刮板磨損。

2）對刮板脫落、錯裝等的保護。刮板和鏈條是刮板輸送機主要的磨損部件，為確保刮板機正常運行，必須在鏈條上按設計距離均布安裝刮板，不得漏裝、錯裝和脫落。一旦發(fā)生刮板脫落或漏裝、錯裝，脈沖信號傳輸時間便會超出設定值，集中控制系統(tǒng)便會發(fā)出強制停機指令，起到保護機械安全運行的作用。

3）對斷鏈、掉鏈導致的刮板歪斜的保護。刮板正常運行時，相鄰接近開關通過刮板取得的信號時間間隔不超過150 ms，一旦刮板輸送機發(fā)生斷鏈和掉鏈，通過現(xiàn)場處理器進行接近開關傳輸脈沖信號的計時與比對發(fā)現(xiàn)信號間隔時間超出150 ms 后，便會通過集中控制系統(tǒng)強制停機。

3.4 應用效果

該選煤廠目前已全部完成現(xiàn)有刮板運輸機保護裝置的安裝調試，運行過程中裝置運行平穩(wěn)，能按設計要求向調度室提供刮板運行狀態(tài)監(jiān)測信息，自運行以來刮板運輸機一共出現(xiàn)四次斷鏈、單側掉鏈等機械事故，均立即觸發(fā)有效報警并強制停機，有效避免了刮板輸送機故障的擴大化以及早期故障未能及時發(fā)現(xiàn)而導致鏈板卷入鏈輪、傳動聯(lián)軸器掰碎等嚴重事故的發(fā)生，機械事故處理的及時性和效率性顯著提升。

4 結語

通過優(yōu)化刮板輸送機斷鏈、單側掉鏈聯(lián)合保護裝置的設計，能有效實現(xiàn)刮板及鏈條故障的及時、精準檢測，避免常規(guī)保護裝置因發(fā)現(xiàn)故障不及時而引發(fā)嚴重機電事故的弊端。本選煤廠刮板輸送機斷鏈保護裝置對現(xiàn)有刮板輸送機并無改動，更不影響刮板機工作性能，自動化程度高，結構簡單、緊湊可靠，對刮板機影響小，檢修方便，能預判并迅速發(fā)現(xiàn)刮板機斷鏈、刮板歪斜、單側掉鏈等情況，降低刮板輸送機工作過程中的故障率，提升選煤廠生產效率。