變頻一體機(jī)斷鏈保護(hù)在刮板輸送機(jī)中的應(yīng)用分析

胡學(xué)敏， 王韶偉

（山西王家?guī)X煤業(yè)有限公司， 山西 忻州 036604）

引言

刮板輸送機(jī)是煤礦生產(chǎn)過(guò)程中的重要運(yùn)輸設(shè)備之一，被廣泛應(yīng)用于綜采和綜放工作面以及一些地面運(yùn)輸環(huán)境中，是煤礦大型機(jī)械化開(kāi)采的主力設(shè)備。刮板輸送機(jī)不僅可以運(yùn)輸物料，還是采煤機(jī)運(yùn)行軌道和液壓支架的推移支撐點(diǎn)，因此刮板輸送機(jī)的可靠、安全、高效運(yùn)行直接關(guān)系到煤礦的生產(chǎn)效率[1]。由于煤礦生產(chǎn)環(huán)境惡劣，刮板機(jī)鏈條需要承受煤料的沖、撞、砸、壓等外力作用，同時(shí)還要承受刮板長(zhǎng)期對(duì)鏈條的磨損，因此刮板機(jī)容易出現(xiàn)斷鏈問(wèn)題，一旦斷鏈就會(huì)造成停產(chǎn)事故，影響綜采設(shè)備的開(kāi)機(jī)率。如何更好地保護(hù)刮板機(jī)鏈條減少斷鏈?zhǔn)鹿实陌l(fā)生，以及發(fā)生斷鏈后如何確?？焖偻C(jī)避免拖鏈?zhǔn)枪伟鍣C(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用中的難題。本文從變頻一體機(jī)的斷鏈保護(hù)檢測(cè)原理及保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)方法兩方面闡述如何實(shí)現(xiàn)變頻一體機(jī)對(duì)刮板輸送機(jī)的斷鏈保護(hù)。

1 變頻一體機(jī)的斷鏈檢測(cè)原理

刮板機(jī)鏈條在發(fā)生斷鏈時(shí)，由于斷鏈前后刮板機(jī)驅(qū)動(dòng)負(fù)載會(huì)有比較大的波動(dòng)，因此斷鏈后變頻一體機(jī)的輸出電流會(huì)有大幅的跌落，檢測(cè)一體機(jī)的輸出電流在一定時(shí)間內(nèi)的變化幅值，當(dāng)電流變化率超過(guò)預(yù)設(shè)保護(hù)值，變頻一體機(jī)停機(jī)保護(hù)實(shí)現(xiàn)斷鏈保護(hù)功能。變頻一體機(jī)的電流變化率檢測(cè)算法如下：

式中：Ideviation為電流變化率；Iaverage為程序執(zhí)行周期內(nèi)的10 次輸出電流均值；Iact為實(shí)時(shí)檢測(cè)的輸出電流值；Ttest為檢測(cè)保護(hù)時(shí)間。

當(dāng)Ideviation超過(guò)預(yù)設(shè)的電流偏差保護(hù)值（百分比），且超過(guò)檢測(cè)保護(hù)動(dòng)作時(shí)間，則變頻一體機(jī)執(zhí)行斷鏈保護(hù)功能，停機(jī)保護(hù)。具體的偏差保護(hù)值以及檢測(cè)保護(hù)時(shí)間通過(guò)在山西王家?guī)X煤業(yè)18105 綜采工作面的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 斷鏈保護(hù)的數(shù)據(jù)分析及功能介紹

2.1 工作面系統(tǒng)組成

王家?guī)X煤業(yè)18105 綜采工作面采用SGZ1000/3×1000 型刮板輸送機(jī)，主要技術(shù)參數(shù)：輸送能力為2 500 t/h，工作面長(zhǎng)度為240 m，平均采高為7.15 m，輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備采用YJVFG-450L-4T（1 000 kW/3 300 V）變頻一體機(jī)搭配德國(guó)布勞提干KPL45 型減速機(jī)帶動(dòng)刮板機(jī)鏈輪運(yùn)轉(zhuǎn)，該工作面于2019 年4 月投入運(yùn)行。工作面系統(tǒng)布置圖如圖1 所示。

圖1 18105 綜采工作面設(shè)備布置示意圖

2.2 斷鏈保護(hù)的數(shù)據(jù)分析

2019 年1 月9 號(hào)刮板輸送機(jī)出現(xiàn)斷鏈故障，變頻一體機(jī)有效實(shí)現(xiàn)了斷鏈保護(hù)功能。一體機(jī)控制箱記錄了發(fā)生斷鏈故障的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)曲線(xiàn)如下頁(yè)圖2 所示。

圖2 中曲線(xiàn)1 為機(jī)尾一體機(jī)（主機(jī)）電流曲線(xiàn)，曲線(xiàn)2 和曲線(xiàn)3 分別為機(jī)頭平行和機(jī)頭垂直一體機(jī)電流曲線(xiàn)。發(fā)生斷鏈故障的故障點(diǎn)為機(jī)頭下鏈斷開(kāi)。變頻一體機(jī)經(jīng)聯(lián)軸器與減速機(jī)連接驅(qū)動(dòng)鏈輪旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)與之嚙合的刮板鏈條連續(xù)循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)[2]。在刮板輸送機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，機(jī)尾一體機(jī)鏈輪帶動(dòng)底鏈上翻實(shí)現(xiàn)上翻鏈過(guò)程，機(jī)頭一體機(jī)鏈輪帶動(dòng)頂鏈下翻，實(shí)現(xiàn)下翻鏈過(guò)程。當(dāng)鏈條在機(jī)頭發(fā)生卡鏈時(shí)，機(jī)尾一體機(jī)連續(xù)多次高轉(zhuǎn)矩輸出拉動(dòng)底鏈，鏈條在07：26：27發(fā)生斷鏈，在07：26：07—07：26：35 這一時(shí)間段內(nèi)，機(jī)尾一體機(jī)輸出電流波動(dòng)最大，最大瞬時(shí)值為480 A，最小電流值為100 A，且機(jī)尾三次電流跌落時(shí)間在1～2 s 以?xún)?nèi)。對(duì)比上圖曲線(xiàn)可以看出，斷鏈瞬間，機(jī)尾電機(jī)存在3 處電流下降狀況。斜線(xiàn)AB：（492-134）/492=72.76%；斜線(xiàn)A'B'：（482-140）/482=70.95%；斜線(xiàn)A''B''：（475-121）/475=74.53%。

本次斷鏈電流下降率均超過(guò)70%。因此，可以通過(guò)檢測(cè)電流下降率來(lái)判定刮板鏈條是否發(fā)生了斷鏈，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)停機(jī)保護(hù)，防止電機(jī)繼續(xù)拖動(dòng)鏈條，減少補(bǔ)鏈維修時(shí)間。

斷鏈保護(hù)中，電流變化率設(shè)置為70%，電流檢測(cè)時(shí)間設(shè)置為1 s。其中電流檢測(cè)時(shí)間設(shè)置過(guò)高，有可能在斷鏈過(guò)程中，錯(cuò)過(guò)電流高峰或低谷瞬時(shí)值；設(shè)置過(guò)低，有可能檢測(cè)的電流差值較小，電流下降率計(jì)算結(jié)果低于設(shè)定值。根據(jù)12 月15 號(hào)的斷鏈現(xiàn)象，設(shè)定為1 s 完全能夠滿(mǎn)足檢測(cè)要求。

圖2 斷鏈瞬間電流變化趨勢(shì)圖

2.3 斷鏈前的預(yù)保護(hù)功能

斷鏈保護(hù)功能的初衷是為了減少維修補(bǔ)鏈的時(shí)間，從而提高設(shè)備開(kāi)機(jī)率，保障生產(chǎn)效率。在對(duì)斷鏈前后的數(shù)據(jù)對(duì)比中發(fā)現(xiàn)斷鏈發(fā)生前，一體機(jī)輸出電流由正常值突然上升，但是一體機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速卻低于設(shè)定轉(zhuǎn)速，即在斷鏈前電機(jī)出現(xiàn)了堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象。刮板輸送機(jī)正常運(yùn)行過(guò)程中，由于煤塊卡鏈或片幫煤產(chǎn)生的瞬時(shí)堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象可以被接受，但是長(zhǎng)時(shí)間堵轉(zhuǎn)可能會(huì)引起斷鏈或嚴(yán)重?fù)p壞刮板機(jī)結(jié)構(gòu)等后果。因此在一體機(jī)中還增加了轉(zhuǎn)差率保護(hù)功能，此功能可以有效降低斷鏈?zhǔn)鹿实陌l(fā)生。

圖3 為斷鏈瞬間機(jī)尾電機(jī)電流與轉(zhuǎn)速變化趨勢(shì)圖，縱坐標(biāo)表示電流時(shí)，10 表示1 A；縱坐標(biāo)表示轉(zhuǎn)速時(shí)，1 表示1 r/min。通過(guò)圖3 可以明顯看出在斷鏈發(fā)生前的瞬間，一體機(jī)輸出電流瞬間增大，而電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速持續(xù)降低。通過(guò)檢測(cè)一體機(jī)在一定時(shí)間內(nèi)的輸出轉(zhuǎn)速差，實(shí)現(xiàn)對(duì)刮板機(jī)鏈條的卡鏈保護(hù)，從而避免斷鏈發(fā)生。

圖3 斷鏈瞬間機(jī)尾電機(jī)電流與轉(zhuǎn)速變化趨勢(shì)圖

目前變頻一體機(jī)的轉(zhuǎn)差率檢測(cè)方案為：在2.5 s內(nèi)，輸出轉(zhuǎn)速與設(shè)定轉(zhuǎn)速的差值超過(guò)30%，即認(rèn)為現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生可能引起斷鏈的卡鏈或刮板鏈條摩擦問(wèn)題，停機(jī)保護(hù)，避免故障擴(kuò)大化。

3 結(jié)語(yǔ)

綜采工作面刮板輸送機(jī)受片幫、漏頂及其他諸多外部因素的影響，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)大負(fù)載沖擊或頻繁重載啟動(dòng)的場(chǎng)合[3]。為避免保護(hù)功能過(guò)于靈敏造成的誤保護(hù)停機(jī)故障，同時(shí)又要兼顧重載啟動(dòng)功能，變頻一體機(jī)的電流變化率保護(hù)和轉(zhuǎn)差率保護(hù)功能的保護(hù)值及檢測(cè)時(shí)間都可以在控制箱的參數(shù)設(shè)置中分別設(shè)置。既保證重載啟動(dòng)正常，同時(shí)在運(yùn)行過(guò)程中，也具備合理的電機(jī)電流與轉(zhuǎn)矩上限。目前，變頻一體機(jī)通過(guò)軟件設(shè)計(jì)，確保一體機(jī)在重載啟動(dòng)過(guò)程中具備2.2 倍額定輸出轉(zhuǎn)矩和電流的能力；在正常運(yùn)行過(guò)程中，可以通過(guò)控制箱設(shè)置最大輸出轉(zhuǎn)矩與輸出電流。根據(jù)王家?guī)X煤礦18102 工作面變頻一體機(jī)的實(shí)際使用情況，變頻一體機(jī)的斷鏈保護(hù)值設(shè)置為70%，檢測(cè)時(shí)間1 s，轉(zhuǎn)差率設(shè)置為30%，檢測(cè)時(shí)間2.5 s 時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)正常的保護(hù)功能，同時(shí)保證正常的生產(chǎn)。