礦用刮板輸送機(jī)鏈條張緊力自動監(jiān)控技術(shù)及故障維護(hù)

智國華

（山西焦煤西山煤電集團(tuán)杜兒坪礦，山西 太原 030022）

0 引言

礦用刮板輸送機(jī)是綜采工作面重要的設(shè)備之一[1]，刮板輸送機(jī)的好壞直接影響著綜采工作面生產(chǎn)效率，又特別是在采煤過程中，隨著煤量和煤塊大小的變化，刮板輸送機(jī)鏈條所受張緊力也在不斷變化著，有可能造成鏈條局部過緊或者局部過松的情況，進(jìn)而給刮板輸送機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行帶來不確定影響，嚴(yán)重時(shí)會造成斷鏈、掉鏈?zhǔn)鹿拾l(fā)生，嚴(yán)重阻礙運(yùn)煤環(huán)節(jié)。因此，為了提高刮板輸送機(jī)穩(wěn)定、安全運(yùn)行，論文研究實(shí)時(shí)自動監(jiān)控刮板輸送機(jī)鏈條張緊力技術(shù)，提出刮板鏈故障維護(hù)措施，這對實(shí)現(xiàn)綜采工作順利進(jìn)行和提高礦井安全、高效生產(chǎn)具有重要意義。

1 鏈條常見故障分析

1.1 常見故障分析

礦用刮板輸送機(jī)鏈條實(shí)物如圖1所示。刮板輸送機(jī)在工作面運(yùn)輸當(dāng)中，鏈條張緊力會隨著刮板運(yùn)送煤量或者煤塊大小而不斷變化，受瞬時(shí)載荷作用影響，有可能鏈條局部或者整個(gè)鏈條松緊程度超過設(shè)計(jì)的極限[2]，這是極不安全的，帶來斷鏈、掉鏈等嚴(yán)重后果。在運(yùn)煤過程中，鏈條松緊度會對刮板輸送機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生影響，若刮板輸送機(jī)鏈條過松，鏈條容易在機(jī)頭鏈輪或者機(jī)尾鏈輪等分離點(diǎn)出現(xiàn)掉鏈，掉落的鏈條相應(yīng)在分離點(diǎn)處堆積，對鏈輪造成極大的沖擊、振動載荷作用，進(jìn)而引起惡心循環(huán)，造成鏈條斷裂、卡鏈等故障事故；若刮板輸送機(jī)鏈條過緊，鏈條、鏈輪、刮板輸送機(jī)中部槽三者之間摩擦阻力顯著增加，相應(yīng)造成刮板輸送機(jī)的功率增大，但是能耗也會增大，相關(guān)零部件磨損程度大為增大[3-4]。對刮板輸送機(jī)鏈條故障種類以及造成這些故障的原因進(jìn)行總結(jié)，見表1。

圖1 刮板輸送機(jī)鏈條

表1 鏈條故障類型及產(chǎn)生原因

1.2 預(yù)緊力分析

為確保刮板輸送機(jī)在綜采工作面正常運(yùn)煤，根據(jù)刮板鏈張緊力力學(xué)特性，采用圓環(huán)鏈與鏈輪正常嚙合，目的是阻止鏈環(huán)與鏈輪在分離點(diǎn)發(fā)生堆積或者出現(xiàn)懸垂過大而造成的沖擊、振動，因此在刮板輸送機(jī)使用之前給鏈條增加一定大小的預(yù)緊力[5]。為了不影響刮板輸送機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，需要給鏈條施加合宜的預(yù)緊力，因?yàn)?，預(yù)緊力過大，反而會增加鏈條與鏈輪之間的摩擦力，導(dǎo)致磨損嚴(yán)重、鏈環(huán)節(jié)距減少，當(dāng)然鏈條和鏈輪的使用壽命也會縮短；如果預(yù)緊力給太小，鏈條容易在分離點(diǎn)發(fā)生堆積，導(dǎo)致掉鏈等故障。

在分析刮板輸送機(jī)鏈條預(yù)緊力時(shí)，為了便于分析刮板輸送機(jī)鏈條受力狀況，將其簡化為理想的彈性體[6]，如圖2所示。圖中虛線所圍區(qū)域表示刮板輸送機(jī)靜止時(shí)所受張力，實(shí)線所圍區(qū)域表示刮板輸送機(jī)運(yùn)動狀態(tài)所受的張力，S1表示刮板輸送機(jī)在額定負(fù)載作用下鏈條與機(jī)尾鏈輪的嚙合位置所受張力，S2表示刮板輸送機(jī)在額定負(fù)載作用下鏈條與機(jī)尾鏈輪的分離位置所受張力，S3表示刮板輸送機(jī)在額定負(fù)載作用下鏈條與機(jī)頭鏈輪的嚙合位置所受張力，S4表示刮板輸送機(jī)在額定負(fù)載作用下鏈條與機(jī)頭鏈輪的分離位置所受張力。

2 張緊力自動監(jiān)控技術(shù)

2.1 微應(yīng)變監(jiān)控技術(shù)

為了良好控制刮板輸送機(jī)鏈條的張緊力，需要實(shí)時(shí)在線自動監(jiān)控張緊力大小，論文簡單介紹兩張自動監(jiān)控張緊力技術(shù)，即微應(yīng)變監(jiān)控合滑?？刂票O(jiān)控。微應(yīng)變監(jiān)控技術(shù)是利用應(yīng)變片微小變形來獲取張力變化，如圖3所示，在刮板輸送機(jī)刮板連接的鏈環(huán)上安設(shè)應(yīng)變片，刮板中輔助安裝可以處理電路、無線接收和發(fā)送的模塊以及電源，在刮板輸送機(jī)運(yùn)行過程中，可以根據(jù)應(yīng)變片變形測得張力大小。

圖2 理想狀態(tài)下鏈條張力分析示意圖

圖3 利用應(yīng)變片監(jiān)測鏈條張緊力

應(yīng)變片是由半導(dǎo)體或者金屬導(dǎo)體材質(zhì)制作，在作用力下，應(yīng)變片的長度發(fā)生改變，根據(jù)物理學(xué)知識[7]可以得出應(yīng)變片電阻值R與應(yīng)變片長度l的關(guān)系表達(dá)式：

式中：R為電阻值，Ω；ρ為電阻率，Ω.m；l為長度，mm；S 為橫截面面積，m2。

根據(jù)上述公式可以看出，所測張力變化主要是通過測應(yīng)變片電阻值轉(zhuǎn)換得到。采用微應(yīng)變自動監(jiān)控鏈條張緊力，優(yōu)勢在與鏈環(huán)上安設(shè)應(yīng)變片，監(jiān)測精度高，占用空間小，而且只要鏈條發(fā)生形變立刻就能測出鏈條張緊力變化。

2.2 滑?？刂票O(jiān)控技術(shù)

基于滑?？刂票O(jiān)控刮板輸送機(jī)鏈條張緊力的原理如圖4所示，圖中VD代表刮板輸送機(jī)鏈輪運(yùn)行速度。在整個(gè)系統(tǒng)安設(shè)有傳感器，傳感器可以測量鏈條的真實(shí)張力值SA和SB，在滑模控制中對其進(jìn)行分析和預(yù)判處理，信號比較器I將分析和處理后的期望值作比較，就得到了張力偏差值ΔSA和ΔSB，緊接著信號比較器II再對張力偏差值進(jìn)行判定，查看二者是否超越誤差允許值ΔS，得出激發(fā)信號eA和eB發(fā)送至控制器中，刮板輸送機(jī)的機(jī)尾液壓油缸A、B根據(jù)激發(fā)信號eA和eB做出伸縮反應(yīng)，液壓油缸伸長（或收縮）量分別用XA、XB表示，這便是滑?？刂萍夹g(shù)自動監(jiān)控鏈條張力的整個(gè)過程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)刮板輸送機(jī)鏈條松緊度。

圖4 基于滑?？刂奇湕l監(jiān)控張緊力

3 鏈條故障維護(hù)措施

1）斷鏈預(yù)防方法。開啟刮板輸送機(jī)之前應(yīng)當(dāng)檢查鏈條松緊度，將鏈條調(diào)節(jié)到合適的松緊程度；決不允許強(qiáng)制啟動刮板輸送機(jī)；在運(yùn)行過程中回空鏈不允許帶有雜物或者回料；及時(shí)更換變形嚴(yán)重或者磨損超過限度的鏈條；鏈條與鏈輪連接的連接環(huán)所用螺栓必須牢牢緊固，一旦在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中發(fā)生異常需要立即停機(jī)檢查。

2）飄鏈處理方法。刮板輸送機(jī)發(fā)生飄鏈故障時(shí)，首先應(yīng)停止運(yùn)送物料，接著用墊木把刮板機(jī)中部墊起，檢查刮板輸送機(jī)的中部等凹處位置。

3）掉鏈處理。若刮板輸送機(jī)發(fā)生兩條鏈掉落，使用專用裝置將刮板鏈條回上鏈輪。若出現(xiàn)一根鏈條掉落，采用鏈條對稱位置，用硬木支撐，開啟刮板輸送機(jī)，上掉落的鏈條，上鏈的過程中人員一定要站在安全地方，因?yàn)橛锌赡苣竟鲝棾鲈鷤恕?/p>

4）刮板鏈底鏈出槽改善措施。為了防止刮板輸送機(jī)底鏈出槽，在開機(jī)之前檢查刮板減速機(jī)是否平整，務(wù)必保證兩條鏈長度一致，不能出現(xiàn)鏈條節(jié)距偏短情形。在維護(hù)的時(shí)候一定要按照安全規(guī)程來進(jìn)行處理，不允許在底槽掉鏈情形下，隨意處理，因?yàn)榇朔N情況有可能出現(xiàn)卡鏈造成電機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行，機(jī)尾被拉翻，致使人員傷亡。在刮板輸送機(jī)運(yùn)行期間，充分利用自動監(jiān)控技術(shù)調(diào)整鏈條張緊力，確保刮板輸送機(jī)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。對刮板輸送機(jī)鏈條維護(hù)、預(yù)防、改善后，應(yīng)用于采面工作面。

4 結(jié) 論

礦用刮板輸送機(jī)是綜采工作面中重要設(shè)備之一，鏈條因?yàn)閺埦o力變化而發(fā)生故障。為了提高刮板輸送機(jī)穩(wěn)定性和安全性，論文對鏈條張緊力自動監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行了研究，并提出了維護(hù)刮板鏈措施：①為了防止刮板輸送機(jī)鏈環(huán)與鏈輪在分離點(diǎn)發(fā)生堆積或者出現(xiàn)懸垂過大而造成的沖擊、振動，使用之前給鏈條增加一定大小的預(yù)緊力。刮板輸送機(jī)在運(yùn)行過程中，鏈條主要有斷鏈、飄鏈、掉鏈和底鏈出槽四種故障。②為了調(diào)節(jié)鏈條預(yù)緊力，需要實(shí)時(shí)在線自動監(jiān)控刮板輸送機(jī)鏈條張緊力，論文介紹了微應(yīng)變監(jiān)控技術(shù)和滑模控制監(jiān)控技術(shù)。③針對刮板輸送機(jī)斷鏈、飄鏈、掉鏈和底鏈出槽故障，分別提出了相應(yīng)改善鏈條措施，自動監(jiān)控鏈條張緊力并根據(jù)需要對鏈條松緊度進(jìn)行調(diào)節(jié)，有效的確保了刮板輸送機(jī)正常運(yùn)行。