振動給煤機設(shè)計與應(yīng)用研究

竇浩浩

（山西蘭花科創(chuàng)玉溪煤礦有限責(zé)任公司，山西 晉城 048214）

引言

給煤機作為煤炭開采過程中應(yīng)用較為廣泛的裝卸載設(shè)備之一，其工作性能的好壞直接關(guān)系著礦井煤炭開采效率和產(chǎn)能，因此必須引起高度重視[1]。塊度作為給煤機性能評價極其關(guān)鍵的因素，對給煤機的給煤量和煤炭質(zhì)量具有重要的影響[2]。傳統(tǒng)礦井裝卸載系統(tǒng)中多采用往復(fù)式給煤機，雖然能夠保證給煤機運行過程中給煤量的恒定，但是塊度大小不一，塊度過大會增加煤炭運輸存儲所需的空間，甚至卡死給煤機，不利于礦井煤炭開采產(chǎn)量的提高[3-5]。因此結(jié)合工作經(jīng)驗與某礦煤炭裝卸系統(tǒng)的需求，對新型給煤機的設(shè)計與應(yīng)用進(jìn)行研究。

1 振動給煤機設(shè)計

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖1 給煤機安裝圖

根據(jù)礦井給煤機布置空間及生產(chǎn)現(xiàn)場實際需求，完成了振動給煤機方案的設(shè)計，如圖1 所示，主要由平閘板、主彈簧、激振電機、槽體等組成。振動給煤機的工作原理如下：激振器中設(shè)計有偏心塊，旋轉(zhuǎn)過程中能夠產(chǎn)生離心力，帶動槽體有規(guī)律地振動，推動煤炭持續(xù)前移，實現(xiàn)給煤的目的。當(dāng)給煤機給煤過程中突然遇到塊度較大的煤炭時，經(jīng)振動處理過程能夠?qū)崿F(xiàn)塊度均勻化的效果，避免給煤機輸出煤炭塊度的大小不一現(xiàn)象。為了提高給煤機的自動化水平，便于現(xiàn)場使用，將給煤量和給煤速度設(shè)計為自動可調(diào)，其中給煤量的調(diào)整主要通過倉口平閘板油缸控制受煤倉向給煤機輸入量實現(xiàn)；給煤機槽體在槽體回轉(zhuǎn)油缸作用下可在傾角0°～20°范圍內(nèi)進(jìn)行自動調(diào)整，進(jìn)而控制給煤速度。

1.2 液壓系統(tǒng)設(shè)計

為了滿足煤礦的生產(chǎn)需求，完成了液壓系統(tǒng)的設(shè)計，如圖2 所示。該液壓系統(tǒng)其動力部分采用了2組電機和液壓泵，其中1 套處于工作狀態(tài)，另1 套處于備用狀態(tài)。液壓執(zhí)行元件均為閘板液壓缸，涉及2個平閘板油缸、2 個回轉(zhuǎn)油缸和1 個前閘板油缸，為了提高液壓油缸運動過程中的安全性，在油缸回路中設(shè)置有雙向液壓鎖。為了避免出現(xiàn)斷電導(dǎo)致給煤機閘板不能關(guān)閉，煤炭大量輸出壓壞皮帶機，增設(shè)了2 個蓄能器，存儲的液壓壓力足以完成斷電情況下閘板的關(guān)閉要求。給煤機正常工作過程中僅僅在給煤機啟停和給煤量調(diào)整時才工作，使用頻率不高，并且煤炭量調(diào)好之后就不變了，也就是油泵較長時間內(nèi)處于非工作狀態(tài)，只有在蓄能器能量釋放之后方可啟動液壓站電機進(jìn)行蓄能。

圖2 液壓系統(tǒng)原理圖

1.3 電控系統(tǒng)設(shè)計

振動給煤機機械結(jié)構(gòu)功能的實現(xiàn)需要電控系統(tǒng)作為保障，系統(tǒng)采用了2 套激振電機，功率大小為2.2 kW，用于實現(xiàn)給煤機振動，保障煤炭順利輸送；同時采用了2 套7.5 kW 的油泵電機為液壓系統(tǒng)提供足夠的壓力，保障給煤機回轉(zhuǎn)油缸、前閘板油缸和平閘板油缸的可靠動作；為了保證液壓油的粘度適宜，設(shè)計了液壓油箱加熱裝置，最大熱功率為2 kW。上述電機均使用380 V 供電，控制線路中設(shè)計了刀閘開關(guān)、熔斷器、繼電器等保護(hù)控制元件，能夠保證電機可靠得電工作。為了實現(xiàn)振動給煤機的低壓控制，供電線路中分別設(shè)計AC220V 和DC24V 變壓器，得到控制電路所需電能，實現(xiàn)振動給煤機功能實現(xiàn)的自動控制。具體電控系統(tǒng)回路如圖3 所示。

圖3 電控系統(tǒng)原理圖

1.4 PLC 控制程序設(shè)計

給煤機控制系統(tǒng)采用了可編程邏輯控制器PLC，要想實現(xiàn)給煤機動作的自動控制，必須編制對應(yīng)的控制程序。給煤機控制系統(tǒng)設(shè)計了兩種工作模式，分別為手動控制和聯(lián)動控制。手動控制模式功能的實現(xiàn)需要操作人員手動操作完成，如液壓站的啟停、閘板開度調(diào)整、振動啟停等；聯(lián)動控制模式下上述功能操作自動完成，與下級的輸送帶和上級的提升機協(xié)調(diào)配合運轉(zhuǎn)。PLC 的應(yīng)用不僅實現(xiàn)了給煤機邏輯關(guān)系的控制，也為給煤機運轉(zhuǎn)過程實現(xiàn)在線監(jiān)測和遠(yuǎn)程控制提供了條件，實現(xiàn)整臺設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控，無人值守。具體PLC 程序如圖4 所示。

圖4 PLC 控制程序

1.5 振動給煤機的調(diào)試

振動給煤機完成設(shè)計、采購/加工、裝配等工作后需要由專業(yè)的技術(shù)人員現(xiàn)場指導(dǎo)設(shè)備的調(diào)試工作，主要包括液壓系統(tǒng)、前閘板、槽體回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、槽體振動、給煤量、激振力調(diào)整等內(nèi)容。

液壓系統(tǒng)調(diào)試時需要泵站啟動前檢測系統(tǒng)油路是否接好、各類閥件是否正常、液壓油位是否滿足規(guī)定要求、油缸連接是否牢固、油缸推桿路線上是否存在障礙、蓄能器是否密封可靠等，要求蓄能器內(nèi)的壓力不能超過12 MPa，確保其能夠在系統(tǒng)斷電情況下足以關(guān)閉閘板；前閘板和槽體回轉(zhuǎn)系統(tǒng)調(diào)試工作重點是在油泵開啟，系統(tǒng)壓力保持12 MPa 情況下，反復(fù)啟停驅(qū)動油缸，使系統(tǒng)在行程內(nèi)完成3 個循環(huán)，確保運動可靠無卡滯、鎖緊可靠；電控系統(tǒng)調(diào)試主要檢查控制柜的外形及其隔爆性能，確定各個操縱按鈕正常；槽體振動調(diào)試首先手動盤動振動槽體，之后開啟激振電機使其保持在80%的激振力，連續(xù)運行2 h，觀察激振過程中系統(tǒng)功能的實現(xiàn)情況；激振力的調(diào)試主要是調(diào)試電機輸入激振力與煤炭塊度的關(guān)系，通過調(diào)整激振電機個數(shù)完成振動激振力的調(diào)整，進(jìn)而控制煤炭破碎的程度，確保煤炭輸出塊度的均勻性；給煤量調(diào)試主要通過調(diào)整槽底傾角、平閘板和前閘板的位置關(guān)系實現(xiàn)。

2 應(yīng)用效果評價

為了驗證振動給煤機的應(yīng)用效果，將其應(yīng)用于煤礦中進(jìn)行煤炭裝卸工作，并且在其連續(xù)運行的半年時間內(nèi)進(jìn)行了跟蹤。相較于往復(fù)式給煤機，振動給煤機結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，運行過程中未出現(xiàn)設(shè)備故障；振動給煤機的應(yīng)用大大提高了礦井煤炭裝卸工作的自動化、智能化水平，保證了工作人員作業(yè)過程中的安全性，避免事故的出現(xiàn)。預(yù)計振動給煤機的應(yīng)用將會為企業(yè)節(jié)省設(shè)備維護(hù)維修費用和人員投入成本約100 萬/a。經(jīng)抽樣檢查得到振動給煤機輸出的大個煤炭塊度誤差范圍為10～25 mm，塊度均勻穩(wěn)定，得到了企業(yè)使用人員的一致好評。