刮板輸送機(jī)斷鏈監(jiān)測(cè)技術(shù)研究與系統(tǒng)開發(fā)

霍曉偉

(長(zhǎng)治三元中能煤業(yè)有限公司，山西 長(zhǎng)治 046605)

0 引言

近年來，我國(guó)煤礦生產(chǎn)的現(xiàn)代化和智能化水平逐漸提高，機(jī)電一體化水平與國(guó)外同行日趨接近，同時(shí)，煤礦企業(yè)對(duì)生產(chǎn)效率和生產(chǎn)安全的要求也越來越高。刮板輸送機(jī)是煤礦井下工作面的重要物料運(yùn)輸設(shè)備，是煤炭運(yùn)輸?shù)牡谝画h(huán)節(jié)，其承載力強(qiáng)、運(yùn)量大，但工作環(huán)境惡劣、工作負(fù)荷大，因此易發(fā)生機(jī)械設(shè)備故障，嚴(yán)重影響煤礦生產(chǎn)效率[1-3]。對(duì)此，應(yīng)積極采用新工藝、新技術(shù)，不斷提高刮板輸送機(jī)的故障監(jiān)測(cè)水平，提高設(shè)備可靠性，縮短故障停機(jī)時(shí)間。本文對(duì)刮板輸送機(jī)斷鏈監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了研究和系統(tǒng)開發(fā)。

1 刮板輸送機(jī)工作原理

刮板輸送機(jī)主要由機(jī)頭部、刮板鏈、上溜槽、下溜槽和機(jī)尾等部件組成，各節(jié)刮板等距連接在刮板鏈上，刮板鏈環(huán)形纏繞在機(jī)頭鏈輪和機(jī)尾鏈輪之間，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下鏈條做往復(fù)循環(huán)運(yùn)動(dòng)。為保證有足夠的啟動(dòng)和運(yùn)輸功率，一般在頭部設(shè)置2臺(tái)電機(jī)，尾部設(shè)置1臺(tái)電機(jī)；上部溜槽主要用于承載原煤重量，并協(xié)同刮板鏈將原煤輸送至機(jī)頭后卸載，下部溜槽負(fù)責(zé)托起返回機(jī)尾的空載刮板鏈[4-5]。

由于刮板鏈在特定張力下長(zhǎng)期往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因此與溜槽、鏈輪等零件之間存在較大摩擦，且原煤、矸石等重物對(duì)鏈條也有頻繁沖擊，造成鏈條強(qiáng)度降低，而在鏈條的眾多鏈環(huán)中，只要有一處因強(qiáng)度不足而斷裂，則相應(yīng)刮板將歪斜甚至卡入鏈輪，引發(fā)嚴(yán)重設(shè)備事故。

2 斷鏈故障原因分析

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)，斷鏈故障的發(fā)生原因主要包括以下幾個(gè)方面：

(1) 制造質(zhì)量問題。首先是刮板鏈的材料和熱處理應(yīng)滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，否則容易出現(xiàn)塑性變形和斷裂；其次是對(duì)于焊接的圓環(huán)鏈，應(yīng)保證焊接接口和熱影響區(qū)的強(qiáng)度，避免發(fā)生脆性斷裂；最后，刮板鏈和刮板應(yīng)符合設(shè)計(jì)圖紙要求，提高零件尺寸的一致性，避免因零件尺寸偏差導(dǎo)致的局部裝配尺寸差異，使刮板鏈?zhǔn)芰Σ痪鶆颉?/p>

(2) 使用過程過度磨損。一方面，刮板鏈與溜槽和鏈輪之間存在較大摩擦，且井下腐蝕性介質(zhì)較多，鏈環(huán)易發(fā)生提前失效，因此應(yīng)進(jìn)行及時(shí)檢查維修；另一方面，當(dāng)刮板鏈預(yù)張力過大時(shí)，各處摩擦力增加，磨損加劇。

(3) 設(shè)備過載。當(dāng)刮板輸送機(jī)上的物料過多、刮板鏈出現(xiàn)異物卡阻、過載狀態(tài)頻繁啟動(dòng)時(shí)，鏈條所受張力過大，鏈環(huán)薄弱環(huán)節(jié)易發(fā)生斷裂。

3 刮板輸送機(jī)斷鏈檢測(cè)方法研究

3.1 刮板平行度檢測(cè)

設(shè)備上的刮板鏈不管是單鏈還是雙鏈，一旦發(fā)生鏈條斷裂，鏈條將失去張力而松弛，所連接的刮板也不再相互平行，因此，可通過檢測(cè)刮板兩端的歪斜量來判斷是否發(fā)生斷鏈。

刮板平行度檢測(cè)如圖1所示，以中部槽為例，在槽體兩側(cè)對(duì)稱加工接近開關(guān)的安裝孔，當(dāng)刮板一端進(jìn)入接近開關(guān)的檢測(cè)范圍時(shí)，接近開關(guān)發(fā)出檢測(cè)信號(hào)。正常情況下，允許刮板兩側(cè)存在微小傾斜，但當(dāng)傾斜偏差大于Δsmin時(shí)，則認(rèn)為該偏差由斷鏈導(dǎo)致，此時(shí)應(yīng)發(fā)出報(bào)警。假設(shè)刮板鏈的運(yùn)動(dòng)速度為v，刮板兩側(cè)一對(duì)接近開關(guān)的信號(hào)時(shí)間偏差為Δt，則當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到Δt>Δsmin/v時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。為減小檢測(cè)誤差，一般在機(jī)頭等易發(fā)生斷鏈的位置安裝多組接近開關(guān)。

3.2 鏈條張緊度檢測(cè)

刮板鏈的松緊狀態(tài)也能反映鏈條的工作情況，正常工況下，鏈條受到機(jī)尾張緊油缸等作用，鏈條處于平直張緊狀態(tài)，而斷鏈發(fā)生后，鏈條松弛，因此可通過檢測(cè)鏈條的張緊度來間接檢測(cè)斷鏈故障。

鏈條張緊度檢測(cè)如圖2所示，該裝置主要由檢測(cè)電路、安裝支架、觸片、壓縮彈簧、頂桿、彈性鋼片等組成。刮板鏈正常工作時(shí)，鏈條壓緊彈性鋼片，下部頂桿連同下觸片壓縮彈簧，此時(shí)，上、下觸片分離，檢測(cè)電路無信號(hào)；發(fā)生斷鏈時(shí)，彈性鋼片失去上部約束，壓縮彈簧將頂桿彈出，則上、下觸片接觸，檢測(cè)電路接通并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。需注意的是，應(yīng)將該裝置安裝在機(jī)頭鏈輪的前部位置，保證鏈條的張緊狀態(tài)。另外，由于鏈條存在較大波動(dòng)，為避免誤報(bào)警，應(yīng)將電路持續(xù)接通信號(hào)作為判斷依據(jù)。但實(shí)際生產(chǎn)表明，刮板平行度檢測(cè)比張緊度檢測(cè)更加適合于井下惡劣工況環(huán)境，且安裝和維護(hù)更加方便。

圖1 刮板平行度檢測(cè)方法

圖2 鏈條張緊度檢測(cè)方法

3.3 驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流檢測(cè)

上述方法都是對(duì)斷鏈后狀態(tài)的檢測(cè)，而實(shí)際為避免發(fā)生斷鏈，還需對(duì)機(jī)頭和機(jī)尾驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流進(jìn)行檢測(cè)，以便在異常情況下及時(shí)停機(jī)。正常工況下，機(jī)頭和機(jī)尾電機(jī)電流存在一定差值和波動(dòng)，而當(dāng)矸石、金屬零件等異物卡阻鏈條時(shí)，機(jī)頭電機(jī)的輸出功率和電流快速增大，此時(shí)容易發(fā)生斷鏈。假設(shè)斷鏈預(yù)警電流差值為ΔImin，則當(dāng)|I頭-I尾|≥ΔImin時(shí)(I頭為機(jī)頭電機(jī)電流，I尾為機(jī)尾電機(jī)電流)，認(rèn)為有斷鏈風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)采取斷電措施。

4 系統(tǒng)使用效果及意義

4.1 系統(tǒng)組成

斷鏈故障綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)如圖3所示，主要由接近開關(guān)檢測(cè)單元、電機(jī)電流檢測(cè)單元、信號(hào)傳輸系統(tǒng)、PLC控制柜、井上PC監(jiān)控端等組成，其中斷鏈檢測(cè)采用刮板平行度檢測(cè)法，同時(shí)采用電機(jī)電流檢測(cè)來防止

過載工況下斷鏈。信號(hào)傳輸主要包括檢測(cè)模塊到PLC控制器及PLC控制器與井上監(jiān)控軟件之間的數(shù)據(jù)傳輸，以工業(yè)以太網(wǎng)為基礎(chǔ)，前者采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集和指令發(fā)送，后者利用已組建的礦井環(huán)網(wǎng)發(fā)送在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

圖3 斷鏈故障綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

4.2 控制邏輯規(guī)則

合理的PLC控制邏輯規(guī)則對(duì)于提高故障識(shí)別率、降低誤報(bào)率至關(guān)重要，本系統(tǒng)的規(guī)則設(shè)計(jì)如下：

(1) PLC控制器自動(dòng)采集n組接近開關(guān)的信號(hào)，并對(duì)同一組開關(guān)傳回信號(hào)的時(shí)間差Δt進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)連續(xù)監(jiān)測(cè)到3次及3次以下的Δt>Δtmin信號(hào)時(shí)，PLC控制器發(fā)出警告提示；當(dāng)連續(xù)監(jiān)測(cè)到4次及4次以上的Δt>Δtmin信號(hào)時(shí)，PLC控制器發(fā)出斷鏈警報(bào)，同時(shí)自動(dòng)切斷驅(qū)動(dòng)電機(jī)電源。

(2) PLC控制器自動(dòng)采集機(jī)頭和機(jī)尾的電機(jī)電流信號(hào)，并計(jì)算其差值|I頭-I尾|，當(dāng)監(jiān)測(cè)到|I頭-I尾|≥ΔImin時(shí)，PLC控制器發(fā)出故障警告；當(dāng)監(jiān)測(cè)到的|I頭-I尾|≥ΔImin信號(hào)持續(xù)時(shí)間超過tmax時(shí)，PLC控制器發(fā)出設(shè)備過載警報(bào)，同時(shí)切斷電機(jī)電源。

5 結(jié)語

刮板輸送機(jī)是煤礦井下的重要物料運(yùn)輸設(shè)備，但由于其工況環(huán)境惡劣，易發(fā)生斷鏈故障，因此為提高其故障監(jiān)測(cè)水平，降低故障停機(jī)時(shí)間，本文首先對(duì)斷鏈故障的發(fā)生原因進(jìn)行了分析，然后分別研究了三種斷鏈檢測(cè)方法，在此基礎(chǔ)上，提出了基于刮板水平度檢測(cè)和電機(jī)電流檢測(cè)的斷鏈故障檢測(cè)系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和控制邏輯規(guī)則進(jìn)行了研究。