刮板輸送機(jī)斷鏈保護(hù)裝置設(shè)計(jì)及應(yīng)用

武彥勇

（汾西礦業(yè)集團(tuán)水峪煤業(yè)有限責(zé)任公司洗煤廠 山西 孝義 032300）

重型刮板輸送機(jī)是現(xiàn)代化大型選煤廠的關(guān)鍵機(jī)電設(shè)備之一，大功率、強(qiáng)運(yùn)力的重型刮板輸送機(jī)是保障選煤廠完成設(shè)計(jì)洗選能力的基礎(chǔ)。由于選煤廠刮板輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)間長、工況條件差、長期負(fù)載大，易發(fā)生機(jī)電故障，尤其是斷鏈故障，當(dāng)發(fā)生槽底斷鏈甚至是雙鏈均斷故障時(shí)，處理過程極為復(fù)雜，甚至占用工時(shí)長達(dá)16 h，嚴(yán)重影響設(shè)備開機(jī)率[1-3]。汾西礦業(yè)集團(tuán)水峪煤業(yè)選煤廠設(shè)計(jì)洗選能力600 萬t/年，共安裝3 臺(tái)SGZ630/264 型大功率刮板輸送機(jī)，承擔(dān)著原煤入選及煤炭進(jìn)倉的運(yùn)輸任務(wù)。大功率刮板輸送機(jī)長時(shí)間保持安全可靠運(yùn)行至關(guān)重要，需要配備完善的故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及保護(hù)系統(tǒng)，但對(duì)于斷鏈故障來說，目前該選煤廠還未實(shí)現(xiàn)斷鏈故障的主動(dòng)監(jiān)測(cè)及動(dòng)態(tài)保護(hù)，需對(duì)刮板輸送機(jī)的斷鏈故障進(jìn)行升級(jí)改造，從而有效降低斷鏈故障率。

1 工程概況

該選煤廠初始設(shè)計(jì)能力為300萬t/年，經(jīng)過技術(shù)改造，現(xiàn)洗選能力達(dá)到600 萬t/年，采用無壓重介質(zhì)旋流器及濃縮浮選工藝。原煤從原煤倉經(jīng)多部轉(zhuǎn)運(yùn)帶式輸送機(jī)給入刮板輸送機(jī)，再經(jīng)過刮板輸送機(jī)分配給重介選煤系統(tǒng)。SGZ630/264 型刮板輸送機(jī)設(shè)計(jì)長度200 m，額定輸送能力450 t/h，鏈速0.95 m/s，裝機(jī)功率為2×132 kW，圓環(huán)鏈規(guī)格為22×86-C，中部槽規(guī)格為1500×630×222(mm)，輸送機(jī)配置有分料閘板裝置，并采用液壓驅(qū)動(dòng)模式。

在當(dāng)前生產(chǎn)條件下，選煤廠全天24 小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，刮板輸送機(jī)每天除4小時(shí)的檢修時(shí)間，其余20小時(shí)長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，且每月運(yùn)行時(shí)間長達(dá)28 天～29 天，重型刮板輸送機(jī)工作時(shí)間長、工作負(fù)載大、作業(yè)工況差，磨損情況比較嚴(yán)重，容易發(fā)生各類機(jī)械及電氣故障。常見故障如過載、過流等均設(shè)有常規(guī)保護(hù)裝置，能監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)故障進(jìn)行應(yīng)急處置。而對(duì)于常見的斷鏈故障，則暫未安裝必要的保護(hù)裝置，只能依靠人工排查或出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行處理，檢查及維修工作耗時(shí)耗力，一旦處置不及時(shí)，就有可能發(fā)生斷鏈、卷機(jī)頭等惡性事故。

2 刮板輸送機(jī)斷鏈故障影響因素分析

刮板輸送機(jī)的刮板鏈強(qiáng)度問題一直是困擾國產(chǎn)刮板輸送機(jī)的大問題，由于磨損、疲勞、自身質(zhì)量差、銹飩等原因，使輸送機(jī)鏈條在使用3 個(gè)月后斷鏈?zhǔn)鹿拭黠@增多，分析斷鏈原因如下[4-5]：

（1）鏈條疲勞損傷。輸送機(jī)鏈條在過度磨損后會(huì)發(fā)生疲勞損傷，導(dǎo)致強(qiáng)度降低，加之運(yùn)輸煤炭的濕熱環(huán)境，鏈條很容易被腐蝕并發(fā)生銹蝕，強(qiáng)度衰減嚴(yán)重，尤其鏈環(huán)卡接處，在負(fù)載過大、受力不均條件下，容易發(fā)生斷鏈?zhǔn)鹿省?/p>

（2）輸送機(jī)負(fù)載過大。當(dāng)輸送機(jī)滿載啟動(dòng)，長時(shí)間過負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)以及頻繁啟停時(shí)，不但電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)容易發(fā)生故障，也增大了鏈條運(yùn)行張力，使鏈環(huán)容易發(fā)生崩斷。應(yīng)在使用過程中避免頻繁啟停、滿載啟動(dòng)等不當(dāng)操作方式。

（3）輸送槽磨損及跳鏈故障。如果刮板輸送機(jī)溜槽磨損嚴(yán)重，或鏈環(huán)、刮板磨損嚴(yán)重時(shí)，鏈條與溜槽的匹配度變差，之間孔空隙增大，在運(yùn)行過程中容易發(fā)生鏈條或刮板崩出故障，鏈條及刮板頻繁崩出，容易造成煤流外溢、卡別故障、斷鏈故障。

（4）鏈輪、分鏈器磨損。鏈輪及分鏈器是刮板輸送機(jī)的重要部件，安裝在機(jī)頭處，負(fù)責(zé)引導(dǎo)鏈條運(yùn)行，保證鏈條同步、有序運(yùn)行，如果鏈輪、分鏈器出現(xiàn)過度磨損及其他故障，分鏈作用被削弱，就會(huì)導(dǎo)致兩側(cè)鏈條受力不均，容易造成鏈條拉斷及煤流分配不均等。

3 斷鏈保護(hù)裝置設(shè)計(jì)思路及整體方案

3.1 保護(hù)裝置設(shè)計(jì)思路

參考帶式輸送機(jī)皮帶撕裂、斷帶的保護(hù)裝置設(shè)計(jì)思路，研究刮板輸送機(jī)的斷鏈保護(hù)裝置。思路是在刮板輸送機(jī)溜槽處設(shè)置多處監(jiān)測(cè)點(diǎn)，安裝接近開關(guān)傳感器，一旦監(jiān)測(cè)到斷鏈信號(hào)，立即采取失速動(dòng)作，繼而切斷電機(jī)供電，停止設(shè)備繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。保護(hù)裝置除了對(duì)雙鏈斷裂事故能夠起作用，還應(yīng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)單側(cè)斷鏈、雙側(cè)錯(cuò)鏈、雙鏈不均衡、鏈條崩出等故障。設(shè)計(jì)思路如圖1所示，在刮板輸送機(jī)溜槽兩側(cè)對(duì)稱安裝接近開關(guān)傳感器，傳感器工作類型為電感式，包括三部分，一是振蕩器，二是開關(guān)電路，三是放大電路，由磁場(chǎng)進(jìn)行感應(yīng)測(cè)試。

圖1 斷鏈保護(hù)裝置設(shè)計(jì)思路示意圖

3.2 保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理

保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分井上及井下兩部分，井上部分較簡(jiǎn)單，只將系統(tǒng)工控機(jī)安裝并接入監(jiān)控室。主要是井下部分，按照設(shè)計(jì)原理在刮板輸送機(jī)溜槽兩側(cè)對(duì)稱安裝接近開關(guān)傳感器，共設(shè)置5 組，均勻布置在機(jī)頭、中部、機(jī)尾處，傳感器經(jīng)信號(hào)線接入井下控制器及電氣柜，電氣柜內(nèi)設(shè)有電源、PLC 控制器、輸入及輸出設(shè)備，再接入井上監(jiān)控室，設(shè)計(jì)示意圖如圖2所示。系統(tǒng)的核心部件是PLC控制器，選用西門子S7-1200CPU編譯控制器，內(nèi)置3個(gè)通信模塊，可直接接入以太環(huán)網(wǎng)進(jìn)行通訊，系統(tǒng)通過組態(tài)輸入、輸出功能進(jìn)行故障警報(bào)及保護(hù)處置。

圖2 斷鏈監(jiān)控及保護(hù)裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖

刮板輸送機(jī)斷鏈保護(hù)裝置的工作原理是當(dāng)刮板輸送機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，傳感器逐個(gè)對(duì)經(jīng)過的刮板水平及垂直狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，比對(duì)刮板兩端經(jīng)過傳感器的時(shí)間，進(jìn)而判斷出是否發(fā)生斷鏈故障。傳感器的最大監(jiān)測(cè)距離為20 mm，當(dāng)刮板依次通過傳感器時(shí)，進(jìn)入傳感器的磁場(chǎng)范圍，刮板即可觸發(fā)傳感器驅(qū)動(dòng)元件，進(jìn)行信號(hào)識(shí)別、接收、上傳，在PLC控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，PLC接收到的數(shù)據(jù)為模擬數(shù)字信號(hào)，處理后轉(zhuǎn)換為設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)，如果識(shí)別為斷鏈等故障信號(hào)，立即采取失速動(dòng)作，繼而切斷電機(jī)供電，停止設(shè)備繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，并發(fā)出故障警報(bào)，提示進(jìn)行處置。同時(shí)，系統(tǒng)具備監(jiān)控室遠(yuǎn)程操作功能，具有遠(yuǎn)程停機(jī)權(quán)限，可進(jìn)行緊急處置。

4 應(yīng)用及結(jié)語

結(jié)合該洗煤廠3 臺(tái)SGZ630/264 型大功率刮板輸送機(jī)的使用現(xiàn)狀，按照故障率統(tǒng)計(jì)，3臺(tái)設(shè)備月均斷鏈次數(shù)達(dá)3 次，以每次維修時(shí)間2 h 來統(tǒng)計(jì)，全年影響時(shí)間長達(dá)70余h，造成停產(chǎn)間接損失達(dá)3 000余萬元。在3臺(tái)SGZ630/264型大功率刮板輸送機(jī)上均實(shí)施了斷鏈保護(hù)裝置改造，共安裝15 對(duì)斷鏈保護(hù)傳感器，分別接入各自電器柜內(nèi)的PLC 控制器，一并接入地面工控機(jī)及監(jiān)控室，改造費(fèi)用共計(jì)1.1萬元。斷鏈保護(hù)裝置安裝并投入使用后，從根本上避免了惡性斷鏈?zhǔn)鹿实陌l(fā)生，3臺(tái)刮板輸送機(jī)一年內(nèi)統(tǒng)計(jì)到的突發(fā)斷鏈?zhǔn)鹿蕛H5次，各類刮板、鏈條故障均在早期得以發(fā)現(xiàn)并利用檢修時(shí)間進(jìn)行處置，直接節(jié)約斷鏈檢修材料費(fèi)用達(dá)5萬余元，間接挽回停產(chǎn)損失近3 000萬元，極大改善了刮板輸送機(jī)的運(yùn)行工況，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著。