刮板輸送機(jī)斷鏈原因分析及智能斷鏈保護(hù)裝置研究

葛麗霞

（山西省高質(zhì)量轉(zhuǎn)型發(fā)展研究院，山西 太原 030002）

引言

刮板輸送機(jī)常應(yīng)用于煤礦井下的綜掘工作面、采煤工作面中。其最普遍的故障種類為刮板鏈掉鏈、斷鏈。在刮板鏈出現(xiàn)斷鏈故障時(shí)，由于被下鏈所作用的牽引力，所以斷鏈就會堆積到機(jī)頭或槽底等位置，使刮板鏈的鏈輪載荷增加，如果故障發(fā)現(xiàn)的不及時(shí)，就會導(dǎo)致斷鏈發(fā)生處會堆積鏈條、增加間距，如果想要把拖鏈、接鏈的工作完成就要浪費(fèi)很多的時(shí)間與人力，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)p壞刮板輸送機(jī)，使設(shè)備的使用期限減少。

1 刮板輸送機(jī)常見斷鏈類型和原因

1.1 斷鏈類型

1）強(qiáng)力斷鏈。在焊接對口、受焊縫所影響的區(qū)域、鏈環(huán)有彎曲發(fā)生的部分等位置有強(qiáng)力斷鏈的出現(xiàn)，在刮板鏈本身所存在的破斷載荷小于沖擊刮板的力時(shí)，就會有此故障產(chǎn)生，而且脆性斷裂就是斷口所體現(xiàn)出來的形態(tài)。

2）疲勞斷鏈。盡管刮板鏈的破斷載荷大于作用于刮板鏈的力，可是脈沖載荷在不短的時(shí)間中一直作用于刮板鏈，就會有疲勞破壞產(chǎn)生。而且斷口絕大多水出現(xiàn)于鏈環(huán)的彎曲處與直線部分所有連接處[1-2]。

3）混合斷鏈。破斷現(xiàn)象是在脈沖載荷與沖擊力一起長時(shí)間作用在刮板鏈所產(chǎn)生的，斷口處是不平滑的而且其有特別突出的塑形變形區(qū)。圖1 就是刮板鏈破斷位置示意圖。

圖1 刮板鏈破斷位置示意圖

1.2 產(chǎn)生斷鏈的主要原因

從動輪、刮板、刮板鏈由于機(jī)頭齒輪的運(yùn)轉(zhuǎn)而把物料運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而使物料在槽體中的輸送得以實(shí)現(xiàn)。當(dāng)井下采用使，刮板鏈發(fā)生斷鏈的原因主要包括：

1）當(dāng)刮板輸送機(jī)的彎曲鋪設(shè)。在刮板輸送機(jī)的進(jìn)行鋪設(shè)的地方會有彎度產(chǎn)生，圖2 就是刮板輸送機(jī)彎曲鋪設(shè)刮板鏈分布形式。在圖2 中能夠發(fā)現(xiàn)，由于彎曲之后就會有弧度，所以刮板鏈的內(nèi)側(cè)較短于外側(cè)，而且載荷主要作用于刮板鏈的外側(cè)，進(jìn)而極易造成刮板鏈的外側(cè)有斷鏈發(fā)生。

圖2 刮板輸送機(jī)彎曲鋪設(shè)刮板鏈分布形式

2）連接螺栓沒有在鏈環(huán)中。在連接螺栓發(fā)生丟失與松動時(shí)，就會使鏈環(huán)的受力情況發(fā)生改變，就會從不定量的弧形靜改變?yōu)閼冶哿旱囊幻媸芰?，下頁圖3 就是圓環(huán)受力示意圖。彎曲應(yīng)力與拉應(yīng)力共同作用于連接環(huán)，式（1）能夠?qū)ψ饔糜阪湱h(huán)危險(xiǎn)截面的力?進(jìn)行計(jì)算。

圖3 圓環(huán)受力示意圖

式中：Q 為作用于鏈環(huán)的拉應(yīng)力，kN；F 為鏈環(huán)的危險(xiǎn)截面的（I 位置）斷面積，cm2；M 為彎矩作用于鏈環(huán)危險(xiǎn)截面的力，N·m；W 為連接環(huán)在危險(xiǎn)截面（I 位置）斷面系數(shù)，cm3。

本文把SWG-40T 刮板輸送機(jī)當(dāng)作案例，本案例中的刮板輸送機(jī)的傳動系數(shù)、轉(zhuǎn)速、電動機(jī)的功率分別為0.85、1 470 r/min、40 kW。在鏈環(huán)中沒有連接螺栓時(shí)，運(yùn)用式（1）分析鏈環(huán)的受力情況，各種數(shù)據(jù)分別是：F=2.838cm2，W=63.673cm3，M=666N·m，Q=44.4 kN。把以上數(shù)據(jù)代入式（1）得出?=16 691 N/cm2，鏈環(huán)所受到破斷載荷是8 000 N/cm2，所以，在鏈環(huán)中沒有連接螺栓時(shí)，發(fā)生斷裂的概率會更高。

3）刮板鏈發(fā)生跳鏈。在刮板鏈發(fā)生跳鏈故障之后，其鏈環(huán)會產(chǎn)生沖擊力在機(jī)頭軸與鏈輪齒中，極易導(dǎo)致其斷裂發(fā)生。最普遍的處理跳鏈故障的方法為把墊板放置在機(jī)頭輪齒的位置。

4）鏈環(huán)有銹蝕發(fā)生。有很多的氣體、液體存在于煤礦井下，在這些氣體與液體中有的腐蝕性非常強(qiáng)，但是，鏈環(huán)在接觸了腐蝕性較強(qiáng)的物體時(shí)，產(chǎn)生脫皮與銹蝕等問題，使斷鏈的概率增大[3]。

5）動載荷。在刮板輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)，會有力作用于刮板鏈，其作用力是變化的，而且是周期性的，機(jī)頭的位置受到的作用力主要是煤炭與大塊的矸石所帶來的沖擊力，進(jìn)而造成刮板鏈?zhǔn)芷趹?yīng)力與動載荷影響。當(dāng)實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，動載荷的特征是突發(fā)性的，沖擊著刮板鏈，進(jìn)而有斷裂發(fā)生于刮板鏈中；由于刮板鏈?zhǔn)芷趹?yīng)力的影響，所以其會產(chǎn)生變形出現(xiàn)，甚至造成其斷裂。

6）沖擊力比較強(qiáng)。當(dāng)刮板輸送機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，物料運(yùn)輸與刮板正常運(yùn)行會對其焊縫熱影響區(qū)、鏈環(huán)彎曲位置及對口焊接位置的沖擊力非常強(qiáng)，在其本身靜態(tài)破斷載荷小于沖擊力時(shí)，就有使其斷裂事故出現(xiàn)。

2 刮板鏈斷鏈保護(hù)裝置設(shè)計(jì)及應(yīng)用效果分析

針對該保護(hù)裝置不足，基于井下選用不少的帶式輸送機(jī)刮板鏈并在使用時(shí)常有斷鏈故障發(fā)生的分析，不但制定了防銹措施與常規(guī)管理，還分析了在其發(fā)生斷鏈時(shí)的運(yùn)行情況，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了刮板輸送機(jī)斷鏈保護(hù)裝置。刮板輸送機(jī)斷鏈保護(hù)裝置能夠檢測其斷鏈?zhǔn)鹿剩?dāng)有斷鏈發(fā)生時(shí)就會發(fā)出安全預(yù)警的信息，對現(xiàn)場人員及時(shí)處理故障十分有利。

2.1 裝置的結(jié)構(gòu)

圖4 為刮板鏈斷鏈檢測裝置結(jié)構(gòu)圖。鐵質(zhì)導(dǎo)磁厚度是1.5～2.0 mm 的弧形檢測片，相鄰的檢測片之間的距離是2.0～3.0 mm。接近開關(guān)使用的測量區(qū)域是15 mm。刮板輸送機(jī)的安裝高度與其寬度決定著擺桿的長度與寬度。軸承裝備被檢測裝置所使用，軸承裝備安裝于刮板機(jī)機(jī)頭，過渡板之后的大概300～350 mm 處。

圖4 刮板鏈斷鏈檢測裝置結(jié)構(gòu)

2.2 工作的基本原理

在刮板輸送機(jī)運(yùn)行過程中，刮刀、鏈條會隨著檢測裝置的兩邊的擺桿一起擺動，而且2 個(gè)檢測片也被帶動這圍繞軸承而運(yùn)動。對弧形檢測片的寬度進(jìn)行調(diào)整，能夠促進(jìn)檢測片在最大擺幅時(shí)不在接近開關(guān)的檢測區(qū)域之中，就是最大擺幅大于15 mm，能夠保證在1 個(gè)檢測期限中有檢測信號有非常突出的斷點(diǎn)。在有錯(cuò)鏈或單側(cè)斷鏈出現(xiàn)在刮板輸送機(jī)時(shí)，其刮刀兩邊出現(xiàn)傾斜后，擺桿不能轉(zhuǎn)動，而且會跟著刮板不斷增加的傾斜角度其擺桿之間的角度而不斷增大，相鄰檢測片的相對位移同樣也慢慢增加。在相對位移在接近開關(guān)的檢測區(qū)域之外后，就會有檢測信號的斷點(diǎn)出現(xiàn)在該檢測期限中，保持在3 s 以上檢測裝置就會有報(bào)警發(fā)出，而且會把其供電回路切斷，防止發(fā)生斷鏈?zhǔn)鹿省?/p>

微型監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)有保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)有延時(shí)繼電器、中間繼電器及接近開關(guān)，憑借的是保護(hù)信號與組態(tài)輸出預(yù)警。若想把保護(hù)裝置做出錯(cuò)誤動作的概率降低就可以經(jīng)過延時(shí)保護(hù)、安全連鎖來實(shí)現(xiàn)，其運(yùn)轉(zhuǎn)的速度能夠決定延時(shí)的具體時(shí)間，本文選取的時(shí)間是3 s。當(dāng)檢測時(shí)，振動會影響測點(diǎn)有細(xì)小的抖動，通常時(shí)間是小于1 s，保護(hù)系統(tǒng)的動作就不會被觸動。

2.3 應(yīng)用效果分析

和某礦井下使用6 臺刮板輸送機(jī)的狀況相結(jié)合，刮板輸送機(jī)以前一個(gè)月發(fā)生斷鏈的次數(shù)平均是3 次，1 次斷鏈就會對生產(chǎn)有2 h 影響，1 年大概有72 h，就等于由于其斷鏈?zhǔn)鹿? 年就會有3 d 停止生產(chǎn)。

應(yīng)用刮板輸送機(jī)斷鏈保護(hù)裝置以后，在實(shí)際應(yīng)用中可第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)刮板輸送機(jī)斷鏈故障，能顯著降低因刮板輸送機(jī)斷鏈故障對生產(chǎn)造成的影響，可更好地保障刮板輸送機(jī)的安全連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，有助于企業(yè)進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)語

刮板輸送機(jī)日常應(yīng)用中，常見的故障就是斷鏈故障，本文所設(shè)計(jì)的刮板輸送機(jī)斷鏈保護(hù)裝置，不僅結(jié)構(gòu)相對較簡單，而且易操作、易維護(hù)，很多煤礦自己就可以設(shè)計(jì)制作，生產(chǎn)成本低，應(yīng)用效果好，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。