淺槽重介分選機斷鏈保護方法研究

李麗絨

(山西焦煤集團有限責任公司 技術中心， 山西 太原 030024)

1926年，E·A 斯列普諾夫提出重介選煤法，此后的20世紀40年代，淺槽重介分選機在國外得到了應用，我國對其研究始于20世紀50年代。近年來，隨著投入的不斷加大，現在的淺槽重介分選機能依據原煤的品質及分選密度等不同要求，一次性大量處理原煤，其已逐漸成為我國塊煤分選的常用設備之一。但在淺槽重介分選機的日常運行過程中，經常會由于大塊矸石或異物的卡阻，致使兩側鏈條受力不均或大于額定的承載力，發生刮板斷鏈事故，不僅影響正常的選煤生產，而且易引發安全事故。對于刮板斷鏈的保護方法研究成為煤炭洗選過程中的一項重要課題。

1 研究現狀

大量研究者對淺槽重介分選機刮板鏈進行了研究。樊俊寧[1]提出了“鏈斜”保護方法，保證了寺河礦選煤廠淺槽重介分選機的正常運行，但并未進行斷鏈保護方面的研究。李崇真[2]介紹了XZQ-16淺槽重介分選機在西銘礦選煤廠的應用情況，文中提到斷鏈保護裝置，但并未展開描述。保德選煤廠的淺槽重介分選機[3]安裝了基于物理方法的斷鏈保護裝置。艾熙昭[4]研制了一種淺槽重介分選機的鏈條監測保護裝置，但單一的斷鏈保護裝置[3-4]難以保證系統運行的可靠性和穩定性。郭小林[5]分析了淺槽重介分選機斷鏈產生的原因，但并未涉及斷鏈保護方法。楊志萍[6]分析了盧德維琪DM8013型淺槽重介分選機運行存在的斷鏈等問題，對淺槽分選機進行了結構上的改造，但并未進行斷鏈保護方面的研究。原利兵等[7]提出將速度保護裝置加裝于從動軸上以避免斷鏈的發生，但文中未對該裝置進行詳細描述。張建麗[8]對刮板鏈的失效過程進行了分析。王蒙[9]分析了刮板鏈卡鏈和斷鏈的原因，但并未給出有效的解決方案。李慧[10]等分析了鏈、刮板等對分選過程的影響，采用了相應的措施減少了卡鏈及斷鏈現象，但并未對斷鏈進行系統分析，缺乏斷鏈保護方法研究。劉飛[11]通過對淺槽重介分選機加裝擋板及耐磨板，降低了發生跳鏈和斷鏈故障的概率，但文中未研究斷鏈保護方法。

在研究了淺槽重介分選機主要結構和工作原理的基礎上，對分選機刮板鏈斷鏈原因進行了系統地分析，提出了打滑式、脈沖式和脫扣式三重斷鏈保護方法，當刮板鏈發生斷裂時，分選機及其上游設備能及時停止運轉，解決了由于物料的繼續輸送造成的淺槽物料大量堆積問題，保證了淺槽重介分選系統的穩定、可靠和安全運行。該方法已成功應用于山西焦煤集團西銘礦選煤廠，獲得了較好的社會經濟效益。

2 淺槽重介分選機工作原理

淺槽重介分選機(圖1)主要包括一個主選槽、水平流和上升流懸浮液裝置、排料刮板組以及驅動裝置等。

1) 主選槽為一個槽式鋼結構外殼，槽體的兩側布置有入料箱和溢流槽，入料箱底部布置有水平流管，矸石的出料口位于分選機機頭下方，主選槽兩側下方鋪設刮板鏈導向軌，使刮板沿軌道運動。

2) 分選機工作時，懸浮液通過電動泵分別從兩個方向抽至分選槽體：從側面抽入分選槽體的懸浮液形成水平流懸浮液，其作用主要為保持懸浮液上部分密度相對的穩定，使物料向固定的排料方向運行，且不斷形成的水平流使槽內液面維持在一定的高度；從底部通過帶孔的布水板抽入分選槽體的懸浮液形成上升流懸浮液。上升流懸浮液主要作用為分散進入槽體的物料，使混合后的懸浮液均勻分布，并通過提供一定的懸浮液上升速度，防止物料沉淀。

3) 排料刮板組主要由輪組、刮板、刮板鏈、導軌、連接板等組成。輪組通過軸承固定于槽體側板，刮板經連接板固定于兩側兩條刮板鏈之間，刮板鏈懸掛于輪組兩側的鏈輪上，刮板鏈下端嵌入刮板鏈導向軌道。

4) 驅動裝置主要包括電機、減速器和三角帶等，為刮板和刮板鏈的循環往復運動提供動力。

圖1 淺槽重介分選機主要結構示意圖

淺槽重介分選機主要依據阿基米德原理工作，在一定密度的懸浮液中，根據物料密度的不同，將待選塊狀原煤分選成精煤和矸石等。分選機在工作時，經預先分級的塊狀原煤在擋板作用下全部浸入包含重介質的懸浮液中，受浮力作用混合懸浮液開始出現分層，精煤等低密度物浮于懸浮液上層，矸石等高密度物下沉至懸浮液底層。在混合物下沉的過程中，混雜于矸石中的精煤等低密度物在上升流的作用下充分分散，繼續上浮。不間斷的水平流使浮于懸浮液上部的精煤隨懸浮液由入料箱向溢流槽的方向運動，并通過溢流口排出分選機槽體，而矸石和雜質等高密度物則通過刮板由機頭溜槽排出。

3 淺槽重介分選機刮板鏈結構及斷鏈分析

作為淺槽重介分選機運料的重要結構件，刮板鏈有半數以上的時間在懸浮液中做循環往復運動，工作環境惡劣，易造成刮板鏈的磨損和脫落，造成刮板斷鏈。此時，需要排空淺槽內的各種物質，更換刮鏈條，整個過程一般需耗時6～8 h，嚴重影響煤炭洗選進度。若未及時處理刮板斷鏈，使淺槽分選機繼續運行，刮板和刮板鏈等設備會被卷入鏈輪當中，對分選機造成二次傷害，與此同時，淺槽電機及上道工序仍正常運轉，將導致狹小的淺槽空間內物料的大量堆積，加大物料清理及設備檢修的難度。

刮板鏈鏈條為多個鏈節形成的一個撓性傳動機構，各鏈節間通過銷軸相連(圖2)，為便于刮板安裝，刮板鏈兩側加裝了長銷軸和鎖緊螺母。刮板鏈運動時主要包括傳載機構和鏈接機構，傳載機構主要包括內鏈板和外鏈板，其主要作用為使相鄰鏈節之間載荷有效傳遞。鏈接機構主要包括套筒和銷軸，其主要作用在于在刮板鏈與齒輪嚙合過程中，相鄰的嚙入鏈節與嚙出鏈節之間能夠自由的轉動，保證刮板鏈和齒輪之間的有效嚙合。

圖2 刮板鏈結構示意圖

造成刮板鏈斷鏈的原因主要包括：

1) 在重復不間斷的沖擊之下，刮板鏈與齒輪間的撞擊程度加重，刮板鏈易形成疲勞斷裂。

2) 當分選機槽體內出現大塊矸石或異物卡阻時，兩側刮板鏈會出現受力不均或刮板鏈承載力大于承載極限的情況，造成刮板損壞或刮板鏈斷裂。

3) 由于鏈板與刮板鏈導向軌、套筒與刮板鏈導向軌及銷軸與套筒之間摩擦力大，且刮板鏈長期與水、重介質及煤泥等相互作用，易出現刮板鏈鏈條的磨損、脫落。

4) 刮板鏈被過度張緊，導致其所受的拉力超出承載極限，發生刮板鏈斷鏈現象。

5) 待分選的物料中?；煊需F器、棉紗等雜物，易卡在刮板、刮板鏈、鏈輪及槽底等處，造成刮板斷鏈事故。

6) 分選機從側面入料的方式容易造成入料側與溢流側刮板鏈磨損速度不一致，發生斜鏈現象，嚴重時刮板鏈被拉斷。

7) 當刮板鏈導向軌磨損嚴重未及時處理時，刮板鏈將難以按設計軌跡運行，加大刮板鏈的負荷，造成斷鏈事故。

4 淺槽重介分選機斷鏈保護裝置工作原理

在淺槽分選機上加裝打滑式、脈沖式、脫扣式三重斷鏈保護裝置，使刮板鏈斷鏈時，可及時切斷淺槽重介分選機電源，并通過與上道工序的閉鎖，斷開上道工序電源，避免后續事故的發生。

4.1 打滑式斷鏈保護裝置

在淺槽分選機機尾轉動軸上安裝一個d400 mm的圓型金屬轉盤(圖3)，通過圓心處的中心孔與機尾轉動軸相連，轉盤外表面包裹一層膠皮，皮帶打滑保護裝置的轉動軸與轉盤外表面的膠皮接觸，PLC控制器與皮帶打滑保護裝置另一側相連。當淺槽分選機運行時，機尾轉動軸帶動轉盤轉動，轉盤再帶動皮帶打滑保護裝置的轉動軸轉動，當機尾轉動軸正常運轉至一定速度時，皮帶打滑保護裝置的節點閉合，設備正常運轉。當出現刮板鏈斷鏈時，淺槽分選機機尾的轉動軸轉動速度降低，使皮帶打滑保護裝置的轉動軸速度降低，低于設定值時，PLC控制器將切斷淺槽分選機的電源，由于與上道工序形成閉鎖，上道工序的電源同時也被切斷，避免物料繼續輸送而造成淺槽內物料大量堆積。

圖3 打滑式和脈沖式斷鏈保護裝置原理圖

4.2 脈沖式斷鏈保護裝置

在距離轉盤圓心100 mm的圓上均勻安裝4個10 mm的螺絲做為脈沖信號感應點(圖3)，在支架上固定接近開關，與感應點相對設置但不接觸，接近開關與PLC控制器相連。當淺槽分選機啟動后，轉盤轉動一周，接近開關感應脈沖信號感應點返回的4個脈沖信號，返給PLC控制器。如果發生斷鏈，機尾軸和轉盤轉速降低，接近開關只要在3秒內感應不到4個脈沖信號中的一個，PLC控制器即判斷為淺槽分選機發生故障，實施保護動作，停止機頭電機，由于閉鎖，上道工序也停止了物料輸送，避免物料大量堆積。

4.3 脫扣式斷鏈保護裝置

在淺槽分選機刮板下方固定了4條互相平行的副鋼絞線(圖4)，在淺槽機機尾安裝脫扣機構，通過主鋼絞線與4條副鋼絞線垂直相交。脫扣機構主要包括一個保持鋼絞線張緊的張緊彈簧和一個脫扣器，當刮板鏈鏈條斷開時，刮板在自重作用下向下跌落，觸及繃緊的鋼絞線，脫扣器動作，通過控制回路使機頭電機停止運行，從而停止物料輸送，避免鏈條、齒輪進一步損壞。

5 實際應用

該方法已成功應用于山西焦煤集團西銘礦選煤廠(圖5)，該選煤廠的塊狀原煤中大塊物料及矸石較多，物料中+50 mm的矸石占比80%左右，當淺槽斷鏈發生物料堆積時，會對設備造成二次損壞，導致鏈條無法繼續使用，必須整條更換，在使用該方法后僅需部分更換鏈條或銷子即可。原來維護一次鏈條平均需要530元，每月最少需要更換4根鏈條，每根鏈條價格為3.5萬元，應用該方法可節約材料費：(35 000-530)×4×12=1 654 560元/年，有效減少了因斷鏈、卡鏈而造成的齒輪、軸承等相關材料配件的消耗；原來每月平均斷鏈2次，處理一次刮板斷鏈事故最少需要5個小時，現在僅需30分鐘，則可節約生產時間：(5-0.5)×2×12=108 h/年，可多處理原煤700 t/h×108 h=75 600 t，有效減少了檢修時間，提高了設備的開機率及原煤處理量。

圖5 三重斷鏈保護裝置的應用圖

6 結 語

研究了淺槽重介分選機的主要結構和工作原理，分析了分選機運料的重要結構件—刮板鏈的結構，并指出其發生斷鏈的主要原因，提出了打滑式、脈沖式和脫扣式三重斷鏈保護方法，使刮板鏈發生斷裂時，分選機及其上游設備能及時停止運轉，解決了由于物料的繼續輸送造成的淺槽內物料大量堆積問題。該方法已成功應用于山西焦煤集團西銘礦選煤廠，已保障淺槽重介分選系統穩定、可靠運行達12 960 h，有效降低了材料配件的消耗和職工的勞動強度，減少了檢修時間，提高了分選機的開機率及原煤處理量。