雙齒輥破碎機失速保護方法的改進設計

陳 洪

(1.中煤科工集團唐山研究院有限公司；2.河北省煤炭洗選工程技術研究中心，河北 唐山 063012)

煤炭的分級破碎是煤炭洗選工作的必要步驟，選煤廠的破碎工藝是按照需求將煤炭破碎成一定粒度，為后續生產工藝做準備。破碎機工作的可靠性是選煤工藝的基本保障[1-3]。為保障破碎機可靠運行，研發生產的SSC型破碎機采用了液力耦合器軟連接、電動機綜合保護和雙齒輥失速保護三重保護措施，其中失速保護通常是最先觸發的一道保護。失速保護系統對破碎機齒輥轉速進行實時監測，當出現堵料導致轉速降低到設定值以下時，即發出失速報警信號，并立即停機，以有效保護破碎機主要部件[4]。

1 使用現狀

雙齒輥破碎機的2個齒輥采用2臺電機經耦合器和減速機驅動，2個破碎齒輥對向旋轉，煤炭在2個齒輥上部受破碎齒的剪切、劈裂和刺破等綜合作用下被破碎并向下排出(圖1)。

轉速傳感器安裝形式如圖2所示，輥軸端面鑲嵌有磁鐵，齒輥轉動時磁鐵依次經過磁感應傳感器，磁感應傳感器產生脈沖信號并傳輸給轉速測控儀，轉速測控儀通過監測脈沖信號的頻率計算當前轉速[5，6]。

圖1 雙輥咬合物料示意

為減小啟動電流沖擊兩齒輥，采取分步啟動后同時運轉，2個齒輥非強制同步。失速保護系統使用2個傳感器分別測量兩齒輥的轉速。傳統失速保護控制流程為：當一齒輥運轉后，其對應的失速保護功能隨即啟動，2個齒輥先后啟動完成，進入正常運行狀態，當監測到任一齒輥轉速低于設定的報警值時即發出失速報警信號，并控制2個齒輥同時停機，傳統控制流程如圖3所示。

圖2 轉速傳感器安裝結構示意

圖3 傳統控制流程

2 存在問題分析

現有的失速保護方法可以對破碎機進入鐵器或粒度超限的矸石以及物料堆積造成的堵轉做出反應，達到保護效果。然而，在實際使用中有時會發生脈沖信號，偶爾會因線路干擾或傳感器反應性能衰退而導致脈沖信號瞬間丟失，引發誤報警，導致生產中斷。為避免出現誤報警現象，有些失速保護系統在監測到脈沖信號中斷后設置延時，暫不立即報警和停機，如延時2 s后脈沖信號仍然中斷，則認定為失速并報警停機，若2 s內脈沖信號恢復，則認定為偶然現象導致脈沖信號瞬間缺失，破碎機繼續運行。這種保護方法雖然可避免誤報警，但因設置了延時而犧牲了失速保護的反應速度，對破碎機主要部件的保護效果不佳。現有失速保護方法無法做到既避免誤報警又達到快速保護。

3 改進設計

針對現有技術之弊端，設計一種雙齒輥破碎機失速保護方法，在避免出現誤報警的同時保障失速保護的反應速度，確保破碎機主要部件的安全。系統整體電氣連接見圖4，2個齒輥啟動信號分別輸入至PLC，2個齒輥轉速傳感器產生脈沖信號并分別傳輸給2個轉速測控儀，轉速測控儀將計算后的轉速輸入至PLC，轉速測控儀采用唐山研究院有限公司自行研制的SSC-2A型。PLC輸出失速報警信號、2個齒輥的失速預警信號以及控制2臺電機啟停的信號。

圖4 失速保護系統電氣連接示意

在常見內旋式雙齒輥破碎機運行過程中，所破碎物料對2個齒輥同時有反作用力(圖1)，當發生堵塞時，會造成2個齒輥同時失速，不可能單一齒輥阻塞失速，而另一齒輥能正常旋轉。在改進設計時也利用了這一原理，本質是在啟動單個齒輥時執行單獨失速保護程序，當2個齒輥都啟動后切換程序實現2個齒輥聯合監測。

以第一齒輥先啟動為例，當第一齒輥啟動，第二齒輥尚未啟動時，PLC執行程序Ⅰ，若PLC接收到第一轉速測控儀發出的第一齒輥失速信號，則立即發出失速報警信號并控制第一齒輥停機，若第一轉速測控儀未發出失速信號，則第一齒輥正常運轉。

當第一齒輥、第二齒輥依次完成啟動后，PLC切換執行程序Ⅱ，若第一轉速測控儀和第二轉速測控儀都沒有發出失速信號，則兩齒輥正常運轉；若第一轉速測控儀和第二轉速測控儀都發出失速信號，則PLC立即發出失速報警信號并控制兩齒輥停機；若第一轉速測控儀發出失速信號，第二轉速測控儀未發出失速信號，則PLC發出第一齒輥失速預警信號，提示檢查第一轉速傳感器和第一轉速測控儀，但不控制2個齒輥停機；若第二轉速測控儀發出失速信號，第一轉速測控儀未發出失速信號，則PLC發出第二齒輥失速預警信號，提示檢查第二轉速傳感器和第二轉速測控儀，但不控制2個齒輥停機。

第二齒輥先啟動亦同理，即先執行程序Ⅲ再執行程序Ⅱ，控制流程見圖5。

圖5 改進后控制流程

4 結 語

設計改進并沒有對傳感器安裝形式和系統電氣連接結構進行改變，因此，對于改進前投產的設備，后期維護僅通過修改保護程序即可實現改進后的效果，操作便捷。

自破碎機失速保護方法改進后已生產設備20余臺，在陜西狼窩渠煤礦、山東金源煤礦、貴州發耳煤礦等地都有應用，在消除失速保護誤報警和堵轉反應迅速兩方面均有較好的使用效果，使用近兩年以來，未出現過誤報警停車的問題，保證了生產的連續性。