選煤廠刮板輸送機(jī)斷鏈保護(hù)裝置的應(yīng)用探討

趙海康

（華陽(yáng)新材料科技集團(tuán)有限公司二礦選煤廠， 山西 陽(yáng)泉 045000）

引言

水平刮板輸送機(jī)具有體積小、輸送效率高、無(wú)粉塵外泄、安全可靠等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于各選煤廠在輸送距離不長(zhǎng)情況下對(duì)原煤、煤矸石、精煤等物料的輸送。而刮板機(jī)遇到原煤水分大及大塊煤矸石等情況時(shí)，發(fā)生刮板斷鏈、掉鏈的可能性很大。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，選煤廠刮板機(jī)日常使用過(guò)程中因斷鏈、掉鏈而引發(fā)的機(jī)電故障在設(shè)備故障中占比在65%左右，且刮板機(jī)發(fā)生以上故障后對(duì)產(chǎn)量的影響在鏈板運(yùn)輸機(jī)總影響中的占比約為50%～55%。如果刮板輸送機(jī)故障得不到及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除，必將導(dǎo)致刮板機(jī)被壓死甚至設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞，十分不利于煤礦安全及高效生產(chǎn)。

為此，必須在深入分析引發(fā)刮板輸送機(jī)斷鏈故障原因的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行斷鏈保護(hù)裝置設(shè)計(jì)，以確保刮板輸送機(jī)故障得到及時(shí)預(yù)警和處理，避免嚴(yán)重機(jī)電事故的發(fā)生。

1 選煤廠刮板輸送機(jī)保護(hù)裝置概況

山西呂梁H 選煤廠是地方政府牽頭建造的年處理能力100 萬(wàn)t 的群礦型選煤廠，主要入洗本礦水采原煤和外來(lái)旱采原煤，采用無(wú)壓重介三產(chǎn)品旋流器和濃縮浮選聯(lián)合生產(chǎn)工藝，共設(shè)置有5 臺(tái)刮板輸送機(jī)，主要負(fù)責(zé)原煤入選和精煤入倉(cāng)運(yùn)輸。刮板輸送機(jī)現(xiàn)有保護(hù)裝置僅進(jìn)行過(guò)載、過(guò)流、缺相等電機(jī)保護(hù)，如遇錯(cuò)鏈、斷鏈等事故，則必須停電后進(jìn)行鏈條和刮刀更換與檢修。若錯(cuò)鏈、斷鏈等事故未能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，則會(huì)引發(fā)刮板拉斜、鏈板等卷入機(jī)頭等惡性機(jī)電事故，為此，該選煤廠刮板輸送機(jī)斷鏈保護(hù)裝置性能亟待提升。

2 刮板輸送機(jī)斷鏈故障原因

刮板輸送機(jī)運(yùn)輸物料主要借助機(jī)頭齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)鏈條、刮板及從動(dòng)尾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到轉(zhuǎn)載和運(yùn)輸槽體內(nèi)物料的目的。運(yùn)行過(guò)程中引發(fā)刮板及斷鏈故障的原因較多，概括起來(lái)主要包括以下方面：

1）跳鏈。即刮板輸送機(jī)機(jī)頭鏈輪中鏈環(huán)脫落，沖擊機(jī)頭軸和鏈輪齒，引發(fā)鏈環(huán)斷裂，通常在頭輪齒處增設(shè)墊板調(diào)整。

2）入料口物料分配不均造成兩側(cè)鏈條無(wú)法均勻受力，鏈條受力過(guò)于集中在鏈條一側(cè)，甚至導(dǎo)致鏈條被拉斷。

3）圓環(huán)鏈質(zhì)量及底板磨損。圓環(huán)鏈材質(zhì)不合格或加工工藝有問(wèn)題均會(huì)影響零部件使用性能，引發(fā)安全事故；底板嚴(yán)重磨損后會(huì)引發(fā)溜槽接頭磨損，發(fā)生接頭卡、阻刮板現(xiàn)象，增大鏈條負(fù)荷，一旦應(yīng)力超出鏈條性能極限，便會(huì)發(fā)生拉斷等故障。

3 刮板輸送機(jī)斷鏈保護(hù)裝置設(shè)計(jì)

常規(guī)的刮板輸送機(jī)斷鏈保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)類似于膠帶運(yùn)輸機(jī)斷帶保護(hù)裝置，接近開(kāi)關(guān)監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝機(jī)尾從動(dòng)輪，鏈條斷裂后從動(dòng)輪失速，刮板機(jī)設(shè)備控制電源切斷，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)停止。如此設(shè)計(jì)對(duì)于刮板輸送機(jī)兩側(cè)鏈條斷裂的惡性事故較為適用，但是對(duì)于輸送機(jī)鏈條落轍、掉道、單側(cè)鏈條中斷及錯(cuò)鏈等常見(jiàn)事故并不適用[1]，而這種常見(jiàn)事故發(fā)生后如果不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，很可能會(huì)引發(fā)馬蹄損壞、鏈條拉斷、卷鏈、機(jī)頭掀開(kāi)等惡性機(jī)電事故，甚至引發(fā)刮板輸送機(jī)設(shè)備毀壞。

在分析常規(guī)刮板輸送機(jī)斷鏈保護(hù)裝置缺陷的基礎(chǔ)上，針對(duì)該選煤廠目前所使用的刮板輸送機(jī)運(yùn)行中頻繁發(fā)生的馬蹄環(huán)斷裂故障，進(jìn)行了刮板斷鏈動(dòng)態(tài)機(jī)理[2]的分析，并設(shè)計(jì)出適合該選煤廠的刮板輸送機(jī)斷鏈保護(hù)裝置，能有效實(shí)現(xiàn)斷鏈發(fā)生瞬間報(bào)警及停機(jī)，顯著降低設(shè)備損壞程度。

3.1 裝置結(jié)構(gòu)及電氣控制

所設(shè)計(jì)出的刮板輸送機(jī)斷鏈保護(hù)裝置在單側(cè)錯(cuò)鏈發(fā)生的同時(shí)便能檢測(cè)到故障，并能有效遏制事故的進(jìn)一步擴(kuò)大，該保護(hù)裝置主要由弧形檢測(cè)片、擺桿、刮刀及接近開(kāi)關(guān)等部分組成，具體見(jiàn)圖1，其弧形檢測(cè)片約1.5～2.0 mm 厚，主要使用鐵質(zhì)導(dǎo)磁材料制成，相鄰弧形檢測(cè)片間距2.0～3.0 mm；擺桿尺寸主要根據(jù)刮板輸送機(jī)安裝高度及寬度確定；接近開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)檢測(cè)距離至少為15 mm；該斷鏈保護(hù)裝置由軸承裝配后固定在刮板輸送機(jī)指定位置。

圖1 斷鏈保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

該選煤廠所設(shè)計(jì)的刮板輸送機(jī)斷鏈保護(hù)裝置電氣控制系統(tǒng)主要由接近開(kāi)關(guān)、中間繼電器、延時(shí)繼電器等組成，報(bào)警和保護(hù)指令主要由該組態(tài)系統(tǒng)輸出，通過(guò)安全聯(lián)鎖能延時(shí)3 s 輸出保護(hù)，在設(shè)計(jì)延時(shí)期間內(nèi)測(cè)點(diǎn)的抖動(dòng)不計(jì)入連鎖控制，超出設(shè)計(jì)延時(shí)后，監(jiān)控系統(tǒng)則按設(shè)計(jì)要求執(zhí)行連鎖控制。

3.2 保護(hù)裝置作用原理

刮板輸送機(jī)工作期間，鏈條、間隔排列刮刀及裝置兩側(cè)擺桿同時(shí)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)2 個(gè)檢測(cè)片繞軸承循環(huán)。調(diào)整弧形檢測(cè)片的寬度并使其在最大擺動(dòng)幅度時(shí)處于接近開(kāi)關(guān)的檢測(cè)范圍，以保證檢測(cè)信號(hào)在1.5 s 的周期內(nèi)存在明顯斷點(diǎn)[3]。刮刀帶動(dòng)擺桿運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中如遇錯(cuò)鏈或單側(cè)斷鏈必然會(huì)發(fā)生傾斜，影響兩側(cè)擺桿運(yùn)動(dòng)的同步性，并增大兩個(gè)弧形檢測(cè)片的相對(duì)位移，此種情況下，檢測(cè)信號(hào)在1.5 s 周期內(nèi)的斷點(diǎn)得以消除。一旦返回信號(hào)持續(xù)時(shí)間超過(guò)3 s，便會(huì)觸發(fā)報(bào)警器，并切斷設(shè)備控制回路，同時(shí)在線檢測(cè)錯(cuò)鏈、單側(cè)斷鏈等故障，傳感器探頭處正前方斷鏈側(cè)擺桿停止擺動(dòng)，待達(dá)到設(shè)定的時(shí)間繼電器延時(shí)間時(shí)便切斷控制電源回路，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

3.3 保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)

1）對(duì)刮板磨損的保護(hù)。在刮板輸送機(jī)正常運(yùn)行過(guò)程中刮板和接近開(kāi)關(guān)之間的距離以及接近開(kāi)關(guān)有效測(cè)定距離均固定不變，但是刮板受到嚴(yán)重磨損后，接近開(kāi)關(guān)便無(wú)法正常接收和獲取脈沖信號(hào)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)處理器進(jìn)行脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)和比對(duì)發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)接近開(kāi)關(guān)間的信號(hào)計(jì)數(shù)產(chǎn)生了差異，必須通知技術(shù)人員檢查并處理刮板磨損。

2）對(duì)刮板脫落、錯(cuò)裝等的保護(hù)。刮板和鏈條是刮板輸送機(jī)主要的磨損部件，為確保刮板機(jī)正常運(yùn)行，必須在鏈條上按設(shè)計(jì)距離均布安裝刮板，不得漏裝、錯(cuò)裝和脫落。一旦發(fā)生刮板脫落或漏裝、錯(cuò)裝，脈沖信號(hào)傳輸時(shí)間便會(huì)超出設(shè)定值，集中控制系統(tǒng)便會(huì)發(fā)出強(qiáng)制停機(jī)指令，起到保護(hù)機(jī)械安全運(yùn)行的作用。

3）對(duì)斷鏈、掉鏈導(dǎo)致的刮板歪斜的保護(hù)。刮板正常運(yùn)行時(shí)，相鄰接近開(kāi)關(guān)通過(guò)刮板取得的信號(hào)時(shí)間間隔不超過(guò)150 ms，一旦刮板輸送機(jī)發(fā)生斷鏈和掉鏈，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)處理器進(jìn)行接近開(kāi)關(guān)傳輸脈沖信號(hào)的計(jì)時(shí)與比對(duì)發(fā)現(xiàn)信號(hào)間隔時(shí)間超出150 ms 后，便會(huì)通過(guò)集中控制系統(tǒng)強(qiáng)制停機(jī)。

3.4 應(yīng)用效果

該選煤廠目前已全部完成現(xiàn)有刮板運(yùn)輸機(jī)保護(hù)裝置的安裝調(diào)試，運(yùn)行過(guò)程中裝置運(yùn)行平穩(wěn)，能按設(shè)計(jì)要求向調(diào)度室提供刮板運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息，自運(yùn)行以來(lái)刮板運(yùn)輸機(jī)一共出現(xiàn)四次斷鏈、單側(cè)掉鏈等機(jī)械事故，均立即觸發(fā)有效報(bào)警并強(qiáng)制停機(jī)，有效避免了刮板輸送機(jī)故障的擴(kuò)大化以及早期故障未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)而導(dǎo)致鏈板卷入鏈輪、傳動(dòng)聯(lián)軸器掰碎等嚴(yán)重事故的發(fā)生，機(jī)械事故處理的及時(shí)性和效率性顯著提升。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)優(yōu)化刮板輸送機(jī)斷鏈、單側(cè)掉鏈聯(lián)合保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)，能有效實(shí)現(xiàn)刮板及鏈條故障的及時(shí)、精準(zhǔn)檢測(cè)，避免常規(guī)保護(hù)裝置因發(fā)現(xiàn)故障不及時(shí)而引發(fā)嚴(yán)重機(jī)電事故的弊端。本選煤廠刮板輸送機(jī)斷鏈保護(hù)裝置對(duì)現(xiàn)有刮板輸送機(jī)并無(wú)改動(dòng)，更不影響刮板機(jī)工作性能，自動(dòng)化程度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊可靠，對(duì)刮板機(jī)影響小，檢修方便，能預(yù)判并迅速發(fā)現(xiàn)刮板機(jī)斷鏈、刮板歪斜、單側(cè)掉鏈等情況，降低刮板輸送機(jī)工作過(guò)程中的故障率，提升選煤廠生產(chǎn)效率。