刮板輸送機斷鏈原因分析及智能斷鏈保護裝置研究

葛麗霞

（山西省高質量轉型發展研究院，山西 太原 030002）

引言

刮板輸送機常應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。在刮板鏈出現斷鏈故障時，由于被下鏈所作用的牽引力，所以斷鏈就會堆積到機頭或槽底等位置，使刮板鏈的鏈輪載荷增加，如果故障發現的不及時，就會導致斷鏈發生處會堆積鏈條、增加間距，如果想要把拖鏈、接鏈的工作完成就要浪費很多的時間與人力，嚴重時甚至會損壞刮板輸送機，使設備的使用期限減少。

1 刮板輸送機常見斷鏈類型和原因

1.1 斷鏈類型

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

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間中一直作用于刮板鏈，就會有疲勞破壞產生。而且斷口絕大多水出現于鏈環的彎曲處與直線部分所有連接處[1-2]。

3）混合斷鏈。破斷現象是在脈沖載荷與沖擊力一起長時間作用在刮板鏈所產生的，斷口處是不平滑的而且其有特別突出的塑形變形區。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 產生斷鏈的主要原因

從動輪、刮板、刮板鏈由于機頭齒輪的運轉而把物料運轉，進而使物料在槽體中的輸送得以實現。當井下采用使，刮板鏈發生斷鏈的原因主要包括：

1）當刮板輸送機的彎曲鋪設。在刮板輸送機的進行鋪設的地方會有彎度產生，圖2 就是刮板輸送機彎曲鋪設刮板鏈分布形式。在圖2 中能夠發現，由于彎曲之后就會有弧度，所以刮板鏈的內側較短于外側，而且載荷主要作用于刮板鏈的外側，進而極易造成刮板鏈的外側有斷鏈發生。

圖2 刮板輸送機彎曲鋪設刮板鏈分布形式

2）連接螺栓沒有在鏈環中。在連接螺栓發生丟失與松動時，就會使鏈環的受力情況發生改變，就會從不定量的弧形靜改變為懸臂梁的一面受力，下頁圖3 就是圓環受力示意圖。彎曲應力與拉應力共同作用于連接環，式（1）能夠對作用于鏈環危險截面的力?進行計算。

圖3 圓環受力示意圖

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

本文把SWG-40T 刮板輸送機當作案例，本案例中的刮板輸送機的傳動系數、轉速、電動機的功率分別為0.85、1 470 r/min、40 kW。在鏈環中沒有連接螺栓時，運用式（1）分析鏈環的受力情況，各種數據分別是：F=2.838cm2，W=63.673cm3，M=666N·m，Q=44.4 kN。把以上數據代入式（1）得出?=16 691 N/cm2，鏈環所受到破斷載荷是8 000 N/cm2，所以，在鏈環中沒有連接螺栓時，發生斷裂的概率會更高。

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

4）鏈環有銹蝕發生。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，但是，鏈環在接觸了腐蝕性較強的物體時，產生脫皮與銹蝕等問題，使斷鏈的概率增大[3]。

5）動載荷。在刮板輸送機運行時，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，進而造成刮板鏈受疲勞應力與動載荷影響。當實際生產時，動載荷的特征是突發性的，沖擊著刮板鏈，進而有斷裂發生于刮板鏈中；由于刮板鏈受疲勞應力的影響，所以其會產生變形出現，甚至造成其斷裂。

6）沖擊力比較強。當刮板輸送機正常運行時，物料運輸與刮板正常運行會對其焊縫熱影響區、鏈環彎曲位置及對口焊接位置的沖擊力非常強，在其本身靜態破斷載荷小于沖擊力時，就有使其斷裂事故出現。

2 刮板鏈斷鏈保護裝置設計及應用效果分析

針對該保護裝置不足，基于井下選用不少的帶式輸送機刮板鏈并在使用時常有斷鏈故障發生的分析，不但制定了防銹措施與常規管理，還分析了在其發生斷鏈時的運行情況，在此基礎上設計了刮板輸送機斷鏈保護裝置。刮板輸送機斷鏈保護裝置能夠檢測其斷鏈事故，當有斷鏈發生時就會發出安全預警的信息，對現場人員及時處理故障十分有利。

2.1 裝置的結構

圖4 為刮板鏈斷鏈檢測裝置結構圖。鐵質導磁厚度是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。接近開關使用的測量區域是15 mm。刮板輸送機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機頭，過渡板之后的大概300～350 mm 處。

圖4 刮板鏈斷鏈檢測裝置結構

2.2 工作的基本原理

在刮板輸送機運行過程中，刮刀、鏈條會隨著檢測裝置的兩邊的擺桿一起擺動，而且2 個檢測片也被帶動這圍繞軸承而運動。對弧形檢測片的寬度進行調整，能夠促進檢測片在最大擺幅時不在接近開關的檢測區域之中，就是最大擺幅大于15 mm，能夠保證在1 個檢測期限中有檢測信號有非常突出的斷點。在有錯鏈或單側斷鏈出現在刮板輸送機時，其刮刀兩邊出現傾斜后，擺桿不能轉動，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的檢測區域之外后，就會有檢測信號的斷點出現在該檢測期限中，保持在3 s 以上檢測裝置就會有報警發出，而且會把其供電回路切斷，防止發生斷鏈事故。

微型監控保護系統有保護裝置結構構成，其保護裝置的結構有延時繼電器、中間繼電器及接近開關，憑借的是保護信號與組態輸出預警。若想把保護裝置做出錯誤動作的概率降低就可以經過延時保護、安全連鎖來實現，其運轉的速度能夠決定延時的具體時間，本文選取的時間是3 s。當檢測時，振動會影響測點有細小的抖動，通常時間是小于1 s，保護系統的動作就不會被觸動。

2.3 應用效果分析

和某礦井下使用6 臺刮板輸送機的狀況相結合，刮板輸送機以前一個月發生斷鏈的次數平均是3 次，1 次斷鏈就會對生產有2 h 影響，1 年大概有72 h，就等于由于其斷鏈事故1 年就會有3 d 停止生產。

應用刮板輸送機斷鏈保護裝置以后，在實際應用中可第一時間發現刮板輸送機斷鏈故障，能顯著降低因刮板輸送機斷鏈故障對生產造成的影響，可更好地保障刮板輸送機的安全連續穩定運行，有助于企業進一步提高經濟效益。

3 結語

刮板輸送機日常應用中，常見的故障就是斷鏈故障，本文所設計的刮板輸送機斷鏈保護裝置，不僅結構相對較簡單，而且易操作、易維護，很多煤礦自己就可以設計制作，生產成本低，應用效果好，具有較高的推廣應用價值。