刮板輸送機卡鏈原因及鏈條狀態監測系統分析

宋 凱

（晉能控股集團晉城煤炭事業部長平公司，山西 晉城 048000）

引言

刮板輸送機作為綜采工作面煤炭資源的輸送設備，其穩定性直接決定著工作面的開采效率。刮板輸送機在工作面經常處在潮濕、矸石等撞擊的惡劣環境中，因此鏈條容易發生卡鏈現象，不僅會對設備造成損害，還極大地影響到了煤礦的正常開采以及煤礦工人的生命安全。因此對刮板輸送機卡鏈原因進行分析研究，并安裝鏈條監測裝置，及時更新刮板輸送機運行過程中鏈條的狀態，對于提高刮板輸送機工作效率及煤炭產量、保護工人安全有重要意義。

1 卡鏈現象分析

某礦放頂煤工作面選用SGB420/17 型號前部刮板輸送機，技術參數如表1，該型號刮板輸送機中部槽強度較高，由高強度耐磨中板與合金鋼擋板、鏟板槽幫焊接而成。現就其開采過程中的卡鏈現象進行分析。

表1 刮板輸送機基本參數

1.1 設備原因

1）底槽不平。刮板機長期超負荷運行造成的鏈輪與鏈條之間的磨損容易使兩者之間接觸面積變小或鏈條發生形變，當鏈條在電機帶動下工作時，很容易發生卡鏈現象甚至發生掉鏈。

2）矸石或巖體對刮板機長期撞擊或工作面潮濕，使得刮板機、鏈輪發生形變，鏈條發生腐蝕生銹造成卡鏈現象。

3）刮板輸送機長期運行設備本身發生扭曲或電機故障等造成卡鏈現象。

4）鏈條鏈輪本身質量上存在缺陷，輸送機結構不對稱等設備上存在的問題，有可能造成卡鏈現象的發生。

1.2 環境原因

1）輸入電壓過大導致設備不正常運行，高負荷下由于強大推動力造成卡鏈現象。

2）矸石或巖體在輸送過程中掉入鏈條鏈輪夾縫，或操作失誤將硬物掉落在夾縫之間造成卡鏈現象。

2 防范措施

經該煤礦實際生產過程中對刮板輸送機故障統計分析，鏈條鏈輪長期超負荷運行以及異物造成的卡鏈條現象超過90%，應對措施如下：

1）配置清掃裝置，及時清理鏈條下的煤塵物料。

2）對鏈條松緊度以及螺絲錨固程度進行定期檢修，發生異常或磨損情況及時上報更換并進行工作記錄。

3）做到一個月兩次以上對鏈輪等易發生磨損部件的檢查維修，定期更換配件。

4）保障設備正常運行，不超負荷承載物料及過載開機，做好輸送機保養維修工作。

5）實時進行鏈條狀態監測。

3 鏈條狀態監測系統

為了實現對刮板輸送機卡鏈故障進行監測，該礦配備了輸送機監測系統，該礦經過為期6 個月的系統試運行及統計記錄，發現該系統運行狀態可靠且極具高穩定性，滿足實際要求。半年內監測故障3 起且做到了實時報警，準確率100%，卡鏈故障定位點準確無誤。經分析研究，該系統在該礦的應用，縮短了20%的刮板輸送機卡鏈事故處理時間，極大提高了刮板輸送機的運行時間及煤炭開采效率，至少為該礦增加了200 萬元的經濟效益。

3.1 系統概要

監測系統特點如下：防爆防沖擊性能、全自動操作模式并可進行手動調試、卡鏈故障實時定位報警、遠程監控功能、數據存儲功能。整個系統在刮板輸送機機身布置有傳感器10 個，刮板機機頭部6 個；機尾部4 個；卡鏈狀態定位點傳感器2 個位于刮板機機頭鏈輪處。如圖1 所示，監測裝置還可對刮板機速度及電機運行狀態進行調整以及數據采集，并進行遠程地面監控。系統運行流程為操作室內配置控制臺、控制柜及工作人員進行地面的監測預報，刮板輸送機上布置兩套傳感器系統，卡鏈定位點傳感器2 個位于刮板輸送機機頭鏈輪處，該點發生卡鏈故障的概率最大，并與控制柜相連；刮板機機頭機尾電機上分別裝有變頻器以監測電機工作頻率及電流大小，并與控制柜相連；變頻器可對鏈條運行狀態進行監測，將測試片安裝在鏈條上，當鏈條發生故障時進行變頻器頻率測試，設置頻率5 Hz、10 Hz、15 Hz 并啟動測試，若啟動頻率為15 Hz、20 Hz 即故障點定位有誤，若啟動頻率為5 Hz、10 Hz 則鏈條故障點定位準確[1]。刮板輸送機整機配有10 個傳感器進行鏈條狀態監測，機頭部6個，機尾部4 個，可將采集到的數據及鏈條狀態實時傳輸到控制柜中。控制臺根據實時傳輸的數據進行分析處理，做出具體的應對措施。

圖1 監控系統布置

3.2 系統構件

卡鏈定位傳感器采用XSIN30PA349 電感式接近開關，如圖2 所示，機頭布置三組6 個，機尾布置兩組4 個。每組分別置于刮板輸送機槽幫兩側，整體通過電纜連接至控制柜，該裝置可實現卡鏈裝置的精確定位，并實時傳輸數據至地面操作臺進行顯示。讀寫器型號TB-M18-H1147，信號傳接器型號TI-BL67-GW-DPVI1-8[2]；由于刮板輸送機工作環境很差，潮濕、高酸度、高沖擊性的環境特點對于控制器的選擇較為困難，因此基于這種特點，決定選用PLC控制器進行監測系統的通信及數據采集處理。該監控器的強度較高，技術也較為成熟可靠，為大多數礦井數據監測系統的常用控制器；地面監控室配置顯示器、控制柜及操作平臺。操作室每班工作人員3 名，實時全天候輪流值守，保障對刮板輸送機的實時監控。其中控制臺成員1 名，對傳感器數據進行異常監控及鏈條狀態監測；控制柜成員1 名，負責日常檢修及控制指令輸入；組長1 名，負責工作協調及指令下達。控制柜為整個系統的核心，因此采用5 mm 鋼板進行密封焊接，箱體具有雙重結構，增添防爆材料以及靜電噴涂處理。箱體分上、下兩層，上層為防爆艙門，下層為本安艙門，上層箱體有觀察窗及觸摸屏，可對傳感器傳輸數據進行實時監測并輸入操作指令，觸摸屏下方還有基礎操作按鈕進行簡要指令輸入，箱體整體結構如圖2 所示，整體操作簡潔方便，安全可靠。

圖2 控制柜整體結構

3.3 系統程序

系統控制器為PLC，整體卡鏈監測控制可分手動故障調試與自動卡鏈狀態實時監測兩種模式。整個系統程序流程為：初始程序、電機功率及鏈條速度監測程序、刮板機偏移算法監控、卡鏈定位點測算監控、手動控制程序等。由于刮板輸送機卡鏈監測系統的核心是對鏈條狀態進行實時監測，因此整個系統包括：鏈條卡鏈狀態監測、故障識別、卡鏈自動報警、卡鏈點定位等[3]。通過鏈輪處安裝的定位點傳感器以及鏈條上傳感器傳輸數據進行對比，監測系統運行性能及刮板輸送機工作情況。對整個系統協調共同作用以實現刮板輸送機卡鏈現象的實時監測及故障處理；手動故障調試系統即通過控制柜進行一些系統故障的簡易處理及指令輸入，保障系統在各種環境下的穩定運行，可手動初始化系統，以監測刮板輸送機電流值，運行功率是否正常。當控制臺顯示到報警信號，值班監控人員及時上報并分析刮板鏈故障地點，在線指導維修人員進行快速卡鏈故障定位及故障排除。故障由發現到處理整體用時不超過6 h，處理效率極高，實用性極高。

4 結語

煤礦綜采工作面惡劣的環境及工人的不規范操作極易造成刮板機鏈條卡鏈現象的發生，很大程度上影響到煤礦的正常開采生產，甚至威脅到煤礦工人的生命安全。通過對某礦刮板輸送機卡鏈原因進行分析，給出相應的應對措施，并配置了鏈條狀態監測系統，該系統可對刮板輸送機鏈條運行狀態進行監測，出現卡鏈狀態時及時報警并進行卡鏈點定位，及時傳輸數據到控制臺。操控室內工作人員可根據反饋信息指導維修工人對故障點進行精確維修處理，極大提高了故障處理效率，為刮板輸送機的安全可靠運行提供了保障。