斷鏈掉鏈保護裝置在煤礦刮板輸送機中的應(yīng)用

崔文亮

（陽煤集團平定裕泰煤業(yè)有限公司， 山西 平定 045200）

引言

刮板輸送機是一種以撓性體為牽引鏈的連續(xù)運輸機械，其廣泛應(yīng)用于煤礦綜采和掘進工作面煤炭及矸石運輸。刮板輸送機主要由機頭部、刮板鏈、溜槽、機尾部和其他附件組成。刮板輸送機的牽引機構(gòu)是經(jīng)機頭和機尾鏈輪循環(huán)運動的刮板鏈，承載機構(gòu)為溜槽。刮板輸送機在運輸過程中經(jīng)常會遇到斷鏈和掉鏈故障，根據(jù)有關(guān)煤炭生產(chǎn)企業(yè)統(tǒng)計，斷鏈和掉鏈故障占到刮板輸送機機械故障的40%以上，若不能將上述故障及時發(fā)現(xiàn)和排除，則會導(dǎo)致刮板鏈卡死，嚴重時損毀設(shè)備，直接影響到工作面的正常生產(chǎn)運輸[1]。

1 刮板鏈斷鏈和掉鏈原因分析

1.1 斷鏈原因分析

1）鏈環(huán)銹蝕強度降低。煤礦井下有各種礦用廢水，井下廢水與廢機油、乳化液及煤泥等結(jié)合后，水中的硫酸根等離子含量會高于正常水中的含量，導(dǎo)致礦井廢水腐蝕性相對較高，對刮板機的腐蝕作用也更強，長時間使用的刮板機鏈環(huán)會產(chǎn)生生銹及脫皮等現(xiàn)象，進而導(dǎo)致鏈環(huán)強度降低，引發(fā)斷鏈故障的發(fā)生。

2）強力斷鏈。當鏈環(huán)所受到的沖擊載荷超過其強度極限時會發(fā)生脆性斷裂，這種斷鏈形式多是突發(fā)性的，而鏈環(huán)焊接處通常是斷鏈易發(fā)部位。

3）動載荷及疲勞損壞。刮板機刮板及鏈環(huán)在運行過程中會受到煤矸石下落時產(chǎn)生的沖擊動載荷作用，可能造成刮板彎曲或者矸石卡在輸送機內(nèi)等現(xiàn)象，刮板機受到動載荷的作用，會導(dǎo)致鏈環(huán)瞬時受力過大，從而造成斷鏈事故。而刮板鏈在運行中速度及加速度都會發(fā)生周期性的變化，從而發(fā)生疲勞損壞，周而復(fù)始，強度降低后會最終導(dǎo)致斷鏈的發(fā)生。

1.2 掉鏈原因分析

1）鏈環(huán)安裝節(jié)數(shù)不同。刮板機在日常運行維護期間，若在刮板機兩側(cè)安裝節(jié)數(shù)不同的鏈環(huán)，如一側(cè)安裝七節(jié)鏈環(huán)而另一側(cè)安裝五節(jié)鏈環(huán)，導(dǎo)致鏈環(huán)兩側(cè)受力不均，從而出現(xiàn)掉鏈現(xiàn)象。

2）鏈環(huán)入槽失誤。刮板機正常運行中，鏈環(huán)運轉(zhuǎn)過來后準確進入鏈輪槽中，若刮板機機頭的鏈輪發(fā)生磨損，則會導(dǎo)致鏈環(huán)無法準確入槽，從而造成兩側(cè)的刮板鏈不平行。物料若卡在溜槽中，鏈環(huán)則無法在溜槽內(nèi)運行，最終引發(fā)掉鏈故障。

3）刮板機溜槽兩側(cè)的鏈環(huán)松緊程度不同，也會導(dǎo)致掉鏈故障發(fā)生。造成此類故障的原因主要有：刮板鏈在安裝后，溜槽兩側(cè)的鏈環(huán)存在制作精度誤差，造成兩側(cè)鏈條長度不一。刮板機在運行過程中，長期存在鏈條兩側(cè)負載不均，造成兩側(cè)的磨損不一樣，最終導(dǎo)致掉鏈故障。

2 舊式刮板機斷鏈掉鏈保護裝置弊端

現(xiàn)階段對于斷鏈掉鏈保護裝置有多種形式，較為常見的方法有：在刮板機上方安裝觸發(fā)裝置接觸刮板機的刮板和鏈環(huán)，通過對相關(guān)運行信號進行采集與分析，而對故障進行報警。該類保護設(shè)備存在的弊端主要有：保護裝置體積較大、安裝維修不方便，對刮板機的正常運行存在一定干擾，裝置部件多、維修工作量大等[2]。

3 新型斷鏈掉鏈保護裝置

3.1 保護裝置的構(gòu)成及工作原理

如下頁圖1所示，該保護裝置主要由位于兩側(cè)刮板鏈上方的近接開關(guān)、信號傳輸線路及控制系統(tǒng)構(gòu)成。刮板運行通過近接開關(guān)后，兩側(cè)的兩個近接開關(guān)會分別取得一個信號，信號經(jīng)傳輸線路進入控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)對兩個監(jiān)測信號的間隔時間及信號強度進行對比分析，從而判斷兩側(cè)的刮板是否平行。若發(fā)生斷鏈掉鏈故障，則測得的信號會出現(xiàn)明顯的差異，系統(tǒng)進行報警，刮板機停機。

根據(jù)刮板機現(xiàn)場實際情況來安裝保護裝置，安裝位置可以在機頭、中部溜槽或者機尾部，安裝高度可距刮板10～30 mm，兩近接開關(guān)信號允許間隔時間可根據(jù)刮板鏈運行速度及允許信號誤差來綜合確定。合理的安裝不但可以防止刮板機物料對近接開關(guān)的碰撞，也能夠保證開關(guān)動作靈敏可靠，減少因誤判而引起的不必要損失。保護裝置的電氣控制圖如圖2所示。

圖1 保護裝置結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 電氣控制示意圖

3.2 保護功能的設(shè)計及實現(xiàn)

1）該保護裝置可以實現(xiàn)對刮板機因斷鏈掉鏈引起的刮板歪斜保護。刮板機在正常運行情況下，兩近接開關(guān)所取得的信號間隔時間應(yīng)保持在150 ms內(nèi)。若監(jiān)測的信號監(jiān)測間隔大于150 ms，則可認為刮板機存在運行故障，通過控制系統(tǒng)對刮板機發(fā)出停機命令，從而實現(xiàn)對刮板機的保護[3]。

2）該保護裝置可以實現(xiàn)刮板機因刮板嚴重磨損的保護。近接開關(guān)安裝后，其與刮板之間的距離是固定的，因而開關(guān)有效測量距離亦是一定的。若刮板發(fā)生了嚴重的磨損，則近接開關(guān)與刮板之間的距離會發(fā)生變化，從而導(dǎo)致近接開關(guān)的信號接收出現(xiàn)故障，導(dǎo)致其無法正常接收脈沖信號。通過控制系統(tǒng)的信號統(tǒng)計對比，若兩側(cè)的兩個近接開關(guān)接收的信號個數(shù)存在差別，控制系統(tǒng)會對相應(yīng)情況進行語音播報，巡檢人員對刮板機進行檢查，實現(xiàn)相應(yīng)的保護功能。

3）該保護裝置可以實現(xiàn)對刮板漏裝及掉落的保護。刮板輸送機的刮板屬于容易磨損和破壞的部件，因此要經(jīng)常進行更換處理，刮板在鏈環(huán)上按一定的距離均勻分布，可以保證刮板鏈承載物料后受力均勻，漏裝或者運行中刮板掉落對刮板機的安全平穩(wěn)運行是不利的。若刮板機在運行過程中出現(xiàn)上述狀況，則兩側(cè)近接開關(guān)獲取的脈沖信號間隔會較正常運行時大，控制系統(tǒng)及時進行停機處理，從而實現(xiàn)保護功能。

3.3 電氣控制程序

刮板機正常啟動運行后，接觸器接通后，計時器開始正常運行，兩個近接開關(guān)的計時器會分別對兩側(cè)刮板的運行情況進行信號監(jiān)測，若出現(xiàn)斷鏈掉鏈等情況引起信號變化時，通過控制系統(tǒng)及時發(fā)出控制信號，以實現(xiàn)對刮板機的保護功能[4]。

3.4 技術(shù)特征及優(yōu)勢

該保護裝置的主要技術(shù)特征為：通過將兩個并排的接近開關(guān)布置于刮板機上方來采集其運行的信號；兩個近接開關(guān)通過傳輸線路與控制系統(tǒng)相連接，控制系統(tǒng)通過對兩個近接開關(guān)所收集的脈沖信號個數(shù)及強度進行綜合分析來判斷刮板機的運行狀態(tài)；通過將近接開關(guān)安裝在合理位置和高度來確保監(jiān)控系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行；監(jiān)控系統(tǒng)與報警裝置相連，在發(fā)生故障后及時報警并停機，從而保證刮板機的安全穩(wěn)定運行。

與現(xiàn)有的保護裝置相比較，該保護裝置具有以下優(yōu)點：該保護裝置結(jié)構(gòu)緊湊、運行穩(wěn)定、維護方便，安裝后并未對刮板機的正常運行產(chǎn)生干擾影響；通過合理安裝及參數(shù)設(shè)定，能夠?qū)伟鍣C常見的斷鏈掉鏈故障進行及時準確的判斷，反應(yīng)靈敏、抗干擾能力強、故障率低，實現(xiàn)了相應(yīng)的保護功能。

4 結(jié)語

該套斷鏈掉鏈保護裝置被運用于井下工作面及洗煤廠洗選車間刮板輸送機后，實現(xiàn)了安全平穩(wěn)運行，通過監(jiān)控系統(tǒng)與調(diào)度室控制臺相連接，可以獲取關(guān)鍵運輸部位的刮板機運行狀態(tài)，在出現(xiàn)斷鏈及掉鏈故障后能夠及時報警并停機，有效防止了故障的擴大，降低了人工故障處理的難度，實現(xiàn)了刮板機的安全平穩(wěn)運行，具有一定的推廣價值。

[1]王立波.選煤廠刮板機常見故障及解決辦法[J].煤炭工程，2016，48（12）：70-72；75.

[2]高建.基于礦用刮板機斷鏈事故的分析與預(yù)防[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2016（9）：180-181.

[3]湯政，劉征，葛德武.刮板機常見故障分析與處理方法研究[J].科技傳播，2011（16）：36-37.

[4]石鳳巧.淺析刮板機常見故障及處理措施[J].山西焦煤科技，2009（11）：18-19.