斷鏈掉鏈保護裝置在煤礦刮板輸送機中的應用

崔文亮

（陽煤集團平定裕泰煤業有限公司， 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運輸機械，其廣泛應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是經機頭和機尾鏈輪循環運動的刮板鏈，承載機構為溜槽。刮板輸送機在運輸過程中經常會遇到斷鏈和掉鏈故障，根據有關煤炭生產企業統計，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現和排除，則會導致刮板鏈卡死，嚴重時損毀設備，直接影響到工作面的正常生產運輸[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、乳化液及煤泥等結合后，水中的硫酸根等離子含量會高于正常水中的含量，導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會產生生銹及脫皮等現象，進而導致鏈環強度降低，引發斷鏈故障的發生。

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

3）動載荷及疲勞損壞。刮板機刮板及鏈環在運行過程中會受到煤矸石下落時產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等現象，刮板機受到動載荷的作用，會導致鏈環瞬時受力過大，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生周期性的變化，從而發生疲勞損壞，周而復始，強度降低后會最終導致斷鏈的發生。

1.2 掉鏈原因分析

1）鏈環安裝節數不同。刮板機在日常運行維護期間，若在刮板機兩側安裝節數不同的鏈環，如一側安裝七節鏈環而另一側安裝五節鏈環，導致鏈環兩側受力不均，從而出現掉鏈現象。

2）鏈環入槽失誤。刮板機正常運行中，鏈環運轉過來后準確進入鏈輪槽中，若刮板機機頭的鏈輪發生磨損，則會導致鏈環無法準確入槽，從而造成兩側的刮板鏈不平行。物料若卡在溜槽中，鏈環則無法在溜槽內運行，最終引發掉鏈故障。

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

2 舊式刮板機斷鏈掉鏈保護裝置弊端

現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裝置接觸刮板機的刮板和鏈環，通過對相關運行信號進行采集與分析，而對故障進行報警。該類保護設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刮板鏈上方的近接開關、信號傳輸線路及控制系統構成。刮板運行通過近接開關后，兩側的兩個近接開關會分別取得一個信號，信號經傳輸線路進入控制系統，控制系統對兩個監測信號的間隔時間及信號強度進行對比分析，從而判斷兩側的刮板是否平行。若發生斷鏈掉鏈故障，則測得的信號會出現明顯的差異，系統進行報警，刮板機停機。

根據刮板機現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，兩近接開關信號允許間隔時間可根據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的碰撞，也能夠保證開關動作靈敏可靠，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 保護裝置結構示意圖

圖2 電氣控制示意圖

3.2 保護功能的設計及實現

1）該保護裝置可以實現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，兩近接開關所取得的信號間隔時間應保持在150 ms內。若監測的信號監測間隔大于150 ms，則可認為刮板機存在運行故障，通過控制系統對刮板機發出停機命令，從而實現對刮板機的保護[3]。

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

3）該保護裝置可以實現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，因此要經常進行更換處理，刮板在鏈環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運行是不利的。若刮板機在運行過程中出現上述狀況，則兩側近接開關獲取的脈沖信號間隔會較正常運行時大，控制系統及時進行停機處理，從而實現保護功能。

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，兩個近接開關的計時器會分別對兩側刮板的運行情況進行信號監測，若出現斷鏈掉鏈等情況引起信號變化時，通過控制系統及時發出控制信號，以實現對刮板機的保護功能[4]。

3.4 技術特征及優勢

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

與現有的保護裝置相比較，該保護裝置具有以下優點：該保護裝置結構緊湊、運行穩定、維護方便，安裝后并未對刮板機的正常運行產生干擾影響；通過合理安裝及參數設定，能夠對刮板機常見的斷鏈掉鏈故障進行及時準確的判斷，反應靈敏、抗干擾能力強、故障率低，實現了相應的保護功能。

4 結語

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，實現了安全平穩運行，通過監控系統與調度室控制臺相連接，可以獲取關鍵運輸部位的刮板機運行狀態，在出現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，實現了刮板機的安全平穩運行，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防[J].中國新技術新產品，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.