礦用刮板輸送機鏈條張緊力自動監控技術及故障維護

智國華

（山西焦煤西山煤電集團杜兒坪礦，山西 太原 030022）

0 引言

礦用刮板輸送機是綜采工作面重要的設備之一[1]，刮板輸送機的好壞直接影響著綜采工作面生產效率，又特別是在采煤過程中，隨著煤量和煤塊大小的變化，刮板輸送機鏈條所受張緊力也在不斷變化著，有可能造成鏈條局部過緊或者局部過松的情況，進而給刮板輸送機穩定運行帶來不確定影響，嚴重時會造成斷鏈、掉鏈事故發生，嚴重阻礙運煤環節。因此，為了提高刮板輸送機穩定、安全運行，論文研究實時自動監控刮板輸送機鏈條張緊力技術，提出刮板鏈故障維護措施，這對實現綜采工作順利進行和提高礦井安全、高效生產具有重要意義。

1 鏈條常見故障分析

1.1 常見故障分析

礦用刮板輸送機鏈條實物如圖1所示。刮板輸送機在工作面運輸當中，鏈條張緊力會隨著刮板運送煤量或者煤塊大小而不斷變化，受瞬時載荷作用影響，有可能鏈條局部或者整個鏈條松緊程度超過設計的極限[2]，這是極不安全的，帶來斷鏈、掉鏈等嚴重后果。在運煤過程中，鏈條松緊度會對刮板輸送機的穩定運行產生影響，若刮板輸送機鏈條過松，鏈條容易在機頭鏈輪或者機尾鏈輪等分離點出現掉鏈，掉落的鏈條相應在分離點處堆積，對鏈輪造成極大的沖擊、振動載荷作用，進而引起惡心循環，造成鏈條斷裂、卡鏈等故障事故；若刮板輸送機鏈條過緊，鏈條、鏈輪、刮板輸送機中部槽三者之間摩擦阻力顯著增加，相應造成刮板輸送機的功率增大，但是能耗也會增大，相關零部件磨損程度大為增大[3-4]。對刮板輸送機鏈條故障種類以及造成這些故障的原因進行總結，見表1。

圖1 刮板輸送機鏈條

表1 鏈條故障類型及產生原因

1.2 預緊力分析

為確保刮板輸送機在綜采工作面正常運煤，根據刮板鏈張緊力力學特性，采用圓環鏈與鏈輪正常嚙合，目的是阻止鏈環與鏈輪在分離點發生堆積或者出現懸垂過大而造成的沖擊、振動，因此在刮板輸送機使用之前給鏈條增加一定大小的預緊力[5]。為了不影響刮板輸送機穩定運轉，需要給鏈條施加合宜的預緊力，因為，預緊力過大，反而會增加鏈條與鏈輪之間的摩擦力，導致磨損嚴重、鏈環節距減少，當然鏈條和鏈輪的使用壽命也會縮短；如果預緊力給太小，鏈條容易在分離點發生堆積，導致掉鏈等故障。

在分析刮板輸送機鏈條預緊力時，為了便于分析刮板輸送機鏈條受力狀況，將其簡化為理想的彈性體[6]，如圖2所示。圖中虛線所圍區域表示刮板輸送機靜止時所受張力，實線所圍區域表示刮板輸送機運動狀態所受的張力，S1表示刮板輸送機在額定負載作用下鏈條與機尾鏈輪的嚙合位置所受張力，S2表示刮板輸送機在額定負載作用下鏈條與機尾鏈輪的分離位置所受張力，S3表示刮板輸送機在額定負載作用下鏈條與機頭鏈輪的嚙合位置所受張力，S4表示刮板輸送機在額定負載作用下鏈條與機頭鏈輪的分離位置所受張力。

2 張緊力自動監控技術

2.1 微應變監控技術

為了良好控制刮板輸送機鏈條的張緊力，需要實時在線自動監控張緊力大小，論文簡單介紹兩張自動監控張緊力技術，即微應變監控合滑模控制監控。微應變監控技術是利用應變片微小變形來獲取張力變化，如圖3所示，在刮板輸送機刮板連接的鏈環上安設應變片，刮板中輔助安裝可以處理電路、無線接收和發送的模塊以及電源，在刮板輸送機運行過程中，可以根據應變片變形測得張力大小。

圖2 理想狀態下鏈條張力分析示意圖

圖3 利用應變片監測鏈條張緊力

應變片是由半導體或者金屬導體材質制作，在作用力下，應變片的長度發生改變，根據物理學知識[7]可以得出應變片電阻值R與應變片長度l的關系表達式：

式中：R為電阻值，Ω；ρ為電阻率，Ω.m；l為長度，mm；S 為橫截面面積，m2。

根據上述公式可以看出，所測張力變化主要是通過測應變片電阻值轉換得到。采用微應變自動監控鏈條張緊力，優勢在與鏈環上安設應變片，監測精度高，占用空間小，而且只要鏈條發生形變立刻就能測出鏈條張緊力變化。

2.2 滑模控制監控技術

基于滑模控制監控刮板輸送機鏈條張緊力的原理如圖4所示，圖中VD代表刮板輸送機鏈輪運行速度。在整個系統安設有傳感器，傳感器可以測量鏈條的真實張力值SA和SB，在滑模控制中對其進行分析和預判處理，信號比較器I將分析和處理后的期望值作比較，就得到了張力偏差值ΔSA和ΔSB，緊接著信號比較器II再對張力偏差值進行判定，查看二者是否超越誤差允許值ΔS，得出激發信號eA和eB發送至控制器中，刮板輸送機的機尾液壓油缸A、B根據激發信號eA和eB做出伸縮反應，液壓油缸伸長（或收縮）量分別用XA、XB表示，這便是滑模控制技術自動監控鏈條張力的整個過程，進而實現自動調節刮板輸送機鏈條松緊度。

圖4 基于滑模控制鏈條監控張緊力

3 鏈條故障維護措施

1）斷鏈預防方法。開啟刮板輸送機之前應當檢查鏈條松緊度，將鏈條調節到合適的松緊程度；決不允許強制啟動刮板輸送機；在運行過程中回空鏈不允許帶有雜物或者回料；及時更換變形嚴重或者磨損超過限度的鏈條；鏈條與鏈輪連接的連接環所用螺栓必須牢牢緊固，一旦在運轉過程中發生異常需要立即停機檢查。

2）飄鏈處理方法。刮板輸送機發生飄鏈故障時，首先應停止運送物料，接著用墊木把刮板機中部墊起，檢查刮板輸送機的中部等凹處位置。

3）掉鏈處理。若刮板輸送機發生兩條鏈掉落，使用專用裝置將刮板鏈條回上鏈輪。若出現一根鏈條掉落，采用鏈條對稱位置，用硬木支撐，開啟刮板輸送機，上掉落的鏈條，上鏈的過程中人員一定要站在安全地方，因為有可能木棍彈出扎傷人。

4）刮板鏈底鏈出槽改善措施。為了防止刮板輸送機底鏈出槽，在開機之前檢查刮板減速機是否平整，務必保證兩條鏈長度一致，不能出現鏈條節距偏短情形。在維護的時候一定要按照安全規程來進行處理，不允許在底槽掉鏈情形下，隨意處理，因為此種情況有可能出現卡鏈造成電機超負荷運行，機尾被拉翻，致使人員傷亡。在刮板輸送機運行期間，充分利用自動監控技術調整鏈條張緊力，確保刮板輸送機安全、穩定運行。對刮板輸送機鏈條維護、預防、改善后，應用于采面工作面。

4 結 論

礦用刮板輸送機是綜采工作面中重要設備之一，鏈條因為張緊力變化而發生故障。為了提高刮板輸送機穩定性和安全性，論文對鏈條張緊力自動監控技術進行了研究，并提出了維護刮板鏈措施：①為了防止刮板輸送機鏈環與鏈輪在分離點發生堆積或者出現懸垂過大而造成的沖擊、振動，使用之前給鏈條增加一定大小的預緊力。刮板輸送機在運行過程中，鏈條主要有斷鏈、飄鏈、掉鏈和底鏈出槽四種故障。②為了調節鏈條預緊力，需要實時在線自動監控刮板輸送機鏈條張緊力，論文介紹了微應變監控技術和滑模控制監控技術。③針對刮板輸送機斷鏈、飄鏈、掉鏈和底鏈出槽故障，分別提出了相應改善鏈條措施，自動監控鏈條張緊力并根據需要對鏈條松緊度進行調節，有效的確保了刮板輸送機正常運行。