振動給煤機設計與應用研究

竇浩浩

（山西蘭花科創玉溪煤礦有限責任公司，山西 晉城 048214）

引言

給煤機作為煤炭開采過程中應用較為廣泛的裝卸載設備之一，其工作性能的好壞直接關系著礦井煤炭開采效率和產能，因此必須引起高度重視[1]。塊度作為給煤機性能評價極其關鍵的因素，對給煤機的給煤量和煤炭質量具有重要的影響[2]。傳統礦井裝卸載系統中多采用往復式給煤機，雖然能夠保證給煤機運行過程中給煤量的恒定，但是塊度大小不一，塊度過大會增加煤炭運輸存儲所需的空間，甚至卡死給煤機，不利于礦井煤炭開采產量的提高[3-5]。因此結合工作經驗與某礦煤炭裝卸系統的需求，對新型給煤機的設計與應用進行研究。

1 振動給煤機設計

1.1 結構設計

圖1 給煤機安裝圖

根據礦井給煤機布置空間及生產現場實際需求，完成了振動給煤機方案的設計，如圖1 所示，主要由平閘板、主彈簧、激振電機、槽體等組成。振動給煤機的工作原理如下：激振器中設計有偏心塊，旋轉過程中能夠產生離心力，帶動槽體有規律地振動，推動煤炭持續前移，實現給煤的目的。當給煤機給煤過程中突然遇到塊度較大的煤炭時，經振動處理過程能夠實現塊度均勻化的效果，避免給煤機輸出煤炭塊度的大小不一現象。為了提高給煤機的自動化水平，便于現場使用，將給煤量和給煤速度設計為自動可調，其中給煤量的調整主要通過倉口平閘板油缸控制受煤倉向給煤機輸入量實現；給煤機槽體在槽體回轉油缸作用下可在傾角0°～20°范圍內進行自動調整，進而控制給煤速度。

1.2 液壓系統設計

為了滿足煤礦的生產需求，完成了液壓系統的設計，如圖2 所示。該液壓系統其動力部分采用了2組電機和液壓泵，其中1 套處于工作狀態，另1 套處于備用狀態。液壓執行元件均為閘板液壓缸，涉及2個平閘板油缸、2 個回轉油缸和1 個前閘板油缸，為了提高液壓油缸運動過程中的安全性，在油缸回路中設置有雙向液壓鎖。為了避免出現斷電導致給煤機閘板不能關閉，煤炭大量輸出壓壞皮帶機，增設了2 個蓄能器，存儲的液壓壓力足以完成斷電情況下閘板的關閉要求。給煤機正常工作過程中僅僅在給煤機啟停和給煤量調整時才工作，使用頻率不高，并且煤炭量調好之后就不變了，也就是油泵較長時間內處于非工作狀態，只有在蓄能器能量釋放之后方可啟動液壓站電機進行蓄能。

圖2 液壓系統原理圖

1.3 電控系統設計

振動給煤機機械結構功能的實現需要電控系統作為保障，系統采用了2 套激振電機，功率大小為2.2 kW，用于實現給煤機振動，保障煤炭順利輸送；同時采用了2 套7.5 kW 的油泵電機為液壓系統提供足夠的壓力，保障給煤機回轉油缸、前閘板油缸和平閘板油缸的可靠動作；為了保證液壓油的粘度適宜，設計了液壓油箱加熱裝置，最大熱功率為2 kW。上述電機均使用380 V 供電，控制線路中設計了刀閘開關、熔斷器、繼電器等保護控制元件，能夠保證電機可靠得電工作。為了實現振動給煤機的低壓控制，供電線路中分別設計AC220V 和DC24V 變壓器，得到控制電路所需電能，實現振動給煤機功能實現的自動控制。具體電控系統回路如圖3 所示。

圖3 電控系統原理圖

1.4 PLC 控制程序設計

給煤機控制系統采用了可編程邏輯控制器PLC，要想實現給煤機動作的自動控制，必須編制對應的控制程序。給煤機控制系統設計了兩種工作模式，分別為手動控制和聯動控制。手動控制模式功能的實現需要操作人員手動操作完成，如液壓站的啟停、閘板開度調整、振動啟停等；聯動控制模式下上述功能操作自動完成，與下級的輸送帶和上級的提升機協調配合運轉。PLC 的應用不僅實現了給煤機邏輯關系的控制，也為給煤機運轉過程實現在線監測和遠程控制提供了條件，實現整臺設備的遠程監控，無人值守。具體PLC 程序如圖4 所示。

圖4 PLC 控制程序

1.5 振動給煤機的調試

振動給煤機完成設計、采購/加工、裝配等工作后需要由專業的技術人員現場指導設備的調試工作，主要包括液壓系統、前閘板、槽體回轉系統、電控系統、槽體振動、給煤量、激振力調整等內容。

液壓系統調試時需要泵站啟動前檢測系統油路是否接好、各類閥件是否正常、液壓油位是否滿足規定要求、油缸連接是否牢固、油缸推桿路線上是否存在障礙、蓄能器是否密封可靠等，要求蓄能器內的壓力不能超過12 MPa，確保其能夠在系統斷電情況下足以關閉閘板；前閘板和槽體回轉系統調試工作重點是在油泵開啟，系統壓力保持12 MPa 情況下，反復啟停驅動油缸，使系統在行程內完成3 個循環，確保運動可靠無卡滯、鎖緊可靠；電控系統調試主要檢查控制柜的外形及其隔爆性能，確定各個操縱按鈕正常；槽體振動調試首先手動盤動振動槽體，之后開啟激振電機使其保持在80%的激振力，連續運行2 h，觀察激振過程中系統功能的實現情況；激振力的調試主要是調試電機輸入激振力與煤炭塊度的關系，通過調整激振電機個數完成振動激振力的調整，進而控制煤炭破碎的程度，確保煤炭輸出塊度的均勻性；給煤量調試主要通過調整槽底傾角、平閘板和前閘板的位置關系實現。

2 應用效果評價

為了驗證振動給煤機的應用效果，將其應用于煤礦中進行煤炭裝卸工作，并且在其連續運行的半年時間內進行了跟蹤。相較于往復式給煤機，振動給煤機結構簡單、工作可靠，運行過程中未出現設備故障；振動給煤機的應用大大提高了礦井煤炭裝卸工作的自動化、智能化水平，保證了工作人員作業過程中的安全性，避免事故的出現。預計振動給煤機的應用將會為企業節省設備維護維修費用和人員投入成本約100 萬/a。經抽樣檢查得到振動給煤機輸出的大個煤炭塊度誤差范圍為10～25 mm，塊度均勻穩定，得到了企業使用人員的一致好評。