箱體式雙鏈刮板機跳鏈故障的自動監控

劉發見 張杰 劉冬生

摘要：介紹了選煤廠雙鏈刮板機結構，分析了常見的跳鏈、坍鏈和斷鏈故障原因及規律。根據其狀態規律，采用傳感器非接觸方式檢測、簡易PLC編程運算判斷技術，研制出了一種簡單實用的刮板機跳鏈故障自動監控裝置。實踐應用表明，該裝置能可靠地對刮板機進行故障監控。

關鍵詞：刮板機;跳鏈;簡易PLC;自動監控

1? ? 雙鏈刮板運輸機的結構

雙鏈刮板運輸機主要由箱體、傳動裝置、機頭星輪組、機尾輪槽組、上鏈道和圓環鏈條等構成，刮板鏈則是由圓環鏈和連接環將刮鋼按1 m的標準間距連接而成。刮板運輸機正常運行時，傳動裝置將動力傳到機頭星輪組，使帶齒的機頭輪拖動箱體底部的刮板鏈連續向一個方向移動，其連接于鏈條上并垂直于鏈條的刮鋼就帶動物料向前移動。刮板鏈卸料后繞過機頭星輪通過上鏈道返回機尾輪，回到槽箱底部重新刮送物料，形成循環往復。刮板運輸機在正常運行狀態時刮鋼與鏈條處于垂直狀態，刮板鏈在鏈道上運行平穩。

2? ? 刮板運輸機常見故障分析

2.1? ? 跳鏈故障

跳鏈是刮板運輸機運行中的常見故障，引起跳鏈的原因有多種，如箱體內鋪的鑄石板不平、局部鑄石板脫落、上鏈道有缺口等，均有可能造成刮板鏈運行不平穩產生跳鏈;隨著長時間運行，機頭輪齒磨損、機尾輪槽磨損，兩邊牽引鏈條磨損變形，造成一邊長一邊短，也易引起跳鏈;輸送一定硬度的顆粒狀物料時，較大粒度的物料隨鏈條被帶入鏈輪與鏈條的嚙合點之間，也會造成跳鏈。根據現場觀察，刮板機發生跳鏈故障時，單邊鏈條跳過機頭鏈輪齒合點1～2齒，兩邊鏈條發生錯位，刮鋼處于傾斜狀態運行。

2.2? ? 坍鏈故障

刮板運輸機發生跳鏈故障后沒有及時停車，容易造成機頭、機尾坍鏈故障;大硬度、大粒度的物料隨鏈條進入鏈輪的嚙合點之間，70%左右出現跳鏈故障，30%左右出現坍鏈故障。坍鏈故障單邊鏈條跳出機頭鏈輪或機尾輪槽，由于中心距發生變化，兩邊鏈條發生錯位，刮鋼處于傾斜運行狀態。

2.3? ? 斷鏈故障

斷鏈故障主要由以下兩個原因造成：一是跳、坍鏈未能及時發現，刮板機繼續運行時出現鏈條或刮鋼“擦、掛、卡”;二是鏈條與連接環磨損嚴重，超負荷運行。刮板機斷鏈后將不能運行。

3? ? 跳鏈自動監控裝置的研制

3.1? ? 跳鏈故障信號檢測方式

根據對刮板機跳、坍、斷鏈故障的分析，無論是何種原因造成的此類故障，刮鋼不垂直于兩邊鏈條、產生傾斜運行，刮鋼兩端會錯位，這與刮板機的正常運行狀態有明顯區別。因此，可以根據這一故障現象，選擇兩個非接觸式、具有一定檢測距離的傳感器，分別安裝于刮板機槽箱上鏈道寬度方向，傳感器檢測面與刮鋼保持一定距離，兩傳感器連線垂直于鏈條。

跳鏈故障信號檢測原理為：刮板正常運行時，每根等距的刮鋼兩端會基本同步通過兩傳感器檢測面，兩傳感器檢測到每根刮鋼兩端的信號基本同步;當刮板機出現跳鏈故障時，刮鋼兩端錯位一個距離L（故障現場實際測量L≈105 mm），由于刮鋼兩端錯位105 mm，所以刮鋼兩端通過傳感器檢測面時，兩傳感器檢測信號不會出現同時導通（失步）。將兩傳感器檢測到的失步信號，作為刮板機的跳鏈故障信號。

3.2? ? 跳鏈自動監控裝置原理

本著安全、可靠、經濟、簡單易行的原則，設計出了一種成本低廉、制作安裝簡單的刮板機跳鏈自動檢測控制裝置，主要由簡易PLC、刮鋼傾斜位置檢測傳感器1/2、設備運行信號（KM）、跳鏈復位按鈕（SB）、自動檢測指示（HL1）、跳鏈保護輸出（KA1）、跳鏈報警輸出（KA2）、傳感器故障指示（HL2）組成（圖1）。

3.2.1? ? 部分硬件功能

3.2.1.1? ? 傳感器

（1）由于檢測對象是運動的刮鋼，所以傳感器選用了電感式接近開關;（2）為了確保檢測穩定可靠，選擇三線式NPN型，工作電壓DC6～36 V;（3）檢測距離，由于電感式接近開關檢測距離與檢測面積（直徑）成正比，所以在選擇檢測距離時要考慮檢測直徑+刮鋼厚度不能大于刮板機跳鏈后刮鋼傾斜運行時所產生的錯位（L=105 mm），為此，傳感器檢測距離選擇為30～50 mm;（4）檢測頻率f>D/V，其中f為傳感器檢測頻率，D為刮鋼之間距離（1 mm），V為刮板運行速度（刮板機運行速度一般設計為V=0.46～1 mm/s），選擇傳感器（電感式接近開關）頻率f=150 次/min;（5）接近開關選擇型號為MN30-M30-NOD1、頻率f=150次/min、檢測距離L=30 mm，主要完成刮板機跳鏈后刮鋼傾斜運行兩端錯位距離L的檢測及跳鏈故障信號檢測。

3.2.1.2? ? 簡易PLC一體機

該PLC一體機類型為單片機，型號為QJ-16RPLC-001F，

8路輸入、8路輸出。PLC一體機無需連接電腦，無需梯形圖、軟件等復雜編程。利用高清液晶顯示直接在控制面板上進行編程，實現簡單邏輯運算，大大降低了使用成本。

3.2.2? ? 自動監控裝置工作原理

對簡易PLC輸入、輸出點位分配并編程后，其工作原理如下：刮板機啟動運行后，控制電機的接觸器輔助觸點KM閉合，PLC輸入點X02由0變1，輸出Y00動作，自動檢測指示燈（HL1）亮，裝置進入檢測工作狀態。裝置進入跳鏈檢測后，程序中的同步計時器開始計時，其計時時間t≥1/v，其中t為同步計時器設置時間，1為刮鋼與刮鋼之間的連接標準距離1 m，V為刮板機的運行速度。

刮板機正常運行時，刮鋼兩端基本同時通過兩傳感器檢測面、兩傳感器輸出同步開關信號，PLC數字輸入口X00與X01同時由0變1，同步計時器清零;刮鋼過了傳感器后，傳感器檢測不到信號，PLC數字輸入口X00與X01同時由1變0，同步計時器重新計時。當同步計時器還未達到設定時間t時，第二根刮鋼又通過兩傳感器檢測面，使兩傳感器輸出基本同步的開關信號，PLC數字輸入口X00與X01同時由0變1，同步計時器清零重新計時，如此循環往復。PLC輸出Y01、Y02無輸出信號，中間繼電器KA1、KA2保持初始狀態，其KA1串接在刮板機二次控制回路的常閉觸點保持閉合狀態，刮板機正常運行，KA2無報警輸出。

刮板運輸機出現跳、坍鏈故障時，原垂直于鏈條運行的刮鋼產生較大程度傾斜（兩端傾斜錯位105 mm），使其刮鋼兩端通過兩傳感器檢測面時不能同步，兩傳感器輸出開關信號失步，PLC數字輸入口X00與X01不能同時由0變1，此時同步計時器無法清零而繼續計時，當達到程序設定時間（t）時，PLC輸出Y01、Y02同時由0變1，KA1與KA2微型繼電器通電動作，KA1常閉觸點釋放，斷開刮板機二次控制回路使之及時斷電停車，從而避免跳鏈造成較大的破壞性事故;KA2兩路常開觸點閉合，一路接通裝置上的蜂鳴報警燈，一路輸入廠集中控制（S7-300）PLC數字（DI）輸入點，對上位機編程監控報警。

傳感器1或傳感器2在檢測過程中出現故障、傳感器輸出（BK）一直有信號輸入X00或X01，程序運算處理后輸出Y03由0變1，傳感器故障指示燈LH2亮。

跳鏈復位：出現跳鏈后按下按鈕SB，X03接收到上跳信號，裝置復位。

4? ? 跳鏈自動監控裝置應用

跳鏈自動監控裝置設計完成后，安裝于洗煤車間5條刮板機上并進行了調試。調試正常后投入應用4個多月時間，5條雙鏈刮板運輸機共發生21次跳、坍鏈事故，監控裝置均準確檢測停車報警。

5? ? 結語

依據故障特點設計的箱式雙鏈刮板運輸機故障自動監控裝置，利用電感式接近開關非接觸檢測刮鋼傾斜錯位、簡易PLC編程運算處理，檢測準確，性能穩定，成本低廉，維護簡單，克服了傳統跳鏈保護裝置的缺點和不足，具有推廣價值。

收稿日期：2020-05-13

作者簡介：劉發見（1966—），男，重慶梁平人，機電工程師，研究方向：機電設備、自動控制系統。