雙齒輥破碎機(jī)失速保護(hù)方法的改進(jìn)設(shè)計(jì)

陳 洪

(1.中煤科工集團(tuán)唐山研究院有限公司；2.河北省煤炭洗選工程技術(shù)研究中心，河北 唐山 063012)

煤炭的分級(jí)破碎是煤炭洗選工作的必要步驟，選煤廠的破碎工藝是按照需求將煤炭破碎成一定粒度，為后續(xù)生產(chǎn)工藝做準(zhǔn)備。破碎機(jī)工作的可靠性是選煤工藝的基本保障[1-3]。為保障破碎機(jī)可靠運(yùn)行，研發(fā)生產(chǎn)的SSC型破碎機(jī)采用了液力耦合器軟連接、電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)和雙齒輥失速保護(hù)三重保護(hù)措施，其中失速保護(hù)通常是最先觸發(fā)的一道保護(hù)。失速保護(hù)系統(tǒng)對(duì)破碎機(jī)齒輥轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)出現(xiàn)堵料導(dǎo)致轉(zhuǎn)速降低到設(shè)定值以下時(shí)，即發(fā)出失速報(bào)警信號(hào)，并立即停機(jī)，以有效保護(hù)破碎機(jī)主要部件[4]。

1 使用現(xiàn)狀

雙齒輥破碎機(jī)的2個(gè)齒輥采用2臺(tái)電機(jī)經(jīng)耦合器和減速機(jī)驅(qū)動(dòng)，2個(gè)破碎齒輥對(duì)向旋轉(zhuǎn)，煤炭在2個(gè)齒輥上部受破碎齒的剪切、劈裂和刺破等綜合作用下被破碎并向下排出(圖1)。

轉(zhuǎn)速傳感器安裝形式如圖2所示，輥軸端面鑲嵌有磁鐵，齒輥轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)磁鐵依次經(jīng)過(guò)磁感應(yīng)傳感器，磁感應(yīng)傳感器產(chǎn)生脈沖信號(hào)并傳輸給轉(zhuǎn)速測(cè)控儀，轉(zhuǎn)速測(cè)控儀通過(guò)監(jiān)測(cè)脈沖信號(hào)的頻率計(jì)算當(dāng)前轉(zhuǎn)速[5，6]。

圖1 雙輥咬合物料示意

為減小啟動(dòng)電流沖擊兩齒輥，采取分步啟動(dòng)后同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，2個(gè)齒輥非強(qiáng)制同步。失速保護(hù)系統(tǒng)使用2個(gè)傳感器分別測(cè)量?jī)升X輥的轉(zhuǎn)速。傳統(tǒng)失速保護(hù)控制流程為：當(dāng)一齒輥運(yùn)轉(zhuǎn)后，其對(duì)應(yīng)的失速保護(hù)功能隨即啟動(dòng)，2個(gè)齒輥先后啟動(dòng)完成，進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)監(jiān)測(cè)到任一齒輥轉(zhuǎn)速低于設(shè)定的報(bào)警值時(shí)即發(fā)出失速報(bào)警信號(hào)，并控制2個(gè)齒輥同時(shí)停機(jī)，傳統(tǒng)控制流程如圖3所示。

圖2 轉(zhuǎn)速傳感器安裝結(jié)構(gòu)示意

圖3 傳統(tǒng)控制流程

2 存在問(wèn)題分析

現(xiàn)有的失速保護(hù)方法可以對(duì)破碎機(jī)進(jìn)入鐵器或粒度超限的矸石以及物料堆積造成的堵轉(zhuǎn)做出反應(yīng)，達(dá)到保護(hù)效果。然而，在實(shí)際使用中有時(shí)會(huì)發(fā)生脈沖信號(hào)，偶爾會(huì)因線路干擾或傳感器反應(yīng)性能衰退而導(dǎo)致脈沖信號(hào)瞬間丟失，引發(fā)誤報(bào)警，導(dǎo)致生產(chǎn)中斷。為避免出現(xiàn)誤報(bào)警現(xiàn)象，有些失速保護(hù)系統(tǒng)在監(jiān)測(cè)到脈沖信號(hào)中斷后設(shè)置延時(shí)，暫不立即報(bào)警和停機(jī)，如延時(shí)2 s后脈沖信號(hào)仍然中斷，則認(rèn)定為失速并報(bào)警停機(jī)，若2 s內(nèi)脈沖信號(hào)恢復(fù)，則認(rèn)定為偶然現(xiàn)象導(dǎo)致脈沖信號(hào)瞬間缺失，破碎機(jī)繼續(xù)運(yùn)行。這種保護(hù)方法雖然可避免誤報(bào)警，但因設(shè)置了延時(shí)而犧牲了失速保護(hù)的反應(yīng)速度，對(duì)破碎機(jī)主要部件的保護(hù)效果不佳。現(xiàn)有失速保護(hù)方法無(wú)法做到既避免誤報(bào)警又達(dá)到快速保護(hù)。

3 改進(jìn)設(shè)計(jì)

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)之弊端，設(shè)計(jì)一種雙齒輥破碎機(jī)失速保護(hù)方法，在避免出現(xiàn)誤報(bào)警的同時(shí)保障失速保護(hù)的反應(yīng)速度，確保破碎機(jī)主要部件的安全。系統(tǒng)整體電氣連接見圖4，2個(gè)齒輥啟動(dòng)信號(hào)分別輸入至PLC，2個(gè)齒輥轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生脈沖信號(hào)并分別傳輸給2個(gè)轉(zhuǎn)速測(cè)控儀，轉(zhuǎn)速測(cè)控儀將計(jì)算后的轉(zhuǎn)速輸入至PLC，轉(zhuǎn)速測(cè)控儀采用唐山研究院有限公司自行研制的SSC-2A型。PLC輸出失速報(bào)警信號(hào)、2個(gè)齒輥的失速預(yù)警信號(hào)以及控制2臺(tái)電機(jī)啟停的信號(hào)。

圖4 失速保護(hù)系統(tǒng)電氣連接示意

在常見內(nèi)旋式雙齒輥破碎機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，所破碎物料對(duì)2個(gè)齒輥同時(shí)有反作用力(圖1)，當(dāng)發(fā)生堵塞時(shí)，會(huì)造成2個(gè)齒輥同時(shí)失速，不可能單一齒輥?zhàn)枞伲硪积X輥能正常旋轉(zhuǎn)。在改進(jìn)設(shè)計(jì)時(shí)也利用了這一原理，本質(zhì)是在啟動(dòng)單個(gè)齒輥時(shí)執(zhí)行單獨(dú)失速保護(hù)程序，當(dāng)2個(gè)齒輥都啟動(dòng)后切換程序?qū)崿F(xiàn)2個(gè)齒輥聯(lián)合監(jiān)測(cè)。

以第一齒輥先啟動(dòng)為例，當(dāng)?shù)谝积X輥啟動(dòng)，第二齒輥尚未啟動(dòng)時(shí)，PLC執(zhí)行程序Ⅰ，若PLC接收到第一轉(zhuǎn)速測(cè)控儀發(fā)出的第一齒輥失速信號(hào)，則立即發(fā)出失速報(bào)警信號(hào)并控制第一齒輥停機(jī)，若第一轉(zhuǎn)速測(cè)控儀未發(fā)出失速信號(hào)，則第一齒輥正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

當(dāng)?shù)谝积X輥、第二齒輥依次完成啟動(dòng)后，PLC切換執(zhí)行程序Ⅱ，若第一轉(zhuǎn)速測(cè)控儀和第二轉(zhuǎn)速測(cè)控儀都沒(méi)有發(fā)出失速信號(hào)，則兩齒輥正常運(yùn)轉(zhuǎn)；若第一轉(zhuǎn)速測(cè)控儀和第二轉(zhuǎn)速測(cè)控儀都發(fā)出失速信號(hào)，則PLC立即發(fā)出失速報(bào)警信號(hào)并控制兩齒輥停機(jī)；若第一轉(zhuǎn)速測(cè)控儀發(fā)出失速信號(hào)，第二轉(zhuǎn)速測(cè)控儀未發(fā)出失速信號(hào)，則PLC發(fā)出第一齒輥失速預(yù)警信號(hào)，提示檢查第一轉(zhuǎn)速傳感器和第一轉(zhuǎn)速測(cè)控儀，但不控制2個(gè)齒輥停機(jī)；若第二轉(zhuǎn)速測(cè)控儀發(fā)出失速信號(hào)，第一轉(zhuǎn)速測(cè)控儀未發(fā)出失速信號(hào)，則PLC發(fā)出第二齒輥失速預(yù)警信號(hào)，提示檢查第二轉(zhuǎn)速傳感器和第二轉(zhuǎn)速測(cè)控儀，但不控制2個(gè)齒輥停機(jī)。

第二齒輥先啟動(dòng)亦同理，即先執(zhí)行程序Ⅲ再執(zhí)行程序Ⅱ，控制流程見圖5。

圖5 改進(jìn)后控制流程

4 結(jié) 語(yǔ)

設(shè)計(jì)改進(jìn)并沒(méi)有對(duì)傳感器安裝形式和系統(tǒng)電氣連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變，因此，對(duì)于改進(jìn)前投產(chǎn)的設(shè)備，后期維護(hù)僅通過(guò)修改保護(hù)程序即可實(shí)現(xiàn)改進(jìn)后的效果，操作便捷。

自破碎機(jī)失速保護(hù)方法改進(jìn)后已生產(chǎn)設(shè)備20余臺(tái)，在陜西狼窩渠煤礦、山東金源煤礦、貴州發(fā)耳煤礦等地都有應(yīng)用，在消除失速保護(hù)誤報(bào)警和堵轉(zhuǎn)反應(yīng)迅速兩方面均有較好的使用效果，使用近兩年以來(lái)，未出現(xiàn)過(guò)誤報(bào)警停車的問(wèn)題，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性。