沙坪洗煤廠刮板輸送機故障分析與改進措施

趙小寧

（晉神能源有限公司 沙坪洗煤廠，山西 沂州 036500）

1 概 況

刮板輸送機為選煤廠的關鍵設備，主要由機頭、機尾部和中間部組成。刮板輸送機機頭、機尾架主要由墊架、聯板以及舌板等組成；傳動裝置主要包括電動機、減速器、摩擦盤、罩筒以及液力耦合器等；鏈輪組件主要包括牽引鏈輪、盲軸等；中間部的溜槽主要包括電纜槽、開口槽、中部槽、連接槽、過渡槽、齒軌以及墊軌等；刮板鏈主要包括圓環鏈、E型螺栓、刮板以及連接環等。總體結構如圖1所示。

圖1 刮板輸送機結構框圖Fig.1 Structure diagram of scraper conveyor

2 刮板輸送機常見失效形式及原因分析

沙坪洗煤廠刮板輸送機常見故障主要有動力系統的常見故障、機頭機尾的常見故障以及承載系統的常見故障。

2.1 動力系統常見故障及原因分析

（1）減速器常見的主要表現形式為減速器的齒輪損壞、軸承間隙增大、在軸承表面和減速器表面有不均勻的磨損。結合實際工作經驗分析，上述故障的主要原因有減速器的潤滑工作不到位、在潤滑油中混入了煤塵以及其他雜質、聯軸器之間的間隙配合不到位以及更換齒輪后未見其完全復位。

（2）液力耦合器故障的常見表現形式為出現漏油、扭矩的傳遞存在障礙。造成上述故障的主要原因為液力耦合器的密封元件出現故障、油塞有了一定了松動、系統長期處于過載的工作狀態以及元器件的潤滑性能差。

（3）電機常見故障表現形式為電機過熱、電機無法正常啟動、電機發出非正常的聲響、電機被燒毀等。造成上述故障的主要原因有過于頻繁的啟動電機導致電機的軸承損壞；在日常使用中維修不當；電機過低的電壓導致其線路出現故障。

2.2 機頭機尾常見故障及原因分析

刮板輸送機的機頭機尾部件作為整個設備的驅動和回鏈裝置，常見的故障主要包括機頭架故障以及鏈輪的相關組件故障。

（1）機頭架故障的主要表現形式為機頭架底鏈脫落、底板變形等。造成上述故障的主要原因有刮板輸送機嚴重超負荷工作、刮板輸送機的焊接質量未達要求、刮板輸送機底板未采取相應的加固措施等。

（2）鏈輪組件發生故障的主要表現形式為鏈輪失效、鏈輪軸失效、鏈輪的拔鏈器發生故障，半滾筒發生故障等。造成上述故障的原因有鏈輪的潤滑程度不夠、鏈條太松、固定底板的螺栓脫落以及在日常的工作中未能按照要求檢修。

2.3 承載系統常見故障及原因分析

承載系統常見故障為在機頭和中部槽底的位置掉鏈、斷鏈、卡鏈等，以機頭和中部底槽掉鏈情況最為常見。造成上述故障的主要原因有刮板發生彎曲、鏈條質量不滿足要求、動載荷的沖擊過大等。

綜合分析，將刮板輸送機的常見故障進行總結，如圖2所示。

圖2 刮板輸送機常見故障Fig.2 Common faults of scraper conveyor

3 刮板輸送機的改進理論及具體措施

3.1 刮板輸送機優化設計理論基礎

刮板輸送機的優化設計在滿足運輸能力的前提下，盡可能合理的選擇刮板輸送機各零部件的參數。

3.1.1 目標函數的確定

本文所指的目標函數為刮板輸送機驅動端的功率值。沙坪洗煤廠刮板輸送機為小型刮板輸送機，驅動方式為單頭驅動，如圖3所示。

圖3 單頭驅動刮板輸送機Fig.3 Single drive scraper conveyor

通過計算輸送機4個位置的張力得出刮板輸送機的功率值：

3.1.2 設計變量的確定

通過分析可知，影響刮板輸送機主動輪功率的因素主要有v、B、H，因此，可以將設計變量定義為：

3.1.3 約束條件的確定

刮板輸送機刮板鏈的強度條件；根據綜采工作面的實際開采能力，確定刮板輸送機的實際運輸能力；為了保證刮板輸送機在運輸過程中的穩定性，防止其受到過大的、不穩定沖擊，對刮板鏈條的速度進行約束；根據實際運輸最大煤塊的大小確定塊度的約束和相關溜槽的高度。

確定了上述目標函數、設計變量以及約束條件后，建立刮板輸送機的優化設計數學模型，并將其相關公式導入至Mtalab軟件中進行分析計算，得出刮板輸送機的最優計算結果。

3.2 刮板輸送機過載保護功能的實現

3.2.1 現狀分析

選煤廠需定期對設備進行停機檢修，檢修結束再次啟動刮板輸送機時，由于其處于滿載或者超載的狀態，使得刮板輸送機的減速器和電機均處于超常規負荷的狀態運行，導致刮板輸送機減速器以及電機發生故障，有時甚至會涉及其他部件。因此對刮板輸送機進行過載保護設計。

3.2.2 過載保護設計

刮板輸送機減速器為連接電機與輸出軸的中間部件，是動力傳輸必需的部件。分析可知，刮板輸送機電機額定功率足夠時，在滿載或者超載狀態下運行時減速器發生故障主要是由于輸出軸和減速器的零件相碰撞，導致減速器零部件發生故障。因此可在輸出軸與零件之間安裝緩沖零件。減速器改進后的結構如圖4所示。

圖4 改進后減速器結構Fig.4 Improved reducer structure

在減速器輸出軸和零件之間安裝脹緊連接套作為緩沖零件，將根據刮板輸送機的負載情況動作。當刮板輸送機在正常負載或在無沖擊狀態時，脹緊連接套與減速器的輸出軸同頻率旋轉；當刮板輸送機處于超載或過載狀態時，脹緊連接套與減速器連接軸脫落，保證減速器零部件所承受的載荷在允許范圍內，避免輸出軸直接與減速器零部件接觸。

3.2.3 效果驗證

為驗證減速器改進措施是否有效，將改進后的減速器應用于沙坪洗煤廠刮板輸送機中。該刮板輸送機的額定功率為250 kW，在試驗過程中根據刮板輸送機工況調整電機的輸出功率用，模擬設備在輕載、滿載及過載情況下減速器是否會出現故障。結果見表1。

表1 減速器改進效果驗證結果Table 1 Verification results of reducer improvement effect

刮板輸送機電機的輸出功率從16.34 kW增大至301.43 kW后又降低至250 kW附近。當電機功率小于250 kW時，隨著電機功率的增加對應輸出軸的功率也在增加，二者成正比關系，對應的輸出效率增加；當電機功率大于250 kW小于300 kW時，隨著電機功率的增加，減速器輸出軸功率變化不大，維持在250 kW左右；當電機功率大于300 kW時，減速器的輸出功率為122 kW。可以看出，當電機功率大于270 kW時，脹緊連接套發生作用，使輸出軸與減速器零件處于脫離狀態，實現對減速器的保護。

4 結 語

刮板輸送機為煤礦、選煤廠等場所的關鍵設備，承擔運輸任務，因此刮板輸送機的運輸效率和安全性影響選煤廠的生產能力。刮板輸送機在實際應用中各部件常會出現故障，為保證運輸效率，需對刮板輸送機進行改進。從理論層面上提出了刮板輸送機結構參數的改進思路，從實踐層面上提出了刮板輸送機減速器在超載或過載情況下出現故障時安裝脹緊連接套的改進措施。