刮板輸送機斷鏈保護裝置設計及應用

武彥勇

（汾西礦業集團水峪煤業有限責任公司洗煤廠 山西 孝義 032300）

重型刮板輸送機是現代化大型選煤廠的關鍵機電設備之一，大功率、強運力的重型刮板輸送機是保障選煤廠完成設計洗選能力的基礎。由于選煤廠刮板輸送機運行時間長、工況條件差、長期負載大，易發生機電故障，尤其是斷鏈故障，當發生槽底斷鏈甚至是雙鏈均斷故障時，處理過程極為復雜，甚至占用工時長達16 h，嚴重影響設備開機率[1-3]。汾西礦業集團水峪煤業選煤廠設計洗選能力600 萬t/年，共安裝3 臺SGZ630/264 型大功率刮板輸送機，承擔著原煤入選及煤炭進倉的運輸任務。大功率刮板輸送機長時間保持安全可靠運行至關重要，需要配備完善的故障監測系統及保護系統，但對于斷鏈故障來說，目前該選煤廠還未實現斷鏈故障的主動監測及動態保護，需對刮板輸送機的斷鏈故障進行升級改造，從而有效降低斷鏈故障率。

1 工程概況

該選煤廠初始設計能力為300萬t/年，經過技術改造，現洗選能力達到600 萬t/年，采用無壓重介質旋流器及濃縮浮選工藝。原煤從原煤倉經多部轉運帶式輸送機給入刮板輸送機，再經過刮板輸送機分配給重介選煤系統。SGZ630/264 型刮板輸送機設計長度200 m，額定輸送能力450 t/h，鏈速0.95 m/s，裝機功率為2×132 kW，圓環鏈規格為22×86-C，中部槽規格為1500×630×222(mm)，輸送機配置有分料閘板裝置，并采用液壓驅動模式。

在當前生產條件下，選煤廠全天24 小時運轉，刮板輸送機每天除4小時的檢修時間，其余20小時長時間運轉，且每月運行時間長達28 天～29 天，重型刮板輸送機工作時間長、工作負載大、作業工況差，磨損情況比較嚴重，容易發生各類機械及電氣故障。常見故障如過載、過流等均設有常規保護裝置，能監控設備運行狀態，對故障進行應急處置。而對于常見的斷鏈故障，則暫未安裝必要的保護裝置，只能依靠人工排查或出現故障時進行處理，檢查及維修工作耗時耗力，一旦處置不及時，就有可能發生斷鏈、卷機頭等惡性事故。

2 刮板輸送機斷鏈故障影響因素分析

刮板輸送機的刮板鏈強度問題一直是困擾國產刮板輸送機的大問題，由于磨損、疲勞、自身質量差、銹飩等原因，使輸送機鏈條在使用3 個月后斷鏈事故明顯增多，分析斷鏈原因如下[4-5]：

（1）鏈條疲勞損傷。輸送機鏈條在過度磨損后會發生疲勞損傷，導致強度降低，加之運輸煤炭的濕熱環境，鏈條很容易被腐蝕并發生銹蝕，強度衰減嚴重，尤其鏈環卡接處，在負載過大、受力不均條件下，容易發生斷鏈事故。

（2）輸送機負載過大。當輸送機滿載啟動，長時間過負荷運轉以及頻繁啟停時，不但電機、傳動機構容易發生故障，也增大了鏈條運行張力，使鏈環容易發生崩斷。應在使用過程中避免頻繁啟停、滿載啟動等不當操作方式。

（3）輸送槽磨損及跳鏈故障。如果刮板輸送機溜槽磨損嚴重，或鏈環、刮板磨損嚴重時，鏈條與溜槽的匹配度變差，之間孔空隙增大，在運行過程中容易發生鏈條或刮板崩出故障，鏈條及刮板頻繁崩出，容易造成煤流外溢、卡別故障、斷鏈故障。

（4）鏈輪、分鏈器磨損。鏈輪及分鏈器是刮板輸送機的重要部件，安裝在機頭處，負責引導鏈條運行，保證鏈條同步、有序運行，如果鏈輪、分鏈器出現過度磨損及其他故障，分鏈作用被削弱，就會導致兩側鏈條受力不均，容易造成鏈條拉斷及煤流分配不均等。

3 斷鏈保護裝置設計思路及整體方案

3.1 保護裝置設計思路

參考帶式輸送機皮帶撕裂、斷帶的保護裝置設計思路，研究刮板輸送機的斷鏈保護裝置。思路是在刮板輸送機溜槽處設置多處監測點，安裝接近開關傳感器，一旦監測到斷鏈信號，立即采取失速動作，繼而切斷電機供電，停止設備繼續運轉。保護裝置除了對雙鏈斷裂事故能夠起作用，還應動態監測單側斷鏈、雙側錯鏈、雙鏈不均衡、鏈條崩出等故障。設計思路如圖1所示，在刮板輸送機溜槽兩側對稱安裝接近開關傳感器，傳感器工作類型為電感式，包括三部分，一是振蕩器，二是開關電路，三是放大電路，由磁場進行感應測試。

圖1 斷鏈保護裝置設計思路示意圖

3.2 保護裝置結構設計及工作原理

保護裝置結構設計分井上及井下兩部分，井上部分較簡單，只將系統工控機安裝并接入監控室。主要是井下部分，按照設計原理在刮板輸送機溜槽兩側對稱安裝接近開關傳感器，共設置5 組，均勻布置在機頭、中部、機尾處，傳感器經信號線接入井下控制器及電氣柜，電氣柜內設有電源、PLC 控制器、輸入及輸出設備，再接入井上監控室，設計示意圖如圖2所示。系統的核心部件是PLC控制器，選用西門子S7-1200CPU編譯控制器，內置3個通信模塊，可直接接入以太環網進行通訊，系統通過組態輸入、輸出功能進行故障警報及保護處置。

圖2 斷鏈監控及保護裝置系統設計示意圖

刮板輸送機斷鏈保護裝置的工作原理是當刮板輸送機正常運行時，傳感器逐個對經過的刮板水平及垂直狀態進行監測，比對刮板兩端經過傳感器的時間，進而判斷出是否發生斷鏈故障。傳感器的最大監測距離為20 mm，當刮板依次通過傳感器時，進入傳感器的磁場范圍，刮板即可觸發傳感器驅動元件，進行信號識別、接收、上傳，在PLC控制器進行數據處理，PLC接收到的數據為模擬數字信號，處理后轉換為設備的運行狀態信號，如果識別為斷鏈等故障信號，立即采取失速動作，繼而切斷電機供電，停止設備繼續運轉，并發出故障警報，提示進行處置。同時，系統具備監控室遠程操作功能，具有遠程停機權限，可進行緊急處置。

4 應用及結語

結合該洗煤廠3 臺SGZ630/264 型大功率刮板輸送機的使用現狀，按照故障率統計，3臺設備月均斷鏈次數達3 次，以每次維修時間2 h 來統計，全年影響時間長達70余h，造成停產間接損失達3 000余萬元。在3臺SGZ630/264型大功率刮板輸送機上均實施了斷鏈保護裝置改造，共安裝15 對斷鏈保護傳感器，分別接入各自電器柜內的PLC 控制器，一并接入地面工控機及監控室，改造費用共計1.1萬元。斷鏈保護裝置安裝并投入使用后，從根本上避免了惡性斷鏈事故的發生，3臺刮板輸送機一年內統計到的突發斷鏈事故僅5次，各類刮板、鏈條故障均在早期得以發現并利用檢修時間進行處置，直接節約斷鏈檢修材料費用達5萬余元，間接挽回停產損失近3 000萬元，極大改善了刮板輸送機的運行工況，技術經濟效益顯著。