选煤厂刮板输送机断链保护装置的应用探讨

赵海康

（华阳新材料科技集团有限公司二矿选煤厂， 山西 阳泉 045000）

引言

水平刮板输送机具有体积小、输送效率高、无粉尘外泄、安全可靠等技术优势，广泛应用于各选煤厂在输送距离不长情况下对原煤、煤矸石、精煤等物料的输送。而刮板机遇到原煤水分大及大块煤矸石等情况时，发生刮板断链、掉链的可能性很大。统计数据显示，选煤厂刮板机日常使用过程中因断链、掉链而引发的机电故障在设备故障中占比在65%左右，且刮板机发生以上故障后对产量的影响在链板运输机总影响中的占比约为50%～55%。如果刮板输送机故障得不到及时发现和排除，必将导致刮板机被压死甚至设备严重损坏，十分不利于煤矿安全及高效生产。

为此，必须在深入分析引发刮板输送机断链故障原因的基础上对其进行断链保护装置设计，以确保刮板输送机故障得到及时预警和处理，避免严重机电事故的发生。

1 选煤厂刮板输送机保护装置概况

山西吕梁H 选煤厂是地方政府牵头建造的年处理能力100 万t 的群矿型选煤厂，主要入洗本矿水采原煤和外来旱采原煤，采用无压重介三产品旋流器和浓缩浮选联合生产工艺，共设置有5 台刮板输送机，主要负责原煤入选和精煤入仓运输。刮板输送机现有保护装置仅进行过载、过流、缺相等电机保护，如遇错链、断链等事故，则必须停电后进行链条和刮刀更换与检修。若错链、断链等事故未能被及时发现，则会引发刮板拉斜、链板等卷入机头等恶性机电事故，为此，该选煤厂刮板输送机断链保护装置性能亟待提升。

2 刮板输送机断链故障原因

刮板输送机运输物料主要借助机头齿轮转动带动链条、刮板及从动尾轮的转动，达到转载和运输槽体内物料的目的。运行过程中引发刮板及断链故障的原因较多，概括起来主要包括以下方面：

1）跳链。即刮板输送机机头链轮中链环脱落，冲击机头轴和链轮齿，引发链环断裂，通常在头轮齿处增设垫板调整。

2）入料口物料分配不均造成两侧链条无法均匀受力，链条受力过于集中在链条一侧，甚至导致链条被拉断。

3）圆环链质量及底板磨损。圆环链材质不合格或加工工艺有问题均会影响零部件使用性能，引发安全事故；底板严重磨损后会引发溜槽接头磨损，发生接头卡、阻刮板现象，增大链条负荷，一旦应力超出链条性能极限，便会发生拉断等故障。

3 刮板输送机断链保护装置设计

常规的刮板输送机断链保护装置结构类似于胶带运输机断带保护装置，接近开关监测点安装机尾从动轮，链条断裂后从动轮失速，刮板机设备控制电源切断，设备运转停止。如此设计对于刮板输送机两侧链条断裂的恶性事故较为适用，但是对于输送机链条落辙、掉道、单侧链条中断及错链等常见事故并不适用[1]，而这种常见事故发生后如果不及时发现，很可能会引发马蹄损坏、链条拉断、卷链、机头掀开等恶性机电事故，甚至引发刮板输送机设备毁坏。

在分析常规刮板输送机断链保护装置缺陷的基础上，针对该选煤厂目前所使用的刮板输送机运行中频繁发生的马蹄环断裂故障，进行了刮板断链动态机理[2]的分析，并设计出适合该选煤厂的刮板输送机断链保护装置，能有效实现断链发生瞬间报警及停机，显著降低设备损坏程度。

3.1 装置结构及电气控制

所设计出的刮板输送机断链保护装置在单侧错链发生的同时便能检测到故障，并能有效遏制事故的进一步扩大，该保护装置主要由弧形检测片、摆杆、刮刀及接近开关等部分组成，具体见图1，其弧形检测片约1.5～2.0 mm 厚，主要使用铁质导磁材料制成，相邻弧形检测片间距2.0～3.0 mm；摆杆尺寸主要根据刮板输送机安装高度及宽度确定；接近开关设计检测距离至少为15 mm；该断链保护装置由轴承装配后固定在刮板输送机指定位置。

图1 断链保护装置结构示意图

该选煤厂所设计的刮板输送机断链保护装置电气控制系统主要由接近开关、中间继电器、延时继电器等组成，报警和保护指令主要由该组态系统输出，通过安全联锁能延时3 s 输出保护，在设计延时期间内测点的抖动不计入连锁控制，超出设计延时后，监控系统则按设计要求执行连锁控制。

3.2 保护装置作用原理

刮板输送机工作期间，链条、间隔排列刮刀及装置两侧摆杆同时运动，带动2 个检测片绕轴承循环。调整弧形检测片的宽度并使其在最大摆动幅度时处于接近开关的检测范围，以保证检测信号在1.5 s 的周期内存在明显断点[3]。刮刀带动摆杆运动的过程中如遇错链或单侧断链必然会发生倾斜，影响两侧摆杆运动的同步性，并增大两个弧形检测片的相对位移，此种情况下，检测信号在1.5 s 周期内的断点得以消除。一旦返回信号持续时间超过3 s，便会触发报警器，并切断设备控制回路，同时在线检测错链、单侧断链等故障，传感器探头处正前方断链侧摆杆停止摆动，待达到设定的时间继电器延时间时便切断控制电源回路，并发出报警信号。

3.3 保护功能的实现

1）对刮板磨损的保护。在刮板输送机正常运行过程中刮板和接近开关之间的距离以及接近开关有效测定距离均固定不变，但是刮板受到严重磨损后，接近开关便无法正常接收和获取脉冲信号。通过现场处理器进行脉冲信号的计数和比对发现，两个接近开关间的信号计数产生了差异，必须通知技术人员检查并处理刮板磨损。

2）对刮板脱落、错装等的保护。刮板和链条是刮板输送机主要的磨损部件，为确保刮板机正常运行，必须在链条上按设计距离均布安装刮板，不得漏装、错装和脱落。一旦发生刮板脱落或漏装、错装，脉冲信号传输时间便会超出设定值，集中控制系统便会发出强制停机指令，起到保护机械安全运行的作用。

3）对断链、掉链导致的刮板歪斜的保护。刮板正常运行时，相邻接近开关通过刮板取得的信号时间间隔不超过150 ms，一旦刮板输送机发生断链和掉链，通过现场处理器进行接近开关传输脉冲信号的计时与比对发现信号间隔时间超出150 ms 后，便会通过集中控制系统强制停机。

3.4 应用效果

该选煤厂目前已全部完成现有刮板运输机保护装置的安装调试，运行过程中装置运行平稳，能按设计要求向调度室提供刮板运行状态监测信息，自运行以来刮板运输机一共出现四次断链、单侧掉链等机械事故，均立即触发有效报警并强制停机，有效避免了刮板输送机故障的扩大化以及早期故障未能及时发现而导致链板卷入链轮、传动联轴器掰碎等严重事故的发生，机械事故处理的及时性和效率性显著提升。

4 结语

通过优化刮板输送机断链、单侧掉链联合保护装置的设计，能有效实现刮板及链条故障的及时、精准检测，避免常规保护装置因发现故障不及时而引发严重机电事故的弊端。本选煤厂刮板输送机断链保护装置对现有刮板输送机并无改动，更不影响刮板机工作性能，自动化程度高，结构简单、紧凑可靠，对刮板机影响小，检修方便，能预判并迅速发现刮板机断链、刮板歪斜、单侧掉链等情况，降低刮板输送机工作过程中的故障率，提升选煤厂生产效率。