刮板输送机断链保护装置设计及应用

武彦勇

（汾西矿业集团水峪煤业有限责任公司洗煤厂 山西 孝义 032300）

重型刮板输送机是现代化大型选煤厂的关键机电设备之一，大功率、强运力的重型刮板输送机是保障选煤厂完成设计洗选能力的基础。由于选煤厂刮板输送机运行时间长、工况条件差、长期负载大，易发生机电故障，尤其是断链故障，当发生槽底断链甚至是双链均断故障时，处理过程极为复杂，甚至占用工时长达16 h，严重影响设备开机率[1-3]。汾西矿业集团水峪煤业选煤厂设计洗选能力600 万t/年，共安装3 台SGZ630/264 型大功率刮板输送机，承担着原煤入选及煤炭进仓的运输任务。大功率刮板输送机长时间保持安全可靠运行至关重要，需要配备完善的故障监测系统及保护系统，但对于断链故障来说，目前该选煤厂还未实现断链故障的主动监测及动态保护，需对刮板输送机的断链故障进行升级改造，从而有效降低断链故障率。

该选煤厂初始设计能力为300万t/年，经过技术改造，现洗选能力达到600 万t/年，采用无压重介质旋流器及浓缩浮选工艺。原煤从原煤仓经多部转运带式输送机给入刮板输送机，再经过刮板输送机分配给重介选煤系统。SGZ630/264 型刮板输送机设计长度200 m，额定输送能力450 t/h，链速0.95 m/s，装机功率为2×132 kW，圆环链规格为22×86-C，中部槽规格为1500×630×222(mm)，输送机配置有分料闸板装置，并采用液压驱动模式。

在当前生产条件下，选煤厂全天24 小时运转，刮板输送机每天除4小时的检修时间，其余20小时长时间运转，且每月运行时间长达28 天～29 天，重型刮板输送机工作时间长、工作负载大、作业工况差，磨损情况比较严重，容易发生各类机械及电气故障。常见故障如过载、过流等均设有常规保护装置，能监控设备运行状态，对故障进行应急处置。而对于常见的断链故障，则暂未安装必要的保护装置，只能依靠人工排查或出现故障时进行处理，检查及维修工作耗时耗力，一旦处置不及时，就有可能发生断链、卷机头等恶性事故。

刮板输送机的刮板链强度问题一直是困扰国产刮板输送机的大问题，由于磨损、疲劳、自身质量差、锈饨等原因，使输送机链条在使用3 个月后断链事故明显增多，分析断链原因如下[4-5]：

（1）链条疲劳损伤。输送机链条在过度磨损后会发生疲劳损伤，导致强度降低，加之运输煤炭的湿热环境，链条很容易被腐蚀并发生锈蚀，强度衰减严重，尤其链环卡接处，在负载过大、受力不均条件下，容易发生断链事故。

（2）输送机负载过大。当输送机满载启动，长时间过负荷运转以及频繁启停时，不但电机、传动机构容易发生故障，也增大了链条运行张力，使链环容易发生崩断。应在使用过程中避免频繁启停、满载启动等不当操作方式。

（3）输送槽磨损及跳链故障。如果刮板输送机溜槽磨损严重，或链环、刮板磨损严重时，链条与溜槽的匹配度变差，之间孔空隙增大，在运行过程中容易发生链条或刮板崩出故障，链条及刮板频繁崩出，容易造成煤流外溢、卡别故障、断链故障。

（4）链轮、分链器磨损。链轮及分链器是刮板输送机的重要部件，安装在机头处，负责引导链条运行，保证链条同步、有序运行，如果链轮、分链器出现过度磨损及其他故障，分链作用被削弱，就会导致两侧链条受力不均，容易造成链条拉断及煤流分配不均等。

3.1 保护装置设计思路

参考带式输送机皮带撕裂、断带的保护装置设计思路，研究刮板输送机的断链保护装置。思路是在刮板输送机溜槽处设置多处监测点，安装接近开关传感器，一旦监测到断链信号，立即采取失速动作，继而切断电机供电，停止设备继续运转。保护装置除了对双链断裂事故能够起作用，还应动态监测单侧断链、双侧错链、双链不均衡、链条崩出等故障。设计思路如图1所示，在刮板输送机溜槽两侧对称安装接近开关传感器，传感器工作类型为电感式，包括三部分，一是振荡器，二是开关电路，三是放大电路，由磁场进行感应测试。

图1 断链保护装置设计思路示意图

3.2 保护装置结构设计及工作原理

保护装置结构设计分井上及井下两部分，井上部分较简单，只将系统工控机安装并接入监控室。主要是井下部分，按照设计原理在刮板输送机溜槽两侧对称安装接近开关传感器，共设置5 组，均匀布置在机头、中部、机尾处，传感器经信号线接入井下控制器及电气柜，电气柜内设有电源、PLC 控制器、输入及输出设备，再接入井上监控室，设计示意图如图2所示。系统的核心部件是PLC控制器，选用西门子S7-1200CPU编译控制器，内置3个通信模块，可直接接入以太环网进行通讯，系统通过组态输入、输出功能进行故障警报及保护处置。

图2 断链监控及保护装置系统设计示意图

刮板输送机断链保护装置的工作原理是当刮板输送机正常运行时，传感器逐个对经过的刮板水平及垂直状态进行监测，比对刮板两端经过传感器的时间，进而判断出是否发生断链故障。传感器的最大监测距离为20 mm，当刮板依次通过传感器时，进入传感器的磁场范围，刮板即可触发传感器驱动元件，进行信号识别、接收、上传，在PLC控制器进行数据处理，PLC接收到的数据为模拟数字信号，处理后转换为设备的运行状态信号，如果识别为断链等故障信号，立即采取失速动作，继而切断电机供电，停止设备继续运转，并发出故障警报，提示进行处置。同时，系统具备监控室远程操作功能，具有远程停机权限，可进行紧急处置。

结合该洗煤厂3 台SGZ630/264 型大功率刮板输送机的使用现状，按照故障率统计，3台设备月均断链次数达3 次，以每次维修时间2 h 来统计，全年影响时间长达70余h，造成停产间接损失达3 000余万元。在3台SGZ630/264型大功率刮板输送机上均实施了断链保护装置改造，共安装15 对断链保护传感器，分别接入各自电器柜内的PLC 控制器，一并接入地面工控机及监控室，改造费用共计1.1万元。断链保护装置安装并投入使用后，从根本上避免了恶性断链事故的发生，3台刮板输送机一年内统计到的突发断链事故仅5次，各类刮板、链条故障均在早期得以发现并利用检修时间进行处置，直接节约断链检修材料费用达5万余元，间接挽回停产损失近3 000万元，极大改善了刮板输送机的运行工况，技术经济效益显著。

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