刮板输送机断链保护装置在屯兰选煤厂的研究与应用

寇金成

（山西焦煤集团有限责任公司西山煤电屯兰选煤厂，山西 古交 030206）

西山煤电有限责任公司屯兰选煤厂原设计处理能力3.0 Mt/a，于1997年10月31日建成投产，经2003年技术改造，成为入选原煤能力为5.0 Mt/a的特大型炼焦煤选煤厂，生产采用无压重介三产品旋流器+浓缩浮选联合工艺。在洗选工艺系统中，共装设5台刮板输送机，分别担负着原煤入选与产品入仓的运输任务，属生产系统的瓶颈环节，对选煤生产能否连续稳定运行至关重要。

目前，应用于该厂刮板输送机的保护装置仅限于电机保护，如过载、过流、缺相等，而对于刮板输送机经常出现的错链、断链事故，则需停电后更换新刮刀、链条等，检修需投入大量人力、物力。更为严重的是，如断链后操作人员不能及时发现，还会引发刮板严重拉斜，链、板卷入机头，甚至掀机头等恶性机电事故发生，事故处理费时耗力，严重影响了选煤生产的连续性。刮板输送机断链的发生存在一定偶然性，由此造成的月均事故影响生产时间在180 min以上。为保障选煤生产的正常进行，屯兰选煤厂刮板输送机断链保护装置亟待升级。

1 刮板输送机断链故障原因分析

刮板输送机对物料的运输主要是依靠机头齿轮转动带动链条、刮板、从动尾轮进行转动，从而实现槽体内的物料转载、运输［1］。

生产中刮板输送机断链故障产生原因主要有以下几种:

(1)跳链。跳链指的是链环从刮板输送机头链轮中脱落，跳链会使链环在机头轴与链轮齿上产生冲击作用，容易使链环发生断裂。常用处理方法是在头轮齿加垫板调整。

(2)超载启动。装煤过多或有大块煤挤压刮板输送机，满载或超载时启动或频繁启动，增大了链条承受的张力，容易使链环发生断裂。为避免此情况，需减少装煤量至额定负载范围。

(3)溜槽入料口分配不均。入料口分配不均会造成两侧链条受力不均，严重时链条力集中于一侧，当张力超过极限时就有可能拉断链条。处理方法是调整入料口分配，保持刮板运行平稳。

(4)制造质量问题。圆环链制造质量是造成断链事故的原因之一。当制造圆环链材质偷工减料或加工工艺有问题，或者加工的链环内部含有杂质等均会影响制造质量，易引发故障。因此需把好备件入库关，不合格的产品严禁入库。

(5)底板磨损严重。底板磨损严重导致溜槽的接头容易磨损，容易在接头处发生卡、阻刮板现象，从而使链条负荷增加，当应力超过链条极限时，就有可能造成断链。因此发现磨损严重的底板应补焊并平整。

(6)自然性腐蚀。由于现场环境潮湿，煤中含有腐蚀性物质，极易使链环产生锈蚀，从而降低链环的强度，使链环容易断裂。因此备用链条应储放于干燥环境中，避免自然腐蚀。

2 刮板输送机断链保护装置的研究

普通的刮板输送机断链保护装置与胶带运输机失速、断带保护装置相似，即在机尾从动轮安装接近开关监测点，以从动轮运转时检测到的信号为依据，一旦发生链条断裂，从动轮即失速，从而引发刮板机设备控制电源切断，使设备停止运转。这种设计主要针对刮板输送机两侧链条同时断链的恶性事故，但对于刮板输送机单侧错链、断链故障以及链条落辙、掉道的故障起不到保护作用。在实际生产中，刮板输送机常见的故障就是错链、落辙、断链，如果发现不及时，就会使马蹄环、链条被拉断，进而导致卷链、掀机头等严重机电事故，严重的还会损坏设备［2］。

鉴于普通刮板输送机断链保护装置功能的不足，经不断探索，屯兰选煤厂针对现使用的5台刮板输送机运行中经常出现的马蹄环断裂故障，除了采取调整或制定预防措施减少诱发故障的各因素外，重点分析了刮板断链瞬间的动态机理，研制了适合本厂实际应用的刮板输送机断链保护装置，通过对运行刮板输送机实时在线检测，实现了刮板输送机断链发生瞬间即可发出报警或停机的功能，及时提醒操作人员进行相应处理，从而极大降低了设备损害程度［3］。

2.1 装置结构

该断链保护装置制作成本低，在刮板输送机发生单侧错链之初便可检测到故障，从而能有效遏制事故扩大。如图1所示，该保护装置的弧形检测片采用铁质导磁材料，厚度为1.5～2 mm;两个弧形检测片间距2～3 mm;接近开关检测距离为15 mm以上;摆杆的长度、宽度依据使用的刮板输送机宽度及安装高度而定。该装置采用轴承装配后，固定于刮板输送机头轮过渡板后300～500 mm处。

图1 断链保护装置示意图Fig.1 Schematic diagram of chain protection device

2.2 电气控制

该保护装置采用接近开关、延时继电器、中间继电器组态了一套小型设备监控保护系统，通过组态输出报警和保护。采用延时保护、安全联锁可以加延时输出保护，延时的时间可以定为3 s或适当的时间。在规定的延时内，测点的抖动可以忽略不计，不参与联锁控制，一但超出规定时间，监控系统将执行相应的联锁控制。上电时，型号为HHS5PC的时间继电器KT1(设置范围为0～10 s)通电工作，按照预先所设延时启动型号为DH48S的时间继电器KT2(设定范围为0.01～99.99 s)。延时时间可根据具体时间而定，建议时间继电器KT1设定为9 s，时间继电器KT2设定为3 s。

2.3 保护原理

在刮板输送机正常工作时，装置两侧摆杆随着链条与间隔排列的刮刀同时运动，从而带动两个检测片同步绕轴承沿周向往复运动;调整弧形检测片宽度，在一个周期内，使检测片在摆幅最大时处于接近开关检测范围之外，确保检测信号在一个周期(约1.5 s)有一明显断点。在发生错链或单侧断链之初，带动摆杆运动的刮刀发生倾斜，使两摆杆摆动不再同步，且随着摆杆夹角的增大，两弧形检测片相对位移也渐渐增大，使一个周期内的检测信号不再有断点，当返回信号持续3 s时，即触发报警器或切断刮板输送机控制回路，从而实现错链、单侧断链故障的在线检测，避免刮板输送机继续运行而扩大事故。当突然发生单侧断链时，立即被传感器检测到，用来作为感应体位于断链侧的摆杆在传感器探头处正前方停止摆动，从而将一直使时间继电器KT2保持复位的信号断开，此时时间继电器KT2开始计时，当达到时间继电器KT2所设定的延时时间时，即发出报警信号或切断控制电源回路，提醒操作人员及时处理或直接停机保护［4］。

2.4 使用注意事项

(1)在安装保护装置前，需调整刮板输送机链条的松紧，要求机头过渡板前余有两个链环为宜。原因在于，如果链条过紧会影响刮板输送机的正常工作，缩短使用寿命，当刮板链被卡时链条没有缓冲余地;同时链条过紧也增大了链环的张力使链环容易疲劳损坏，降低链条的使用寿命。

(2)该装置安装于刮板机的机头弧形板之后，其距离需根据现场实际进行调节。

(3)调整接近开关与检测动片的距离要合适，既要确保接近开关与检测动片不碰撞，又要确保接近开关在有效检测范围之内。

(4)根据刮板的链速、刮刀最短节距确定摆杆长度，调整摆杆周期。

(5)轴承需定期注油，以确保润滑性能，以确保检测动片与摆杆在同一平面内自由摆动。

(6)记录刮板运行时计时器记录最大值，放大2～3倍设定为保护动作值，避免刮板输送机因轻载或重载导致转速变化而引发保护装置误动作。

(7)刮板输送机链环工作一段时间后，会由于各种原因形成刮板链节距不等情况，在进行切链操作时应避免在同一链节上去环，以避免全部载荷集中在一侧链条上，以防重载启动时使链环发生断裂。避免在同一链节上去环的目的也可确保刮板输送机刮板间距基本保持相同［5］。

3 应用效果

结合屯兰选煤厂5台刮板输送机的实际使用情况，以月均断链3次，每次影响生产2 h计算，则全年影响生产系统时间为72 h，相当于被动停产3 d。使用刮板输送机断链保护装置后，彻底避免了因早期故障未能及时发现而导致的链板卷入机头链轮，直至将传动组联轴器掰碎的情况发生，每年可节约维修费用6万元，而5台刮板机断链保护装置的设计、材料费用投入仅1.3万元。由此可见，断链保护装置不仅为选煤生产的正常运行提供了保障，并且具有良好的经济效益［6］。

［1］沈 鸿.机械工程手册 ［M］.北京:机械工业出版社，1982:10.

［2］刘家屿.电工手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，1995(2):994－1054.

［3］王正刚.刮板输送机断链保护［J］.煤，2007(4).

［4］程 开，杜秀峰.刮板输送机断链保护器的研究与应用 ［J］.选煤技术，2008(1).

［5］汪爱明，吴景红，孟国营，等.刮板输送机断链保护装置的研制与应用［J］.工矿自动化，2010(5).

［6］王翠清，李瑛琳.刮板输送机故障监测保护装置的研制与应用［J］.选煤技术，2007(3).