浅槽重介分选机断链保护方法研究

李丽绒

(山西焦煤集团有限责任公司 技术中心， 山西 太原 030024)

1926年，E·A 斯列普诺夫提出重介选煤法，此后的20世纪40年代，浅槽重介分选机在国外得到了应用，我国对其研究始于20世纪50年代。近年来，随着投入的不断加大，现在的浅槽重介分选机能依据原煤的品质及分选密度等不同要求，一次性大量处理原煤，其已逐渐成为我国块煤分选的常用设备之一。但在浅槽重介分选机的日常运行过程中，经常会由于大块矸石或异物的卡阻，致使两侧链条受力不均或大于额定的承载力，发生刮板断链事故，不仅影响正常的选煤生产，而且易引发安全事故。对于刮板断链的保护方法研究成为煤炭洗选过程中的一项重要课题。

1 研究现状

大量研究者对浅槽重介分选机刮板链进行了研究。樊俊宁[1]提出了“链斜”保护方法，保证了寺河矿选煤厂浅槽重介分选机的正常运行，但并未进行断链保护方面的研究。李崇真[2]介绍了XZQ-16浅槽重介分选机在西铭矿选煤厂的应用情况，文中提到断链保护装置，但并未展开描述。保德选煤厂的浅槽重介分选机[3]安装了基于物理方法的断链保护装置。艾熙昭[4]研制了一种浅槽重介分选机的链条监测保护装置，但单一的断链保护装置[3-4]难以保证系统运行的可靠性和稳定性。郭小林[5]分析了浅槽重介分选机断链产生的原因，但并未涉及断链保护方法。杨志萍[6]分析了卢德维琪DM8013型浅槽重介分选机运行存在的断链等问题，对浅槽分选机进行了结构上的改造，但并未进行断链保护方面的研究。原利兵等[7]提出将速度保护装置加装于从动轴上以避免断链的发生，但文中未对该装置进行详细描述。张建丽[8]对刮板链的失效过程进行了分析。王蒙[9]分析了刮板链卡链和断链的原因，但并未给出有效的解决方案。李慧[10]等分析了链、刮板等对分选过程的影响，采用了相应的措施减少了卡链及断链现象，但并未对断链进行系统分析，缺乏断链保护方法研究。刘飞[11]通过对浅槽重介分选机加装挡板及耐磨板，降低了发生跳链和断链故障的概率，但文中未研究断链保护方法。

在研究了浅槽重介分选机主要结构和工作原理的基础上，对分选机刮板链断链原因进行了系统地分析，提出了打滑式、脉冲式和脱扣式三重断链保护方法，当刮板链发生断裂时，分选机及其上游设备能及时停止运转，解决了由于物料的继续输送造成的浅槽物料大量堆积问题，保证了浅槽重介分选系统的稳定、可靠和安全运行。该方法已成功应用于山西焦煤集团西铭矿选煤厂，获得了较好的社会经济效益。

2 浅槽重介分选机工作原理

浅槽重介分选机(图1)主要包括一个主选槽、水平流和上升流悬浮液装置、排料刮板组以及驱动装置等。

1) 主选槽为一个槽式钢结构外壳，槽体的两侧布置有入料箱和溢流槽，入料箱底部布置有水平流管，矸石的出料口位于分选机机头下方，主选槽两侧下方铺设刮板链导向轨，使刮板沿轨道运动。

2) 分选机工作时，悬浮液通过电动泵分别从两个方向抽至分选槽体：从侧面抽入分选槽体的悬浮液形成水平流悬浮液，其作用主要为保持悬浮液上部分密度相对的稳定，使物料向固定的排料方向运行，且不断形成的水平流使槽内液面维持在一定的高度；从底部通过带孔的布水板抽入分选槽体的悬浮液形成上升流悬浮液。上升流悬浮液主要作用为分散进入槽体的物料，使混合后的悬浮液均匀分布，并通过提供一定的悬浮液上升速度，防止物料沉淀。

3) 排料刮板组主要由轮组、刮板、刮板链、导轨、连接板等组成。轮组通过轴承固定于槽体侧板，刮板经连接板固定于两侧两条刮板链之间，刮板链悬挂于轮组两侧的链轮上，刮板链下端嵌入刮板链导向轨道。

4) 驱动装置主要包括电机、减速器和三角带等，为刮板和刮板链的循环往复运动提供动力。

图1 浅槽重介分选机主要结构示意图

浅槽重介分选机主要依据阿基米德原理工作，在一定密度的悬浮液中，根据物料密度的不同，将待选块状原煤分选成精煤和矸石等。分选机在工作时，经预先分级的块状原煤在挡板作用下全部浸入包含重介质的悬浮液中，受浮力作用混合悬浮液开始出现分层，精煤等低密度物浮于悬浮液上层，矸石等高密度物下沉至悬浮液底层。在混合物下沉的过程中，混杂于矸石中的精煤等低密度物在上升流的作用下充分分散，继续上浮。不间断的水平流使浮于悬浮液上部的精煤随悬浮液由入料箱向溢流槽的方向运动，并通过溢流口排出分选机槽体，而矸石和杂质等高密度物则通过刮板由机头溜槽排出。

3 浅槽重介分选机刮板链结构及断链分析

作为浅槽重介分选机运料的重要结构件，刮板链有半数以上的时间在悬浮液中做循环往复运动，工作环境恶劣，易造成刮板链的磨损和脱落，造成刮板断链。此时，需要排空浅槽内的各种物质，更换刮链条，整个过程一般需耗时6～8 h，严重影响煤炭洗选进度。若未及时处理刮板断链，使浅槽分选机继续运行，刮板和刮板链等设备会被卷入链轮当中，对分选机造成二次伤害，与此同时，浅槽电机及上道工序仍正常运转，将导致狭小的浅槽空间内物料的大量堆积，加大物料清理及设备检修的难度。

刮板链链条为多个链节形成的一个挠性传动机构，各链节间通过销轴相连(图2)，为便于刮板安装，刮板链两侧加装了长销轴和锁紧螺母。刮板链运动时主要包括传载机构和链接机构，传载机构主要包括内链板和外链板，其主要作用为使相邻链节之间载荷有效传递。链接机构主要包括套筒和销轴，其主要作用在于在刮板链与齿轮啮合过程中，相邻的啮入链节与啮出链节之间能够自由的转动，保证刮板链和齿轮之间的有效啮合。

图2 刮板链结构示意图

造成刮板链断链的原因主要包括：

1) 在重复不间断的冲击之下，刮板链与齿轮间的撞击程度加重，刮板链易形成疲劳断裂。

2) 当分选机槽体内出现大块矸石或异物卡阻时，两侧刮板链会出现受力不均或刮板链承载力大于承载极限的情况，造成刮板损坏或刮板链断裂。

3) 由于链板与刮板链导向轨、套筒与刮板链导向轨及销轴与套筒之间摩擦力大，且刮板链长期与水、重介质及煤泥等相互作用，易出现刮板链链条的磨损、脱落。

4) 刮板链被过度张紧，导致其所受的拉力超出承载极限，发生刮板链断链现象。

5) 待分选的物料中常混有铁器、棉纱等杂物，易卡在刮板、刮板链、链轮及槽底等处，造成刮板断链事故。

6) 分选机从侧面入料的方式容易造成入料侧与溢流侧刮板链磨损速度不一致，发生斜链现象，严重时刮板链被拉断。

7) 当刮板链导向轨磨损严重未及时处理时，刮板链将难以按设计轨迹运行，加大刮板链的负荷，造成断链事故。

4 浅槽重介分选机断链保护装置工作原理

在浅槽分选机上加装打滑式、脉冲式、脱扣式三重断链保护装置，使刮板链断链时，可及时切断浅槽重介分选机电源，并通过与上道工序的闭锁，断开上道工序电源，避免后续事故的发生。

4.1 打滑式断链保护装置

在浅槽分选机机尾转动轴上安装一个d400 mm的圆型金属转盘(图3)，通过圆心处的中心孔与机尾转动轴相连，转盘外表面包裹一层胶皮，皮带打滑保护装置的转动轴与转盘外表面的胶皮接触，PLC控制器与皮带打滑保护装置另一侧相连。当浅槽分选机运行时，机尾转动轴带动转盘转动，转盘再带动皮带打滑保护装置的转动轴转动，当机尾转动轴正常运转至一定速度时，皮带打滑保护装置的节点闭合，设备正常运转。当出现刮板链断链时，浅槽分选机机尾的转动轴转动速度降低，使皮带打滑保护装置的转动轴速度降低，低于设定值时，PLC控制器将切断浅槽分选机的电源，由于与上道工序形成闭锁，上道工序的电源同时也被切断，避免物料继续输送而造成浅槽内物料大量堆积。

图3 打滑式和脉冲式断链保护装置原理图

4.2 脉冲式断链保护装置

在距离转盘圆心100 mm的圆上均匀安装4个10 mm的螺丝做为脉冲信号感应点(图3)，在支架上固定接近开关，与感应点相对设置但不接触，接近开关与PLC控制器相连。当浅槽分选机启动后，转盘转动一周，接近开关感应脉冲信号感应点返回的4个脉冲信号，返给PLC控制器。如果发生断链，机尾轴和转盘转速降低，接近开关只要在3秒内感应不到4个脉冲信号中的一个，PLC控制器即判断为浅槽分选机发生故障，实施保护动作，停止机头电机，由于闭锁，上道工序也停止了物料输送，避免物料大量堆积。

4.3 脱扣式断链保护装置

在浅槽分选机刮板下方固定了4条互相平行的副钢绞线(图4)，在浅槽机机尾安装脱扣机构，通过主钢绞线与4条副钢绞线垂直相交。脱扣机构主要包括一个保持钢绞线张紧的张紧弹簧和一个脱扣器，当刮板链链条断开时，刮板在自重作用下向下跌落，触及绷紧的钢绞线，脱扣器动作，通过控制回路使机头电机停止运行，从而停止物料输送，避免链条、齿轮进一步损坏。

5 实际应用

该方法已成功应用于山西焦煤集团西铭矿选煤厂(图5)，该选煤厂的块状原煤中大块物料及矸石较多，物料中+50 mm的矸石占比80%左右，当浅槽断链发生物料堆积时，会对设备造成二次损坏，导致链条无法继续使用，必须整条更换，在使用该方法后仅需部分更换链条或销子即可。原来维护一次链条平均需要530元，每月最少需要更换4根链条，每根链条价格为3.5万元，应用该方法可节约材料费：(35 000-530)×4×12=1 654 560元/年，有效减少了因断链、卡链而造成的齿轮、轴承等相关材料配件的消耗；原来每月平均断链2次，处理一次刮板断链事故最少需要5个小时，现在仅需30分钟，则可节约生产时间：(5-0.5)×2×12=108 h/年，可多处理原煤700 t/h×108 h=75 600 t，有效减少了检修时间，提高了设备的开机率及原煤处理量。

图5 三重断链保护装置的应用图

6 结 语

研究了浅槽重介分选机的主要结构和工作原理，分析了分选机运料的重要结构件—刮板链的结构，并指出其发生断链的主要原因，提出了打滑式、脉冲式和脱扣式三重断链保护方法，使刮板链发生断裂时，分选机及其上游设备能及时停止运转，解决了由于物料的继续输送造成的浅槽内物料大量堆积问题。该方法已成功应用于山西焦煤集团西铭矿选煤厂，已保障浅槽重介分选系统稳定、可靠运行达12 960 h，有效降低了材料配件的消耗和职工的劳动强度，减少了检修时间，提高了分选机的开机率及原煤处理量。