箱体式双链刮板机跳链故障的自动监控

刘发见 张杰 刘冬生

摘要：介绍了选煤厂双链刮板机结构，分析了常见的跳链、坍链和断链故障原因及规律。根据其状态规律，采用传感器非接触方式检测、简易PLC编程运算判断技术，研制出了一种简单实用的刮板机跳链故障自动监控装置。实践应用表明，该装置能可靠地对刮板机进行故障监控。

关键词：刮板机;跳链;简易PLC;自动监控

1    双链刮板运输机的结构

双链刮板运输机主要由箱体、传动装置、机头星轮组、机尾轮槽组、上链道和圆环链条等构成，刮板链则是由圆环链和连接环将刮钢按1 m的标准间距连接而成。刮板运输机正常运行时，传动装置将动力传到机头星轮组，使带齿的机头轮拖动箱体底部的刮板链连续向一个方向移动，其连接于链条上并垂直于链条的刮钢就带动物料向前移动。刮板链卸料后绕过机头星轮通过上链道返回机尾轮，回到槽箱底部重新刮送物料，形成循环往复。刮板运输机在正常运行状态时刮钢与链条处于垂直状态，刮板链在链道上运行平稳。

2    刮板运输机常见故障分析

2.1    跳链故障

跳链是刮板运输机运行中的常见故障，引起跳链的原因有多种，如箱体内铺的铸石板不平、局部铸石板脱落、上链道有缺口等，均有可能造成刮板链运行不平稳产生跳链;随着长时间运行，机头轮齿磨损、机尾轮槽磨损，两边牵引链条磨损变形，造成一边长一边短，也易引起跳链;输送一定硬度的颗粒状物料时，较大粒度的物料随链条被带入链轮与链条的啮合点之间，也会造成跳链。根据现场观察，刮板机发生跳链故障时，单边链条跳过机头链轮齿合点1～2齿，两边链条发生错位，刮钢处于倾斜状态运行。

2.2    坍链故障

刮板运输机发生跳链故障后没有及时停车，容易造成机头、机尾坍链故障;大硬度、大粒度的物料随链条进入链轮的啮合点之间，70%左右出现跳链故障，30%左右出现坍链故障。坍链故障单边链条跳出机头链轮或机尾轮槽，由于中心距发生变化，两边链条发生错位，刮钢处于倾斜运行状态。

2.3    断链故障

断链故障主要由以下两个原因造成：一是跳、坍链未能及时发现，刮板机继续运行时出现链条或刮钢“擦、挂、卡”;二是链条与连接环磨损严重，超负荷运行。刮板机断链后将不能运行。

3    跳链自动监控装置的研制

3.1    跳链故障信号检测方式

根据对刮板机跳、坍、断链故障的分析，无论是何种原因造成的此类故障，刮钢不垂直于两边链条、产生倾斜运行，刮鋼两端会错位，这与刮板机的正常运行状态有明显区别。因此，可以根据这一故障现象，选择两个非接触式、具有一定检测距离的传感器，分别安装于刮板机槽箱上链道宽度方向，传感器检测面与刮钢保持一定距离，两传感器连线垂直于链条。

跳链故障信号检测原理为：刮板正常运行时，每根等距的刮钢两端会基本同步通过两传感器检测面，两传感器检测到每根刮钢两端的信号基本同步;当刮板机出现跳链故障时，刮钢两端错位一个距离L（故障现场实际测量L≈105 mm），由于刮钢两端错位105 mm，所以刮钢两端通过传感器检测面时，两传感器检测信号不会出现同时导通（失步）。将两传感器检测到的失步信号，作为刮板机的跳链故障信号。

3.2    跳链自动监控装置原理

本着安全、可靠、经济、简单易行的原则，设计出了一种成本低廉、制作安装简单的刮板机跳链自动检测控制装置，主要由简易PLC、刮钢倾斜位置检测传感器1/2、设备运行信号（KM）、跳链复位按钮（SB）、自动检测指示（HL1）、跳链保护输出（KA1）、跳链报警输出（KA2）、传感器故障指示（HL2）组成（图1）。

3.2.1    部分硬件功能

3.2.1.1    传感器

（1）由于检测对象是运动的刮钢，所以传感器选用了电感式接近开关;（2）为了确保检测稳定可靠，选择三线式NPN型，工作电压DC6～36 V;（3）检测距离，由于电感式接近开关检测距离与检测面积（直径）成正比，所以在选择检测距离时要考虑检测直径+刮钢厚度不能大于刮板机跳链后刮钢倾斜运行时所产生的错位（L=105 mm），为此，传感器检测距离选择为30～50 mm;（4）检测频率f>D/V，其中f为传感器检测频率，D为刮钢之间距离（1 mm），V为刮板运行速度（刮板机运行速度一般设计为V=0.46～1 mm/s），选择传感器（电感式接近开关）频率f=150 次/min;（5）接近开关选择型号为MN30-M30-NOD1、频率f=150次/min、检测距离L=30 mm，主要完成刮板机跳链后刮钢倾斜运行两端错位距离L的检测及跳链故障信号检测。

3.2.1.2    简易PLC一体机

该PLC一体机类型为单片机，型号为QJ-16RPLC-001F，

8路输入、8路输出。PLC一体机无需连接电脑，无需梯形图、软件等复杂编程。利用高清液晶显示直接在控制面板上进行编程，实现简单逻辑运算，大大降低了使用成本。

3.2.2    自动监控装置工作原理

对简易PLC输入、输出点位分配并编程后，其工作原理如下：刮板机启动运行后，控制电机的接触器辅助触点KM闭合，PLC输入点X02由0变1，输出Y00动作，自动检测指示灯（HL1）亮，装置进入检测工作状态。装置进入跳链检测后，程序中的同步计时器开始计时，其计时时间t≥1/v，其中t为同步计时器设置时间，1为刮钢与刮钢之间的连接标准距离1 m，V为刮板机的运行速度。

刮板机正常运行时，刮钢两端基本同时通过两传感器检测面、两传感器输出同步开关信号，PLC数字输入口X00与X01同时由0变1，同步计时器清零;刮钢过了传感器后，传感器检测不到信号，PLC数字输入口X00与X01同时由1变0，同步计时器重新计时。当同步计时器还未达到设定时间t时，第二根刮钢又通过两传感器检测面，使两传感器输出基本同步的开关信号，PLC数字输入口X00与X01同时由0变1，同步计时器清零重新计时，如此循环往复。PLC输出Y01、Y02无输出信号，中间继电器KA1、KA2保持初始状态，其KA1串接在刮板机二次控制回路的常闭触点保持闭合状态，刮板机正常运行，KA2无报警输出。

刮板运输机出现跳、坍链故障时，原垂直于链条运行的刮钢产生较大程度倾斜（两端倾斜错位105 mm），使其刮钢两端通过两传感器检测面时不能同步，两传感器输出开关信号失步，PLC数字输入口X00与X01不能同时由0变1，此时同步计时器无法清零而继续计时，当达到程序设定时间（t）时，PLC输出Y01、Y02同时由0变1，KA1与KA2微型继电器通电动作，KA1常闭触点释放，断开刮板机二次控制回路使之及时断电停车，从而避免跳链造成较大的破坏性事故;KA2两路常开触点闭合，一路接通装置上的蜂鸣报警灯，一路输入厂集中控制（S7-300）PLC数字（DI）输入点，对上位机编程监控报警。

传感器1或传感器2在检测过程中出现故障、传感器输出（BK）一直有信号输入X00或X01，程序运算处理后输出Y03由0变1，传感器故障指示灯LH2亮。

跳链复位：出现跳链后按下按钮SB，X03接收到上跳信号，装置复位。

4    跳链自动监控装置应用

跳链自动监控装置设计完成后，安装于洗煤车间5条刮板机上并进行了调试。调试正常后投入应用4个多月时间，5条双链刮板运输机共发生21次跳、坍链事故，监控装置均准确检测停车报警。

5    结语

依据故障特点设计的箱式双链刮板運输机故障自动监控装置，利用电感式接近开关非接触检测刮钢倾斜错位、简易PLC编程运算处理，检测准确，性能稳定，成本低廉，维护简单，克服了传统跳链保护装置的缺点和不足，具有推广价值。

收稿日期：2020-05-13

作者简介：刘发见（1966—），男，重庆梁平人，机电工程师，研究方向：机电设备、自动控制系统。