双齿辊破碎机失速保护方法的改进设计

方启光

（贵州省地勘装备服务中心，贵阳 550000）

双齿辊破碎机的可靠性是高质量选煤工艺的基础，为改善当前失速保护方法的缺陷，需结合实际情况进行优化。在实际选煤工艺中，双齿辊破碎机失速保护系统具有实时监测功能，若出现转速降低等情况可及时发出警报，以提醒相关工作人员第一时间进行检查，并在发出警报的同时立即停机，避免故障物料堵塞而造成更大的故障。因此，及时改进失速保护方法中存在的缺陷至关重要。

1 双齿辊破碎机使用现状

1.1 设备测速原理

本次研究以某选煤厂SSC型号双齿辊破碎机为例。该型号破碎机为提高设备稳定性而设有失速保护、电动机和液力耦合器软连接3重保护。若设备出现故障，会先触发失速保护，因此需加强对双齿辊破碎机失速保护系统的重视[1]。SSC型号双齿辊破碎机由两台电机驱动，在减速机和耦合器的双重作用下带动两个齿辊对向旋转，从而完成煤炭破碎剪切作业，且可在对向旋转期间向下排出破碎煤炭。若在此期间煤炭物料未完全排出，则会导致双齿辊破碎机旋转速度下降，从而在转速传感器的作用下触发失速保护。转速传感器是触发失速保护的关键，在齿辊轴结构上固定有磁铁，双齿辊破碎机旋转运作时将带动磁铁运动，使磁感应传感器发出脉冲信号，再由转速测控仪根据该脉冲信号计算双齿辊破碎机转速，以完成双齿辊破碎机转速的实时监测工作。在设备实际运行中，可以采用分步启动、同时运转的方式降低启动电流，防止两个齿辊受到启动电流干扰而产生故障，但两个齿辊并非强制同步[2]。

1.2 失速保护机制

当双齿辊破碎机受到煤炭物料阻碍而降低旋转速度后，失速保护系统将接收到两个传感器传输的信号，从而获得设备旋转信息。传统双齿辊破碎机失速保护系统采用分步启动方式开启双齿辊破碎机某一齿辊，设为A齿辊。A齿辊启动后，由磁感应传感器捕捉磁铁运动情况。若A齿辊未失速，则设备正常运转；若A齿辊陷于失速状态，则立即停机并发出警报。当A齿辊正常运转、无失速情况时，再开启第二个齿辊（设为B齿辊）。B齿辊正常运转且未失速后，双齿辊破碎机正式开启煤炭破碎工作。若B齿辊失速，将立即停止A、B两个齿辊的旋转，并发出警报。

2 双齿辊破碎机失速保护方法现存问题

在粒度超限的矸石或铁器等杂物进入双齿辊破碎机时，会使物料堆积导致转速降低，此时失速保护系统将立即发挥作用，以起到保护设备的效果。由设备测速原理可知，失速保护系统要在磁感应传感器与磁铁共同作用下发挥转速监测功能，通过捕捉脉冲信号得出实际旋转情况。但在实际运转期间，常受到传感器反应衰退、线路干扰等问题的影响而丢失脉冲信号，使脉冲信号无法被磁感应传感器捕捉，导致误报警问题而中断煤炭破碎工艺，降低了工艺效率。为规避误报警现象，部分双齿辊破碎机设定延迟2 s发出警报，即当脉冲信号中断后，失速保护系统并非立即发出警报并停机，而是经2 s判断脉冲信号是否为短暂缺失情况。若2 s后仍未监测到脉冲信号，则发出警报并停机；若2 s内监测到脉冲信号，则将本次脉冲信号中断判定为信号短暂缺失。双齿辊破碎机无故障问题，设备继续工作。该失速保护方式虽避免了因脉冲信号短暂缺失而引起的误警报情况，但存在2 s延时，降低了失速保护系统的反应效率，会对双齿辊破碎机部件造成一定损害，且严重缩短了双齿辊破碎机设备的使用寿命，不利于煤炭物料破碎作业的可持续发展。可见，现有失速保护方法存在一定的缺陷，需进一步改进优化，以提高失速保护的反应速度，并保持现有保护效果。

3 改进双齿辊破碎机失速保护方法的有效措施

本次改进优化立足于SSC型号双齿辊破碎机，在不改变现有机械结构的基础上，提高了失速保护效果。同时，本次失速保护改进方法的实现主要依托于转速测控仪，经性能对比分析后，最终选用SSC-2A型转速测控仪。借助此转速测控仪性能准确计算了脉冲信号中断的原因，并以此为依据发出准确保护信号，起到了避免误警报的效果。

3.1 改进优化原理

为弥补双齿辊破碎机现有缺陷，在规避误警报问题的同时提高保护效果，避免2 s延时损坏机械构件，提出了双齿辊破碎机失速保护改进方法。本次改进并未改变双齿辊破碎机原有结构，只是通过改变电气连接方式避免误警报情况，并借助转速测控仪控制双齿辊设备。A、B两个齿辊启动后，双齿辊破碎机的可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）控制中心将接收到齿辊启动信号，之后由转速传感器发出脉冲信号，并由A、B齿辊对应的SSC-2A型转速测控仪计算齿辊转速，在完成计算后将转速结果传输至PLC控制中心，由PLC控制中心根据转速情况输出失速预警信号和设备停机信号[3]。

3.2 改进后保护流程

双齿辊破碎机对向旋转完成煤炭物料破碎工艺。但在破碎过程中，煤炭物料会对两个齿辊产生反作用力。若双齿辊破碎机发生堵塞，会使两个齿辊同时失速，并不会出现A齿辊正常旋转而B齿辊阻塞失速的情况[4-5]。本次失速保护改进方案建立在该规律的基础上，当仅启动单一齿辊时，启用单独失速保护程序。当两个齿辊均启动后，则在该单独失速保护程序作用下完成两个齿辊联合旋转监测。

例如，当A齿辊优先启动、B齿辊尚未开启时，则PLC控制中心启动单独失速保护程序Ⅰ。若A转速测控仪将A齿辊失速信号传输至PLC控制中心，则PLC控制中心将立即发出A齿辊停机信号和失速警报信号。若A转速测控仪所发出的信号为转速正常信号，则A齿辊正常旋转。当A齿辊和B齿辊均启动后，PLC控制中心执行失速保护程序Ⅱ。若A转速测控仪和B转速测控仪均发出转速正常信号，则双齿辊破碎机正常运行，并按设备指定操作完成煤炭物料破碎作业。若A转速测控仪和B转速测控仪均发出失速信号，则在PLC控制中心同时发出A齿辊和B齿辊停机信号与失速警报信号。若A转速测控仪和B转速测控仪分别发出失速信号与转速正常信号，则PLC控制中心会发出设备停机信号与A齿辊失速警报信号，提醒工作人员及时检查A齿辊、A转速测控仪与A转速传感器的工作情况，但并不发出与B齿辊相关的任何信号。若情况相反，PLC控制中心则根据实际情况发出对应信号，一旦发生失速现象则立即停机，避免在煤炭物料堵塞的情况下运转而损坏机械构件，且可由转速测控仪准确判断脉冲信号是否为短暂缺失情况，并经转速计算判断双齿辊破碎机旋转运作情况。通过转速测控仪为PLC控制中心提供准确信息，杜绝了误警报问题，提高了失速保护效果，且并未对双齿辊破碎机机械构件产生不利影响。

4 结语

综上所述，本次改进优化可直接修改现有双齿辊破碎机，并未改变失速保护系统结构。经改进测试后发现，该改进方法切实有效，方便快捷。在提出该方法的同时，与机械生产制造企业达成合作，生产制造了部分设备，并将该部分设备提供给各煤矿企业展开试运行，以了解具有该方式的双齿辊破碎机是否适应不同煤矿情况。结果显示，改进后的双齿辊破碎机性能得到了提升。