常晨雨

（山西西山煤電集團 屯蘭礦，山西 太原 030206）

0 引言

礦用刮板輸送機主要應(yīng)用于采煤工作面，可將采煤機割落的原煤、矸石等及時運離。該設(shè)備裝配靈活、輸送量大、輸送效率高，同時具有較高的安全性，因此應(yīng)用廣泛。但是，當(dāng)出現(xiàn)煤塊、矸石卡阻或原煤水分過大等情況時，刮板鏈條所受拉力增大，容易出現(xiàn)斷鏈或掉鏈等故障，影響煤礦井下作業(yè)效率。如果不能對以上故障進行及時的檢查和排除，將進一步導(dǎo)致機電設(shè)備嚴重損壞，甚至威脅到井下人員安全，因此須采用安全可靠的刮板輸送機故障檢測裝置［1－3］。

1 刮板輸送機故障種類及引發(fā)原因

刮板輸送機常見故障分為斷鏈和掉鏈兩類，不同類型故障的引發(fā)原因不同，具體分析如下：

1.1 斷鏈故障原因

（1）刮板鏈銹蝕。為降低煤礦工作面的粉塵濃度，一般在采煤過程中噴灑生產(chǎn)用水。而該部分水一般來自于井下，并受生產(chǎn)活動影響，與設(shè)備機油、巖層礦物等充分接觸，導(dǎo)致其酸性離子含量增高，具有較強的腐蝕性。而刮板鏈長期工作于該環(huán)境中，生銹速度加快，甚至影響到鏈條的機械性能。

（2）過載。當(dāng)刮板鏈受到落煤的沖擊載荷或靜載荷過大時，鏈條容易在應(yīng)力集中區(qū)域出現(xiàn)脆性斷裂，應(yīng)力集中區(qū)域往往是鏈環(huán)對焊位置或彎曲位置。

（3）疲勞應(yīng)力。刮板輸送機運行中，鏈條張緊程度隨采煤節(jié)奏和運行位置呈周期性變化，其中鏈環(huán)受到周期性應(yīng)力的影響容易發(fā)生疲勞變形，長期作用將導(dǎo)致鏈條發(fā)生疲勞破壞［4－6］。

以上三種因素均影響鏈條的使用壽命，是斷鏈故障的直接誘因。

1.2 掉鏈故障原因

（1）機頭鏈輪過度磨損。正常工況下，刮板鏈的鏈節(jié)和連接環(huán)正好卡入鏈輪的凹槽中，當(dāng)鏈輪轉(zhuǎn)動時，帶動刮板鏈運動，同時保證兩側(cè)鏈節(jié)平行。但是，由于鏈條、矸石和原煤對鏈輪的磨損，一段時間后，鏈輪部分位置容易嵌入矸石等堅硬顆粒物，從而導(dǎo)致鏈環(huán)無法嵌入鏈輪的槽中，進而發(fā)生掉鏈現(xiàn)象。

（2）兩側(cè)鏈條松緊差異大。造成兩側(cè)鏈條松緊程度差異的因素包括制造、安裝和使用等，其中，制造問題可通過進一步的機械安裝調(diào)整進行補償。使用過程中，單側(cè)鏈條長期受到較大載荷作用，可導(dǎo)致該鏈條變形伸長，進而使松邊一側(cè)掉鏈。

2 刮板輸送機常見故障檢測方法

刮板輸送機常見故障檢測方法有以下三種：

（1）振動分析法：刮板輸送機工作過程中，設(shè)備振動較大，而發(fā)生斷鏈等故障時，振動頻率等參數(shù)將發(fā)生明顯改變，因此可通過在設(shè)備的若干位置布置振動檢測裝置來監(jiān)測和分析振動信號，從而獲知設(shè)備的運行狀態(tài)。關(guān)于振動分析的工業(yè)應(yīng)用方法已較為成熟，且設(shè)備安裝簡單，但其缺點是煤礦井下其他機械設(shè)備振動強烈，因此信號干擾源較多，容易導(dǎo)致監(jiān)測失誤。

（2）電機檢測法：發(fā)生鏈條卡阻或斷鏈故障時，機頭機尾電機的輸出功率將發(fā)生較大變化，通過檢測電機電流，可在故障發(fā)生時及時切斷電機供電，保障設(shè)備安全。

（3）接近開關(guān)檢測法：通過在中部槽、機頭架等位置安裝接近開關(guān)，對刮板兩側(cè)的相對位置進行檢測，可及時發(fā)現(xiàn)斷鏈故障及其位置，且設(shè)備價格低，安裝方便，檢測準確，適宜進行刮板輸送機的故障檢測。

3 刮板輸送機故障檢測裝置

3.1 故障檢測裝置基本結(jié)構(gòu)

刮板輸送機故障檢測裝置主要由接近開關(guān)、電流互感器、井下電氣設(shè)備、井上監(jiān)控設(shè)備等組成，如圖1所示。為保證故障檢測的準確可靠，本裝置同時采用了接近開關(guān)檢測法和電機電流檢測法。

圖1 刮板輸送機故障檢測裝置基本結(jié)構(gòu)

其中，根據(jù)刮板輸送機的實際長度，接近開關(guān)共設(shè)置5組～8組，在容易發(fā)生斷鏈故障的位置應(yīng)提高開關(guān)的安裝密度，如機頭架、機尾等，其余傳感器均布在中部槽兩側(cè)。PLC控制器可根據(jù)各接近開關(guān)信號的發(fā)送間隔判斷故障是否發(fā)生。而從電流互感器獲得的機頭兩驅(qū)動電機的電流值也同步上傳至PLC，并依據(jù)預(yù)設(shè)邏輯規(guī)則進行故障判斷。

井下電氣設(shè)備位于電氣柜中，主要由PLC、I／O設(shè)備、電源等組成，PLC用于接收接近開關(guān)和互感器傳送的數(shù)字或模擬信號，并由此進行邏輯處理，將輸送機的運行狀態(tài)上傳至上位機。井上監(jiān)控設(shè)備主要由上位機、監(jiān)視器等組成，可根據(jù)井下信號發(fā)出斷鏈等故障報警，并可進行緊急事故停機等。

3.2 故障檢測原理

3.2.1 接近開關(guān)檢測原理

根據(jù)井下應(yīng)用環(huán)境，選擇抗干擾能力較強、非接觸式的霍爾式接近開關(guān)（霍爾傳感器），該開關(guān)可在其檢測前端構(gòu)建交變磁場，當(dāng)有金屬物進入檢測范圍時，金屬中感應(yīng)產(chǎn)生的渦流吸收了接近開關(guān)中振蕩器的能量，導(dǎo)致振蕩器輸出幅度線性衰減，因此可根據(jù)其衰減量來檢測有無金屬物體接近。

接近開關(guān)對稱布置在中部槽兩側(cè)，使得刮板兩端均可進入其檢測范圍。當(dāng)刮板鏈發(fā)生斷鏈時，如圖2所示，相應(yīng)位置的刮板將發(fā)生位置傾斜，假設(shè)單個刮板兩端的傾斜值為Δa，則通過檢測Δa的大小可獲知相應(yīng)位置刮板鏈的狀態(tài)。同時，刮板傾斜后，其兩端的檢測信號存在時間差Δt，假設(shè)刮板鏈的運行速度為v，可計算得到Δa＝vΔt。若判斷是否發(fā)生斷鏈故障的臨界傾斜值為Δamin，則當(dāng)Δa＞Δamin時，系統(tǒng)認定發(fā)生了斷鏈故障。

圖2 接近開關(guān)檢測原理

3.2.2 電機電流檢測原理

正常工況下，隨著運煤量和刮板摩擦狀態(tài)變化，機頭和機尾的電機電流也會發(fā)生較小變化；但是，當(dāng)斷鏈故障發(fā)生后，刮板和斷裂的鏈條可能卡阻在中部槽等位置，造成驅(qū)動阻力增大，首尾兩端的電機電流差值也增大。通過互感器可分別檢測以上各電機的電流I1、I2、I3，其中I1、I2為頭部兩電機電流值，I3為機尾電機電流值，假設(shè)首尾電機電流差值的故障設(shè)定值為ΔImin，則當(dāng)

4 裝置使用效果及意義

以上裝置在屯蘭礦某刮板輸送機上改造應(yīng)用后，工作狀態(tài)良好，可準確識別斷鏈、掉鏈等故障，并能及時切斷電機電源，有效地減少了事故造成的設(shè)備損壞量，并縮短了事故停機時間40%，為企業(yè)帶來較大的經(jīng)濟效益。

5 結(jié)語

刮板輸送機是重要的煤礦機械設(shè)備，為降低刮板輸送機的故障停機時間，減小停機損失，本文首先對輸送機斷鏈、掉鏈等故障的發(fā)生原因進行了分析，然后研究了刮板輸送機故障的常用檢測方法，最后提出同時利用接近開關(guān)檢測法和電機電流檢測法的故障檢測方案，并對該方案的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、檢測原理等進行了研究。該套裝置實際應(yīng)用效果明顯，為企業(yè)創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟效益。