沙坪洗煤厂刮板输送机故障分析与改进措施

赵小宁

（晋神能源有限公司 沙坪洗煤厂，山西 沂州 036500）

1 概 况

刮板输送机为选煤厂的关键设备，主要由机头、机尾部和中间部组成。刮板输送机机头、机尾架主要由垫架、联板以及舌板等组成；传动装置主要包括电动机、减速器、摩擦盘、罩筒以及液力耦合器等；链轮组件主要包括牵引链轮、盲轴等；中间部的溜槽主要包括电缆槽、开口槽、中部槽、连接槽、过渡槽、齿轨以及垫轨等；刮板链主要包括圆环链、E型螺栓、刮板以及连接环等。总体结构如图1所示。

图1 刮板输送机结构框图Fig.1 Structure diagram of scraper conveyor

2 刮板输送机常见失效形式及原因分析

沙坪洗煤厂刮板输送机常见故障主要有动力系统的常见故障、机头机尾的常见故障以及承载系统的常见故障。

2.1 动力系统常见故障及原因分析

（1）减速器常见的主要表现形式为减速器的齿轮损坏、轴承间隙增大、在轴承表面和减速器表面有不均匀的磨损。结合实际工作经验分析，上述故障的主要原因有减速器的润滑工作不到位、在润滑油中混入了煤尘以及其他杂质、联轴器之间的间隙配合不到位以及更换齿轮后未见其完全复位。

（2）液力耦合器故障的常见表现形式为出现漏油、扭矩的传递存在障碍。造成上述故障的主要原因为液力耦合器的密封元件出现故障、油塞有了一定了松动、系统长期处于过载的工作状态以及元器件的润滑性能差。

（3）电机常见故障表现形式为电机过热、电机无法正常启动、电机发出非正常的声响、电机被烧毁等。造成上述故障的主要原因有过于频繁的启动电机导致电机的轴承损坏；在日常使用中维修不当；电机过低的电压导致其线路出现故障。

2.2 机头机尾常见故障及原因分析

刮板输送机的机头机尾部件作为整个设备的驱动和回链装置，常见的故障主要包括机头架故障以及链轮的相关组件故障。

（1）机头架故障的主要表现形式为机头架底链脱落、底板变形等。造成上述故障的主要原因有刮板输送机严重超负荷工作、刮板输送机的焊接质量未达要求、刮板输送机底板未采取相应的加固措施等。

（2）链轮组件发生故障的主要表现形式为链轮失效、链轮轴失效、链轮的拔链器发生故障，半滚筒发生故障等。造成上述故障的原因有链轮的润滑程度不够、链条太松、固定底板的螺栓脱落以及在日常的工作中未能按照要求检修。

2.3 承载系统常见故障及原因分析

承载系统常见故障为在机头和中部槽底的位置掉链、断链、卡链等，以机头和中部底槽掉链情况最为常见。造成上述故障的主要原因有刮板发生弯曲、链条质量不满足要求、动载荷的冲击过大等。

综合分析，将刮板输送机的常见故障进行总结，如图2所示。

图2 刮板输送机常见故障Fig.2 Common faults of scraper conveyor

3 刮板输送机的改进理论及具体措施

3.1 刮板输送机优化设计理论基础

刮板输送机的优化设计在满足运输能力的前提下，尽可能合理的选择刮板输送机各零部件的参数。

3.1.1 目标函数的确定

本文所指的目标函数为刮板输送机驱动端的功率值。沙坪洗煤厂刮板输送机为小型刮板输送机，驱动方式为单头驱动，如图3所示。

图3 单头驱动刮板输送机Fig.3 Single drive scraper conveyor

通过计算输送机4个位置的张力得出刮板输送机的功率值：

3.1.2 设计变量的确定

通过分析可知，影响刮板输送机主动轮功率的因素主要有v、B、H，因此，可以将设计变量定义为：

3.1.3 约束条件的确定

刮板输送机刮板链的强度条件；根据综采工作面的实际开采能力，确定刮板输送机的实际运输能力；为了保证刮板输送机在运输过程中的稳定性，防止其受到过大的、不稳定冲击，对刮板链条的速度进行约束；根据实际运输最大煤块的大小确定块度的约束和相关溜槽的高度。

确定了上述目标函数、设计变量以及约束条件后，建立刮板输送机的优化设计数学模型，并将其相关公式导入至Mtalab软件中进行分析计算，得出刮板输送机的最优计算结果。

3.2 刮板输送机过载保护功能的实现

3.2.1 现状分析

选煤厂需定期对设备进行停机检修，检修结束再次启动刮板输送机时，由于其处于满载或者超载的状态，使得刮板输送机的减速器和电机均处于超常规负荷的状态运行，导致刮板输送机减速器以及电机发生故障，有时甚至会涉及其他部件。因此对刮板输送机进行过载保护设计。

3.2.2 过载保护设计

刮板输送机减速器为连接电机与输出轴的中间部件，是动力传输必需的部件。分析可知，刮板输送机电机额定功率足够时，在满载或者超载状态下运行时减速器发生故障主要是由于输出轴和减速器的零件相碰撞，导致减速器零部件发生故障。因此可在输出轴与零件之间安装缓冲零件。减速器改进后的结构如图4所示。

图4 改进后减速器结构Fig.4 Improved reducer structure

在减速器输出轴和零件之间安装胀紧连接套作为缓冲零件，将根据刮板输送机的负载情况动作。当刮板输送机在正常负载或在无冲击状态时，胀紧连接套与减速器的输出轴同频率旋转；当刮板输送机处于超载或过载状态时，胀紧连接套与减速器连接轴脱落，保证减速器零部件所承受的载荷在允许范围内，避免输出轴直接与减速器零部件接触。

3.2.3 效果验证

为验证减速器改进措施是否有效，将改进后的减速器应用于沙坪洗煤厂刮板输送机中。该刮板输送机的额定功率为250 kW，在试验过程中根据刮板输送机工况调整电机的输出功率用，模拟设备在轻载、满载及过载情况下减速器是否会出现故障。结果见表1。

表1 减速器改进效果验证结果Table 1 Verification results of reducer improvement effect

刮板输送机电机的输出功率从16.34 kW增大至301.43 kW后又降低至250 kW附近。当电机功率小于250 kW时，随着电机功率的增加对应输出轴的功率也在增加，二者成正比关系，对应的输出效率增加；当电机功率大于250 kW小于300 kW时，随着电机功率的增加，减速器输出轴功率变化不大，维持在250 kW左右；当电机功率大于300 kW时，减速器的输出功率为122 kW。可以看出，当电机功率大于270 kW时，胀紧连接套发生作用，使输出轴与减速器零件处于脱离状态，实现对减速器的保护。

4 结 语

刮板输送机为煤矿、选煤厂等场所的关键设备，承担运输任务，因此刮板输送机的运输效率和安全性影响选煤厂的生产能力。刮板输送机在实际应用中各部件常会出现故障，为保证运输效率，需对刮板输送机进行改进。从理论层面上提出了刮板输送机结构参数的改进思路，从实践层面上提出了刮板输送机减速器在超载或过载情况下出现故障时安装胀紧连接套的改进措施。