刮板输送机断链原因分析及智能断链保护装置研究

葛丽霞

（山西省高质量转型发展研究院，山西 太原 030002）

引言

刮板输送机常应用于煤矿井下的综掘工作面、采煤工作面中。其最普遍的故障种类为刮板链掉链、断链。在刮板链出现断链故障时，由于被下链所作用的牵引力，所以断链就会堆积到机头或槽底等位置，使刮板链的链轮载荷增加，如果故障发现的不及时，就会导致断链发生处会堆积链条、增加间距，如果想要把拖链、接链的工作完成就要浪费很多的时间与人力，严重时甚至会损坏刮板输送机，使设备的使用期限减少。

1 刮板输送机常见断链类型和原因

1.1 断链类型

1）强力断链。在焊接对口、受焊缝所影响的区域、链环有弯曲发生的部分等位置有强力断链的出现，在刮板链本身所存在的破断载荷小于冲击刮板的力时，就会有此故障产生，而且脆性断裂就是断口所体现出来的形态。

2）疲劳断链。尽管刮板链的破断载荷大于作用于刮板链的力，可是脉冲载荷在不短的时间中一直作用于刮板链，就会有疲劳破坏产生。而且断口绝大多水出现于链环的弯曲处与直线部分所有连接处[1-2]。

3）混合断链。破断现象是在脉冲载荷与冲击力一起长时间作用在刮板链所产生的，断口处是不平滑的而且其有特别突出的塑形变形区。图1 就是刮板链破断位置示意图。

图1 刮板链破断位置示意图

1.2 产生断链的主要原因

从动轮、刮板、刮板链由于机头齿轮的运转而把物料运转，进而使物料在槽体中的输送得以实现。当井下采用使，刮板链发生断链的原因主要包括：

1）当刮板输送机的弯曲铺设。在刮板输送机的进行铺设的地方会有弯度产生，图2 就是刮板输送机弯曲铺设刮板链分布形式。在图2 中能够发现，由于弯曲之后就会有弧度，所以刮板链的内侧较短于外侧，而且载荷主要作用于刮板链的外侧，进而极易造成刮板链的外侧有断链发生。

图2 刮板输送机弯曲铺设刮板链分布形式

2）连接螺栓没有在链环中。在连接螺栓发生丢失与松动时，就会使链环的受力情况发生改变，就会从不定量的弧形静改变为悬臂梁的一面受力，下页图3 就是圆环受力示意图。弯曲应力与拉应力共同作用于连接环，式（1）能够对作用于链环危险截面的力∂进行计算。

图3 圆环受力示意图

式中：Q 为作用于链环的拉应力，kN；F 为链环的危险截面的（I 位置）断面积，cm2；M 为弯矩作用于链环危险截面的力，N·m；W 为连接环在危险截面（I 位置）断面系数，cm3。

本文把SWG-40T 刮板输送机当作案例，本案例中的刮板输送机的传动系数、转速、电动机的功率分别为0.85、1 470 r/min、40 kW。在链环中没有连接螺栓时，运用式（1）分析链环的受力情况，各种数据分别是：F=2.838cm2，W=63.673cm3，M=666N·m，Q=44.4 kN。把以上数据代入式（1）得出∂=16 691 N/cm2，链环所受到破断载荷是8 000 N/cm2，所以，在链环中没有连接螺栓时，发生断裂的概率会更高。

3）刮板链发生跳链。在刮板链发生跳链故障之后，其链环会产生冲击力在机头轴与链轮齿中，极易导致其断裂发生。最普遍的处理跳链故障的方法为把垫板放置在机头轮齿的位置。

4）链环有锈蚀发生。有很多的气体、液体存在于煤矿井下，在这些气体与液体中有的腐蚀性非常强，但是，链环在接触了腐蚀性较强的物体时，产生脱皮与锈蚀等问题，使断链的概率增大[3]。

5）动载荷。在刮板输送机运行时，会有力作用于刮板链，其作用力是变化的，而且是周期性的，机头的位置受到的作用力主要是煤炭与大块的矸石所带来的冲击力，进而造成刮板链受疲劳应力与动载荷影响。当实际生产时，动载荷的特征是突发性的，冲击着刮板链，进而有断裂发生于刮板链中；由于刮板链受疲劳应力的影响，所以其会产生变形出现，甚至造成其断裂。

6）冲击力比较强。当刮板输送机正常运行时，物料运输与刮板正常运行会对其焊缝热影响区、链环弯曲位置及对口焊接位置的冲击力非常强，在其本身静态破断载荷小于冲击力时，就有使其断裂事故出现。

2 刮板链断链保护装置设计及应用效果分析

针对该保护装置不足，基于井下选用不少的带式输送机刮板链并在使用时常有断链故障发生的分析，不但制定了防锈措施与常规管理，还分析了在其发生断链时的运行情况，在此基础上设计了刮板输送机断链保护装置。刮板输送机断链保护装置能够检测其断链事故，当有断链发生时就会发出安全预警的信息，对现场人员及时处理故障十分有利。

2.1 装置的结构

图4 为刮板链断链检测装置结构图。铁质导磁厚度是1.5～2.0 mm 的弧形检测片，相邻的检测片之间的距离是2.0～3.0 mm。接近开关使用的测量区域是15 mm。刮板输送机的安装高度与其宽度决定着摆杆的长度与宽度。轴承装备被检测装置所使用，轴承装备安装于刮板机机头，过渡板之后的大概300～350 mm 处。

图4 刮板链断链检测装置结构

2.2 工作的基本原理

在刮板输送机运行过程中，刮刀、链条会随着检测装置的两边的摆杆一起摆动，而且2 个检测片也被带动这围绕轴承而运动。对弧形检测片的宽度进行调整，能够促进检测片在最大摆幅时不在接近开关的检测区域之中，就是最大摆幅大于15 mm，能够保证在1 个检测期限中有检测信号有非常突出的断点。在有错链或单侧断链出现在刮板输送机时，其刮刀两边出现倾斜后，摆杆不能转动，而且会跟着刮板不断增加的倾斜角度其摆杆之间的角度而不断增大，相邻检测片的相对位移同样也慢慢增加。在相对位移在接近开关的检测区域之外后，就会有检测信号的断点出现在该检测期限中，保持在3 s 以上检测装置就会有报警发出，而且会把其供电回路切断，防止发生断链事故。

微型监控保护系统有保护装置结构构成，其保护装置的结构有延时继电器、中间继电器及接近开关，凭借的是保护信号与组态输出预警。若想把保护装置做出错误动作的概率降低就可以经过延时保护、安全连锁来实现，其运转的速度能够决定延时的具体时间，本文选取的时间是3 s。当检测时，振动会影响测点有细小的抖动，通常时间是小于1 s，保护系统的动作就不会被触动。

2.3 应用效果分析

和某矿井下使用6 台刮板输送机的状况相结合，刮板输送机以前一个月发生断链的次数平均是3 次，1 次断链就会对生产有2 h 影响，1 年大概有72 h，就等于由于其断链事故1 年就会有3 d 停止生产。

应用刮板输送机断链保护装置以后，在实际应用中可第一时间发现刮板输送机断链故障，能显著降低因刮板输送机断链故障对生产造成的影响，可更好地保障刮板输送机的安全连续稳定运行，有助于企业进一步提高经济效益。

3 结语

刮板输送机日常应用中，常见的故障就是断链故障，本文所设计的刮板输送机断链保护装置，不仅结构相对较简单，而且易操作、易维护，很多煤矿自己就可以设计制作，生产成本低，应用效果好，具有较高的推广应用价值。