0 引言

工矿企业带式输送机主要用来输送块状、粒状和粉状物料.物料通过料斗实现从上层皮带向下层皮带转运.由于皮带运输机运行可靠、输送量大、结构简单、维修方便、连续性强、动力能耗低，适应性强，在我国得到普遍应用.目前，我国的原煤，特别是冶金企业用煤，在生产及运输过程中，会有大量的木块、石块、铁器、编织袋、草帘子等杂物混在煤中^[1]，这些杂物经常对输煤系统设备造成很大危害，轻则造成堵煤、撒煤，不能正常卸料；重则将皮带划伤，使皮带机不能正常运行，造成输煤系统皮带和设备的损坏，给冶金企业造成严重损失.此外，一旦煤斗被堵，以目前皮带机的运输能力计算，几分钟内停机，就可能造成堵料严重，满出来的煤料少则几吨，多则几十吨，造成皮带机头部两侧积料严重，往往需要安排大量人力进行清理，额外增加了员工的劳动量，增加了员工的劳动强度.

由于焦炉使用的炼焦煤都是洗精煤，水分都在10%~12%，粘性大，在皮带输送过程中极易在溜槽内粘堵^[2]，特别是下料口，是煤斗堵塞的重灾区.现有的堵煤开关一般是安装在输煤皮带机头部落煤管（煤斗）中，利用落煤管堵塞后产生的压力，使堵煤开关的触点接通皮带机的跳闸回路并发出报警信号^[3].由于在下煤过程中，落煤管内的煤流相当不稳定，压力波动幅度大，导致堵煤开关频繁误发报警信号，影响设备的运行；与此同时，由于落煤管中的工作条件恶劣，堵煤开关的触点容易被煤流冲击损坏或卡死^[4]，故障率高且维修、更换困难.

新余钢铁股份有限公司焦化厂备煤车间主要负责卸煤、配煤和上煤，卸煤系统主要工作是缷.各种进厂的洗精煤并按品种合理堆放到煤场，配煤就是将两种以上的煤均匀地按适当的比例配合，作为炼焦的原料，以达到生产优质冶金焦炭、合理利用煤炭资源和增加炼焦化学产品的目的^[5]；上煤系统是将配好的炼焦煤供给炼焦炉.新老区共有皮带72条，单线长约5 500 m，下煤斗49个.由于煤中含有杂物且南方雨水较多，因此，时常造成堵料情况发生，维护清理工作量大，见图 1.为了及时发现煤料输送过程中转运溜槽煤斗出现堵斗现象，保护电机，防止皮带拉断，减少煤料外溢，在皮带机头部转运溜槽侧板中部，多采用阻旋式感应器与自动停机开关联锁^[6].当运输煤过程中发生堵斗时，阻旋式感应器内侧感应挡板受煤料压力作用致感应电子元件与皮带机控制箱联锁而关闭皮带机运行.但阻旋式感应器的前端感应口长时间受煤粉、水分及杂物挂结，常至其失效不起作用或频繁跳停.

1 老式煤斗堵塞保护控制器的工作原理

老式煤斗堵塞保护控制器，是以阻旋式感应器为核心，以实现煤斗堵塞监控，及时保护皮带运输设备，该保护控制器主要由旋转叶片、电机、控制电路等组成，见图 2.

工作原理是将电机带动的旋转叶片布置于煤斗内侧，皮带运输机启动时，保护控制器的电机便开始工作，当煤斗下料口煤料出现堵塞，煤斗内部的煤料会不断堆积，堆积高度达到旋转叶片的工作范围时，旋转叶片由于受到煤的阻力便会降低转速甚至停止，最终导致流过电机的电流增大、触发控制电路、切断皮带运输机的电源、中断皮带运输机作业.

2 改造前存在问题及原因 2.1 安装位置

老式煤斗堵塞保护控制器安装位置过高，煤斗堵塞时不能及时接触煤料，保护控制器启动响应时间隔长，会导致高速运动的皮带与煤斗中的煤剧烈摩擦，损坏皮带，甚至增加皮带电机负载，容易烧坏电机，破坏设备.此外，由于煤料颗粒大、煤料流量大、落差大、散落的煤料对旋转叶片冲击大，保护控制器易于损坏，误报率也高.

2.2 堵塞检测部件

出现煤斗堵塞情况时，旋转叶片会与煤料剧烈碰撞摩擦，旋转叶片容易破损失效，其维修安装比较困难.同时也会降低皮带运输系统的工作效率^[6]，影响备煤车间正常生产.

2.3 腐蚀破坏

皮带运输的煤中化学成分易于在煤斗中挥发，形成酸性环境，腐蚀旋转叶片，因而需定期更换维修旋转叶片并对叶片进行防腐蚀处理.另外酸性物质也会腐蚀破坏电路，影响控制电路的使用寿命.

2.4 控制电机

运输煤的皮带设备一旦启动，带动旋转叶片的电机需长时间频繁工作^[7].由于每个电机都有各自的转数寿命，该保护控制器平均一年便会达到工作疲劳寿命，丧失工作能力.

2.5 运行成本

对于老式煤斗堵塞保护控制器而言，阻旋式感应器单价需2600元一套.除去安装费用，按使用寿命一年计算，装备整个备煤车间花费在12万元左右，加上更换旋转叶片费用，一年运行费用约15万元，成本较高.

3 技术改造方案与应用效果

对于改造后的新型煤斗堵塞保护控制器而言，其设备结构组成如图 3所示，在煤斗上部分的侧面靠下开一个180 mm×180 mm的窗口，用一块5 mm厚，200 mm×200 mm的钢板覆盖，钢板与窗口的上面通过铰链连接，构成自然下垂的溢流门，在溢流门的外面安装限位开关.通过技术改造后，该煤斗堵塞保护控制器的工作原理如图 4：当煤斗内部出现堵塞导致煤持续堆积，堆积过了煤斗下部分后，煤斗溢流门便会受到煤料的推力向外翻转，触碰限位开关，限位开关启动控制电路，快速响应，切断皮带运输机电源，及时终止作业，保护运输设备.

3.1 安装位置改进

老式煤斗堵塞保护控制器的核心部件旋转叶片安装在煤斗的内部，一旦煤斗堵塞，煤料很快溢出煤斗，并且高速运动的皮带与煤斗中的煤剧烈摩擦^[8]，损坏皮带，甚至造成皮带电机发生故障.而新型煤斗堵塞保护控制器的核心部件限位开关安装在煤斗的外部，煤斗堵塞响应速度快，在堆积的煤达到溢流门就可启动限位开关驱动皮带运输开关停机.避免了煤料溢出以及与皮带的摩擦，并且清理煤斗中的堵塞煤也减少，减轻了清理工作量.结合不同煤斗的实际内部形状以及发生堵塞时的堆积情况，新型煤斗堵塞保护控制器安装在煤斗上部分的侧面中间靠下位置比较适合.根据不同煤斗尺寸结构，限位开关安装的位置可以灵活调整，见图 5（a）、图 5（b）.

3.2 堵塞检测方式改造

堵塞检测改用溢流门+限位开关方式，利用堵煤挤压溢流门^[9]，给溢流门一个向外的力（见图 4（d））.力便会推动溢流门向外旋转，然后推动门外的限位开关，整个过程不用电机，启动过程完全靠煤的机械推力作用^[10]，不需消耗额外电源，比老式煤斗堵塞保护控制器节能.

3.3 控制启动改造

控制电路是由溢流门打开时触动限位开关，当限位开关启动条旋转到一定角度时，见图 4（d），限位开关立刻联通控制电路，通过电磁继电器切断皮带头轮电机的电源，基本控制电路见图 6，在皮带还未与煤表面接触便停止工作.

控制电路详细工作过程如下：闭合组合开关QS，按下按钮开关SB1，线圈KM1工作，主触头KM1与开关KM1闭合，电机开始工作；当煤斗出现堵塞情况，溢流门触动限位开关，常闭开关SB断开，线圈KM1断电，主触头KM1与开关KM1处断开^[11]，电机停止工作终止皮带进行作业，防止煤斗堵塞事故破坏性加剧，实现对电机与皮带的实时保护，避免煤料溢出.

3.4 运行成本

备煤车间改造后的新型煤斗堵塞保护控制器，单个的器材采购费用在100元左右，比老式煤斗堵塞保护控制器节约2 500元，整个备煤车间安装使用新型煤斗堵塞保护控制器一年可节约费用将近14.5万元.

3.5 应用效果

目前，备煤车间所有煤斗都装上该新型煤斗堵塞保护控制器.该保护控制器灵敏度高、响应快、维修方便、工作毛病少，保障皮带运输机的安全运转，促进了备煤车间的生产作业率的提高.

4 结论

通过对煤斗堵塞保护控制器的技术改造，可以得出以下结论：

1）采用新型煤斗堵塞保护控制器替代阻旋式感应器，可以有效防止堵塞煤溢出，避免了皮带与煤斗中的煤剧烈摩擦，保护了运输系统的皮带、电机，现场环境也得到大大改善.

2）新型煤斗堵塞保护控制器安装在煤斗的外侧，核心部件避免与煤料及腐蚀性环境接触，保护控制器使用寿命长.

3）新型煤斗堵塞保护控制器结构简单，安装维护方便，运行费用低.

4）新型煤斗堵塞保护控制器灵敏度高，响应快，不耗电，稳定性好，节能环保.