一、項目背景

陜西榆林地區(qū)是國內(nèi)重要的水泥生產(chǎn)基地。2024年8月，榆林某大型水泥廠（年產(chǎn)水泥200萬噸）的一條熟料輸送刮板機，在三個月內(nèi)連續(xù)發(fā)生兩次斷鏈事故。該刮板機負責將熟料從冷卻機出口輸送至熟料庫，全長86米，輸送溫度高達120℃左右，環(huán)境粉塵濃度極高。

第一次斷鏈發(fā)生在夜間，鏈條卡死后導致中部槽底板磨穿，熟料泄漏堆積，清理+維修耗時36小時，直接影響熟料庫存和后續(xù)水泥磨生產(chǎn)。第二次斷鏈更嚴重，斷鏈瞬間產(chǎn)生沖擊，將機尾張緊裝置拉壞，軸承座開裂，直接維修費用超過9萬元，加上停產(chǎn)損失，合計約18萬元。

令人無奈的是，該刮板機原本安裝了一套接近開關式斷鏈保護裝置。但兩次斷鏈過程中，保護器均未發(fā)出任何報警。現(xiàn)場電氣工程師反映：接近開關安裝在機尾從動輪側(cè)方，因熟料粉塵（含大量細小顆粒）附著在感應面上，加上環(huán)境溫度高導致傳感器內(nèi)部元件老化，靈敏度嚴重下降，徹底失去保護功能。

水泥廠設備副總工王建民（化名）表示：“水泥廠的環(huán)境不比煤礦好多少，粉塵、高溫、震動一樣不少。我們需要一種真正能適應這種惡劣工況的斷鏈保護器，不能讓它再‘裝樣子’了。”

經(jīng)過多方技術對比和現(xiàn)場工況勘察，該水泥廠最終選定了一款采用接觸式測速原理的刮板機斷鏈保護器，并委托我方技術人員配合廠方機電車間，完成了從舊裝置拆除到新保護器安裝、調(diào)試、驗收的全過程改造。

二、改造前設備狀況及痛點分析

2.1刮板機基本參數(shù)

-型號：FU270型鏈式輸送機（常用于熟料輸送）

-輸送長度：86米

-鏈速：0.5m/s

-電機功率：30kW

-工作環(huán)境：熟料輸送廊道，環(huán)境溫度45℃~65℃，物料溫度約120℃，粉塵濃度高（含熟料微粉），設備振動明顯

2.2原有保護裝置及其缺陷

原有保護為一款電感式接近開關（DC24V，NPN輸出），安裝在機尾從動輪側(cè)方，通過檢測從動輪輪輻的通過頻率來判斷轉(zhuǎn)速。其具體缺陷如下：

2.3水泥廠核心訴求

1.絕對可靠：斷鏈、卡鏈、斜鏈時必須100%報警停機，不能有任何漏報。

2.耐高溫、耐粉塵：適應熟料輸送線的高溫、高粉塵環(huán)境，至少一年內(nèi)免維護。

3.安裝快捷：不停產(chǎn)或短時停產(chǎn)（4小時以內(nèi)）完成改造。

4.兼容現(xiàn)有控制系統(tǒng)：輸出信號需與原有PLC（西門子S7-1200）匹配。

三、改造方案設計

3.1保護器選型

根據(jù)水泥廠工況，我們推薦了一款接觸式磁電測速斷鏈保護器（型號代稱“MDR-SCD-10”）。其核心特點完全匹配水泥廠需求：

-測量原理：磁電式速度傳感器，直接安裝在從動軸軸心，實時測量從動軸轉(zhuǎn)速。無電子元件暴露在粉塵中，不受粉塵和溫度影響。

-耐溫性能：傳感器本體采用耐高溫不銹鋼外殼及高溫引出線，工作溫度范圍-40℃~+125℃，適應熟料線環(huán)境。

-輸出方式：兩線制常閉觸點（也可選常開），與西門子PLC數(shù)字量輸入模塊直接兼容。

-報警閾值：用戶可設定報警轉(zhuǎn)速百分比（推薦設定為正常轉(zhuǎn)速的70%）。

-防護等級：IP68，整體灌封，可浸泡在粉塵中仍正常工作。

3.2安裝位置選擇

現(xiàn)場勘察發(fā)現(xiàn)：從動軸軸端有約60mm外露軸頭，直徑φ65mm，中心未打孔。軸端有少量積灰但無嚴重腐蝕。我們決定采用軸心鉆孔攻絲安裝方案。

3.3安裝與改造步驟

整個改造利用水泥廠一個計劃性檢修日（停機8小時）完成，實際安裝時間約1.5小時（因軸端清理和鉆孔耗時稍長），其余時間為調(diào)試和培訓。

步驟1：停機掛牌及安全確認（15分鐘）

按照水泥廠安全規(guī)程，辦理檢修工作票，切斷刮板機主電源及控制電源，掛牌上鎖。

步驟2：舊裝置拆除（20分鐘）

拆除原有接近開關及其焊接支架。清理從動軸端面積灰和銹蝕。注意：支架拆除時避免損傷機尾罩。

步驟3：軸心鉆孔攻絲（40分鐘）

使用磁力鉆固定于從動軸端面，配合φ8.5mm鉆頭鉆孔（深20mm），然后用M10×1.5絲錐攻絲。鉆孔過程中使用氣槍吹除鐵屑，避免落入軸承。因軸材質(zhì)為45鋼，鉆孔順利。

步驟4：傳感器安裝（10分鐘）

將磁電式速度傳感器旋入螺紋孔，涂少量防松膠，擰緊力矩約20N·m。傳感器尾部引出兩芯屏蔽電纜（耐高溫型，硅膠護套），沿機尾罩內(nèi)側(cè)敷設，穿金屬軟管保護，遠離熱源。

步驟5：接線（15分鐘）

電纜引入現(xiàn)場接線盒（IP65），傳感器信號線接入原接近開關對應的PLC輸入點（DI通道）。原接近開關線路拆除，并在PLC程序中修改輸入地址注釋。傳感器供電為DC24V，直接從PLC機柜取電。

步驟6：參數(shù)設定（10分鐘）

通過保護器本體上的撥碼開關或電位器（視具體型號），設定額定轉(zhuǎn)速為480r/min（從動軸實測轉(zhuǎn)速），報警閾值設為70%（即低于336r/min時報警）。延時時間設為3秒，防止正常啟停或短暫負載波動引起誤報。

步驟7：功能測試（20分鐘）

-空載測試：刮板機空載運行，實測從動軸轉(zhuǎn)速478r/min，保護器輸出正常（常閉觸點閉合），中控顯示正常。

-模擬斷鏈：手動盤車使從動軸減速至300r/min，保護器在3秒后準確輸出報警（觸點斷開），PLC執(zhí)行停機，中控報警顯示“刮板機斷鏈”。

-模擬誤報：正常啟動和停止過程中，保護器未發(fā)生誤報。

-高溫測試：刮板機帶料運行2小時后，再次測量傳感器表面溫度約85℃，信號依然穩(wěn)定。

步驟8：現(xiàn)場培訓（20分鐘）

對水泥廠電氣車間3名維護人員進行了操作培訓，包括：正常狀態(tài)指示燈識別（綠燈常亮）、報警復位方法（需手動復位或遠程復位）、傳感器更換步驟、日常檢查要點（每月清理一次軸端積灰，檢查電纜防護）。

四、改造效果及運行數(shù)據(jù)

4.1直接效果（安裝后1個月）

-保護器連續(xù)運行720小時（含白天高溫時段），未發(fā)生一次誤報或漏報。

-軸端傳感器表面雖有熟料粉塵附著，但磁電感應不受影響，信號穩(wěn)定。

-中控室操作員反饋：“終于能看到真實的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)了，心里有底。”

4.2半年跟蹤數(shù)據(jù)（截至2025年2月）

4.3經(jīng)濟效益估算

-避免一次斷鏈事故：按該廠歷史數(shù)據(jù)，平均每10個月發(fā)生一次斷鏈事故，直接+間接損失約18萬元。

-保護器投入：單套約6500元（含傳感器及安裝附件）。

-年節(jié)省：18萬元×(12/10)≈21.6萬元，減去保護器投入，當年凈節(jié)省超15萬元。

王建民副總工在改造總結(jié)會上說：“以前我們不敢信保護器，現(xiàn)在敢了。這種測速的，比接近開關可靠太多。下一步計劃把另外三條熟料線和兩條水泥磨輸送線都改掉。”

五、技術經(jīng)驗總結(jié)

5.1水泥廠環(huán)境下的選型要點

-必須遠離接近開關：水泥廠高粉塵、高溫環(huán)境會快速導致接近開關失效。

-優(yōu)先選擇接觸式磁電測速：傳感器直接測量從動軸轉(zhuǎn)速，無光學、電感式元件的環(huán)境敏感問題。

-注意電纜耐溫：熟料線附近電纜應選用硅膠護套或玻璃纖維編織層，避免普通PVC電纜熱老化開裂。

5.2安裝中需要注意的三個細節(jié)

1.軸心鉆孔冷卻：鉆孔時需間歇進刀并吹氣冷卻，防止軸端局部退火或鉆頭燒毀。

2.電纜穿管保護：必須加金屬軟管或耐高溫套管，防止被熟料顆粒磨損或被高溫烘烤。

3.報警閾值設定要合理：水泥廠刮板機負載波動較大，建議設定閾值在60%~70%，延時2~3秒，避免正常負載波動引起誤報。

5.3對同類水泥廠工況的建議

如果你所在的水泥廠也遇到以下情況：

-熟料、原料、水泥輸送刮板機頻繁斷鏈，現(xiàn)有保護器“裝而不用”；

-接近開關經(jīng)常被粉塵糊住或高溫損壞，電工索性短接；

-領導要求整改但不想停產(chǎn)太久；

推薦方案：優(yōu)先考慮接觸式軸心測速保護器，單臺改造可在2小時內(nèi)完成（含鉆孔），利用檢修日即可實施。一次投入，長期受益。

六、結(jié)語

榆林某水泥廠熟料輸送線的刮板機斷鏈保護器安裝改造，是一次典型的“從無效保護到有效保護”的升級實踐。它證明了：在水泥廠高粉塵、高溫、強振動的惡劣環(huán)境下，只有從原理上避開環(huán)境干擾的接觸式測速方案，才能真正實現(xiàn)“不漏報、不誤報、長壽命”。

如果你的現(xiàn)場也存在類似痛點，不妨從一條最關鍵的輸送線開始，用一次小改造，換回長期的安全與效率。