煤炭采制樣裝置機械結構優化設計研究

李傳清

摘 要：目前，煤炭供應商使用的煤炭采制樣裝置機械，在煤炭采制樣裝置作業時，采集的煤炭樣品采樣留樣率低、棄樣率高，為此本文提出煤炭采制樣裝置機械結構優化設計研究。研究煤炭采制樣裝置機械結構優化設計，通過優化回采機構采樣臂長度，擴大采制樣裝置機械、回采機構的采樣范圍;增大回轉機構回轉支撐直徑，從而增加回轉機構的荷載;通過實驗論證分析，對比本文結構設計與傳統結構設計煤炭采樣精密度，證明本文結構設計的有效性。

關鍵詞：煤炭采制;采樣裝置;機械結構;優化設計

中圖分類號：F407.21 文獻標識碼：A

煤炭是我國重要的能源之一，在人們的日常生活及社會的經濟發展中起著至關重要的作用[1]。但隨著社會經濟的發展，石油資源危機的出現，煤炭資源對人們愈加重要，將在很長一段時間內占據我國能源資源的主導地位[2]。不過由于管理水平、運輸及開采方式的不同，煤炭質量存在極大差距，而不同的用煤單位所需要的煤炭質量也千差萬別。因此，針對煤炭質量進行分析具有十分重要的實用價值和現實意義。目前，煤炭供應商在分析煤炭質量時有采樣、制樣和化驗三個環節，其中采樣和制樣兩個環節統稱為煤炭采制樣環節。在這個環節中，煤炭供應商普遍選擇使用煤炭采制樣裝置分析、化驗和評價煤炭樣品。但是，目前的煤炭采制樣裝置在采樣過程中，會產生極大的誤差率，導致煤炭質量分析結果出現誤差，造成煤炭資源浪費。

1 研究煤炭采制樣裝置機械結構優化設計

1.1 優化采樣機構采樣臂長度

目前，采制樣裝置機械采樣機構是由多節臂組合而成，可以自由伸縮，調整采樣機構的采樣高度、深度、半徑。因此，根據采樣機構的以上三個參數，優化采制樣裝置機械采樣機構采樣范圍[3]。因此設處于最小半徑的采樣臂連接臂長度（m）為L2，連接臂與底座重心的夾角為β ，伸縮臂的基本臂長度（m）L3為，采樣臂最大起升高度（m）為H，伸縮臂與水平的夾角為θ，則有：

在滿足（5）式的條件下，通過（4）式計算出的目標函數L最小值，即采制樣裝置機械采樣機構的最優采樣范圍。

1.2 調整回轉機構回轉支撐直徑

選取采樣臂采樣最大半徑，優化采制樣裝置機械回轉機構荷載[4]。回轉機構的回轉支撐是回轉機構的主要承載力，因此回轉機構的回轉支撐直徑直接影響回轉機構的荷載。但回轉支撐直徑過大，會造成浪費，回轉支撐直徑過小，會造成回轉支撐的過早失效。因此，設采樣阻力為

在滿足（11）式的條件下，通過（10）式計算出的目標函數Y最小值，即采制樣裝置機械最優回轉機構荷載，且可以承受采樣機構以及其他機構的重量。

2 實驗論證分析

為保證本文研究的煤炭采制樣裝置機械結構優化設計的有效性，需要進行實驗論證分析。針對目前煤炭采制樣裝置作業時，采制樣裝置存在的采制樣裝置機械在采樣過程中，可以通過縮分比測試采制樣裝置機械的相關性能特性，一旦采制樣裝置存在問題，通過計算縮分比即可檢測出采制樣裝置存在的問題，因此對比本文結構設計與傳統結構設計的縮分比，即分別稱量煤炭采制樣裝置機械采制樣后的留樣與棄樣，所得出的留樣與棄樣比。

在本次實驗中，采用無煙煤、焦煤和褐煤三種類型的煤炭，對三種煤炭進行采樣分析。在實驗過程中，為了減小兩種結構設計的煤炭采制樣裝置機械分析煤炭樣品質量時存在的誤差，提高質量分析精度，讓三種類型的煤炭質量比接近于1：1：1。在煤炭采制樣裝置機械采制這三種煤炭時，需要確定煤炭采制樣裝置機械的采樣周期、給料機運行間隔時間，并將確定這兩個參數值一致，即可開始實驗，本次煤炭采制樣裝置機械采制樣實驗重復五次，從而保證實驗結果的準確性。其實驗結果如圖1所示。

從圖1中可以看出，本文結構設計的采制樣裝置機械在采制樣煤炭時，煤炭的留樣質量占總量質量高，棄樣質量較少，且經過五次采制樣煤炭，煤炭采制樣的縮分比變化不明顯，采制樣煤炭留樣穩定，分析出的煤炭質量可信度高;而傳統結構設計采制樣煤炭時，煤炭的采制樣縮分比低，留樣較少，棄樣較多，且經過五次采制樣煤炭，煤炭采制樣的縮分比變化劇烈，留樣與棄樣極其不穩定。由此可見，本文結構設計的采制樣裝置機械在采制樣煤炭時，采制樣裝置所采制樣的煤炭留樣率高，可以穩定采制樣煤炭，用于煤炭質量分析作業。

3 結語

綜上所述，煤炭資源在石油危機愈加嚴重的情況下，將占據我國能源資源的主導地位。因此，煤炭資源質量問題已經成為煤炭供應商最為關注的一個問題，更是煤炭用戶實時關注的問題。但煤炭供應商用來檢測煤炭質量的采制樣裝置在采樣過程中，存在極大誤差率，嚴重影響煤炭質量分析結果。為此，本文提出的煤炭采制樣裝置機械結構優化設計研究這一課題具有十分重要的意義。但本文主要針對煤炭采制樣裝置機械，采樣機構以及回轉機構進行結構優化設計，并未優化采制樣裝置機械中的制樣機構和底盤，因此還需不斷深入研究煤炭采制樣裝置機械結構，針對煤炭采制樣裝置機械存在的不足，不斷優化煤炭采制樣裝置機械結構，進而滿足煤炭供應商對煤炭采制樣裝置機械的需求。

參考文獻

[1] 范瑞奇，陳云峰，邱廣雷.PCZ型采樣裝置在斜溝煤礦選煤廠的應用[J].山西焦煤科技，2019，43（12）：48-51，55.

[2] 劉福國，崔福興.電廠鍋爐入爐煤采制樣不確定度分析與模擬[J].計量學報，2019，40（04）：603-609.

[3] 郭清杰.智能化采制樣技術趨向及應用探析[J].煤質技術，2019，34（03）：23-26.

[4] 姜水軍.刮板機下方原煤采制樣一體機的設計與應用[J].潔凈煤技術，2018，24（S2）：86-89.