螺旋式機(jī)械采樣裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

劉奧灝 張磊 陳凡敏 王嘉瑞 王寶玉

摘 要：針對(duì)現(xiàn)階段機(jī)械采樣裝置存在的缺陷和不足，設(shè)計(jì)了一種新型的螺旋式機(jī)械采樣裝置，適用于對(duì)火車、汽車等固定車廂的運(yùn)煤方式進(jìn)行燃料驗(yàn)收采樣工作。該裝置的結(jié)構(gòu)和出力方式可以提高機(jī)械采樣的代表性，同時(shí)降低電機(jī)的出力，減少設(shè)備的維護(hù)成本與維護(hù)周期。通過模擬該裝置采樣動(dòng)作的方式與人工參比樣進(jìn)行比對(duì)，證明該裝置無系統(tǒng)偏差，為目前煤炭機(jī)械化采樣工作及相關(guān)設(shè)備的升級(jí)改造提供了一定技術(shù)指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：煤質(zhì)驗(yàn)收;螺旋式;機(jī)械采樣;系統(tǒng)偏差

火力發(fā)電企業(yè)的煤質(zhì)驗(yàn)收工作主要包括采樣、制樣和化驗(yàn)三個(gè)階段，其中采樣操作產(chǎn)生的誤差占全部驗(yàn)收工作誤差的80%以上，因此采樣操作的規(guī)范性和代表性顯得至關(guān)重要。采樣工作通常包括人工采樣和機(jī)械采樣兩種，由于人工采樣效率低下，采樣代表性不高，且需要耗費(fèi)較多的人力物力，因此目前多數(shù)電廠都以機(jī)械采樣為主。對(duì)于火車、汽車等固定車廂的運(yùn)煤方式，目前部分機(jī)械采樣裝置采樣時(shí)對(duì)被采煤均存在一定選擇性，且采樣頭出力普遍不足，使得采樣代表性不高，這對(duì)煤質(zhì)驗(yàn)收結(jié)果產(chǎn)生了極大影響。

近年來許多研究人員[1-3]都對(duì)機(jī)械采樣設(shè)備及相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了研究，就現(xiàn)階段技術(shù)而言，不斷探索和改進(jìn)目前機(jī)械采樣裝置的結(jié)構(gòu)和功能，提高相關(guān)設(shè)備的投用率、提高煤炭樣品的采樣代表性和準(zhǔn)確性，同時(shí)降低設(shè)備的維護(hù)與維修頻率，成為了煤質(zhì)驗(yàn)收領(lǐng)域機(jī)械化采樣工作中亟待解決的問題。

1 螺旋式機(jī)械采樣裝置的設(shè)計(jì)

針對(duì)現(xiàn)階段部分機(jī)械采樣裝置存在的缺陷和不足，設(shè)計(jì)了一種新型的螺旋式機(jī)械采樣裝置，適用于對(duì)火車、汽車等固定車廂的運(yùn)煤方式進(jìn)行燃料驗(yàn)收采樣工作。裝置的整體示意圖見圖1。該裝置主要由電機(jī)、落料管和采樣頭三部分組成，電機(jī)的作用是控制采樣頭的運(yùn)動(dòng)，用于采集煤樣。落料管的作用是暫時(shí)儲(chǔ)存和傳輸煤樣。落料管末端有一塊豎直的擋板，擋板可以通過上下移動(dòng)控制落料管末端的開關(guān)。采樣頭的示意圖見圖2。采樣頭包括套筒和套筒內(nèi)的螺旋，套筒由左右兩個(gè)半圓柱組成，在電機(jī)的出力作用下可以上下交錯(cuò)移動(dòng)，其底部有弧面鋸齒，用于切割下降過程接觸到的大顆粒煤樣，從而使套筒圓柱面內(nèi)的所有煤樣顆粒全部被采集至套筒內(nèi)，提高了采樣的代表性。此外，在電機(jī)的出力作用下，套筒內(nèi)的螺旋可以旋轉(zhuǎn)，從而將套筒內(nèi)的煤樣提升至頂部，最終從落料管流出。

2 螺旋式機(jī)械采樣裝置的運(yùn)行流程

該裝置的運(yùn)行流程見圖3。一次機(jī)械采樣過程如下：首先將螺旋式機(jī)械采樣裝置整體移動(dòng)至需要進(jìn)行采樣的煤層表面上方，準(zhǔn)備就緒后開啟電機(jī)，套筒左右兩個(gè)半圓柱交錯(cuò)向下移動(dòng)，同時(shí)螺旋旋轉(zhuǎn)，采樣頭自煤堆上方向下運(yùn)動(dòng)插入煤堆。根據(jù)采樣量的需求計(jì)算出采樣頭插入煤層的深度，待采樣頭插入到指定深度后停止移動(dòng)，螺旋繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，采集的煤樣被連續(xù)不斷提升至采樣頭頂部。此時(shí)落料管底部的擋板處于閉合狀態(tài)，煤樣從采樣頭頂部進(jìn)入落料管。當(dāng)套筒內(nèi)的全部煤樣都被運(yùn)輸至落料管后，將裝置整體移動(dòng)至后續(xù)的在線制樣系統(tǒng)或指定位置，落料管底部的擋板向上打開，被采煤樣落下，將煤樣收集，一次采樣過程完成。

3 螺旋式機(jī)械采樣裝置的技術(shù)特點(diǎn)

通過對(duì)現(xiàn)有的常見機(jī)械采制樣裝置采樣頭進(jìn)行一定的加工改造，設(shè)計(jì)了一種螺旋式機(jī)械采樣裝置，使采樣頭不但可以在較小的出力條件下，更易于插入煤堆，且不會(huì)選擇性地排斥特定粒度的煤樣顆粒，從而提高煤樣采取的代表性。此外，該裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，使用操作便捷，不但可以大大提高被采煤樣的代表性，還能有效降低采樣裝置的維護(hù)周期與成本。

4 螺旋式機(jī)械采樣裝置系統(tǒng)偏差檢驗(yàn)

為了驗(yàn)證螺旋式機(jī)械采樣裝置采樣結(jié)果的準(zhǔn)確性，進(jìn)一步進(jìn)行裝置的系統(tǒng)偏差檢驗(yàn)試驗(yàn)。選用合適的工器具模擬該裝置的采樣動(dòng)作在不同采樣點(diǎn)采集40個(gè)樣品，并在每個(gè)采樣點(diǎn)旁邊采集1個(gè)人工樣品，共得到40組比對(duì)樣品。對(duì)每組樣品分別檢測干基灰分（Ad），將模擬的機(jī)械采樣結(jié)果與人工采樣結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)中t檢驗(yàn)方法判斷系統(tǒng)偏差。試驗(yàn)結(jié)果見下表。

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算出機(jī)采樣和參比樣的差值平均值為0.17，差值標(biāo)準(zhǔn)差為1.1182，差值中位值為0.08。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇機(jī)械采制樣裝置最大允許偏倚值B為0.8%，分別判斷試驗(yàn)結(jié)果與B值和0是否有顯著性差異。

4.1 與B有顯著性差異檢驗(yàn)

自由度=np-1=39，根據(jù)GB/T 19494.3表12查得tβ=1.685。

tnz=B-dzszdnp=3.560

tnz>tβ，證明偏倚顯著小于B，即試驗(yàn)結(jié)果證明與B值不存在實(shí)質(zhì)性偏差。

4.2 與0有顯著性差異檢驗(yàn)

tz=dzszdnp=0.9640

由GB/T 19494.3表12查得，自由度=np-1=39雙尾tα=2.023，tz

5 結(jié)語

針對(duì)目前固定車廂采樣裝置存在的缺陷，設(shè)計(jì)了一種新型的適用于火車、汽車等固定車廂的運(yùn)煤方式進(jìn)行采樣工作的螺旋式機(jī)械采樣裝置，并通過模擬該裝置采樣動(dòng)作的方式與人工參比樣進(jìn)行比對(duì)，證明該裝置無系統(tǒng)偏差，為目前煤炭機(jī)械化采樣工作及相關(guān)設(shè)備的升級(jí)改造提供了一定技術(shù)指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李傳清.電廠入廠煤機(jī)械化采樣機(jī)應(yīng)用研究[J].質(zhì)量與認(rèn)證，2020，（7）：76-78.

[2]田浩亮.基于控制定位技術(shù)應(yīng)用的汽車采樣機(jī)行程優(yōu)化探討[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2020，（1）：152-153.

[3]李威，李楠.門式采樣機(jī)的應(yīng)用和優(yōu)缺點(diǎn)[J].化工管理，2019，（23）：185-186.

作者簡介：劉奧灝（1988— ），碩士研究生，中級(jí)工程師，從事煤炭檢測與燃料清潔利用研究工作。