煤炭機械采樣設備初采器刮板監測裝置設計與開發

李冀平,張珺珺,路海來,張春田,張 渤,楊永成,婁新華,李樹剛

(秦皇島海關煤炭檢測技術中心，河北 秦皇島 066003)

0 引 言

當前隨著煤炭貿易的快速發展，各貿易相關方對煤炭采制化工作的要求也在不斷提高，想要準確高效的開展采制化工作，采取有代表性的煤樣是關鍵。人工采樣時往往受采樣工具、人為因素等影響，且港口作為煤炭貿易的集散中心，其煤炭采樣工作具有配煤多、煤種雜、涉及用戶類型多的特點，容易引起質量糾 紛事件的發生，因此近年來煤炭機械化采樣裝置在港口的應用越來越廣泛，正逐漸取代人工采樣，雖然在使用過程中仍存在一 些問題，但機械化采樣裝置的使用，提高了數據的可靠性，從一定程度上消除了人為因素的干擾，得到了相關各方的一致認可。機械化采煤可減輕體力勞動、提高安全性，達到高產量、高效率、低消耗的目的[1-5]。機械化采樣設備是實現煤炭生產機械化和現代化的重要設備之一，是1個集機械、電氣和液壓為一體的大型復雜系統[6-8]。

紀長順[9]介紹了移動煤流皮帶中部機械化采樣裝置在蕪湖港裕溪口煤碼頭的現場實際應用情況,同時指出該裝置對港口開展采樣工作的必要性,為機械化采樣裝置在港口的應用研究和設備改造提供了參考依據。增加碎煤設備，解決煤濕產生的系統誤差，是優化采樣器性能，提高采樣代表性的2大方向。范瑞奇[10]介紹了PCZ型皮帶中部采樣裝置的主要結構和特點,及其在斜溝煤礦選煤廠的使用情況。任祥軍[11]針對煤碼頭膠帶自動采樣機運行中存在的問題,對采樣機初級采樣頭的運行軌跡、采樣頭與膠帶的運行間距、部分縮分器刷頭開口尺寸和破碎機篩條間距等進行了改造，其性能試驗和比對試驗表明,改造后采樣機的各項性能參數符合標準要求,所采煤樣的全水分、發熱量等重要指標誤差均符合相關國家標準。

筆者針對初級采樣器容量不足、存在漏煤、下煤不暢、收集的煤樣量不足等問題,提出了相應的改進措施,取得了良好的效果。結合理論依據對采樣裝置進行了精密度測定并建立合理的采樣方案,使采樣精密度完全達到商品煤檢測要求,保證了采樣的準確性。在現階段，我國在煤質檢驗環節所應用的機械采樣設備主要可劃分為2種，即膠帶中部采樣設備和煤流端部采樣設備[12-14]。相針對煤流端部，其設備部件在構建上比較復雜，同時在維護以及使用的情況上缺乏便利性;針對膠帶中部采樣，其設備在結構上比較簡易，并且在應用和維護等方面比較便捷，因此其應用范圍也比較普遍。同等條件下，利用機械采樣設備能夠更好地替代人工來完成采樣工作，并且促使采樣更具科學性，還能保證將誤差降低到最低水平，在檢驗的數據信息的出示上也更加精確快捷[15-19]。

由于結構復雜、工作環境惡劣，煤炭機采設備存在一定的故障風險。如果煤炭機采設備出現故障，將會導致工作的中斷，造成巨大的經濟損失。現有的煤炭機采設備初采器刮板監測裝置存在著只能監測一面且易在碰到重物后損壞的問題[20]。因此，發明1種應用于煤炭機采設備且能針對初采器刮板兩面進行監測的裝置顯得非常有必要。

1 總體方案及刮板監測裝置設計開發

為解決上述技術問題，筆者設計了1種煤炭機采設備初采器刮板監測裝置，以解決現有的煤炭機采設備初采器刮板監測裝置依然存在著的只能監測一面，并容易在碰到重物后損壞的問題。整體來看，該煤炭機采設備初采器刮板監測裝置包括初采器刮板、帶動轉軸、齒輪箱、驅動電機、連接板、主要檢測元件和后方安裝板7大主要部件。

機采設備初采器刮板監測裝置結構如圖1所示，該圖展示了初采器的各組成部分以及其相對位置。

機采設備主要檢測元件的結構示意如圖2所示，圖2所示內容對應圖1的第6部分，較詳細地表達了主要檢測元件的結構。

后方安裝板的結構示意如圖3所示，該圖所示內容對應圖1的第7部分，較詳細地表達了后方安裝板的結構。

圖1 機采設備初采器刮板監測裝置示意

圖2 主要檢測元件示意

圖3 后方安裝板示意

由圖1可知，煤炭機采設備初采器刮板監測裝置結構包括初采器刮板1、帶動轉軸2、齒輪箱3、驅動電機4、連接板5、主要檢測元件6和后方安裝板7共7個部分。在圖1中，帶動轉軸2鑲嵌在初采器刮板1的底部，帶動轉軸和刮板是通過螺栓進行固定的，其相對位置保持不變。齒輪箱3通過齒軸安裝在帶動轉軸2的一端，安裝完畢后，務必保持帶動轉軸和靈活轉動，且是齒輪箱與后方安裝板7保持相對位置不變。驅動電機4通過齒軸安裝在齒輪箱3的另一側,與帶動轉軸處于異側。連接板5焊接在齒輪箱3的上方，與齒輪箱保持固定連接。主要檢測元件6通過螺栓安裝在連接板5的表面，檢測方向指向刮板一側。后方安裝板7通過軸承安裝在帶動轉軸2的另一端，隔著刮板與齒輪箱平行相對。

由圖2可知，主要檢測元件6的結構包括支撐底座1、光電傳感器2和防護外殼3共3個部分。在圖2中，光電傳感器2通過螺栓安裝在支撐底座1的表面上。為了保護光電傳感器，防護外殼3通過卡扣安裝在支撐底座1的外側。

后方安裝板7的結構如圖3所示，其包括支撐基體1、輔助檢測元件2和支撐轉軸3共3個部分。輔助檢測元件2通過螺栓安裝在支撐基體1的頂端，與圖1中主要檢測元件6相對應。支撐轉軸3鑲嵌在支撐基體1的底端。

齒輪箱采用平行軸齒輪箱，其內部通過齒軸將帶動轉軸和驅動電機進行嚙合。主要檢測元件內部的光電傳感器內部的防護外殼采用1個矩形的透明塑料殼。后方安裝板采用矩形鋼制金屬板，通過螺栓安裝在外殼的內壁上。該后方安裝板內部的輔助檢測元件的朝向與主要檢測元件相對，有利于進行輔助檢測元件的安裝。

2 工作過程及原理

結合圖1結構示意，闡述機采設備初采器刮板檢測裝置的工作過程及原理：

(1)初采器刮板1通過旋轉刮取傳送帶上的物料，進行取樣;

(2)帶動轉軸2用于帶動初采器刮板1的轉動;

(3)齒輪箱3采用型號為HISH的平行軸齒輪箱，且齒輪箱3內部通過齒軸將帶動轉軸2和驅動電機4進行嚙合，該齒輪箱3將驅動電機4的力傳遞給帶動轉軸2，有利于減緩初采器刮板1的轉動速度，增加驅動電機4的扭力，防止因觸碰到較重的物體時驅動電機4無法推動初采器刮板1，從而引發驅動電機4的故障;

(4)驅動電機4用于為帶動轉軸2的轉軸提供動力;

(5)連接板5用于安裝主要檢測元件6;

(6)主要檢測元件6內部的光電傳感器采用PRM系列的光電傳感器，且主要檢測元件6內部的防護外殼采用1個矩形的透明塑料殼，該主要檢測元件6內部結構與輔助檢測元件完全一致，有利于從正面實時監測初采器刮板1的整體情況，當初采器刮板1出現損壞或者不正常工作時主要檢測元件6可快速的發出信號，提醒相關人員維護;

(7)后方安裝板7采用矩形鋼制金屬板，且后方安裝板7通過螺栓安裝在外殼的內壁上，該后方安裝板7內部的輔助檢測元件的朝向與主要檢測元件6相對，有利于進行輔助檢測元件的安裝，實時監測初采器刮板1另一面的破損情況，并為帶動轉軸2提供支撐點，并不影響帶動轉軸2的轉動。

3 結 語

與現有技術相比，此次研究的裝置具有如下有益效果:

(1)齒輪箱的設置，有利于減緩初采器刮板的轉動速度，增加驅動電機的扭力，明顯降低驅動電機的故障率;

(2)主要檢測元件的設置，有利于從正面實時監測初采器刮板的整體情況，當初采器刮板出現損壞或者不正常工作時，主要檢測元件可快速提醒相關人員維護;

(3)后方安裝板的設置，有利于進行輔助檢測元件的安裝，實時監測初采器刮板另一面的破損情況，并為帶動轉軸提供支撐點，并不影響帶動轉軸的轉動。

(4)利用裝置研發的技術方案，可為專業領域技術人員提供相關設備升級改造參考，從而進一步提升我國大宗商品貿易的效率。