煤炭机械采样设备初采器刮板监测装置设计与开发

李冀平,张珺珺,路海来,张春田,张 渤,杨永成,娄新华,李树刚

(秦皇岛海关煤炭检测技术中心，河北 秦皇岛 066003)

0 引 言

当前随着煤炭贸易的快速发展，各贸易相关方对煤炭采制化工作的要求也在不断提高，想要准确高效的开展采制化工作，采取有代表性的煤样是关键。人工采样时往往受采样工具、人为因素等影响，且港口作为煤炭贸易的集散中心，其煤炭采样工作具有配煤多、煤种杂、涉及用户类型多的特点，容易引起质量纠 纷事件的发生，因此近年来煤炭机械化采样装置在港口的应用越来越广泛，正逐渐取代人工采样，虽然在使用过程中仍存在一 些问题，但机械化采样装置的使用，提高了数据的可靠性，从一定程度上消除了人为因素的干扰，得到了相关各方的一致认可。机械化采煤可减轻体力劳动、提高安全性，达到高产量、高效率、低消耗的目的[1-5]。机械化采样设备是实现煤炭生产机械化和现代化的重要设备之一，是1个集机械、电气和液压为一体的大型复杂系统[6-8]。

纪长顺[9]介绍了移动煤流皮带中部机械化采样装置在芜湖港裕溪口煤码头的现场实际应用情况,同时指出该装置对港口开展采样工作的必要性,为机械化采样装置在港口的应用研究和设备改造提供了参考依据。增加碎煤设备，解决煤湿产生的系统误差，是优化采样器性能，提高采样代表性的2大方向。范瑞奇[10]介绍了PCZ型皮带中部采样装置的主要结构和特点,及其在斜沟煤矿选煤厂的使用情况。任祥军[11]针对煤码头胶带自动采样机运行中存在的问题,对采样机初级采样头的运行轨迹、采样头与胶带的运行间距、部分缩分器刷头开口尺寸和破碎机筛条间距等进行了改造，其性能试验和比对试验表明,改造后采样机的各项性能参数符合标准要求,所采煤样的全水分、发热量等重要指标误差均符合相关国家标准。

笔者针对初级采样器容量不足、存在漏煤、下煤不畅、收集的煤样量不足等问题,提出了相应的改进措施,取得了良好的效果。结合理论依据对采样装置进行了精密度测定并建立合理的采样方案,使采样精密度完全达到商品煤检测要求,保证了采样的准确性。在现阶段，我国在煤质检验环节所应用的机械采样设备主要可划分为2种，即胶带中部采样设备和煤流端部采样设备[12-14]。相针对煤流端部，其设备部件在构建上比较复杂，同时在维护以及使用的情况上缺乏便利性;针对胶带中部采样，其设备在结构上比较简易，并且在应用和维护等方面比较便捷，因此其应用范围也比较普遍。同等条件下，利用机械采样设备能够更好地替代人工来完成采样工作，并且促使采样更具科学性，还能保证将误差降低到最低水平，在检验的数据信息的出示上也更加精确快捷[15-19]。

由于结构复杂、工作环境恶劣，煤炭机采设备存在一定的故障风险。如果煤炭机采设备出现故障，将会导致工作的中断，造成巨大的经济损失。现有的煤炭机采设备初采器刮板监测装置存在着只能监测一面且易在碰到重物后损坏的问题[20]。因此，发明1种应用于煤炭机采设备且能针对初采器刮板两面进行监测的装置显得非常有必要。

1 总体方案及刮板监测装置设计开发

为解决上述技术问题，笔者设计了1种煤炭机采设备初采器刮板监测装置，以解决现有的煤炭机采设备初采器刮板监测装置依然存在着的只能监测一面，并容易在碰到重物后损坏的问题。整体来看，该煤炭机采设备初采器刮板监测装置包括初采器刮板、带动转轴、齿轮箱、驱动电机、连接板、主要检测元件和后方安装板7大主要部件。

机采设备初采器刮板监测装置结构如图1所示，该图展示了初采器的各组成部分以及其相对位置。

机采设备主要检测元件的结构示意如图2所示，图2所示内容对应图1的第6部分，较详细地表达了主要检测元件的结构。

后方安装板的结构示意如图3所示，该图所示内容对应图1的第7部分，较详细地表达了后方安装板的结构。

图1 机采设备初采器刮板监测装置示意

图2 主要检测元件示意

图3 后方安装板示意

由图1可知，煤炭机采设备初采器刮板监测装置结构包括初采器刮板1、带动转轴2、齿轮箱3、驱动电机4、连接板5、主要检测元件6和后方安装板7共7个部分。在图1中，带动转轴2镶嵌在初采器刮板1的底部，带动转轴和刮板是通过螺栓进行固定的，其相对位置保持不变。齿轮箱3通过齿轴安装在带动转轴2的一端，安装完毕后，务必保持带动转轴和灵活转动，且是齿轮箱与后方安装板7保持相对位置不变。驱动电机4通过齿轴安装在齿轮箱3的另一侧,与带动转轴处于异侧。连接板5焊接在齿轮箱3的上方，与齿轮箱保持固定连接。主要检测元件6通过螺栓安装在连接板5的表面，检测方向指向刮板一侧。后方安装板7通过轴承安装在带动转轴2的另一端，隔着刮板与齿轮箱平行相对。

由图2可知，主要检测元件6的结构包括支撑底座1、光电传感器2和防护外壳3共3个部分。在图2中，光电传感器2通过螺栓安装在支撑底座1的表面上。为了保护光电传感器，防护外壳3通过卡扣安装在支撑底座1的外侧。

后方安装板7的结构如图3所示，其包括支撑基体1、辅助检测元件2和支撑转轴3共3个部分。辅助检测元件2通过螺栓安装在支撑基体1的顶端，与图1中主要检测元件6相对应。支撑转轴3镶嵌在支撑基体1的底端。

齿轮箱采用平行轴齿轮箱，其内部通过齿轴将带动转轴和驱动电机进行啮合。主要检测元件内部的光电传感器内部的防护外壳采用1个矩形的透明塑料壳。后方安装板采用矩形钢制金属板，通过螺栓安装在外壳的内壁上。该后方安装板内部的辅助检测元件的朝向与主要检测元件相对，有利于进行辅助检测元件的安装。

2 工作过程及原理

结合图1结构示意，阐述机采设备初采器刮板检测装置的工作过程及原理：

(1)初采器刮板1通过旋转刮取传送带上的物料，进行取样;

(2)带动转轴2用于带动初采器刮板1的转动;

(3)齿轮箱3采用型号为HISH的平行轴齿轮箱，且齿轮箱3内部通过齿轴将带动转轴2和驱动电机4进行啮合，该齿轮箱3将驱动电机4的力传递给带动转轴2，有利于减缓初采器刮板1的转动速度，增加驱动电机4的扭力，防止因触碰到较重的物体时驱动电机4无法推动初采器刮板1，从而引发驱动电机4的故障;

(4)驱动电机4用于为带动转轴2的转轴提供动力;

(5)连接板5用于安装主要检测元件6;

(6)主要检测元件6内部的光电传感器采用PRM系列的光电传感器，且主要检测元件6内部的防护外壳采用1个矩形的透明塑料壳，该主要检测元件6内部结构与辅助检测元件完全一致，有利于从正面实时监测初采器刮板1的整体情况，当初采器刮板1出现损坏或者不正常工作时主要检测元件6可快速的发出信号，提醒相关人员维护;

(7)后方安装板7采用矩形钢制金属板，且后方安装板7通过螺栓安装在外壳的内壁上，该后方安装板7内部的辅助检测元件的朝向与主要检测元件6相对，有利于进行辅助检测元件的安装，实时监测初采器刮板1另一面的破损情况，并为带动转轴2提供支撑点，并不影响带动转轴2的转动。

3 结 语

与现有技术相比，此次研究的装置具有如下有益效果:

(1)齿轮箱的设置，有利于减缓初采器刮板的转动速度，增加驱动电机的扭力，明显降低驱动电机的故障率;

(2)主要检测元件的设置，有利于从正面实时监测初采器刮板的整体情况，当初采器刮板出现损坏或者不正常工作时，主要检测元件可快速提醒相关人员维护;

(3)后方安装板的设置，有利于进行辅助检测元件的安装，实时监测初采器刮板另一面的破损情况，并为带动转轴提供支撑点，并不影响带动转轴的转动。

(4)利用装置研发的技术方案，可为专业领域技术人员提供相关设备升级改造参考，从而进一步提升我国大宗商品贸易的效率。