多工況下煤質(zhì)采樣機(jī)設(shè)計(jì)_選煤廠設(shè)計(jì)論文

1、畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)(論文) 題 目：多工況下煤質(zhì)采樣機(jī)設(shè)計(jì) 院 系機(jī)械工程系專業(yè)班級機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)0802班學(xué)生姓名張衍指導(dǎo)教師花廣如二一二年六月目 錄第一章 緒論11.1 研究的目的和意義11.2 采樣機(jī)的種類21.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀31.4 本文主要設(shè)計(jì)內(nèi)容41.4.1 設(shè)計(jì)任務(wù)要求41.4.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容4第二章 工作原理52.1 設(shè)計(jì)提出52.2 方案比較5采樣機(jī)結(jié)構(gòu)6工作原理11第三章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)123.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則123.2 龍門液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)123.2.1 液壓缸設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題133.2.2 工況分析133.2.3 龍門液壓系統(tǒng)保壓回路133.3 采樣機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)153

2、.3.1 工況分析153.3.2 采樣機(jī)液壓系統(tǒng)163.3.3 采樣液壓系統(tǒng)工作原理173.3.4 采樣液壓系統(tǒng)特點(diǎn)18第四章 采樣頭設(shè)計(jì)194.1 采樣頭的設(shè)計(jì)要求194.2 采樣頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)194.2.1 楔形采樣頭194.2.2 破碎頭204.2.3 雙拉門結(jié)構(gòu)20第五章 總結(jié)及展望215.1 總結(jié)215.2 展望21參考資料：22致謝：22多工況下煤質(zhì)采樣機(jī)設(shè)計(jì)摘 要隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展,各水泥廠、電廠等用煤大戶為了達(dá)到生產(chǎn)過程自動控制入爐煤水分、灰分、發(fā)熱量的高精確度要求,對原煤需要采樣化驗(yàn)成分。以前，通常的采樣手段為人工采樣，但人工采樣時，往往受采樣工具、人為因素等影響，不但浪費(fèi)了大

3、量的勞動力，所采煤樣代表性也不是很強(qiáng)。用自動機(jī)械化采樣機(jī)代替人工采樣，則能保證采樣的及時、準(zhǔn)確、代表性。本文中，首先進(jìn)行了采樣機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。由于考慮到采樣機(jī)的靈活性和適應(yīng)性，本采樣機(jī)的主體結(jié)構(gòu)為車載可移動式龍門采樣機(jī)。工作時，采樣機(jī)龍門橫跨載煤車廂，龍門導(dǎo)軌上裝有可移動的小車，小車承載的采樣機(jī)構(gòu)對車廂的任意位置進(jìn)行采樣。本采樣機(jī)的最大特色為，多工況一體化拉門式采樣頭。能分別滿足在干燥、雨雪天、和煤濕度較大等工況下都可以對煤質(zhì)進(jìn)行采樣的要求，即主控制系統(tǒng)能控制在不同工況下采樣頭拉開不同的拉門，每個拉門的材料根據(jù)不同工況下采樣頭的受力特性選擇。且采樣點(diǎn)可以是載煤車廂內(nèi)的任意位置。關(guān)鍵字：煤；采樣機(jī)

4、；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；多工況；采樣頭。Multi-condition coal sampling machine designAbstractWith the development of modern industry, cement plants, power plants and other coal big into the furnace in order to achieve the automatic control of the production process of coal moisture, ash, heat, high accuracy requirements, raw

5、coal sampling laboratory component. Previously, the usual sampling means for manual sampling, manual sampling, often subject to sampling tools, human factors, not only wasting a lot of labor, the coal sample representativeness is not strong. Automatic mechanical sampling machine instead of manual sa

6、mpling, to ensure timely, accurate and representative sampling.This article, the structural design of the sampling machine. Take into account the flexibility and adaptability of the sampler, the sampler, the main structure of the vehicle movable gantry sampling machine. Work, sampling machine gantry

7、 across the board coal compartment, removable car is equipped with a gantry rail car carrying the sample institutions anywhere compartment sampled.The most prominent feature of this sampler for the integration of multiple loading conditions the sliding door sampling head. Can satisfy the sampling re

8、quirements of coal in dry, rain and snow, and coal, humidity and other conditions, that is the main control system can control the sampling head pulled in different conditions of different sliding door a sliding door of the material characteristics according to different operating conditions by samp

9、ling the first choice. And the sampling point can be anywhere in the carrier of coal inside.Keywords: coal; sampling machine; structural design; multiple loading conditions; sampling head.第一章 緒論1.1 研究的目的和意義隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展,各水泥廠、電廠等用煤大戶為了達(dá)到生產(chǎn)過程自動控制入爐煤水分、灰分、發(fā)熱量的高精確度要求,推動自動采樣制樣系統(tǒng)的快速發(fā)展。采樣機(jī)是自動采樣制樣系統(tǒng)中最關(guān)鍵的設(shè)備,直接影

10、響系統(tǒng)的成功與否。鋼鐵生產(chǎn)需要多種原燃料，如鐵礦粉(精粉、粗粉)、鐵合金(硅鐵、錳鐵、妮鐵、釩鐵等)、各種輔料(石灰石、白云石、螢石、蛇紋石)及燃料(煤、焦炭)等。這些原燃料的質(zhì)量，特別是原燃料的品位，不僅是制定冶煉生產(chǎn)工藝參數(shù)的重要依據(jù)，也決定著該產(chǎn)品的價格。可見，任何偏差都會造成生產(chǎn)工藝參數(shù)和采購成本的變化。因此，原燃料的檢驗(yàn)和管理，是冶金生產(chǎn)過程的先導(dǎo)?？茖W(xué)管理原燃料的檢驗(yàn)過程，是提高原燃料檢驗(yàn)水平、控制生產(chǎn)成本、指導(dǎo)生產(chǎn)過程的重要措施。煤炭是一種極不均勻的大宗物料,怎樣采集到具有代表性的樣品進(jìn)行質(zhì)檢,這對于大宗物料的煤炭質(zhì)量作出準(zhǔn)確的評估是至關(guān)重要的。由于技術(shù)水平的關(guān)系, 20世紀(jì),燃

11、煤發(fā)電廠多采用人工采集煤樣,但隨煤炭商品市場化進(jìn)程的加速,商品的交易渠道日益多元化,使得消除人為參與的機(jī)械化采樣裝置越來越受廣大電廠的青睞,自動化機(jī)械采樣機(jī)越來越普遍,但至今為止還未有有關(guān)機(jī)械采樣機(jī)的國家級驗(yàn)收規(guī)程頒布。故對于占整個煤炭質(zhì)檢誤差80%的采樣系統(tǒng)的性能評價自然就成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。隨著煤炭商品市場化程度的提高,有關(guān)商品煤質(zhì)量的仲裁事件逐漸增多。通過分析認(rèn)為,導(dǎo)致供需雙方發(fā)生糾紛的焦點(diǎn)在于對GB 4751996商品煤樣采取方法的不同理解和執(zhí)行方面。商品煤的采樣、制樣、化驗(yàn)整個煤質(zhì)檢驗(yàn)過程中,產(chǎn)生誤差率最高的是采樣,其次是制樣,最后是化驗(yàn)。在煤質(zhì)檢驗(yàn)過程中,采樣是最基礎(chǔ)的工作,也是最

12、重要的工作。因此,使用自動采樣機(jī)采取商品煤的煤樣方法顯得尤為重要。自動采樣機(jī)與手工采樣相比,具有規(guī)范、快捷、安全、可靠、減輕勞動強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了人工采樣向自動化采樣的重大轉(zhuǎn)變。國家煤炭質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心(原煤炭科學(xué)研究總院煤炭分析實(shí)驗(yàn)室)是目前國際上為數(shù)不多的規(guī)模大并具有雄厚技術(shù)實(shí)力和權(quán)威的煤炭檢驗(yàn)機(jī)構(gòu);是全國煤炭標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會檢測方法分技術(shù)委員會秘書處和國際標(biāo)準(zhǔn)化組織固體燃料技術(shù)委員會(ISO /TC 27)國內(nèi)技術(shù)歸口單位,每兩年代表中國參加ISO /TC 27標(biāo)準(zhǔn)化會議。從20世紀(jì)50年代初開始一直從事煤炭檢驗(yàn)及其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制、修訂及煤炭檢驗(yàn)儀器的性能鑒定工作。國家標(biāo)準(zhǔn)GB /T 19

13、4942004煤炭機(jī)械化采樣參照國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 13909硬煤和焦炭-機(jī)械化采樣起草制定的,已于2004年10月1日實(shí)施。該標(biāo)準(zhǔn)分三個部分:采樣方法、煤樣的制備、精密度測定和偏倚試驗(yàn)。煤炭采樣機(jī)系統(tǒng)的普遍使用,一方面大大降低人工采制樣的勞動強(qiáng)度,同時也在一定程度上消除了煤炭采制過程中的人為因素,理論上使煤炭貿(mào)易更加公平公正。但采樣機(jī)系統(tǒng)如果不進(jìn)行偏倚試驗(yàn)和精密度測定試驗(yàn),可能會產(chǎn)生較大的采樣偏倚,且無法確立科學(xué)合理的采樣方案。采樣精密度表征采樣機(jī)所采樣品的隨機(jī)誤差,而采樣偏倚表征采樣機(jī)所采樣品的系統(tǒng)誤差;在某些情況下,采樣偏倚更為重要。若采樣精密度符合貿(mào)易各方或國家標(biāo)準(zhǔn)要求,只有當(dāng)采樣機(jī)系統(tǒng)采

14、樣無實(shí)質(zhì)性偏倚時,采樣機(jī)才能采取到具有代表性的煤樣,才能保證煤質(zhì)分析結(jié)果科學(xué)、準(zhǔn)確。1.2 采樣機(jī)的種類采樣機(jī)（自動取樣機(jī)）是為了從一批物料中獲得一個其試驗(yàn)結(jié)果能代表整批被采樣物料的試樣，所采用的一種裝置。采樣機(jī)的種類很多，不同的行業(yè)、不同的場所采用采樣機(jī)的結(jié)構(gòu)形式也不同。一般按照結(jié)構(gòu)形式及使用場合，大體可分為：車廂（汽車、火車）采樣機(jī)、管道采樣機(jī)、皮帶采樣機(jī)（頭部、中部）等。一般用于散裝物料（如煤炭、礦石、糧食等）輸送、轉(zhuǎn)運(yùn)過程中的取樣。在煤樣的采制化過程中，煤樣的采取是采制化中的重要環(huán)節(jié)，煤樣是否有代表性，煤樣的采取是關(guān)鍵。人工采樣時，往往受采樣工具、人為因素等影響，所采煤樣代表性不是很強(qiáng)

15、，用自動機(jī)械化采樣機(jī)代替人工采樣，完全滿足國標(biāo)要求。既保證了采樣時間、子樣數(shù)目、子樣重量等，又確保了橫截煤流全斷面的采取，使煤樣具有代表性。同時消除了人工采樣的安全隱患，減輕了職工的勞動強(qiáng)度，解決了人為因素等的影響，提高了產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)的準(zhǔn)確度，為及時指導(dǎo)生產(chǎn)，保證煤產(chǎn)品質(zhì)量，發(fā)揮煤質(zhì)技術(shù)檢查“及時、準(zhǔn)確、有代表性”起重要作用。采樣器械可分為人工采樣機(jī)和機(jī)械采樣機(jī)2類,與人工采樣機(jī)相比,機(jī)械采樣機(jī)不僅可以節(jié)省人力、物力,更主要的是采樣時間間隔短,頻率高,樣品更具代表性,目前所采用的機(jī)械采樣機(jī)都是按照斷流取法原則,從全斷面物料中采出試樣,按其截流方式可分為:直線運(yùn)動式采樣機(jī)、鐘擺運(yùn)動式采樣機(jī)、回轉(zhuǎn)

16、運(yùn)動式采樣機(jī)。采樣機(jī)（自動取樣機(jī)）是為了從一批物料中獲得一個其試驗(yàn)結(jié)果能代表整批被采樣物料的試樣，所采用的一種裝置。此類設(shè)備一般根據(jù)現(xiàn)場條件具體設(shè)計(jì)、成套使用，通常由采樣機(jī)、樣品輸送設(shè)備、破碎設(shè)備、縮分設(shè)備、棄料處理設(shè)備、電控系統(tǒng)等組成。采樣機(jī)的種類很多，不同的行業(yè)、不同的場所采用采樣機(jī)的結(jié)構(gòu)形式也不同。目前所采用的機(jī)械采樣機(jī)都是按照斷流取法原則,從全斷面物料中采出試樣,按其截流方式可分為:直線運(yùn)動式采樣機(jī)、鐘擺運(yùn)動式采樣機(jī)、回轉(zhuǎn)運(yùn)動式采樣機(jī)。按照結(jié)構(gòu)形式及使用場合，大體可分為：車廂（汽車、火車）采樣機(jī)、管道采樣機(jī)、皮帶采樣機(jī)（頭部、中部）等。一般用于散裝物料（如煤炭、礦石、糧食等）輸送、轉(zhuǎn)運(yùn)

17、過程中的取樣。l 車廂（汽車、火車）采樣機(jī)汽（火）車入廠煤采樣機(jī)是針對運(yùn)煤汽車、火車采樣而設(shè)計(jì)的機(jī)械化采樣設(shè)備。該設(shè)備集采樣、破碎、縮分、集樣于一體、結(jié)構(gòu)合理、運(yùn)行可靠、操作方便。采樣制樣工藝過程符合GB19494（對于煤炭）國家標(biāo)準(zhǔn)。適用于電廠、煤礦、煤碼頭等進(jìn)行煤質(zhì)檢驗(yàn)采樣的場合。汽車入廠煤采樣機(jī)主要由采樣頭（螺旋鉆取式采樣機(jī)）、給料機(jī)、破碎機(jī)、縮分集樣器、余煤處理系統(tǒng)組成。首先由鉆取式螺旋采樣機(jī)提取煤樣，通過密閉式給料送入破碎機(jī)，破碎后進(jìn)入縮分集樣器，通過縮分的煤樣進(jìn)入集樣器，多余的煤樣由余煤處理系統(tǒng)返排回汽車或直接排回煤場。l 管道采樣機(jī)一般安裝在管道側(cè)壁用于從管道中采取一定量的流動的

18、物料作為樣品。有螺旋式、活塞式、插管式等等。常用語小顆粒物料或者粉料、漿液的取樣。 l 皮帶采樣機(jī)以下的散裝物料。采樣裝置按設(shè)定的時間從皮帶上做全斷面刮掃，采取的子樣通過溜槽進(jìn)入初級送料皮帶機(jī)，同時把樣品均勻送入破碎機(jī)破碎到一定的粒度（一般613mm），再通過次級皮帶及縮分器分成留樣和棄料，留樣被自動收集在儲料罐中，棄料被斗式提升機(jī)返回到皮帶。1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀最近幾年來，隨著國家宏觀經(jīng)濟(jì)政策的調(diào)整，煤炭作為焦化廠最主要的原材料，其價格一直居高不下。同時由于電煤供應(yīng)日趨市場化、多元化，造成煤質(zhì)波動幅度增大，煤種雜、入爐煤質(zhì)控制難度加大，使發(fā)電廠鍋爐燃煤偏離設(shè)計(jì)煤種，鍋爐穩(wěn)定燃燒受到破壞，引

19、發(fā)的設(shè)備缺陷明顯增多，嚴(yán)重影響了鍋爐安全經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行?；鹆Πl(fā)電行業(yè)的煤炭逐步全面推向市場，價格也隨之開放，煤炭的費(fèi)用在火力發(fā)電廠的成本已占70-80%的份額。因此，對煤炭的管理，已也引起火力發(fā)電行業(yè)的高度重視。因此，煤的經(jīng)濟(jì)性成了國內(nèi)各燃煤企業(yè)重點(diǎn)考核指標(biāo)。為了考評燃煤經(jīng)濟(jì)性，對入廠煤進(jìn)行采樣后以質(zhì)論價幾乎成了所有廠家的最常用的控制措施。從80年代起，入爐煤采制樣設(shè)備得到了高速發(fā)展;進(jìn)入90年代，入場煤采制樣設(shè)備(汽車入場煤，火車入場煤)從無到有，從不完善正走向定型和完美。自動化技術(shù)在入場煤采制樣設(shè)備的廣泛運(yùn)用，極大地把工人從繁雜的體力勞動和不安全的工作環(huán)境中解放出來，顯著地改善了工人的工作環(huán)

20、境和提高了工人的工作效率。目前國內(nèi)自行設(shè)計(jì)的采樣裝置大致分為龍門式和懸臂式兩種, 且國內(nèi)專利僅有兩家。通過對多個廠家的考察,發(fā)現(xiàn)我國自制的采樣裝置普遍存在采樣深度不夠,從而造成煤樣含水量指標(biāo)檢測不準(zhǔn)的缺陷,因此國內(nèi)許多廠家仍以使用國外引進(jìn)的采煤樣機(jī)為主,如:湖北青山電廠采用美國進(jìn)口的PSI螺旋煤樣取樣系統(tǒng),丹東華能電廠采用澳大利亞MCI的全元素在線分析系統(tǒng)等。而國外的采樣設(shè)備存在功能多、造價昂貴、使用后浪費(fèi)大量功能、容易形成大馬拉小車等弊端。過去人工采樣時，往往受采樣工具、人為因素等影響，所采煤樣代表性不是很強(qiáng)，用自動機(jī)械化采樣機(jī)代替人工采樣，完全滿足國標(biāo)要求。既保證了采樣時間、子樣數(shù)目、子樣

21、重量等，又確保了橫截煤流全斷面的采取，使煤樣具有代表性。同時消除了人工采樣的安全隱患，減輕了職工的勞動強(qiáng)度，解決了人為因素等的影響，提高了產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)的準(zhǔn)確度，為及時指導(dǎo)生產(chǎn)，保證煤產(chǎn)品質(zhì)量，發(fā)揮煤質(zhì)技術(shù)檢查“及時、準(zhǔn)確、有代表性”起重要作用。1.4 本文主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 設(shè)計(jì)任務(wù)要求本論文題目為多工況下煤質(zhì)采樣機(jī)設(shè)計(jì)，主要對汽車運(yùn)輸煤的采樣機(jī)設(shè)計(jì)。針對目前汽運(yùn)煤在入場前進(jìn)行采樣時，通常采樣機(jī)只能對較干燥的煤進(jìn)行取樣，當(dāng)濕度過大或雨天就只能由人工來進(jìn)行采樣的問題，進(jìn)行改進(jìn)性設(shè)計(jì)，新設(shè)計(jì)的采樣機(jī)必須能夠滿足在干燥、雨雪天、和煤濕度較大等工況下都可以對煤質(zhì)進(jìn)行采樣要求，采樣可以在卡車車廂內(nèi)任意位置進(jìn)行

22、。在完成系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)完成采樣頭的選材和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等；如果單一采樣頭不能實(shí)現(xiàn)全天候工況，可以考慮設(shè)計(jì)多個采樣頭，分別適應(yīng)不同的工況，但需要考慮采樣頭更換的快捷性。 設(shè)計(jì)內(nèi)容首先確定車載采樣機(jī)的形式，經(jīng)比較，選擇龍門式采樣機(jī)。設(shè)計(jì)采樣機(jī)的三相移動方式，以便實(shí)現(xiàn)采樣可以在卡車車廂內(nèi)任意位置進(jìn)行采樣，確保采樣的全面性。設(shè)計(jì)每相移動的驅(qū)動方式，如螺旋驅(qū)動，液壓驅(qū)動，電機(jī)驅(qū)動，絲杠驅(qū)動，渦輪蝸桿驅(qū)動等，進(jìn)行方案比較。進(jìn)行采樣頭設(shè)計(jì)，以滿足多工況下煤質(zhì)采樣的要求，是否設(shè)計(jì)多個采樣頭以及其更換形式，抑或設(shè)計(jì)多功能單個采樣頭。進(jìn)行液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等，形成完整的采樣系統(tǒng)。繪制多工況

23、車載采樣機(jī)的整體PROE設(shè)計(jì)圖。第二章 工作原理2.1 設(shè)計(jì)提出隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展, 能源供應(yīng)日益緊張, 各火力發(fā)電廠滿荷運(yùn)行, 大量燃煤需要進(jìn)行入廠檢驗(yàn), 為此急需研制汽車入場煤采樣機(jī), 替代目前國內(nèi)汽車入場煤人工采樣, 即裝滿煤的汽車進(jìn)入電廠后, 不再由人工進(jìn)行采樣檢驗(yàn), 而是由“汽車入場煤采樣機(jī)”進(jìn)行隨機(jī)采用, 自動檢驗(yàn)。該產(chǎn)品在降低工人勞動強(qiáng)度的同時, 極大的提高了物料采制樣工作效率, 保證檢驗(yàn)結(jié)果的客觀公正性。機(jī)械采樣與人工采樣比較, 不但安全可靠, 勞動強(qiáng)度小, 工作效率高, 而且采樣隨機(jī)性強(qiáng), 更符合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求, 不會受人為因素的影響。車載煤采樣機(jī)的設(shè)計(jì)研發(fā)勢在必行?，F(xiàn)代

24、焦化廠往往由多個供應(yīng)商供應(yīng)全廠的各種用煤，供應(yīng)商多數(shù)采用汽車進(jìn)煤。精確的確定煤的發(fā)熱量、水份、灰份和其他雜質(zhì)尤其重要，因?yàn)榧词故呛苄〉牟顒e也有可能在一段時間內(nèi)造成很大的損失。同時，采樣機(jī)也是煤礦企業(yè)用于商品煤采樣的機(jī)械，要求從煤流中，火車，汽車，船上以及煤堆上采取煤樣，然后加以分析，以確定煤的各種特性，用此分析結(jié)果確定合同價格，并根據(jù)要求將采樣機(jī)進(jìn)行了運(yùn)動動作分析，對其進(jìn)行了整機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)采樣時，不但注意了如何使物料連續(xù)通過采樣設(shè)備，注意了如何保持水分不損失，并且還注意了如何避免粉塵的散失，在設(shè)計(jì)采樣裝置時要充分考慮到以上因素。為了保證采樣的全面性和公正性，使得采樣點(diǎn)必須覆蓋整個車載煤

25、的任意坐標(biāo)，即采樣頭可以上下左右前后三相移動；為了使采樣機(jī)簡單方便，操作靈活，需要設(shè)計(jì)三相的運(yùn)動裝置。為了適應(yīng)多工況下的煤粉采樣，即干燥狀態(tài)下和潮濕狀態(tài)下都能準(zhǔn)確的采樣，必須設(shè)計(jì)采樣頭換刀裝置或多功能一體采樣頭。2.2 方案比較當(dāng)今車載煤采樣機(jī)大多數(shù)都為固定式采樣機(jī)，即采樣機(jī)安裝在固定的導(dǎo)軌上，載煤車行駛?cè)氩蓸訖C(jī)下方，采樣機(jī)大車可沿車道導(dǎo)軌前后移動，大車頂部有橫梁可供小車左右移動，搭載采樣頭升降移動實(shí)現(xiàn)對車載煤的任意位置采樣。固定式采樣機(jī)有其優(yōu)點(diǎn)，操作簡單方便但缺乏靈活性，有些時候載煤車廂行駛困難，增加了采樣時間并且增大了采樣費(fèi)用，效率不高。為此，本論文設(shè)計(jì)了可移動式的采樣機(jī)，采樣機(jī)大小可調(diào)，

26、適應(yīng)不同車廂，靈活方便。車載煤采樣機(jī)的采樣裝置主要分為龍門式和懸臂式兩種，考慮到龍門式車載煤采樣機(jī)的力學(xué)性能以及機(jī)械性能好，本例中選用龍門式采樣機(jī)，龍門上端為一橫梁，同時有可供小車移動的輪槽，使小車在龍門中左右移動定位。龍門兩端的支架為可升降支架，初始狀態(tài)為最低點(diǎn)，節(jié)省空間；當(dāng)工作時可根據(jù)載煤的車型高低升降龍門。龍門中小車的驅(qū)動形式主要分為液壓傳動和螺紋傳動。由于小車的行駛范圍為整個車廂，若選擇液壓傳動，由液壓缸帶動活塞推動小車左右移動，則龍門的寬度必須為小車行程的2倍，這增加了龍門的寬度，浪費(fèi)了空間，不可取。所以本例中選取螺紋傳動，由伺服電機(jī)連接齒輪減速器，安裝在龍門架的一端，減速器的輸出軸

27、與龍門架間通過軸承連接渦輪，再與小車螺紋連接，驅(qū)動小車并帶動左右移動。 本論文設(shè)計(jì)題目為多工況下車載煤采樣機(jī)設(shè)計(jì)，即對采樣頭有了新的要求，能適應(yīng)干燥狀態(tài)下對煤粉采樣，也能適用于對潮濕狀態(tài)下的煤粉采樣。當(dāng)干燥狀態(tài)時，煤粉間的摩擦力大，就會對采樣頭有更大的阻力，這要求了采樣頭必須有高的硬度和耐磨性；而當(dāng)對潮濕狀態(tài)下煤粉采樣時，煤粉對采樣頭的阻力變小，但粘度增大，同時煤粉中的許多酸堿性物質(zhì)溶于水中后會對采樣頭腐蝕。為了適應(yīng)兩種不同工況下的煤粉采樣，就需要設(shè)計(jì)出兩種不同性能的采樣頭。這就涉及到了換刀式采樣頭，工作時根據(jù)需要更換采樣頭，但這樣做不但使得整個機(jī)械的整體變復(fù)雜，增加了額外的工作量，而且工作時

28、兩個采樣頭會彼此影響，并且有時會對人和環(huán)境造成危險。因此，本文提出了多功能一體化采樣頭（詳見第四章）。采樣機(jī)結(jié)構(gòu)采樣機(jī)的整體尺寸：長6米，寬4米，高4米。其中，采樣機(jī)的寬度為4米，此設(shè)計(jì)寬度一般能包容下普通車廂，方便龍門駛?cè)胲噹蓸?。車載煤采樣機(jī)的長度為6米，高度4米，底座上安裝有小型電機(jī)，驅(qū)動前輪承載的龍門沿車道方向移動，范圍在610米，能覆蓋載煤車廂的任意位置。而高4米的龍門因?yàn)橛幸簤夯钊麢C(jī)構(gòu)使得龍門可承載小車在46米的范圍內(nèi)上下移動，適應(yīng)了不同高度的車廂采樣。同時當(dāng)采樣機(jī)不工作的時候可以把小車放到最小狀態(tài)，節(jié)省了占地空間，維護(hù)方便。采樣機(jī)主要由大車、龍門、小車、采樣機(jī)構(gòu)四部分組成。大車的

29、主要結(jié)構(gòu)部件為：1主控制室、2底座、3后輪（采樣機(jī)定位）、4前輪（采樣頭定位）、5推桿、6法蘭盤。每個構(gòu)件的具體作用如下：1主控制室的作用為：駕駛多工況采樣車定位到指定地點(diǎn)采樣；控制龍門支架液壓系統(tǒng)使龍門高度變化以適應(yīng)不同載煤車的大?。徊⑶铱刂撇蓸宇^的X/Y/Z三方向運(yùn)動，即控制底座電機(jī)驅(qū)動前輪定位采樣頭Y坐標(biāo)，控制龍門伺服電機(jī)正反轉(zhuǎn)帶動小車定位采樣頭X坐標(biāo)，控制采樣機(jī)構(gòu)采樣頭的運(yùn)動的液壓系統(tǒng)定位采樣頭Z坐標(biāo)；控制采樣頭主運(yùn)動電機(jī)帶動采樣頭旋轉(zhuǎn)。2底座的作用為承載主控制室、龍門以及連接前后輪。3后輪是整個采樣車的驅(qū)動輪，主控制室控制后輪行駛，移動到待采樣的車廂，使得龍門橫跨整個車廂。4前輪的作

30、用是定位采樣頭的Y坐標(biāo)。5推桿的作用是驅(qū)動前輪。6法蘭盤的作用是連接龍門與底座。大車PROE模型如下圖2-1：圖2-1 大車結(jié)構(gòu)圖龍門的主要結(jié)構(gòu)部件為：7機(jī)架、8液壓缸、9伺服電機(jī)、10減速器、11軸承、12絲杠、13導(dǎo)軌。7機(jī)架的作用是支撐龍門及其附件。8液壓缸的作用是調(diào)整龍門的高度以適應(yīng)對不同高度的車廂進(jìn)行采樣。9伺服電機(jī)的作用是帶動絲杠旋轉(zhuǎn)以控制小車延X軸方向運(yùn)動以定位采樣點(diǎn)。10減速器的作用是調(diào)節(jié)伺服電機(jī)主軸的轉(zhuǎn)速輸出給絲杠。11軸承的作用是連接機(jī)架和轉(zhuǎn)動的絲杠。12絲杠的作用是傳遞轉(zhuǎn)速，螺旋傳動帶動小車移動。13導(dǎo)軌作用為使小車的車輪平穩(wěn)的運(yùn)動。龍門PROE模型如下圖2-2：圖2-2

31、 龍門結(jié)構(gòu)圖小車的主要結(jié)構(gòu)部件為：14小車輪、15車架、16輪軸、17螺旋傳動孔、18端蓋。14小車輪的作用是帶動小車平穩(wěn)移動并減少摩擦力。15車架的作用是支承整個小車的所有部件。16輪軸的作用是連接車架與小車輪。17螺旋傳動孔的作用是連接絲杠并傳遞旋轉(zhuǎn)帶動小車移動。18端蓋的作用是連接小車與采樣頭的連板。小車結(jié)構(gòu)PROE模型如下圖2-3：圖2-3 小車結(jié)構(gòu)圖采樣機(jī)構(gòu)的主要部件有：19主運(yùn)動電機(jī)、20齒輪減速器、21液壓缸、22推桿、23法蘭、24主螺旋桿、25保護(hù)箱、26軸承、27采樣頭、28拉桿、29拉門、30連桿。19主運(yùn)動電機(jī)的作用是帶動主螺旋桿旋轉(zhuǎn)。20齒輪減速器的作用與元件10相同

32、。21液壓缸的作用是控制采樣頭延Z方向的運(yùn)動并定位。22推桿為液壓缸的活塞，傳遞位移。23法蘭的作用是連接推桿與主螺旋桿。25保護(hù)箱的作用為容納并保護(hù)主運(yùn)動電機(jī)以及齒輪減速器避免碰撞及粉塵污染。26軸承的作用為連接主螺旋桿與推桿。27采樣頭的作用為采集煤樣。28、30拉桿、連桿的作用為控制拉門的開關(guān)。29拉門的作用為控制采樣頭的開關(guān)。采樣頭PROE模型如下圖2-4,采樣機(jī)構(gòu)模型如下圖2-5：圖2-4 采樣頭圖2-5 采樣機(jī)構(gòu)采樣機(jī)整體PROE結(jié)構(gòu)圖如下圖2-6：圖2-6 采樣機(jī)整體結(jié)構(gòu)圖1）根據(jù)待采樣車廂的高度大小，在主控制室調(diào)節(jié)8液壓缸的升降，使得采樣機(jī)的龍門能跨過整個車廂，并且持續(xù)保持此液

33、壓工作壓力，維持此高度直至采樣結(jié)束。2）操作人員進(jìn)入1主控制室，駕駛大車至整個龍門和底座延車道方向橫跨整個車廂。3）確定車廂內(nèi)采樣點(diǎn)的個數(shù)及每個采樣點(diǎn)的三維坐標(biāo)并輸入主控制系統(tǒng)。其中，規(guī)定延車道方向?yàn)閥軸，橫向即龍門導(dǎo)軌方向?yàn)閤軸，豎直向上方向?yàn)閦軸方向。4）主控制系統(tǒng)根據(jù)輸入坐標(biāo)定位采樣點(diǎn)。其中y坐標(biāo)通過控制底座上的5驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動前輪前后移動定位；x坐標(biāo)通過控制9伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)帶動小車移動定位；z坐標(biāo)通過控制22采樣手的液壓活塞系統(tǒng)的上下移動定位。5）由采樣頭上的19主運(yùn)動電機(jī)帶動20減速齒輪，使24主螺旋桿轉(zhuǎn)動，同時控制22液壓活塞下推。采樣頭運(yùn)動過程分：啟動，快進(jìn)，工進(jìn)，停留，慢退，快

34、退；六個階段，每個階段采樣頭的速度不一，當(dāng)快進(jìn)時，采樣頭的速度大，負(fù)載小；當(dāng)工進(jìn)時，采樣機(jī)的負(fù)載大，則速度小。6）采樣頭在車廂煤層中停留期間，主控制系統(tǒng)控制拉門式采樣手28拉桿上提，使得29采樣手拉門被打開，由于主螺旋桿的旋轉(zhuǎn)，則煤樣自動進(jìn)入采樣手中，再控制采樣手的拉門關(guān)閉，即煤樣采集完成。注意，當(dāng)在干燥工況下應(yīng)控制干燥拉門采樣，當(dāng)在潮濕工況下應(yīng)控制潮濕拉門采樣。7）采集完成一個采樣點(diǎn)后，小車復(fù)位，運(yùn)行到指定位置傾卸煤樣。重復(fù)上述步驟直至所有采樣點(diǎn)都完成采樣。8)采樣手復(fù)位，小車復(fù)位，大車駛離載煤車廂，龍門高度復(fù)位，整個采樣完成。第三章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則在國內(nèi)現(xiàn)有的煤質(zhì)采樣

35、機(jī)中,其采樣頭的進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)大多采用機(jī)械傳動,配合電機(jī)的變頻調(diào)速來調(diào)節(jié)進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)速度,這種傳動方式盡管存在各種問題,但總體上還是能滿足采樣的基本要求。但是當(dāng)遇到凍煤、樹枝、孤石等物質(zhì)時,其采樣工作就不能正常進(jìn)行,這是因?yàn)橛龅讲煌牟蓸咏橘|(zhì)時,對采樣頭的進(jìn)給速度和旋轉(zhuǎn)速度有不同的要求,如遇到凍煤和孤石時,需要減小進(jìn)給速度而提高旋轉(zhuǎn)速度;而當(dāng)遇到樹根時則需自動提高切割頭的扭矩;另外煤粒的尺寸和含水量變化時也需要采樣頭的進(jìn)給速度和旋轉(zhuǎn)速度做出相應(yīng)的調(diào)整,而這一切在機(jī)械傳動時是不可能方便實(shí)現(xiàn)的。另外因?yàn)殡娏髋c進(jìn)給力和扭矩之間的不確定性,也使得其無法用閉環(huán)控制來實(shí)現(xiàn)二者之間的匹配。為此,我們認(rèn)為對采樣頭的

36、進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)采用液壓傳動是十分必要的,同時也是一種科學(xué)的選擇。因?yàn)槠鋵拸V的無級調(diào)速范圍、寬廣的負(fù)載調(diào)節(jié)能力、平穩(wěn)的啟停要求、低進(jìn)給力下的強(qiáng)破凍煤能力。這一系列的要求代表了當(dāng)前煤質(zhì)采樣機(jī)的最高水平。只有采用閉環(huán)控制的液壓傳動才能滿足使用要求。 3.2 龍門液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中，采樣機(jī)為了適合對不同高度的車載煤進(jìn)行采樣，必須對龍門支架的高度可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，承載龍門橫梁的升降，所以在龍門支架上有液壓裝置控制龍門升降。液壓缸是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，它是一種把液體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能以實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動的能量轉(zhuǎn)換裝置。液壓缸機(jī)構(gòu)簡單，工作可靠，在液壓系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。液壓缸按其結(jié)構(gòu)形式，可分為活塞缸，

37、柱塞缸兩類。活塞缸和柱塞缸的輸入為壓力和流量，輸出為推力和速度。由于本設(shè)計(jì)中的液壓缸都是一端固定一端移動的，所以選擇單桿活塞液壓缸。 液壓缸設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題液壓缸的設(shè)計(jì)和適用正確與否，智杰影響到它的性能和易否發(fā)生故障。在這方面，經(jīng)常碰到的液壓缸安裝不當(dāng)、活塞桿承受偏載、液壓缸或活塞桿的壓桿失穩(wěn)等問題。所以，在設(shè)計(jì)液壓缸時，必須注意以下幾點(diǎn)：1） 盡量使活塞桿在受拉狀態(tài)下承受最大負(fù)載，或在受壓狀態(tài)下具有良好的縱向穩(wěn)定性。2） 考慮液壓缸行程終了處的制動問題和液壓缸的排氣問題。3） 正確確定液壓缸的安裝、固定方式。4） 液壓缸各部分的結(jié)構(gòu)需根據(jù)推薦的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，盡可能做到簡單、緊

38、湊，加工、裝配和維修方便。 工況分析欲設(shè)計(jì)一個液壓系統(tǒng)，首先得明確提出系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。如本設(shè)計(jì)中的龍門液壓系統(tǒng)，它的設(shè)計(jì)要求便是，在工作期間，龍門支架上的液壓缸能平穩(wěn)的升高到任意規(guī)定高度，并且能在一定時間段內(nèi)保證龍門支架的高度不變，即輸出一定的承載力，在一段時間內(nèi)保持系統(tǒng)一定的壓力不變；當(dāng)工作停止時，液壓缸平穩(wěn)降低回原位。設(shè)計(jì)要求明確之后，便是對系統(tǒng)進(jìn)行工況分析。對液壓系統(tǒng)進(jìn)行工況分析，就是要查明它的每個執(zhí)行元件在各自工作過程中的運(yùn)動速度和負(fù)載的變化規(guī)律。這是滿足主機(jī)規(guī)定的動作要求和承載能力所必須具備的。液壓系統(tǒng)承受的負(fù)載可由主機(jī)規(guī)格規(guī)定，可由樣機(jī)通過實(shí)驗(yàn)測定，也可以由理論分析確定。當(dāng)用理論分析

39、確定系統(tǒng)的實(shí)際負(fù)載時，必須仔細(xì)考慮它所有的組成項(xiàng)目，例如本例中的龍門液壓系統(tǒng)負(fù)載為：工作負(fù)載（龍門支架以及采樣系統(tǒng)重力），慣性負(fù)載和阻力負(fù)載（采樣過程受到摩擦力）等，并且把它們繪制成圖。當(dāng)然，此液壓系統(tǒng)由于僅僅是實(shí)現(xiàn)壓力保持作用的，速度平穩(wěn)，負(fù)載平穩(wěn)，可以省略不畫。 龍門液壓系統(tǒng)保壓回路根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求以及工況分析，擬定本液壓系統(tǒng)為保壓回路。保壓回路的功用是使系統(tǒng)在液壓缸不動或僅有極微小的位移下穩(wěn)定的維持住壓力。即在一定時間內(nèi)使龍門導(dǎo)軌穩(wěn)定的保持在一定高度上。最簡單的保壓回路是使用密封性能較好的液控單向閥的回路，但是閥類元件處的泄漏使這種回路的保壓時間不能維持很久。而本系統(tǒng)為采樣機(jī)的龍門液壓系

40、統(tǒng)，通常情況下，一次采樣工作會對整個車廂的數(shù)十個不同深度不同位置的采樣點(diǎn)進(jìn)行采樣，總工作時間包括：采樣點(diǎn)定位時間、采樣時間以及由于突發(fā)事件（采樣頭遇異物，機(jī)械故障燈）耽誤的時間，少則幾十分鐘，多則一兩個小時。因而，應(yīng)根據(jù)要求設(shè)計(jì)一個能長久保持壓力的液壓回路。綜上所述，本液壓系統(tǒng)回路圖如圖3-1：圖3-1 龍門液壓系統(tǒng)該系統(tǒng)是一種采用液控單向閥和電接觸式壓力表的自動補(bǔ)油式保壓回路。其中元件5為單作用缸，其活塞控制龍門支架升降；1為溢流閥，溢流閥是通過閥口的溢流，使該回路的壓力維持恒定，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的作用，當(dāng)系統(tǒng)因?yàn)橛吐范氯蚱渌蚨鴮?dǎo)致壓力增大時，溢流閥打開，使液壓油回流入油箱而保護(hù)回路。3為液控

41、單向閥，當(dāng)控制口X處無壓力油通入時，它的工作機(jī)制和普通單向閥一樣，壓力油只能從A通口流向B通口，不能反向倒流；當(dāng)控制口X有控制壓力油時，會把單向閥的閥芯上頂，使得油液可以再兩個方向自由流通。當(dāng)采樣機(jī)開始工作時，主控制系統(tǒng)控制該液壓回路啟動。該液壓回路的工作原理為：回路啟動后，首先2換向閥接入回路，7液壓缸的下腔成為壓力腔，在壓力到達(dá)預(yù)訂上限值時（該壓力預(yù)訂上限值為主控制系統(tǒng)中由載煤車廂高度計(jì)算而得到），電接觸式壓力表4發(fā)出信號，使換向閥切換成中位；這時液壓泵卸荷，液壓缸由3液控單向閥保壓。當(dāng)液壓缸上腔壓力由于泄漏等原因，下降到預(yù)訂下限值時，電接觸式壓力表又發(fā)出信號，使換向閥右位接入回路，這時液

42、壓泵重新給液壓缸下腔補(bǔ)油，使其壓力回升到原值。當(dāng)預(yù)訂的壓力下限值與標(biāo)準(zhǔn)值之間的差值設(shè)定的很小時，就能實(shí)現(xiàn)無極保壓，也就是穩(wěn)壓，維持壓力很定，維持住采樣機(jī)龍門導(dǎo)軌的高度恒定。此過程液壓油流經(jīng)6液壓泵2換向閥右位液控單向閥（A口流向B口）5單作用缸下腔2換向閥右位油箱。當(dāng)采樣機(jī)工作結(jié)束時，需要降下活塞，使龍門導(dǎo)軌回復(fù)原位。這是只需由主控制系統(tǒng)控制換向閥左位接入回路，液壓油路流經(jīng)6液壓泵2換向閥左位5單作用缸上腔液控單向閥（B口流向A口）油箱。3.3 采樣機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中,采樣機(jī)的采樣機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)無疑是最重要的一環(huán)。由于本論文有對多種工況下的采樣需求，即不論在干燥天氣和潮濕天氣下，采樣

43、機(jī)都能順利進(jìn)行采樣，這就對采樣機(jī)的采樣機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)提出了新的要求。根據(jù)不同煤質(zhì)，相應(yīng)設(shè)定進(jìn)給速度和旋轉(zhuǎn)速度，方能適應(yīng)不同工況下對煤的采樣。其中，采樣頭的旋轉(zhuǎn)速度可以由主控制系統(tǒng)控制主運(yùn)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，而進(jìn)給速度則需要通過液壓系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。 工況分析本設(shè)計(jì)為控制采樣機(jī)構(gòu)的采樣頭伸入煤粉中進(jìn)行采樣，然后收回采樣頭的液壓系統(tǒng)。它的工作過程分為共六部分：快進(jìn)，工進(jìn)，停留，慢退，快退，停止。當(dāng)確定好采樣位置后，首先由主控制系統(tǒng)控制小車和前輪的移動定位好了采樣點(diǎn)X、Y坐標(biāo)，并把采樣機(jī)構(gòu)移動到了相應(yīng)位置。液壓系統(tǒng)啟動后，首先由主液壓缸推動活塞下移，帶動旋轉(zhuǎn)中的采樣頭下降到煤層表面，此過程中因?yàn)闆]有阻力，采

44、樣頭的進(jìn)給速度和旋轉(zhuǎn)速度均很快，為“快進(jìn)”階段；當(dāng)采樣頭繼續(xù)向下移動時，由于采樣頭已經(jīng)深入了煤層，將會受到煤層的阻力，則此時采樣頭的進(jìn)給速度將會變慢，同時旋轉(zhuǎn)速度也變慢，此過程為“工進(jìn)”；當(dāng)采樣頭下降到預(yù)定的采樣點(diǎn)Z坐標(biāo)時，采樣頭會在此處停留一段時間，此時會完成打開采樣頭的拉門，并采集煤樣的過程，當(dāng)煤樣采集完成后關(guān)閉拉門，此過程為“停留”階段；當(dāng)采樣完成后，由于此時采樣頭依然深入在煤層中，受到的阻力會很大，所以采樣頭依然會以很小的進(jìn)給速度上移（注：由于P=fv，當(dāng)輸出功率一定時，進(jìn)給力越大，進(jìn)給速度越小），此過程為“慢退”階段；而當(dāng)采樣頭完全脫離煤層表面時，由于采樣頭周圍沒有了煤粉的阻力，所以

45、采樣頭的進(jìn)給速度將會增大，旋轉(zhuǎn)速度亦增大，此過程為“快退”階段。以上每個階段的始末，都由主控制系統(tǒng)控制，并且液壓系統(tǒng)中會有很多行程開關(guān)，壓力傳感器，位置傳感器等控制元件。 采樣機(jī)液壓系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求及工況分析，本液壓系統(tǒng)為速度換接回路。速度換接回路的功用是使液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)在一個工作循環(huán)中從一種運(yùn)動速度變換成另一種運(yùn)動速度的回路。本設(shè)計(jì)中，分別在在快進(jìn)變換工進(jìn)的過程中，慢退變換快退的過程中涉及到速度換接。速度換接回路的控制元件通常為行程閥，活塞碰到行程閥后會改變液壓回路路線；執(zhí)行元件當(dāng)然是調(diào)速閥，通過改變流入液壓缸中的流量來控制液壓缸推動活塞的速度。本液壓系統(tǒng)要求有快速運(yùn)動過程，包括快進(jìn)和快退

46、兩個部分，快進(jìn)回路的功用是加快工作機(jī)械空載運(yùn)行時的速度，以提高效率，而通常快進(jìn)回路都是由液壓缸差動連接來實(shí)現(xiàn)的。差動連接的特點(diǎn)在于出油口的油能流回進(jìn)油口而加大活塞缸的流量以達(dá)到提高速度的目的。綜上所述，本次設(shè)計(jì)的采樣機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)回路圖如圖3-2：圖3-2 采樣機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)元件名稱：1背壓閥 2順序閥 3單向閥 4工進(jìn)調(diào)速閥（工況1） 5慢退調(diào)速閥 6單向閥 7液壓缸 8行程閥 9電磁閥 10工進(jìn)調(diào)速閥（工況2） 11先導(dǎo)閥 12換向閥 13單向閥 14液壓泵 15過濾器 16行程閥 17、18單向閥1背壓閥的作用是控制系統(tǒng)壓力，當(dāng)系統(tǒng)壓力過大時自動打開卸荷。2順序閥的作用是根據(jù)系統(tǒng)壓力控制油路

47、。當(dāng)系統(tǒng)壓力不大時，順序閥關(guān)閉，一旦系統(tǒng)壓力升高，則順序閥打開。3、6、13、18單向閥的作用均為使油路單向?qū)ā?、5、10工進(jìn)調(diào)速閥的作用是通過調(diào)節(jié)流量來改變速度。當(dāng)采樣工況為干燥條件時，煤樣的阻力增大，則需要調(diào)節(jié)進(jìn)給力增大，這就需要在回路中接入2個調(diào)速閥使進(jìn)給速度變??；當(dāng)采樣工況潮濕時，煤阻力減小，則進(jìn)給力可相應(yīng)調(diào)小，進(jìn)給速度增大，只接入4調(diào)速閥一個即可。11、12先導(dǎo)閥和換向閥，二者組合在一起使用即為電液動換向閥，并且二者換位機(jī)能相同。電磁鐵先導(dǎo)控制，液壓驅(qū)動，閥芯移動速度可分別由兩端的節(jié)流閥調(diào)節(jié)，能使系統(tǒng)中執(zhí)行元件得到平穩(wěn)的換向，達(dá)到平穩(wěn)換接速度的目的。8、16行程閥的作用即為控制改

48、變回路路線。采樣液壓系統(tǒng)動作循環(huán)表見表3-1:表3-1 采樣液壓系統(tǒng)動作循環(huán)表動作名稱信號來源液壓元件工作狀態(tài)順序閥2換向閥12電磁閥9行程閥8行程閥16快進(jìn)啟動，1YA通電關(guān)閉左位左位左位右位工進(jìn)擋塊壓下行程閥8（干燥工況時3YA通電）打開右位左位停留采樣頭到預(yù)訂位置右位慢退1YA斷電，2YA通電關(guān)閉右位左位快退擋塊壓下行程閥16右位停止擋塊壓下終點(diǎn)開關(guān)，全斷電中位左位 采樣液壓系統(tǒng)工作原理當(dāng)采樣頭快速進(jìn)給時，電磁鐵1YA通電，換向閥12左位接入系統(tǒng)，順序閥2因?yàn)橄到y(tǒng)壓力不高，仍然處于關(guān)閉狀態(tài)。這時液壓缸7作差動連接，變量泵14輸出最大流量。系統(tǒng)中油液流動的情況為：進(jìn)油路： 變量泵14單向閥

49、13換向閥12（左位）行程閥8（左位）液壓缸7左腔；回油路： 液壓缸7右腔單向閥17換向閥12（左位）單向閥3行程閥8（左位）液壓缸7左腔。一次工作進(jìn)給到煤層表面處，擋塊壓下行程閥8時開始。這時系統(tǒng)壓力升高，順序閥2打開；變量泵14自動減小其輸出流量，以便與調(diào)速閥4的開口相適應(yīng)。系統(tǒng)中油液流動情況為：進(jìn)油路： 變量泵14單向閥13換向閥12（左位）調(diào)速閥4電磁閥9（左位）液壓缸7左腔；回油路： 液壓缸7右腔單向閥17換向閥（左位）順序閥2背壓閥1油箱。當(dāng)采樣頭到達(dá)預(yù)定采樣點(diǎn)時，不再前進(jìn)，系統(tǒng)壓力升高，此時系統(tǒng)設(shè)定一個壓力值，停留一段時間采樣完成后，系統(tǒng)到達(dá)指定壓力值時，電磁鐵1YA斷電，2YA

50、通電開始。這時系統(tǒng)壓力會下降，采樣頭慢慢上升。此時油液流動情況為：進(jìn)油路： 變量泵14單向閥13換向閥12（右位）單向閥18行程閥16（左位）調(diào)速閥5液壓缸7右腔；回油路； 液壓缸7左腔單向閥6換向閥12（右位）油箱。當(dāng)采樣頭上升至煤層表面時，擋塊壓下行程開關(guān)16，右位接入回路，由于少了調(diào)速閥，變量泵流量自動增大。此時油液流動情況為：進(jìn)油路： 變量泵14單向閥13換向閥12（右位）單向閥18行程閥16（右位）液壓缸7右腔；回油路； 液壓缸7左腔單向閥6換向閥12（右位）油箱。當(dāng)采樣頭回到原位時，擋塊壓下終點(diǎn)開關(guān)，電磁鐵2YA和3YA同時斷電，此時換向閥12處于中位，液壓缸7兩端封閉，采樣頭停止

51、運(yùn)動。此時，液壓回路為：卸荷油路： 變量泵14單向閥13換向閥12（中位）油箱。 采樣液壓系統(tǒng)特點(diǎn)1）系統(tǒng)采用了“限壓式變量葉片泵調(diào)速閥背壓閥”式調(diào)速回路，能保證系統(tǒng)穩(wěn)定的低速運(yùn)動和較好的速度剛性和較大的調(diào)速范圍。2）系統(tǒng)采用了限壓式變量泵和差動連接式液壓缸來實(shí)現(xiàn)快進(jìn)，能量利用比較合理。采樣頭停止運(yùn)動時，換向閥使液壓泵在低壓下卸荷，減少能量損耗。3）系統(tǒng)采用了行程閥和順序閥實(shí)現(xiàn)速度換接，不僅簡化了油路，且動作可靠，換接精度亦比電器控制式高。第四章 采樣頭設(shè)計(jì)4.1 采樣頭的設(shè)計(jì)要求我們知道，欲采取表層的煤樣并不困難，而我們想要所采樣品的代表性好，就必須考慮到各種因素，所設(shè)計(jì)的機(jī)械必須能夠采取到

52、整個車廂的任一點(diǎn)深度的煤樣，這也是采樣頭設(shè)計(jì)中最為重要，同時也是最為基本的問題。同時，因?yàn)楫?dāng)采樣頭在煤表層插入時，不可避免地肯定會接觸煤表層的煤樣，當(dāng)采樣頭繼續(xù)下降到指定高度進(jìn)行采樣時，所采取的煤樣中或許就包含了表層的煤樣。如一些螺旋葉片采樣頭，設(shè)計(jì)時把葉片延螺旋桿方向成一定角度，靠葉片與螺旋桿組成的采樣頭結(jié)構(gòu)就會不可避免的出現(xiàn)采樣不準(zhǔn)確的問題。如何保證采樣頭能避開表層乃至中途的煤樣，完全采集指定采樣點(diǎn)的煤樣，這為本設(shè)計(jì)提出了重要的要求。本設(shè)計(jì)中的最重要的要求為，在多工況下對煤樣的采集。因?yàn)楝F(xiàn)在市面上的采樣機(jī)，大多數(shù)只適應(yīng)一種工況，即正常氣溫條件下，對干燥狀態(tài)的煤樣進(jìn)行采集。這種采樣機(jī)的適應(yīng)范

53、圍小，實(shí)用性差，一旦遇到陰雨天氣，煤樣潮濕多水的情況，采樣機(jī)便由于采樣頭對煤樣的大黏度而不適應(yīng)導(dǎo)致無法正常工作，繼而換由人工采樣。這樣既耽誤了勞動力，降低了生產(chǎn)效率，失去了自動采樣機(jī)的意義。為了適應(yīng)對多工況下的煤粉進(jìn)行采樣，有些設(shè)計(jì)中增添了采樣頭的更換裝置。其中有的是手動更換采樣頭，有的是自動轉(zhuǎn)換采樣頭。手動更換采樣頭，由于耗費(fèi)的勞動力大，而且有一定的危險，此方法不合適。自動更換采樣頭的裝置，雖然完全自動化，但其采樣頭的結(jié)構(gòu)會變得復(fù)雜，會增大采樣機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)的負(fù)載。這又是采樣頭設(shè)計(jì)過程中面臨的一大問題。4.2 采樣頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 楔形采樣頭欲采取汽車車廂頂部表面以下某一深度處的煤，且所采的煤樣不能

54、包括煤表層部分的煤樣，這時一個難點(diǎn)。為了解決這一問題，我們設(shè)計(jì)了一楔形液壓驅(qū)動的采樣頭，避免了上述的問題。采樣頭的主運(yùn)動為由液壓缸驅(qū)動的上下進(jìn)給以及由主運(yùn)動電機(jī)驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)。當(dāng)采樣頭進(jìn)給到煤層表面時，由于受到煤的阻力，所以進(jìn)給力變大，進(jìn)給速度變小，同時由于受到水平方向的阻力，旋轉(zhuǎn)速度也將變小。由于采樣頭的楔形結(jié)構(gòu)，當(dāng)它旋轉(zhuǎn)時，楔形拉門兩側(cè)的煤粉將會被排擠到楔形體的兩側(cè)，被排擠煤粉延拉門楔形表面向上移動，此過程中楔形拉門受到比較大的摩擦阻力和壓力，應(yīng)采取相應(yīng)措施增大其耐磨性能。 破碎頭采樣頭的端部安裝破碎頭裝置是十分必要的。當(dāng)遇到凍煤或大塊煤、矸石等高硬度的塊狀物體，其頭部鑲嵌有多種形狀的合金刀刃

55、的破碎頭,不僅能適應(yīng)凍煤采樣,而且能將遇到的大塊煤破碎采出,進(jìn)一步保證了所采煤樣的代表性。對破碎頭的要求，最基本的是其必須有高的硬度和強(qiáng)度，并且可以每一段時間進(jìn)行更換，保證其順利的工作。由于采樣頭在進(jìn)給過程中有旋轉(zhuǎn)動作，在其端部安裝有破碎頭后，不僅能增大采樣頭的破壞力，減小煤樣對采樣頭的阻力，減小液壓系統(tǒng)的負(fù)載。如有需要，可另外在采樣頭的楔形拉門出安裝多個破碎頭。 雙拉門結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)中最大的特色便為此雙拉門結(jié)構(gòu)的采樣頭。對于多工況下煤粉采樣機(jī)的設(shè)計(jì)，顯然單一功能的采樣頭難以達(dá)到此要求，所以解決的辦法就兩種，采樣頭更換裝置以及多功能一體采樣頭。由于采樣頭的更換裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實(shí)用性不強(qiáng)，推薦選用多功

56、能一體化采樣頭。采樣頭模型如下圖4-1：圖4-1 雙拉門式采樣頭 1拉桿 2連桿 3拉門一 4破碎頭 5拉門二 6儲樣室 此采樣頭為左右對稱結(jié)構(gòu)，兩個拉門由不同材料形成，具有不同的功能。拉門一為高強(qiáng)度高硬度合金材料拉門，適應(yīng)在干燥天氣，對濕度不大的煤進(jìn)行采樣。拉門二為耐磨性，耐腐蝕性，防滑性能好的復(fù)合材料拉門，適合在潮濕天氣時，對濕度大，黏度大的煤樣進(jìn)行采樣。每次采樣時，當(dāng)采樣頭下降到預(yù)定的采樣點(diǎn)位置，主螺旋桿旋轉(zhuǎn)速度降低，然后由主控制系統(tǒng)控制拉桿下移，帶動連桿下移，能把拉門拉開，并且由于采樣頭的旋轉(zhuǎn)，使得煤樣會自動進(jìn)入儲樣室，并且其中煤樣僅僅為此采樣點(diǎn)附近的煤樣（由于其他時間采樣頭都保持全封閉狀態(tài)），保證采集的煤樣的代表性與準(zhǔn)確性。而當(dāng)潮濕天氣，煤樣濕度大時，則只需采樣時，拉門二打開而保持拉門一關(guān)閉即可。每次采樣必須保持有且僅有一個拉門開啟。第五章 總結(jié)及展望5.1 總結(jié)本文中設(shè)計(jì)的車載煤采樣機(jī)有如下特點(diǎn)：一、采樣車摒棄了從前的半固定模式采樣機(jī)，操作靈活方便二、本采樣車的長度和高度可調(diào)，工作時按需要調(diào)整到最適合的大小采樣，平時回復(fù)到最小狀態(tài)，節(jié)省空間，提高效率。三、本文中設(shè)計(jì)的多功能一體化雙拉門式采樣頭可適應(yīng)在多種工況下對煤粉的采樣，包括干燥條件下，對高硬度的煤塊采樣，以及潮濕條件下對高粘度的煤粉采樣，而且不需要更換采樣頭。四、本采樣機(jī)的液壓系