自動(dòng)采樣機(jī)在原鹽采樣中的應(yīng)用與改進(jìn)

高 揚(yáng)，謝秋利，楊海生，張寶娟

（唐山三友化工股份有限公司，河北 唐山 063305）

原鹽是唐山三友純堿公司用量最大的原材料，其質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到消耗、成本等多個(gè)方面。我公司汽運(yùn)鹽所占的比例較大，涉及多家供貨商，原有的原鹽采樣方式為人工采樣，即在卸車過程中人工采取，由于車輛多，貨場(chǎng)范圍大，人工采樣只能采用按比例隨機(jī)抽取的方式，取樣代表性較差，質(zhì)量控制難度大。加之貨場(chǎng)車輛較多，安全隱患較大。

為進(jìn)一步加大對(duì)原鹽的質(zhì)量控制，我公司在純堿行業(yè)開啟采樣機(jī)自動(dòng)采取原鹽樣品的先河，由設(shè)備廠家量身定制出符合我公司要求的原鹽采樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽運(yùn)鹽進(jìn)行車車取樣，并對(duì)取樣過程進(jìn)行全過程、全方位有效監(jiān)督。

1 一般采樣機(jī)系統(tǒng)概述

1.1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)整機(jī)設(shè)備主要由汽車自動(dòng)定位系統(tǒng)、自動(dòng)采樣、制樣、樣品收集、棄料返排、主控計(jì)算機(jī)、PLC、變頻器及控制軟件等系統(tǒng)組成。

橋式汽車全自動(dòng)機(jī)械采樣系統(tǒng)主要由整機(jī)設(shè)備操作控制間、制樣間、鋼結(jié)構(gòu)框架、機(jī)械螺旋采樣裝置、汽車自動(dòng)定位系統(tǒng)、語音提示及監(jiān)控系統(tǒng)、自動(dòng)圖像定位系統(tǒng)、自動(dòng)制樣系統(tǒng)、主控計(jì)算機(jī)、PLC、變頻器及控制軟件等組成。

1.2 工作原理

當(dāng)汽車運(yùn)輸車輛進(jìn)入采樣區(qū)域后，車輛自動(dòng)圖像及超聲波定位系統(tǒng)對(duì)車輛所在位置進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)拍照測(cè)距識(shí)別，得到汽車車廂相關(guān)參數(shù)，并傳遞給主控計(jì)算機(jī)。主控計(jì)算機(jī)根據(jù)車廂參數(shù)，自動(dòng)在車廂區(qū)域內(nèi)生成數(shù)個(gè)隨機(jī)采樣點(diǎn)采樣，采樣點(diǎn)車車不同，隨機(jī)性強(qiáng)。主控計(jì)算機(jī)選擇好采樣方式，機(jī)械取樣裝置在隨機(jī)生成的采樣點(diǎn)取樣，并自動(dòng)控制制樣設(shè)備自動(dòng)完成樣品的縮分、樣品收集、棄料返排到棄料倉內(nèi)。

全斷面采樣機(jī)采到的物料樣品在采樣筒的頭部進(jìn)行儲(chǔ)存，全斷面采樣頭連續(xù)采完設(shè)定點(diǎn)數(shù)后集中倒料一次，按照程序設(shè)定的點(diǎn)數(shù)全部采集完成后，大車小車自動(dòng)恢復(fù)原點(diǎn)。

取樣完畢后，取樣機(jī)將所采物料倒入一級(jí)皮帶接料斗，物料經(jīng)過料斗進(jìn)入一級(jí)皮帶輸送機(jī)上的布料器將樣品料均勻攤鋪，再經(jīng)除鐵器把混入物料中的金屬異物排除后均勻進(jìn)行縮分，一部分進(jìn)入樣品收集器，另一部分通過二級(jí)皮帶進(jìn)入棄料倉內(nèi)。

2 存在的問題及分析

2.1 自動(dòng)采樣部分

2.1.1 采樣機(jī)下降深度

一般采樣機(jī)根據(jù)不同車型設(shè)置好固定的采樣深度。但由于我公司運(yùn)輸原鹽車型較多，且多數(shù)車輛進(jìn)行過改造，若采用單一采樣深度，不能確保樣品的代表性，存在一定隱患。

2.1.2 采樣機(jī)采樣頭設(shè)計(jì)

采樣頭具有切割、破碎、縮分的功能，一般采用刀頭破碎、螺旋葉片提升、電機(jī)驅(qū)動(dòng)的螺旋鉆取式采樣頭，材質(zhì)為普通不銹鋼。但由于原鹽的腐蝕性極強(qiáng)，且原鹽樣品的粒度和硬度一般不是很大，若采用原有的采樣頭，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、增加成本，且在采樣過程中會(huì)造成顆粒小的原鹽在采樣頭螺旋與采樣頭套筒的縫隙間灑落，使樣品失去代表性，甚至產(chǎn)生很大偏差。

2.1.3 采樣機(jī)自動(dòng)清洗程序

為確保采樣機(jī)所采的每一車樣品不受前一車樣品的污染和影響，自動(dòng)采樣機(jī)設(shè)有自動(dòng)清洗功能。但鑒于我公司汽運(yùn)量很大，如果每一車都增加一點(diǎn)自動(dòng)清洗，會(huì)延長(zhǎng)采樣時(shí)間，不利于提高工作效率。

2.1.4 放料部分

樣品采完后自動(dòng)放入一級(jí)皮帶料口，然后由一級(jí)皮帶輸送至二級(jí)皮帶，經(jīng)縮分后放入集樣器。由于我公司原鹽貨場(chǎng)場(chǎng)地開闊，且我公司所處地理位置造成貨場(chǎng)風(fēng)力較大，在樣品的下落過程中，受風(fēng)力影響，很容易造成物料飛灑。

2.2 自動(dòng)制樣、集樣部分

2.2.1 自動(dòng)制樣、集樣部分

制樣部分用于將所采取的物料破碎至一定的粒度，然后通過二級(jí)皮帶輸送至集樣器，棄料通過棄料口棄出。在采樣機(jī)的整體設(shè)計(jì)上，采樣在二層，破碎與集樣、棄料部分在一層，單獨(dú)占據(jù)一間。這樣一來，設(shè)備占據(jù)空間較大，成本高，收集樣品或更換樣桶時(shí)需頻繁往返于一、二層，增加工作量，樣品存放在一層，缺少監(jiān)管，存在一定隱患。另外，原鹽的顆粒一般較小，若再經(jīng)過破碎，不但會(huì)造成原鹽水分的損失，還會(huì)使部分粒度很小的樣品附著在破碎機(jī)上，既腐蝕設(shè)備增加成本，又造成了樣品的損失，破壞了所取樣品的代表性。再有，集樣器的樣桶為6～8個(gè)，但由于我公司汽運(yùn)量很大，廠家較多，這樣需要頻繁更換集樣桶，工作效率低。

2.2.2 強(qiáng)制清罐系統(tǒng)

樣品收集滿后，為確保下一步采樣繼續(xù)進(jìn)行，需在操作程序中進(jìn)行清空處理，即消除系統(tǒng)中的原有記憶。這一步操作很關(guān)鍵，否則可能造成樣品混淆。但在實(shí)際中，此步操作沒有任何確認(rèn)保護(hù)，且誤操作后不易發(fā)現(xiàn)。

2.3 安全方面

在采樣機(jī)采樣過程中，采樣點(diǎn)自動(dòng)確定后，通過采樣機(jī)大車及小車行走共同定位，然后，采樣頭下降進(jìn)行采樣。但如果出現(xiàn)采樣頭在采樣過程中（即采樣頭已下降至鹽層中），誤操作了大車或小車行走，將可能出現(xiàn)采樣頭損壞或這采樣機(jī)的整體受到損壞，造成設(shè)備嚴(yán)重受損甚至人員受到傷害。

3 采取的改進(jìn)措施

3.1 自動(dòng)采樣部分

3.1.1 采用觸底反彈程序

當(dāng)采樣頭進(jìn)行采樣時(shí)，一方面根據(jù)我公司最低車型設(shè)計(jì)好采樣頭下降的距離，另一方面確定好采樣頭承受的壓力，設(shè)計(jì)成觸底反彈的功能，從而確保無論何種車型均能進(jìn)行全斷面采樣，而且一旦鉆到車底為了保護(hù)取樣頭不被損壞或防止鉆壞車底，取樣桿會(huì)自動(dòng)升起（程序通過取樣桿下降高度自動(dòng)識(shí)別車底、冰層或石塊）。

3.1.2 改進(jìn)材質(zhì)、設(shè)計(jì)方案

采樣頭刀頭、螺旋葉片選用316L不銹鋼材質(zhì)，壁厚8mm，直徑159mm，采樣頭動(dòng)作速度250～300mm／s；并通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)采樣操作。這樣，既防止采樣頭因腐蝕嚴(yán)重頻繁更換的情況，又避免在樣品被提升過程中灑出。另外，在底漆方面采用耐腐蝕樹膠漆，更有效的防止設(shè)備腐蝕。

3.1.3 改進(jìn)清洗順序

在自動(dòng)采樣結(jié)束后，在程序控制上增加自動(dòng)反轉(zhuǎn)步驟，一方面可以將采樣頭內(nèi)的廢鹽清出，避免影響下一車樣品，另一方面，避免在放料的過程中，將采樣頭內(nèi)的廢樣灑在行車道上，污染現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，同時(shí)，又可省去自動(dòng)清洗的步驟，提高工作效率。

3.1.4 增大承接口開口

在原有基礎(chǔ)上，在承接口周圍按一定角度增加擋板，既不妨礙小車行走，又能避免樣品損失。

3.2 自動(dòng)制樣、集樣部分

3.2.1 自動(dòng)制樣、集樣部分

根據(jù)原鹽樣品的性質(zhì)，對(duì)采樣機(jī)整體設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)。去掉破碎部分，在滿足需要的前提下，既節(jié)省了成本，又節(jié)省了空間。另一方面，將集樣部分改在二層樣品間，使得操作間與樣品間在同一層，方便樣品的收集，更有效地對(duì)樣品進(jìn)行監(jiān)控。將集樣部分的8個(gè)樣桶改為16桶，增加桶的高度，減小桶的直徑，這樣，既節(jié)省了集樣部分占據(jù)的空間，又可以減少原鹽樣品水分的損失。

3.2.2 完善強(qiáng)制清罐系統(tǒng)

在程序設(shè)計(jì)上，對(duì)強(qiáng)制清罐操作進(jìn)行系統(tǒng)保護(hù)，此步操作需得到確認(rèn)方可執(zhí)行，從而避免了誤操作造成的后果。

3.3 改進(jìn)程序設(shè)計(jì)及操作，確保安全

一方面，通過程序設(shè)計(jì)好保護(hù)功能，即采樣頭在采樣的過程中，大車、小車不能行走；另一方面，在采樣人員的操作規(guī)程中，制定詳細(xì)的操作步驟，有效避免安全事故的發(fā)生。

4 結(jié) 語

原鹽自動(dòng)采樣機(jī)自2014年8月份投入使用以來，通過高度自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)完成車輛定位、隨機(jī)選擇采樣點(diǎn)、樣品自動(dòng)采集，自動(dòng)完成樣品的縮分、集樣和棄料返排收集等。保證了采樣工作的可靠性及準(zhǔn)確性，同時(shí)降低了采樣人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和安全風(fēng)險(xiǎn)，改善了工作環(huán)境，為原材料樣品的采取方式提供了新的思路。