煤炭采制樣裝置機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究

李傳清

摘 要：目前，煤炭供應(yīng)商使用的煤炭采制樣裝置機械，在煤炭采制樣裝置作業(yè)時，采集的煤炭樣品采樣留樣率低、棄樣率高，為此本文提出煤炭采制樣裝置機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究。研究煤炭采制樣裝置機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，通過優(yōu)化回采機構(gòu)采樣臂長度，擴大采制樣裝置機械、回采機構(gòu)的采樣范圍;增大回轉(zhuǎn)機構(gòu)回轉(zhuǎn)支撐直徑，從而增加回轉(zhuǎn)機構(gòu)的荷載;通過實驗論證分析，對比本文結(jié)構(gòu)設(shè)計與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計煤炭采樣精密度，證明本文結(jié)構(gòu)設(shè)計的有效性。

關(guān)鍵詞：煤炭采制;采樣裝置;機械結(jié)構(gòu);優(yōu)化設(shè)計

中圖分類號：F407.21 文獻標(biāo)識碼：A

煤炭是我國重要的能源之一，在人們的日常生活及社會的經(jīng)濟發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用[1]。但隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，石油資源危機的出現(xiàn)，煤炭資源對人們愈加重要，將在很長一段時間內(nèi)占據(jù)我國能源資源的主導(dǎo)地位[2]。不過由于管理水平、運輸及開采方式的不同，煤炭質(zhì)量存在極大差距，而不同的用煤單位所需要的煤炭質(zhì)量也千差萬別。因此，針對煤炭質(zhì)量進行分析具有十分重要的實用價值和現(xiàn)實意義。目前，煤炭供應(yīng)商在分析煤炭質(zhì)量時有采樣、制樣和化驗三個環(huán)節(jié)，其中采樣和制樣兩個環(huán)節(jié)統(tǒng)稱為煤炭采制樣環(huán)節(jié)。在這個環(huán)節(jié)中，煤炭供應(yīng)商普遍選擇使用煤炭采制樣裝置分析、化驗和評價煤炭樣品。但是，目前的煤炭采制樣裝置在采樣過程中，會產(chǎn)生極大的誤差率，導(dǎo)致煤炭質(zhì)量分析結(jié)果出現(xiàn)誤差，造成煤炭資源浪費。

1 研究煤炭采制樣裝置機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

1.1 優(yōu)化采樣機構(gòu)采樣臂長度

目前，采制樣裝置機械采樣機構(gòu)是由多節(jié)臂組合而成，可以自由伸縮，調(diào)整采樣機構(gòu)的采樣高度、深度、半徑。因此，根據(jù)采樣機構(gòu)的以上三個參數(shù)，優(yōu)化采制樣裝置機械采樣機構(gòu)采樣范圍[3]。因此設(shè)處于最小半徑的采樣臂連接臂長度（m）為L2，連接臂與底座重心的夾角為β ，伸縮臂的基本臂長度（m）L3為，采樣臂最大起升高度（m）為H，伸縮臂與水平的夾角為θ，則有：

在滿足（5）式的條件下，通過（4）式計算出的目標(biāo)函數(shù)L最小值，即采制樣裝置機械采樣機構(gòu)的最優(yōu)采樣范圍。

1.2 調(diào)整回轉(zhuǎn)機構(gòu)回轉(zhuǎn)支撐直徑

選取采樣臂采樣最大半徑，優(yōu)化采制樣裝置機械回轉(zhuǎn)機構(gòu)荷載[4]?；剞D(zhuǎn)機構(gòu)的回轉(zhuǎn)支撐是回轉(zhuǎn)機構(gòu)的主要承載力，因此回轉(zhuǎn)機構(gòu)的回轉(zhuǎn)支撐直徑直接影響回轉(zhuǎn)機構(gòu)的荷載。但回轉(zhuǎn)支撐直徑過大，會造成浪費，回轉(zhuǎn)支撐直徑過小，會造成回轉(zhuǎn)支撐的過早失效。因此，設(shè)采樣阻力為

在滿足（11）式的條件下，通過（10）式計算出的目標(biāo)函數(shù)Y最小值，即采制樣裝置機械最優(yōu)回轉(zhuǎn)機構(gòu)荷載，且可以承受采樣機構(gòu)以及其他機構(gòu)的重量。

2 實驗論證分析

為保證本文研究的煤炭采制樣裝置機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的有效性，需要進行實驗論證分析。針對目前煤炭采制樣裝置作業(yè)時，采制樣裝置存在的采制樣裝置機械在采樣過程中，可以通過縮分比測試采制樣裝置機械的相關(guān)性能特性，一旦采制樣裝置存在問題，通過計算縮分比即可檢測出采制樣裝置存在的問題，因此對比本文結(jié)構(gòu)設(shè)計與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計的縮分比，即分別稱量煤炭采制樣裝置機械采制樣后的留樣與棄樣，所得出的留樣與棄樣比。

在本次實驗中，采用無煙煤、焦煤和褐煤三種類型的煤炭，對三種煤炭進行采樣分析。在實驗過程中，為了減小兩種結(jié)構(gòu)設(shè)計的煤炭采制樣裝置機械分析煤炭樣品質(zhì)量時存在的誤差，提高質(zhì)量分析精度，讓三種類型的煤炭質(zhì)量比接近于1：1：1。在煤炭采制樣裝置機械采制這三種煤炭時，需要確定煤炭采制樣裝置機械的采樣周期、給料機運行間隔時間，并將確定這兩個參數(shù)值一致，即可開始實驗，本次煤炭采制樣裝置機械采制樣實驗重復(fù)五次，從而保證實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。其實驗結(jié)果如圖1所示。

從圖1中可以看出，本文結(jié)構(gòu)設(shè)計的采制樣裝置機械在采制樣煤炭時，煤炭的留樣質(zhì)量占總量質(zhì)量高，棄樣質(zhì)量較少，且經(jīng)過五次采制樣煤炭，煤炭采制樣的縮分比變化不明顯，采制樣煤炭留樣穩(wěn)定，分析出的煤炭質(zhì)量可信度高;而傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計采制樣煤炭時，煤炭的采制樣縮分比低，留樣較少，棄樣較多，且經(jīng)過五次采制樣煤炭，煤炭采制樣的縮分比變化劇烈，留樣與棄樣極其不穩(wěn)定。由此可見，本文結(jié)構(gòu)設(shè)計的采制樣裝置機械在采制樣煤炭時，采制樣裝置所采制樣的煤炭留樣率高，可以穩(wěn)定采制樣煤炭，用于煤炭質(zhì)量分析作業(yè)。

3 結(jié)語

綜上所述，煤炭資源在石油危機愈加嚴重的情況下，將占據(jù)我國能源資源的主導(dǎo)地位。因此，煤炭資源質(zhì)量問題已經(jīng)成為煤炭供應(yīng)商最為關(guān)注的一個問題，更是煤炭用戶實時關(guān)注的問題。但煤炭供應(yīng)商用來檢測煤炭質(zhì)量的采制樣裝置在采樣過程中，存在極大誤差率，嚴重影響煤炭質(zhì)量分析結(jié)果。為此，本文提出的煤炭采制樣裝置機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究這一課題具有十分重要的意義。但本文主要針對煤炭采制樣裝置機械，采樣機構(gòu)以及回轉(zhuǎn)機構(gòu)進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，并未優(yōu)化采制樣裝置機械中的制樣機構(gòu)和底盤，因此還需不斷深入研究煤炭采制樣裝置機械結(jié)構(gòu)，針對煤炭采制樣裝置機械存在的不足，不斷優(yōu)化煤炭采制樣裝置機械結(jié)構(gòu)，進而滿足煤炭供應(yīng)商對煤炭采制樣裝置機械的需求。

參考文獻

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