汽車煤采樣機智能化觸底的全深度采樣解決方法

劉衛(wèi)民

[摘 ? ?要]對汽車煤采樣機螺旋下降深度分析，從機械、電氣、控制方面對采樣機進行改造，通過采樣螺旋外筒壁加裝保護支撐爪、升降電機變頻器參數(shù)調整、升降計數(shù)盤改進等措施，采樣機控制采樣螺旋下降到車廂底部，停留5 s螺旋智能化觸底上升，實現(xiàn)車廂全深度采樣，提高采樣機采樣代表性。

[關鍵詞]采樣機;采樣螺旋;采樣深度;支撐爪;觸底;全深度;智能化

[中圖分類號]TM621 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）08–00–02

[Abstract]Based on the analysis of spiral descending depth of automobile coal sampler， the sampler was reformed from mechanical， electrical and control aspects. By installing protective support claws on the outer wall of sampling screw， adjusting the parameters of lifting motor frequency converter， and improving the lifting counting panel， the sampler controlled the sampling screw to descend to the bottom of the carriage， stayed for 5 seconds， and the spiral intelligently touched the bottom and rose， The full depth sampling of the car is realized to improve the representativeness of the sampling machine.

[Keywords]sampling machine; sampling spiral; sampling depth; supporting claw; touch the bottom; full depth; intellectualization

汽車煤機械化采樣要求采樣器具操作一次或截取一次全橫斷面所有顆粒均進入采樣設備，即全斷面每顆粒都應被采入試樣中。在采取子樣時，對采樣的部位和時間均不施加任何人為的意志，能使任何部位的煤都有機會采出。一般情況下，火電廠燃煤由汽車拉運入廠時，實行車車采樣，未經采樣的車輛不允許卸煤。汽車煤采樣機已在火電廠廣泛使用，目前使用日益頻繁，裝機3 300 MW的某火電廠日均汽車拉運750輛次，單日最大能達1 260次。

采樣螺旋下降深度關系到煤樣收集重量，是影響入廠煤采樣機采樣代表性的重要因素，但運煤車型復雜車廂有長有短、底板有高有底，若不對采樣螺旋在采樣工作區(qū)域內下降深度進行控制，采樣螺旋進行全深度采樣時，采樣頭就可能碰到車箱底板，并穿透底板，從而危及設備安全，引起不安全事件。結合汽車煤采樣機的相關研究，從機械、電氣、控制方面對采樣機進行改造，采樣機控制采樣螺旋下降到車廂底部，停留5 s螺旋自動上升，實現(xiàn)采樣螺旋智能化觸底全深度采樣。

1 螺旋采樣深度

新入廠車輛測量車型數(shù)據(jù)包括車長、車寬、拉筋位置、車底高度等，錄入燃料管理數(shù)據(jù)庫，車牌和車型數(shù)據(jù)相匹配，采樣機通過車牌識別讀取車型數(shù)據(jù)，并從燃料管理系統(tǒng)獲取采樣方案，采樣螺旋按照采樣方案設定采樣坐標進行采樣，移動方向分為水平前后、水平左右、垂直上下3個方向。采樣大車、小車帶動采樣螺旋水平前后水平左右移動，升降裝置帶動采樣螺旋垂直上下移動，升降驅動方式為制動電機、減速機、變頻調速，通過鏈輪傳動帶動采樣螺旋動作。采樣螺旋下降高度從最高起始點到車廂底板，滿足采樣要求。

市場采購的汽車煤均勻性較差，且運輸?shù)能囕v復雜，車廂長短不同，車底高度不一致，從采樣代表性方面考慮，當然希望采樣螺旋下降到車廂底部，實現(xiàn)全橫截面采樣，以免遺漏底部的劣質煤而影響采樣代表性，但是采樣螺旋與煤車底板發(fā)生碰撞，采樣頭把車底板鉆透或把采樣設備頂起，造成采樣設備或車輛損壞，必須留有合適的安全距離，采樣螺旋下降到相應深度自動升起。

2 采樣深度控制

采樣螺旋上升和下降通過計數(shù)器實現(xiàn)，升降驅動裝置帶動旋轉軸轉動，旋轉軸上安裝齒輪驅動鏈條帶動采樣螺旋垂直升降。計數(shù)器由計數(shù)盤和電感式接近開關組成，計數(shù)盤安裝在旋轉軸上，是沿一定直徑圓周均勻分布一定數(shù)量圓孔的鐵質圓盤;電感式接近開關的感應頭是一個具有鐵氧體磁芯的電感線圈，只能檢測金屬體，計數(shù)盤旋轉，接近開關通過感應兩個圓孔之間的鐵質間隔進行計數(shù)，把計數(shù)盤的圓周運動轉化為采樣螺旋的垂直升降距離，如圖1所示。

采樣螺旋最大允許下降距離是在采樣機設計初期就已經確定的參數(shù)，是一個固定值。單位坐標是計數(shù)盤感應一次作為一個坐標，對應采樣螺旋下降距離，在調試時測量設定，執(zhí)行時從車型數(shù)據(jù)庫中讀取采樣車輛車底板高度，采樣機控制程序根據(jù)最大允許下降距離、車底高、安全距離自動計算采樣深度后執(zhí)行采樣，公式如下：

Y = （M-X）/K-N （1）

式中，Y為采樣螺旋下降坐標;M為螺旋從最高處下降到地面坐標;X為車廂底板到地面高度（cm）;K為單位坐標對應下降單位深度（cm/個）;N為采樣螺旋與車底板間預留安全坐標。

現(xiàn)場采樣時影響車底板高度因素有胎壓、載重量及車廂底板前后等，采樣螺旋下降深度一般預留4個安全坐標，保障設備和車輛安全。

3 采樣螺旋觸底

現(xiàn)有采樣機正常工作，為防止采樣頭鉆透車廂底板預留合適安全距離，采樣螺旋不能下降到車廂底部，這一層煤無法采樣，沒有真正實現(xiàn)全深度采樣要求。分析研究采樣機本身的機械結構、采樣流程和控制原理，從機械、電氣和控制方面進行技術改造，使采樣螺旋下降到車廂底部，螺旋接觸底板停留5 s后自動上升，實現(xiàn)車廂全深度采樣，具體改造方案如下。

（1）采樣裝置由采樣筒、采樣螺旋和采樣頭組成，采樣頭采用硬質合金耐磨材料制造，伸出采樣筒約7 cm，即使遇到大塊物料，采樣頭也能鉆取擊碎，保障采樣螺旋正常下降采樣，但采樣頭接觸車底板很容易鉆透底板。在采樣筒底四周均勻焊接4個保護支撐爪如圖2所示，支撐爪呈楔形，插入煤中阻力小，對采樣螺旋下降影響小;支撐爪底面呈方形，接觸車廂底板時，受力均勻且對車底板沖擊力小，起到支撐保護作用;支撐爪伸出采樣筒長度比采樣頭長1 cm，當支撐爪接觸車廂底板時，采樣頭不接觸底板，防止采樣頭鉆透底板。

（2）采樣機升降電機變頻器保護值設置。采樣機升降電機控制方式為外部輸入命令，采樣機控制程序通過PLC輸出命令到繼電器，繼電器觸點接入西門子M440變頻器輸入端子，由變頻器來實現(xiàn)采樣螺旋上升下降。變頻器參數(shù)P0305代表電動機額定電流，參數(shù)P0640是過載因子，以電動機額定電流（參數(shù)P0305）的[%]值表示的電動機過載電流限制，參數(shù)P0732控制數(shù)字輸出2的功能（變頻器端子21、22，內置繼電器2觸點）。P0640過載因子根據(jù)現(xiàn)場實際生產情況設定，默認值是150，P0732的值設定為53.3，代表電流大于或等于極限值時，內置繼電器2的觸點21、22閉合，21、22接入PLC輸入點。并將變頻器輸出反饋接入PLC，作為報警的輸入點，顯示報警信息。改造后采樣螺旋每個樣點都觸底，為減少采樣螺旋沖擊力，保護設備和車輛安全，參數(shù)P0640過載因子設置為120。

（3）升降計數(shù)開關。控制采樣螺旋升降深度的計數(shù)盤為直徑15 cm，開10個直徑為3 cm的圓孔，計數(shù)單位深度為3.62 cm。計數(shù)盤改為直徑35 cm，開孔直徑為3 cm，均勻分布24個圓孔，采樣螺旋升降高度不變，計數(shù)單位深度為1.68 cm，采樣深度控制精度更高。PLC通過捕捉計數(shù)開關的脈沖，為采樣機的升降提供更精確的坐標。

（4）車型信息。定期核對燃料管理系統(tǒng)車型數(shù)據(jù)庫車型信息，車型數(shù)據(jù)不準確及時更新，保證采樣程序計算采樣點坐標準確。

（5）采樣機控制程序修改。采樣機控制程序螺旋下降安全坐標（N）設置為零，下降深度坐標公式為：

（M - X）/K （2）

采樣機控制程序根據(jù)車底板高度，自動計算采樣螺旋下降到車底板深度，實現(xiàn)全橫截斷面采樣要求。

采樣機工控機將PLC所采集的升降計數(shù)開關和變頻器的輸出情況進行數(shù)據(jù)處理，采樣點的升降坐標依據(jù)車底板高度計算，采樣螺旋到達車廂底部，支撐爪與車廂底板接觸，升降電機電流增大，電流超過變頻器電流超高保護值，變頻器輸出，工控機畫面顯示黃色“采樣電流超高”報警信息，采樣螺旋停留5 s開始自動上升，該采樣點全深度煤樣全部收集，解決車廂底層煤無法收集問題，提高采樣機采樣代表性。

4 應用效果

基于采樣螺旋智能化觸底的全深度采樣解決方案，某電廠7臺入廠煤汽車采樣機全部應用，每個采樣點采樣螺旋都能下降到車廂底部，解決了入廠煤采樣機車廂底部煤不能采樣系統(tǒng)漏洞，杜絕運煤車輛劣質煤鋪底現(xiàn)象;而且，采樣機全深度采樣，提高了采樣代表性。但是采樣螺旋下降到支撐爪與車廂底板接觸，導致升降電機電流超高，保護動作采樣螺旋上升，同時車底板受到向下沖擊力產生凹凸面，不影響車輛正常使用，但車輛會晃動，開始司機比較擔心，經過多次檢查車輛無異常，逐漸接受采樣螺旋觸底采樣方式。采樣機連續(xù)運行1年多，未發(fā)生不安全現(xiàn)象，保障采樣設備和車輛安全穩(wěn)定運行，實現(xiàn)采樣螺旋全深度采樣工作目標。

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