掛斗縮分機(jī)零點偏移技術(shù)分析

四川廣安發(fā)電有限責(zé)任公司 文福濤

四川廣安發(fā)電有限責(zé)任公司配備有七臺型號為IVS-SNHDGAIII-IQC-SSY-2800的機(jī)械螺桿采樣裝置，系統(tǒng)配備有GJF600型骨架粉碎機(jī)和XZMS500-B-00型刮斗式縮分機(jī)，設(shè)備制造廠家為青島三能電力設(shè)備有限公司，其二次縮分裝置采用的是帶有掃刮器的縮分裝置，其縮分比可調(diào)，通過縮分后進(jìn)入旋轉(zhuǎn)接料機(jī)中的集樣桶收集，采樣完畢后得到一個具有代表性的煤樣。2021年以來公司各臺機(jī)械采樣裝置的縮分機(jī)都不同程度存在零點漂移現(xiàn)象，縮分機(jī)掛斗停留在皮帶中間，導(dǎo)致掛斗不能刮取全端面煤流，同樣，來煤量的情況煤樣留樣量減少，影響到煤樣的完整性和代表性。

1 入廠煤采制樣的一般原則

1.1 煤炭采制樣

原煤采制樣目的是采取有代表性的樣品，以樣品的品質(zhì)、特性代表整批煤的品質(zhì)、特性。采制樣的基本流程，是通過采樣設(shè)備從整批煤中按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)多點收集一定數(shù)量的部份煤樣，形成初級子樣，然后將各初級子樣直接合并或縮分后合并成一個總樣，最后將此總樣經(jīng)制樣流程制備成所要求數(shù)目、質(zhì)量和類型的煤樣。

采樣的基本要求，是被采樣批煤的所有顆粒都能進(jìn)入采樣設(shè)備，采樣設(shè)備的開口直徑不得小于標(biāo)稱粒度的3倍，每一個顆粒都有相等的機(jī)率被采中。為保證所得試樣試驗結(jié)果的精密度符合要求，采樣時應(yīng)考慮以下因素：從該批煤中采取的總樣數(shù)目；每個總樣的子樣數(shù)目及子樣的質(zhì)量；與標(biāo)稱最大粒度相應(yīng)的試樣質(zhì)量；煤的變異性。

為滿足采樣的基本要求大多采用機(jī)械采樣，機(jī)械采樣方式有移動煤流采樣方法或靜止煤采樣方法，都須對其進(jìn)行精密度測定和偏倚試驗。精密度是指對同一種煤按規(guī)定方法進(jìn)行無數(shù)次采樣，其測定值之間的分散程度，測定值的分散程度愈大采樣精密度愈差。一個單個結(jié)果對“真值”的絕對偏倚是不可能測定的，而只能對該試驗結(jié)果的精密度做一估算。對同一批煤進(jìn)行系列測定所得結(jié)果間的彼此符合程度就是精密度，而這系列測定結(jié)果的平均值對應(yīng)可接受的參比值的偏離程度就是偏倚（見GB/T19494.3煤炭機(jī)械化采樣 精密度測定和偏倚試驗），合格后方能使用。

1.2 樣品的縮分

一般通過采樣設(shè)備得到的煤樣量較大，需進(jìn)行縮分?？s分是制樣最關(guān)鍵的程序，目的在于減少試樣量。試樣縮分可用機(jī)械的方法在線或離線進(jìn)行，也可用人工方法進(jìn)行，但優(yōu)先采用機(jī)械的方法縮分，以最大限度地減小為誤差。機(jī)械縮分是以切割試樣的方式從試樣中取出一部分或若干部分。當(dāng)試樣一次縮分后的質(zhì)量大于要求量時，可將縮分后試樣用原縮分機(jī)或下一個縮分機(jī)作進(jìn)一步縮分，當(dāng)試樣明顯潮濕、不能順利通過縮分機(jī)或沾粘縮分機(jī)表面時，應(yīng)在縮分前進(jìn)行空氣干燥。當(dāng)機(jī)械縮分使試樣完整性破壞，如水分損失、粒度離析等時，應(yīng)用人工方法縮分，但應(yīng)小心操作，因人工方法本身可能會造成偏倚，特別是當(dāng)縮分煤量較大時。

1.2.1 機(jī)械縮分方法

可對未被破碎的單個子樣或總樣進(jìn)行，也可將子樣或總樣破碎到一定粒度時進(jìn)行?？s分方式有定質(zhì)量縮分或定比縮分兩種，常采用定比縮分的方式，實現(xiàn)比較簡單易行。

1.2.2 人工縮分方法

有二分器法、九點取樣法、堆堆四分法、條帶截取法、棋盤法等。二分器是一種簡單而有效的縮分機(jī)，由兩組相對交叉排列的格槽及接收器組成，兩側(cè)格槽數(shù)相等，每側(cè)至少8個，格槽開口尺寸至少為試樣標(biāo)稱最大粒度的3倍，格槽對水平面的斜度不小于60°，縮分時應(yīng)使試樣呈柱狀沿二分器長度來回擺動供入格槽。供料要均勻并控制供料速度，勿使試樣集中于某一端，勿發(fā)生格糟阻塞。當(dāng)縮分需分幾步或幾次通過二分器時，各步或各次通過后應(yīng)交替地從兩側(cè)接收器中收取留樣。

2 采樣機(jī)系統(tǒng)工作原理

2.1 采樣機(jī)

2.1.1 用途和特點

IVS汽車入廠煤采樣機(jī)是采、制樣系統(tǒng)的主要設(shè)備，主要用于汽車煤的采樣。該采樣機(jī)由架體、采樣系統(tǒng)、動力系統(tǒng)及自動控制系統(tǒng)組成，電控部分采用PLC可編程序控制器，通過計算機(jī)系統(tǒng)集中控制，可實現(xiàn)對采樣過程的自動化程序控制。

2.1.2 工作原理

IVS汽車入廠煤采樣機(jī)，是在可編程控制器的控制下，電機(jī)由變頻器控制，帶動大小行車運行到指定位置后，由采樣系統(tǒng)上下運動，取到一段完整的豎截體煤樣后，在變頻器控制下繼續(xù)平穩(wěn)運行至采樣機(jī)的起始位置，從而完成一次采樣動作。然后將采到的子樣通過落料口進(jìn)入破碎縮分系統(tǒng)，所取煤樣的各項參數(shù)符合GB/T19494.1-2004《煤炭機(jī)械化采樣》的要求。

2.2 骨架粉碎機(jī)

主要用途和結(jié)構(gòu)：骨架粉碎機(jī)主要用于煤樣的破碎，便于煤樣的縮分。它由骨架、機(jī)殼、轉(zhuǎn)子總成、底座和動力支座組成（圖1）；工作原理：該機(jī)立軸上設(shè)置有雙層錘頭和多層切刀，由進(jìn)料斗進(jìn)來的物料利用物料自重均勻給入，在自由墜落的過程中，首先被上層高速運行的錘頭沖擊，物料被擊向反擊板，反擊板再將物料反彈向錘頭和切刀，隨物料的自重向錘頭、切刀和反擊板之間的沖撞，使物料粉碎，被粉碎的物料由底部排出機(jī)外。

2.3 煤樣縮分機(jī)

2.3.1 用途和結(jié)構(gòu)

煤樣縮分機(jī)是采、制樣系統(tǒng)的主要設(shè)備，主要用于煤樣的縮分。電控部分采用了PLC可編程序控制器，通過計算機(jī)系統(tǒng)集中控制，可實現(xiàn)對煤樣縮分的自動化程序控制（圖2）。

2.3.2 工作原理

機(jī)械采樣系統(tǒng)的全斷面采樣機(jī)械手采取到初級子樣后，經(jīng)給料皮帶通過破碎機(jī)破碎后，進(jìn)入到輸送皮帶，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到輸送皮帶上的煤流信號，通過可編程序控制器向縮分機(jī)發(fā)出運行指令，縮分機(jī)接到指令后由電機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)掛斗自上向下運動，縮分機(jī)的掃刮器在電機(jī)的帶動下高速轉(zhuǎn)動，在皮帶機(jī)上截取一段完整的橫向截面的煤樣，經(jīng)落煤管將縮取的煤樣輸送到密閉式子樣桶內(nèi)。余煤直接落入下道工序，返回輸煤系統(tǒng)，縮分機(jī)旋轉(zhuǎn)一周后（3600），縮分機(jī)圓周上布置的光電開關(guān)發(fā)出系統(tǒng)停止指令，通過可編程序控制器向縮分機(jī)發(fā)出停運指令、縮分機(jī)停運。通過可編程序控制器設(shè)定的時間間隔，對縮分機(jī)的動作次數(shù)進(jìn)行控制，對煤樣的縮分比進(jìn)行控制，從而實現(xiàn)對煤樣的縮分。

2.3.3 工作特點

掃刮式縮分機(jī)是機(jī)械采樣系統(tǒng)的重要設(shè)備，主要用于煤樣的縮分，它采用皮帶刮掃式可調(diào)縮分比裝置，結(jié)構(gòu)簡單緊湊、占用空間小，主要用于現(xiàn)場高度空間小的場所，其具有縮分精度高、縮分比調(diào)節(jié)范圍大、工作可靠等特點。該機(jī)旋轉(zhuǎn)速度快、后板傾角大、不易粘附，接料斗及落料管均采用不銹鋼制作，有效地防止堵塞現(xiàn)象的發(fā)生并能確保其使用壽命。整機(jī)外部進(jìn)行密封包裝，無粉塵飛揚?？s分后的留樣進(jìn)入留樣分礦機(jī)的料桶人工收集，棄料通過皮帶輸送機(jī)進(jìn)入棄料斗。

2.4 存在的問題

該系統(tǒng)運行初期，控制靈活、人員操作簡單、采樣機(jī)采取全深度煤樣、截取全斷面煤流，樣品代表性高。運行一段時間后，發(fā)現(xiàn)采樣系統(tǒng)子樣留樣量顯著減少，通過對來煤的目測數(shù)據(jù)分析，來煤的粒度、水分等沒有明顯變化，系統(tǒng)采樣頭、破碎機(jī)、皮帶機(jī)等設(shè)備檢查，未發(fā)現(xiàn)明顯問題。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，縮分機(jī)動作一次后，其掛斗停留位置不固定，掛斗常會停留在輸送皮帶斷面內(nèi)四分之一或中部位置，發(fā)生了零點偏移，下一次動作時只能刮到輸送皮帶上的部分煤樣，不能截取輸送皮帶全斷面的煤樣，導(dǎo)致系統(tǒng)子樣留樣量減少、也降低了留樣的代表性。由此可見，系統(tǒng)子樣留樣量顯著減少的主要原因是縮分器的零點發(fā)生了偏移。

3 縮分機(jī)零點漂移原因及改進(jìn)措施

采樣操作方式的影響。該系統(tǒng)操作方式有全自動、半自動、手動三種控制方式，在切換不同運行方式下，縮分機(jī)仍然會發(fā)生零點漂移；縮分機(jī)動作時間長，縮分次數(shù)不足。該縮分機(jī)運作時間可在3秒至7秒中選擇，在3、5、6、7秒動作時間間隔進(jìn)行調(diào)試運行，縮分機(jī)仍然會發(fā)生零點漂移；煤樣未破碎，存在顆粒狀煤矸石造成卡澀。機(jī)械采樣系統(tǒng)采取到煤樣后，先通過破碎機(jī)進(jìn)行破碎，其出料的粒度小于13mm，對系統(tǒng)經(jīng)過反復(fù)觀察，漂移時不存在大顆粒狀煤矸石卡澀現(xiàn)象，在更換破碎機(jī)錘頭后仍經(jīng)常性發(fā)生零點漂移，排除大顆粒煤矸石卡澀的影響。

縮分機(jī)圓周光電開光設(shè)置位置不合理。光電開光與感應(yīng)塊的感應(yīng)距離為6mm，距離適當(dāng)、符合要求，通電檢查開關(guān)工作正常；檢查光電開光安裝牢固，無振動、松動現(xiàn)象，無異物接近光電開關(guān)；運行中觀察固定接近開關(guān)的支架要牢固，設(shè)備運行中無振動、無抖動現(xiàn)象。通過對光電開關(guān)位置反復(fù)調(diào)整，掃刮器零點漂移的問題仍然存在，說明光電開關(guān)的安裝位置對縮分機(jī)零點漂移影響不大。

縮分機(jī)刮斗兩邊重量不平衡，轉(zhuǎn)動時不平衡力矩大。該掃刮器由電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度快，掛斗旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的偏心力矩較大，離邊的線速度較高，失去動力時慣性力矩大、不易制動，且易導(dǎo)致剎車片磨損；縮分機(jī)掛斗內(nèi)積煤過多。對縮分器掛斗內(nèi)積煤清理干凈后，原煤樣水分較低的情況下縮分機(jī)仍會發(fā)生零點漂移；電機(jī)剎車裝置磨損老化，間隙過大。維護(hù)人員對掃刮器電機(jī)剎車裝置的間隙進(jìn)行調(diào)整和更換，初始運行時發(fā)生零點漂移的問題有所改善，但基本上每周都要檢查維護(hù)一次，加之現(xiàn)場空間狹小、環(huán)境惡劣，緊力調(diào)整頻繁且很不方便，勞動強(qiáng)度大。

綜上：該縮分機(jī)由于其轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)的偏心力矩過大，加速了電機(jī)剎車片的磨損，是該縮分器存在零點漂移的主要原因。

在縮分機(jī)掛斗動作機(jī)構(gòu)掛斗力臂直徑方向上反向延長加裝平衡塊。具體做法是：松開掛斗電機(jī)剎車裝置，在對側(cè)加裝配重塊，保持旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)靜止下的轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)兩邊重力矩平衡。首先掛斗精準(zhǔn)定位，保持掛斗維持在初始角度（零位）。當(dāng)掛斗初始位置發(fā)生較小偏移時，平衡塊產(chǎn)生的偏心轉(zhuǎn)力矩使機(jī)構(gòu)能自動恢復(fù)到初始位置。力臂加裝平衡塊的位置可調(diào)整并有卡槽固定，能根據(jù)縮分皮帶的煤量大小和刮斗的磨損進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整；定期對縮分機(jī)電機(jī)剎車進(jìn)行檢查調(diào)整，更新縮分機(jī)電機(jī)剎車維護(hù)的周期，保證剎車制動可靠。

對該型式的縮分機(jī)加裝平衡塊后，經(jīng)反復(fù)試驗，系統(tǒng)動作靈活，縮分機(jī)能停留初始位置、無惰走現(xiàn)象，達(dá)到預(yù)期效果，經(jīng)半年的運行觀察未發(fā)生零點偏移現(xiàn)象。由于偏心力矩的大幅減少，制動力矩降低、電機(jī)剎車片磨損量減少，電機(jī)剎車維護(hù)周期由原來一周檢查一次改為半年一次，大大降低了維護(hù)工作量。

結(jié)論：通過對掃刮式縮分機(jī)零點偏移技術(shù)分析，找到了該型號掛斗縮分機(jī)零點偏移的真實原因，并在此基礎(chǔ)上提出了改進(jìn)措施，提高了煤樣的代表性；另一方面也從根本上解決了電機(jī)剎車片磨損問題，降低了工人的勞動強(qiáng)度，為解決類似縮分機(jī)的同類問題具有普遍借鑒意義。