螺旋式機械采樣裝置的設計與應用

劉奧灝 張磊 陳凡敏 王嘉瑞 王寶玉

摘 要：針對現(xiàn)階段機械采樣裝置存在的缺陷和不足，設計了一種新型的螺旋式機械采樣裝置，適用于對火車、汽車等固定車廂的運煤方式進行燃料驗收采樣工作。該裝置的結(jié)構(gòu)和出力方式可以提高機械采樣的代表性，同時降低電機的出力，減少設備的維護成本與維護周期。通過模擬該裝置采樣動作的方式與人工參比樣進行比對，證明該裝置無系統(tǒng)偏差，為目前煤炭機械化采樣工作及相關設備的升級改造提供了一定技術指導。

關鍵詞：煤質(zhì)驗收;螺旋式;機械采樣;系統(tǒng)偏差

火力發(fā)電企業(yè)的煤質(zhì)驗收工作主要包括采樣、制樣和化驗三個階段，其中采樣操作產(chǎn)生的誤差占全部驗收工作誤差的80%以上，因此采樣操作的規(guī)范性和代表性顯得至關重要。采樣工作通常包括人工采樣和機械采樣兩種，由于人工采樣效率低下，采樣代表性不高，且需要耗費較多的人力物力，因此目前多數(shù)電廠都以機械采樣為主。對于火車、汽車等固定車廂的運煤方式，目前部分機械采樣裝置采樣時對被采煤均存在一定選擇性，且采樣頭出力普遍不足，使得采樣代表性不高，這對煤質(zhì)驗收結(jié)果產(chǎn)生了極大影響。

近年來許多研究人員[1-3]都對機械采樣設備及相關技術進行了研究，就現(xiàn)階段技術而言，不斷探索和改進目前機械采樣裝置的結(jié)構(gòu)和功能，提高相關設備的投用率、提高煤炭樣品的采樣代表性和準確性，同時降低設備的維護與維修頻率，成為了煤質(zhì)驗收領域機械化采樣工作中亟待解決的問題。

1 螺旋式機械采樣裝置的設計

針對現(xiàn)階段部分機械采樣裝置存在的缺陷和不足，設計了一種新型的螺旋式機械采樣裝置，適用于對火車、汽車等固定車廂的運煤方式進行燃料驗收采樣工作。裝置的整體示意圖見圖1。該裝置主要由電機、落料管和采樣頭三部分組成，電機的作用是控制采樣頭的運動，用于采集煤樣。落料管的作用是暫時儲存和傳輸煤樣。落料管末端有一塊豎直的擋板，擋板可以通過上下移動控制落料管末端的開關。采樣頭的示意圖見圖2。采樣頭包括套筒和套筒內(nèi)的螺旋，套筒由左右兩個半圓柱組成，在電機的出力作用下可以上下交錯移動，其底部有弧面鋸齒，用于切割下降過程接觸到的大顆粒煤樣，從而使套筒圓柱面內(nèi)的所有煤樣顆粒全部被采集至套筒內(nèi)，提高了采樣的代表性。此外，在電機的出力作用下，套筒內(nèi)的螺旋可以旋轉(zhuǎn)，從而將套筒內(nèi)的煤樣提升至頂部，最終從落料管流出。

2 螺旋式機械采樣裝置的運行流程

該裝置的運行流程見圖3。一次機械采樣過程如下：首先將螺旋式機械采樣裝置整體移動至需要進行采樣的煤層表面上方，準備就緒后開啟電機，套筒左右兩個半圓柱交錯向下移動，同時螺旋旋轉(zhuǎn)，采樣頭自煤堆上方向下運動插入煤堆。根據(jù)采樣量的需求計算出采樣頭插入煤層的深度，待采樣頭插入到指定深度后停止移動，螺旋繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，采集的煤樣被連續(xù)不斷提升至采樣頭頂部。此時落料管底部的擋板處于閉合狀態(tài)，煤樣從采樣頭頂部進入落料管。當套筒內(nèi)的全部煤樣都被運輸至落料管后，將裝置整體移動至后續(xù)的在線制樣系統(tǒng)或指定位置，落料管底部的擋板向上打開，被采煤樣落下，將煤樣收集，一次采樣過程完成。

3 螺旋式機械采樣裝置的技術特點

通過對現(xiàn)有的常見機械采制樣裝置采樣頭進行一定的加工改造，設計了一種螺旋式機械采樣裝置，使采樣頭不但可以在較小的出力條件下，更易于插入煤堆，且不會選擇性地排斥特定粒度的煤樣顆粒，從而提高煤樣采取的代表性。此外，該裝置結(jié)構(gòu)設計簡單，使用操作便捷，不但可以大大提高被采煤樣的代表性，還能有效降低采樣裝置的維護周期與成本。

4 螺旋式機械采樣裝置系統(tǒng)偏差檢驗

為了驗證螺旋式機械采樣裝置采樣結(jié)果的準確性，進一步進行裝置的系統(tǒng)偏差檢驗試驗。選用合適的工器具模擬該裝置的采樣動作在不同采樣點采集40個樣品，并在每個采樣點旁邊采集1個人工樣品，共得到40組比對樣品。對每組樣品分別檢測干基灰分（Ad），將模擬的機械采樣結(jié)果與人工采樣結(jié)果進行比對，運用統(tǒng)計學中t檢驗方法判斷系統(tǒng)偏差。試驗結(jié)果見下表。

根據(jù)上述試驗結(jié)果，計算出機采樣和參比樣的差值平均值為0.17，差值標準差為1.1182，差值中位值為0.08。根據(jù)經(jīng)驗選擇機械采制樣裝置最大允許偏倚值B為0.8%，分別判斷試驗結(jié)果與B值和0是否有顯著性差異。

4.1 與B有顯著性差異檢驗

自由度=np-1=39，根據(jù)GB/T 19494.3表12查得tβ=1.685。

tnz=B-dzszdnp=3.560

tnz>tβ，證明偏倚顯著小于B，即試驗結(jié)果證明與B值不存在實質(zhì)性偏差。

4.2 與0有顯著性差異檢驗

tz=dzszdnp=0.9640

由GB/T 19494.3表12查得，自由度=np-1=39雙尾tα=2.023，tz

5 結(jié)語

針對目前固定車廂采樣裝置存在的缺陷，設計了一種新型的適用于火車、汽車等固定車廂的運煤方式進行采樣工作的螺旋式機械采樣裝置，并通過模擬該裝置采樣動作的方式與人工參比樣進行比對，證明該裝置無系統(tǒng)偏差，為目前煤炭機械化采樣工作及相關設備的升級改造提供了一定技術指導。

參考文獻：

[1]李傳清.電廠入廠煤機械化采樣機應用研究[J].質(zhì)量與認證，2020，（7）：76-78.

[2]田浩亮.基于控制定位技術應用的汽車采樣機行程優(yōu)化探討[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟，2020，（1）：152-153.

[3]李威，李楠.門式采樣機的應用和優(yōu)缺點[J].化工管理，2019，（23）：185-186.

作者簡介：劉奧灝（1988— ），碩士研究生，中級工程師，從事煤炭檢測與燃料清潔利用研究工作。