自动采样机在原盐采样中的应用与改进

高 扬，谢秋利，杨海生，张宝娟

（唐山三友化工股份有限公司，河北 唐山 063305）

原盐是唐山三友纯碱公司用量最大的原材料，其质量的好坏直接关系到消耗、成本等多个方面。我公司汽运盐所占的比例较大，涉及多家供货商，原有的原盐采样方式为人工采样，即在卸车过程中人工采取，由于车辆多，货场范围大，人工采样只能采用按比例随机抽取的方式，取样代表性较差，质量控制难度大。加之货场车辆较多，安全隐患较大。

为进一步加大对原盐的质量控制，我公司在纯碱行业开启采样机自动采取原盐样品的先河，由设备厂家量身定制出符合我公司要求的原盐采样机，实现对汽运盐进行车车取样，并对取样过程进行全过程、全方位有效监督。

1 一般采样机系统概述

1.1 系统组成

系统整机设备主要由汽车自动定位系统、自动采样、制样、样品收集、弃料返排、主控计算机、PLC、变频器及控制软件等系统组成。

桥式汽车全自动机械采样系统主要由整机设备操作控制间、制样间、钢结构框架、机械螺旋采样装置、汽车自动定位系统、语音提示及监控系统、自动图像定位系统、自动制样系统、主控计算机、PLC、变频器及控制软件等组成。

1.2 工作原理

当汽车运输车辆进入采样区域后，车辆自动图像及超声波定位系统对车辆所在位置进行自动检测拍照测距识别，得到汽车车厢相关参数，并传递给主控计算机。主控计算机根据车厢参数，自动在车厢区域内生成数个随机采样点采样，采样点车车不同，随机性强。主控计算机选择好采样方式，机械取样装置在随机生成的采样点取样，并自动控制制样设备自动完成样品的缩分、样品收集、弃料返排到弃料仓内。

全断面采样机采到的物料样品在采样筒的头部进行储存，全断面采样头连续采完设定点数后集中倒料一次，按照程序设定的点数全部采集完成后，大车小车自动恢复原点。

取样完毕后，取样机将所采物料倒入一级皮带接料斗，物料经过料斗进入一级皮带输送机上的布料器将样品料均匀摊铺，再经除铁器把混入物料中的金属异物排除后均匀进行缩分，一部分进入样品收集器，另一部分通过二级皮带进入弃料仓内。

2 存在的问题及分析

2.1 自动采样部分

2.1.1 采样机下降深度

一般采样机根据不同车型设置好固定的采样深度。但由于我公司运输原盐车型较多，且多数车辆进行过改造，若采用单一采样深度，不能确保样品的代表性，存在一定隐患。

2.1.2 采样机采样头设计

采样头具有切割、破碎、缩分的功能，一般采用刀头破碎、螺旋叶片提升、电机驱动的螺旋钻取式采样头，材质为普通不锈钢。但由于原盐的腐蚀性极强，且原盐样品的粒度和硬度一般不是很大，若采用原有的采样头，设备腐蚀严重、增加成本，且在采样过程中会造成颗粒小的原盐在采样头螺旋与采样头套筒的缝隙间洒落，使样品失去代表性，甚至产生很大偏差。

2.1.3 采样机自动清洗程序

为确保采样机所采的每一车样品不受前一车样品的污染和影响，自动采样机设有自动清洗功能。但鉴于我公司汽运量很大，如果每一车都增加一点自动清洗，会延长采样时间，不利于提高工作效率。

2.1.4 放料部分

样品采完后自动放入一级皮带料口，然后由一级皮带输送至二级皮带，经缩分后放入集样器。由于我公司原盐货场场地开阔，且我公司所处地理位置造成货场风力较大，在样品的下落过程中，受风力影响，很容易造成物料飞洒。

2.2 自动制样、集样部分

2.2.1 自动制样、集样部分

制样部分用于将所采取的物料破碎至一定的粒度，然后通过二级皮带输送至集样器，弃料通过弃料口弃出。在采样机的整体设计上，采样在二层，破碎与集样、弃料部分在一层，单独占据一间。这样一来，设备占据空间较大，成本高，收集样品或更换样桶时需频繁往返于一、二层，增加工作量，样品存放在一层，缺少监管，存在一定隐患。另外，原盐的颗粒一般较小，若再经过破碎，不但会造成原盐水分的损失，还会使部分粒度很小的样品附着在破碎机上，既腐蚀设备增加成本，又造成了样品的损失，破坏了所取样品的代表性。再有，集样器的样桶为6～8个，但由于我公司汽运量很大，厂家较多，这样需要频繁更换集样桶，工作效率低。

2.2.2 强制清罐系统

样品收集满后，为确保下一步采样继续进行，需在操作程序中进行清空处理，即消除系统中的原有记忆。这一步操作很关键，否则可能造成样品混淆。但在实际中，此步操作没有任何确认保护，且误操作后不易发现。

2.3 安全方面

在采样机采样过程中，采样点自动确定后，通过采样机大车及小车行走共同定位，然后，采样头下降进行采样。但如果出现采样头在采样过程中（即采样头已下降至盐层中），误操作了大车或小车行走，将可能出现采样头损坏或这采样机的整体受到损坏，造成设备严重受损甚至人员受到伤害。

3 采取的改进措施

3.1 自动采样部分

3.1.1 采用触底反弹程序

当采样头进行采样时，一方面根据我公司最低车型设计好采样头下降的距离，另一方面确定好采样头承受的压力，设计成触底反弹的功能，从而确保无论何种车型均能进行全断面采样，而且一旦钻到车底为了保护取样头不被损坏或防止钻坏车底，取样杆会自动升起（程序通过取样杆下降高度自动识别车底、冰层或石块）。

3.1.2 改进材质、设计方案

采样头刀头、螺旋叶片选用316L不锈钢材质，壁厚8mm，直径159mm，采样头动作速度250～300mm／s；并通过电机驱动实现采样操作。这样，既防止采样头因腐蚀严重频繁更换的情况，又避免在样品被提升过程中洒出。另外，在底漆方面采用耐腐蚀树胶漆，更有效的防止设备腐蚀。

3.1.3 改进清洗顺序

在自动采样结束后，在程序控制上增加自动反转步骤，一方面可以将采样头内的废盐清出，避免影响下一车样品，另一方面，避免在放料的过程中，将采样头内的废样洒在行车道上，污染现场环境，同时，又可省去自动清洗的步骤，提高工作效率。

3.1.4 增大承接口开口

在原有基础上，在承接口周围按一定角度增加挡板，既不妨碍小车行走，又能避免样品损失。

3.2 自动制样、集样部分

3.2.1 自动制样、集样部分

根据原盐样品的性质，对采样机整体设计进行改进。去掉破碎部分，在满足需要的前提下，既节省了成本，又节省了空间。另一方面，将集样部分改在二层样品间，使得操作间与样品间在同一层，方便样品的收集，更有效地对样品进行监控。将集样部分的8个样桶改为16桶，增加桶的高度，减小桶的直径，这样，既节省了集样部分占据的空间，又可以减少原盐样品水分的损失。

3.2.2 完善强制清罐系统

在程序设计上，对强制清罐操作进行系统保护，此步操作需得到确认方可执行，从而避免了误操作造成的后果。

3.3 改进程序设计及操作，确保安全

一方面，通过程序设计好保护功能，即采样头在采样的过程中，大车、小车不能行走；另一方面，在采样人员的操作规程中，制定详细的操作步骤，有效避免安全事故的发生。

4 结 语

原盐自动采样机自2014年8月份投入使用以来，通过高度自动化实现了自动完成车辆定位、随机选择采样点、样品自动采集，自动完成样品的缩分、集样和弃料返排收集等。保证了采样工作的可靠性及准确性，同时降低了采样人员的劳动强度和安全风险，改善了工作环境，为原材料样品的采取方式提供了新的思路。