煤炭采制样装置机械结构优化设计研究

李传清

摘 要：目前，煤炭供应商使用的煤炭采制样装置机械，在煤炭采制样装置作业时，采集的煤炭样品采样留样率低、弃样率高，为此本文提出煤炭采制样装置机械结构优化设计研究。研究煤炭采制样装置机械结构优化设计，通过优化回采机构采样臂长度，扩大采制样装置机械、回采机构的采样范围;增大回转机构回转支撑直径，从而增加回转机构的荷载;通过实验论证分析，对比本文结构设计与传统结构设计煤炭采样精密度，证明本文结构设计的有效性。

关键词：煤炭采制;采样装置;机械结构;优化设计

中图分类号：F407.21 文献标识码：A

煤炭是我国重要的能源之一，在人们的日常生活及社会的经济发展中起着至关重要的作用[1]。但随着社会经济的发展，石油资源危机的出现，煤炭资源对人们愈加重要，将在很长一段时间内占据我国能源资源的主导地位[2]。不过由于管理水平、运输及开采方式的不同，煤炭质量存在极大差距，而不同的用煤单位所需要的煤炭质量也千差万别。因此，针对煤炭质量进行分析具有十分重要的实用价值和现实意义。目前，煤炭供应商在分析煤炭质量时有采样、制样和化验三个环节，其中采样和制样两个环节统称为煤炭采制样环节。在这个环节中，煤炭供应商普遍选择使用煤炭采制样装置分析、化验和评价煤炭样品。但是，目前的煤炭采制样装置在采样过程中，会产生极大的误差率，导致煤炭质量分析结果出现误差，造成煤炭资源浪费。

1 研究煤炭采制样装置机械结构优化设计

1.1 优化采样机构采样臂长度

目前，采制样装置机械采样机构是由多节臂组合而成，可以自由伸缩，调整采样机构的采样高度、深度、半径。因此，根据采样机构的以上三个参数，优化采制样装置机械采样机构采样范围[3]。因此设处于最小半径的采样臂连接臂长度（m）为L2，连接臂与底座重心的夹角为β ，伸缩臂的基本臂长度（m）L3为，采样臂最大起升高度（m）为H，伸缩臂与水平的夹角为θ，则有：

在满足（5）式的条件下，通过（4）式计算出的目标函数L最小值，即采制样装置机械采样机构的最优采样范围。

1.2 调整回转机构回转支撑直径

选取采样臂采样最大半径，优化采制样装置机械回转机构荷载[4]。回转机构的回转支撑是回转机构的主要承载力，因此回转机构的回转支撑直径直接影响回转机构的荷载。但回转支撑直径过大，会造成浪费，回转支撑直径过小，会造成回转支撑的过早失效。因此，设采样阻力为

在满足（11）式的条件下，通过（10）式计算出的目标函数Y最小值，即采制样装置机械最优回转机构荷载，且可以承受采样机构以及其他机构的重量。

2 实验论证分析

为保证本文研究的煤炭采制样装置机械结构优化设计的有效性，需要进行实验论证分析。针对目前煤炭采制样装置作业时，采制样装置存在的采制样装置机械在采样过程中，可以通过缩分比测试采制样装置机械的相关性能特性，一旦采制样装置存在问题，通过计算缩分比即可检测出采制样装置存在的问题，因此对比本文结构设计与传统结构设计的缩分比，即分别称量煤炭采制样装置机械采制样后的留样与弃样，所得出的留样与弃样比。

在本次实验中，采用无烟煤、焦煤和褐煤三种类型的煤炭，对三种煤炭进行采样分析。在实验过程中，为了减小两种结构设计的煤炭采制样装置机械分析煤炭样品质量时存在的误差，提高质量分析精度，让三种类型的煤炭质量比接近于1：1：1。在煤炭采制样装置机械采制这三种煤炭时，需要确定煤炭采制样装置机械的采样周期、给料机运行间隔时间，并将确定这两个参数值一致，即可开始实验，本次煤炭采制样装置机械采制样实验重复五次，从而保证实验结果的准确性。其实验结果如图1所示。

从图1中可以看出，本文結构设计的采制样装置机械在采制样煤炭时，煤炭的留样质量占总量质量高，弃样质量较少，且经过五次采制样煤炭，煤炭采制样的缩分比变化不明显，采制样煤炭留样稳定，分析出的煤炭质量可信度高;而传统结构设计采制样煤炭时，煤炭的采制样缩分比低，留样较少，弃样较多，且经过五次采制样煤炭，煤炭采制样的缩分比变化剧烈，留样与弃样极其不稳定。由此可见，本文结构设计的采制样装置机械在采制样煤炭时，采制样装置所采制样的煤炭留样率高，可以稳定采制样煤炭，用于煤炭质量分析作业。

3 结语

综上所述，煤炭资源在石油危机愈加严重的情况下，将占据我国能源资源的主导地位。因此，煤炭资源质量问题已经成为煤炭供应商最为关注的一个问题，更是煤炭用户实时关注的问题。但煤炭供应商用来检测煤炭质量的采制样装置在采样过程中，存在极大误差率，严重影响煤炭质量分析结果。为此，本文提出的煤炭采制样装置机械结构优化设计研究这一课题具有十分重要的意义。但本文主要针对煤炭采制样装置机械，采样机构以及回转机构进行结构优化设计，并未优化采制样装置机械中的制样机构和底盘，因此还需不断深入研究煤炭采制样装置机械结构，针对煤炭采制样装置机械存在的不足，不断优化煤炭采制样装置机械结构，进而满足煤炭供应商对煤炭采制样装置机械的需求。

参考文献

[1] 范瑞奇，陈云峰，邱广雷.PCZ型采样装置在斜沟煤矿选煤厂的应用[J].山西焦煤科技，2019，43（12）：48-51，55.

[2] 刘福国，崔福兴.电厂锅炉入炉煤采制样不确定度分析与模拟[J].计量学报，2019，40（04）：603-609.

[3] 郭清杰.智能化采制样技术趋向及应用探析[J].煤质技术，2019，34（03）：23-26.

[4] 姜水军.刮板机下方原煤采制样一体机的设计与应用[J].洁净煤技术，2018，24（S2）：86-89.