螺旋式机械采样装置的设计与应用

刘奥灏 张磊 陈凡敏 王嘉瑞 王宝玉

摘 要：针对现阶段机械采样装置存在的缺陷和不足，设计了一种新型的螺旋式机械采样装置，适用于对火车、汽车等固定车厢的运煤方式进行燃料验收采样工作。该装置的结构和出力方式可以提高机械采样的代表性，同时降低电机的出力，减少设备的维护成本与维护周期。通过模拟该装置采样动作的方式与人工参比样进行比对，证明该装置无系统偏差，为目前煤炭机械化采样工作及相关设备的升级改造提供了一定技术指导。

关键词：煤质验收;螺旋式;机械采样;系统偏差

火力发电企业的煤质验收工作主要包括采样、制样和化验三个阶段，其中采样操作产生的误差占全部验收工作误差的80%以上，因此采样操作的规范性和代表性显得至关重要。采样工作通常包括人工采样和机械采样两种，由于人工采样效率低下，采样代表性不高，且需要耗费较多的人力物力，因此目前多数电厂都以机械采样为主。对于火车、汽车等固定车厢的运煤方式，目前部分机械采样装置采样时对被采煤均存在一定选择性，且采樣头出力普遍不足，使得采样代表性不高，这对煤质验收结果产生了极大影响。

近年来许多研究人员[1-3]都对机械采样设备及相关技术进行了研究，就现阶段技术而言，不断探索和改进目前机械采样装置的结构和功能，提高相关设备的投用率、提高煤炭样品的采样代表性和准确性，同时降低设备的维护与维修频率，成为了煤质验收领域机械化采样工作中亟待解决的问题。

1 螺旋式机械采样装置的设计

针对现阶段部分机械采样装置存在的缺陷和不足，设计了一种新型的螺旋式机械采样装置，适用于对火车、汽车等固定车厢的运煤方式进行燃料验收采样工作。装置的整体示意图见图1。该装置主要由电机、落料管和采样头三部分组成，电机的作用是控制采样头的运动，用于采集煤样。落料管的作用是暂时储存和传输煤样。落料管末端有一块竖直的挡板，挡板可以通过上下移动控制落料管末端的开关。采样头的示意图见图2。采样头包括套筒和套筒内的螺旋，套筒由左右两个半圆柱组成，在电机的出力作用下可以上下交错移动，其底部有弧面锯齿，用于切割下降过程接触到的大颗粒煤样，从而使套筒圆柱面内的所有煤样颗粒全部被采集至套筒内，提高了采样的代表性。此外，在电机的出力作用下，套筒内的螺旋可以旋转，从而将套筒内的煤样提升至顶部，最终从落料管流出。

2 螺旋式机械采样装置的运行流程

该装置的运行流程见图3。一次机械采样过程如下：首先将螺旋式机械采样装置整体移动至需要进行采样的煤层表面上方，准备就绪后开启电机，套筒左右两个半圆柱交错向下移动，同时螺旋旋转，采样头自煤堆上方向下运动插入煤堆。根据采样量的需求计算出采样头插入煤层的深度，待采样头插入到指定深度后停止移动，螺旋继续旋转，采集的煤样被连续不断提升至采样头顶部。此时落料管底部的挡板处于闭合状态，煤样从采样头顶部进入落料管。当套筒内的全部煤样都被运输至落料管后，将装置整体移动至后续的在线制样系统或指定位置，落料管底部的挡板向上打开，被采煤样落下，将煤样收集，一次采样过程完成。

3 螺旋式机械采样装置的技术特点

通过对现有的常见机械采制样装置采样头进行一定的加工改造，设计了一种螺旋式机械采样装置，使采样头不但可以在较小的出力条件下，更易于插入煤堆，且不会选择性地排斥特定粒度的煤样颗粒，从而提高煤样采取的代表性。此外，该装置结构设计简单，使用操作便捷，不但可以大大提高被采煤样的代表性，还能有效降低采样装置的维护周期与成本。

4 螺旋式机械采样装置系统偏差检验

为了验证螺旋式机械采样装置采样结果的准确性，进一步进行装置的系统偏差检验试验。选用合适的工器具模拟该装置的采样动作在不同采样点采集40个样品，并在每个采样点旁边采集1个人工样品，共得到40组比对样品。对每组样品分别检测干基灰分（Ad），将模拟的机械采样结果与人工采样结果进行比对，运用统计学中t检验方法判断系统偏差。试验结果见下表。

根据上述试验结果，计算出机采样和参比样的差值平均值为0.17，差值标准差为1.1182，差值中位值为0.08。根据经验选择机械采制样装置最大允许偏倚值B为0.8%，分别判断试验结果与B值和0是否有显著性差异。

4.1 与B有显著性差异检验

自由度=np-1=39，根据GB/T 19494.3表12查得tβ=1.685。

tnz=B-dzszdnp=3.560

tnz>tβ，证明偏倚显著小于B，即试验结果证明与B值不存在实质性偏差。

4.2 与0有显著性差异检验

tz=dzszdnp=0.9640

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

5 结语

针对目前固定车厢采样装置存在的缺陷，设计了一种新型的适用于火车、汽车等固定车厢的运煤方式进行采样工作的螺旋式机械采样装置，并通过模拟该装置采样动作的方式与人工参比样进行比对，证明该装置无系统偏差，为目前煤炭机械化采样工作及相关设备的升级改造提供了一定技术指导。

参考文献：

[1]李传清.电厂入厂煤机械化采样机应用研究[J].质量与认证，2020，（7）：76-78.

[2]田浩亮.基于控制定位技术应用的汽车采样机行程优化探讨[J].内蒙古煤炭经济，2020，（1）：152-153.

[3]李威，李楠.门式采样机的应用和优缺点[J].化工管理，2019，（23）：185-186.

作者简介：刘奥灏（1988— ），硕士研究生，中级工程师，从事煤炭检测与燃料清洁利用研究工作。