入场煤机械化采制样装置的制作方法

专利名称：入场煤机械化采制样装置的制作方法
专利说明
一、技术领域本实用新型涉及一种用于火车/汽车顶部煤样入场煤采样装置，具体的说是一种入场煤机械化采制样装置。
目前所使用的产品普遍存在以下缺陷1)个别厂生产的入场煤自动化采制样装置，其龙门大车沿地面轨道行走，需专门敷设钢轨，基础投资高，不安全。在沈阳电厂安装的设备，一直未能正常投运。
2)目前的产品自动控制水平低，根本无法实现自动控制，其控制系统的硬件配置过于简单。现在秦皇岛安装的一台设备，计算机系统已完全拆走，只能靠手动操作，因此，一节车厢只能采一点，且其钻头取样深度不够。
3)某些厂家生产的类似产品采用插入式取样头，插入式取样头容易损坏，且不能插太深。而火车厢深度为2米，插入式取样头不能实现任意深度的取样。这些都给使用带来不便。为此，非常有必要研制开发机械化、自动化采煤样装置。
本实用新型采用的技术方案是该入场煤机械化采制样装置，包括一结构为龙门式并可行走的大车1大车1由主动车轮、被动车轮，横梁上有小车运行的轨道和走台，大车车轮上安装有一个对大车行走时纵向行程进行计数的光电编码器，在大车下面，吊装行走平台，平台一端是上下通道，另一端有一操作控制室，操作控制室装有工控机、PLC、控制台等；一在大车横梁上的轨道行走的小车2小车2为箱形框架结构，主要由主动车轮、被动车轮、小车的运行的齿轮减速电机、电磁制动器等组成；还设置有用于测量小车横向运动的行程的光电编码器；为大车1和小车2设置的皮带输送装置皮带输送装置包括皮带机、皮带机支撑、电机、减速机、接料漏斗、除铁器和螺旋输送机等；螺旋输送机包括电机、减速机、螺旋杆、套筒、接料漏斗等组成；防止集料管粘煤堵塞的吹扫装置吹扫装置包括额定压力为1MPa压力源的空气压缩机、输气软管和控制吹扫开启/停止的电磁气阀等组成；为装置设置的电气控制系统所述电气控制系统由操作控制室电气、大车走台电气、大小车接线箱、各路传感器及连接导线组成；所述操作室电气包括控制台、凸轮控制器、微机柜、变频器和PLC柜、操作室接线柜；其特点是还包括有一煤样采制样器3；煤样采制样器3设置在小车2上，包括一腔体内带有轨道307并垂直安置的支架301支架301的腔体内有支撑角钢314，并安装有链轮306和链轮组307，链轮组306上固定有在支架内的轨道上、下运动的旋转电机302，旋转电机302通过减速器与联轴器303相连，联轴器303两端设置有滚轮组304，联轴器303上连接有带有集料容器315的连接套管313，集料容器315底端设置有钻头305；支架301内的另一端留有一开口，支架301内的一边设置有一集料斗309，集料斗309的出口设置在开口上，集料斗309的卸料闸门311设置在集料斗309旁边的支架301上，闸门311与闸门电机310连通；支架301内还有限制连接套管313摆动的导向轮308；支架301的底端还设置有煤面计数器312。
本实用新型的其它一些特点是；连接套管313上开有卸料口，卸料口之下为右旋叶片，之上为左旋叶片；链轮组307为闭环系统。
由于采制样器根据螺旋垂直输送物料的原理设计而成，结构为螺旋钻取式，能用于煤面下较大深度及全断面采样，采制样器由升降传动机构在电气系统的控制下实现以下自动工作循环快速下降→接触煤面后慢速下降→停止下降继续旋转排出表面弃煤→在继续慢速下降提取煤样→快速提起回到原位，其中采样头钻头对大煤块有破碎作用，并能适应冬季冻煤。本实用新型采用采样系统与制样缩分系统集成的模式，具有结构紧凑，设计新颖，自动化程度高，性能稳定可靠，操作简便安全，工作环境舒适，其采样技术和工艺过程完全符合GB475-1996的要求，可淘汰目前普遍使用的人工采样，排除人为因素，增加采样过程的透明度及可信度，降低工人的劳动强度，并可大大提高劳动效率，可广泛用于燃煤电厂、用煤单位和煤炭交易市场等用煤场所。
依照本实用新型采用的技术方案，该入场煤机械化采制样装置，包括一结构为龙门式并可行走的大车1大车1由主动车轮、被动车轮，横梁上有小车运行的轨道和走台，大车车轮上安装有一个对大车行走时纵向行程进行计数的光电编码器，在大车下面，吊装行走平台，平台一端是上下通道，另一端有一操作控制室，操作控制室装有工控机、PLC、控制台等；一在大车横梁上的轨道行走的小车2小车2为箱形框架结构，主要由主动车轮、被动车轮、小车的运行的齿轮减速电机、电磁制动器等组成；还设置有用于测量小车横向运动的行程的光电编码器；为大车1和小车2设置的皮带输送装置皮带输送装置包括皮带机、皮带机支撑、电机、减速机、接料漏斗、除铁器和螺旋输送机等；螺旋输送机包括电机、减速机、螺旋杆、套筒、接料漏斗等组成；
防止集料管粘煤堵塞的吹扫装置吹扫装置包括额定压力为1MPa压力源的空气压缩机、输气软管和控制吹扫开启/停止的电磁气阀等组成；为装置设置的电气控制系统电气控制系统由操作控制室电气、大车走台电气、大小车接线箱、各路传感器及连接导线组成；操作室电气包括控制台、凸轮控制器、微机柜、变频器和PLC柜、操作室接线柜；控制台面板上设有总电源开关、操作按钮、指示灯等。控制台内部装有控制电源变压器、采样头升降调速装置以及控制台输入输出接线端子。
微机柜内装有工业控制计算机、打印机、计算机UPS电源以及微机柜输入输出接线端子。
变频器和PLC柜装有变频器、PLC以及输入输出端子。
大车走台电气包括控制柜和电阻箱。控制柜布置在大车驱动机构一侧的走台上，柜内装有总电源自动开关、各路接触器、检测电机电流的电流继电器、各路电机保护用自动开关、辅助继电器及控制柜输入输出接线端子。
电阻箱在控制柜旁边，用于大车电机运行速度的切换。
大小车接线箱分别固定在大车和小车上，通过矩形导管连接，用于敷设移动导线。接线箱内装有接线端子板，连接移动导线的两端。
传感器包括检测大小车行程的光电编码器和煤面传感器。
电气系统中各柜之间的连接导线分别敷设在导线槽内，移动导线敷设在矩形导管内，各电机的引入线敷设在金属软管内。
还包括有一煤样采制样器3；煤样采制样器3设置在小车2上，包括一腔体内带有轨道307并垂直安置的支架301支架301的腔体内有支撑角钢314，并安装有链轮306和链轮组307，链轮组306上固定有在支架内的轨道上、下运动的旋转电机302，旋转电机302通过减速器与联轴器303相连，联轴器303两端设置有滚轮组304，联轴器303上连接有带有集料容器315的连接套管313，集料容器315底端设置有钻头305；支架301内的另一端留有一开口，支架301内的一边设置有一集料斗309，集料斗309的出口设置在开口上，集料斗309的卸料闸门311设置在集料斗309旁边的支架301上，闸门311与闸门电机310连通；支架301内还有限制连接套管313摆动的导向轮308；支架301的底端还设置有煤面计数器312。
连接套管313上开有卸料口，卸料口之下为右旋叶片，之上为左旋叶片；链轮组307为闭环系统。
实施例参见

图1～6，本入场煤机械化采制样装置的机械部分在设计上采用行车式结构，主要由行车的大车1、行车的小车2、采制样器3、行车支架及司机室等几部分组成，是一个能进行三维运动的系统。
1.行车部分行车部分包括大车1和小车2，其结构和功能与一般起重设备的行车类似。大车轨道置于支架之上，可以沿着火车纵向移动，而小车2置于大车1之上，可以沿着大车也即火车的横向移动。大车和小车均采用双电机驱动，分别置于大车和小车的两侧，由于采用的是锥型电机，它们均自带抱闸装置。
2.采样器部分采样器是依据钻削及螺旋输送器原理而设计的，安装在小车的下面，采样器本身可以通过相连的提升机构的拖动产生升降运动。该部件主要由减速器、主轴、螺旋输送叶片、套管以及固定在主轴下端头处的钻头组成。在套管上开有卸料口，卸料口之下为右旋叶片，之上为左旋叶片。工作时，由钻头旋转钻削煤层，煤样便沿着右旋叶片逐步上升，到卸料口处与左旋叶片协同而将煤排出。采样器主轴由一台三相异步电机单独驱动，不需要调速。
3.排煤管排煤管的作用是使所需要的煤流入料斗，不需要的煤流回车厢。这是通过采样时采样器套管出料口相对于料斗的进料口的高度变化而实现的。在采样器钻入煤层的过程中，套管卸料口的高度低于料斗进料口的高度，煤由排煤管流回车厢中；当采样器完成采样，退回至最高位时，此时套管的出料口正对着料斗的进料口，这样所需的煤正好流入料斗中。
4.提升部分本系统采用电动绞车而不采用齿条齿轮机构作为提升装置，以使结构简单。可以用配重以减轻采样器上升时所需的动力。在绞车鼓轮轴的末端有方尾，必要时可用手柄摇动绞车以提升采样器以利于维修。
5.电控系统的总体设计本系统在电气控制部分设计时，充分考虑到用户的功能需求和与本系统机械部分的配合需求以及国标GB475-1996《商品煤样采取方法》中的有关规定，在具体实现的过程中，又以系统的可靠性与易用性为准则，尽量把本系统设计成为一个功能齐全、可靠性高且易于使用的煤炭采样设备。基于以上考虑，本系统电气控制部分的总体设计如下5.1功能设定1)运行方式分为手动、半自动、全自动。在手动下，可以用按钮对采样机的各个部分进行单独控制，主要用于检修；在半自动下，可进行单点的自动取样循环，把大小车开到某一位置，按下启动按钮后，采样头和升降机构协同动作，将此位置的一定深度及一定量的煤自动取出，送入料斗中，而大车和小车的操作与手动方式下一样；在全自动下，按下启动按钮，即可进行一节车厢的全自动取样。
2)采样方式分为标准采样、定点采样以及抽样采样。在标准采样下，完全按照国标的规定，沿着对角线取三点或五点，点的分布如图6；在定点采样下，可以按照现场的实际情况及用户的特殊需要设置点的分布；在抽样方式下，操作者可以随时改变点的分布，以便查用。
3)采样运行参数可调整。包括采样点数(3点或5点)、采样点坐标、采样深度、取煤量等。其中在标准方式下采样点的X、Y坐标按照规定由系统自动设定，不能人为改动。
4)具有现场运行情况的动态图形及参数显示功能。使操作者能随时了解到系统的运行情况，并使人机界面更加友好。
5)具有报表生成与打印功能。报表内容应包括操作人名、采样点坐标、操作方式、运行方式、打印日期与打印时间等。报表通过自动记录而生成，不需要人工输入。
6)对采样头具有紧急提升功能。当系统正在运行中，万一控制系统出现故障或火车突然移动而采样头仍停留在煤层中时，可以按“紧急提升”按钮，以便将采样头迅速提升到煤面之上，避免危险的发生。此功能需单独设置，不与其它控制部分相连，以增加可靠性。
7)具有回原点(即卸料点)及回楼梯口的功能。在手动和半自动情况下，无论采样头当前在什么位置，操作者只要按一下相应的按钮，即可使采样器回到卸料点去卸煤或回到楼梯口以结束采样工作。
8)与拨车机具有联锁功能。火车卸煤时，依靠拨车机一节一节地向前拨动车厢，而采样机在工作时，必须禁止火车的移动，这就需要采样机与拨车机互相联锁，以保证共同进行协调而有效地工作。
9)具有多机的通信功能。能与拨车机等部分进行通信，以便监控和互通信息之用，并为以后拓展为在局部网络下运行作好准备。
5.2电气控制系统参见图4，根据机械结构和系统的功能设定，本系统采用可编程控制器(以下简称为PLC)和工控机两级控制的结构。PLC负责按钮、行程开关和其它开关量信号的输入，以及发出信号去控制接触器、继电器、变频器等电气元件，进而控制各个电机的运行，同时控制相应指示灯的显示。工控机用来进行参数的修改与设定、全自动控制、在线监视、传送信息等工作。工控机通过串行口与PLC相连，进行相互通信，所以工控机是通过发出命令去控制PLC的运行以达到进行全自动控制的目的。在本设计中，将手动与半自动功能完全交给PLC去控制，而工控机只负责进行全自动的控制。这样做的好处是因为PLC的可靠性相对较高，而且手动和半自动的控制也较简单，也不需要编码器等过多的信号输入，所以整体的可靠性也较高。一旦工控机发生故障，加之工作任务紧，一时来不及修理时，可用半自动即单点自动采样继续工作，以解燃眉之急。在系统中为了测定采样头的位置而设置了三个光电编码器，分别安装在大车、小车和升降机从动轮上引出的齿轮轴上。因为只有在全自动时才用到编码器信号，所以将三个编码器通过一个记数卡把位置信号直接送到工控机中，这样不但可以充分利用高级语言方便和强大的计算和处理能力，而且比较经济。
5.3总体工作流程参见5，开始采样之前，系统应该处于初始状态，即大车、小车在原点(卸料点)处，升降机在原点(最上)处，卸料斗闸门合上。
半自动的一个循环过程设计如下升降机快降—钻头启动—升降机接触煤面开始慢降—到达采样排煤深度时暂停下降进行排煤—继续下降一小段距离以采集所需的煤样后停止下降—延时后快速上升—排煤延时到钻头停转—回到原点，循环停止；全自动时的一个循环过程设计如下大小车从原点出发到达第一个采样点，进行单个点的采样循环(类似于半自动时的过程)，接着进行第二、第三等各个点的采样，全部完成后回到原点，结束循环；等到下一节车厢开来之后，按一下“循环启动”按钮，则开始下一个采样循环；5.4电控系统主要器件的选择本采样机电气系统主要器件包括工控机及记数卡、PLC、变频器以及编码器等。它们的选择都是以在保证功能的前提下尽可能地选择可靠性高和使用方便的产品为依据，具体情况如下工控机工控机选择的是研华工控机(也称为工作站)，在开发时，还可以通过转接插头临时外接一个通用键盘以便使用。这种一体式的结构不仅安装使用方便，而且能经受住现场的恶劣环境和较大的振动的考验。它的内部背板上有4个ISA总线插槽、2个PCI总线插槽和一个CPU插槽，可以方便地进行系统扩展，所以，这种型号的工控机特别适合于用于与PLC组成的工业现场控制系统以及监视工业过程。
记数卡研华的工控机配置有多种型号的扩展卡供选用。本系统选用研华的PCL-836型记数卡。它具有6个独立的16位计数器(采用INTEL 8254)，最高输入频率可以达到10MHZ，而且每个记数通道都具有可编程数字滤波功能，可以有效地防止现场外来高频信号的干扰，具有较高的可靠性。
PLCPLC选用OMRON系列或西门子S7-300系列的可编程控制器。S7-300系列属于紧凑型、模块化的中小型PLC，它具有很强的计算能力和完善的指令集，以及通过MPI接口和SINEC LANs联网的能力，适用于高速的过程处理需要。本系统所用的主机模块是CPU314，每千条语句的执行时间为0.3ms，最多可扩展32个扩展模块，512个开关量I/O，可以通过MPI转接电缆或通讯模块与计算机进行通讯，再加上其全面的诊断功能和完善的自我保护技术，使其具有极高的可靠性，极其适合本系统的需求。除此之外，它自带的STEP7编程软件功能强大，使用方便，也使开发过程变得简单快捷。
变频器变频器选用富士FRN11G9S-4型或日本三菱F2540A型变频器，输入电压400V，功率比实际需要的大一些，为的是留有裕量。
6.安装、调试与操作6.1安装前必须对各部件按设计要求进行检查，转动部分需润滑部件加注适当的油脂式润滑油。
6.2用螺栓将方柱安装在基础上，一定要认真对方柱上梁进行找平。
6.3设备运行之前，必须将接地线接好方可运行，各部分电缆要排列有序、整齐。
6.4认安装无误后，开始试运行。
6.4.1合上总电源开关，按一下〖动力上电〗，指示灯亮。
6.4.2确保各个热继电器闭合，变频器正常，相序正确。
6.4.3开钥匙开关，按一下〖PLC输出上电〗，相应的指示灯亮；A.手动操作(1)拨动运行方式选择开关到〖手动〗，手动灯亮；(2)进行各种手动操作大车左行/右行，小车前行/后行，钻头上升/下降/快行，闸门打开/合上；(3)按一下〖返回原点〗，如果此时升降机在原位，则大小车回到卸煤点；(4)按一下〖到楼梯口〗，如果此时升降机在原位，小车在原点或在后限位处，则大车一直向右开直到楼梯口处(大车右极限)；(5)将小车开到原点或后限位，此时联锁取消，允许火车前进一节车厢或允许汽车开走。
B.半自动操作(1)拨动运行方式选择开关到〖半自动〗，半自动灯亮；(2)操纵大车和小车的前后/左右运行按钮，到采样点处；(3)按下〖循环启动〗，则采样头自动完成一点的采样循环；(4)重复2和3，直到采完所有的点为止；(5)将小车开到原点或后限位，此时联锁取消；允许火车前进一节车厢或允许汽车开走。
C.自动操作(1)先手动将大车，小车及采样头调整到初始位置；(2)拨动运行方式选择开关到〖全自动〗，全自动灯亮；
(3)工控机软件菜单中选择〖联机〗和〖自动〗，确保操作无异常；(4)在控制面板上按〖循环启动〗，则系统按照预先设定的参数进行一节车厢的采样循环(三点或五点，正常或抽样)；(5)在工控机软件的〖运行〗菜单下如果选择了〖暂停〗，则当前点采完之后暂时停下，按〖继续〗则继续接着运行；(6)在工控机软件的〖运行〗菜单下如果选择了〖抽样〗，则从下一个循环起，开始抽样运行，即采样点的位置即由人工现场输入，且其初始及结束位置在原点(卸料口处)；如果按下〖常规〗，则从下一个循环起，开始常规采样；即按照预先设定的标准采样位置进行采样，且其初始及结束位置在原点或在左前及右后起始点处；(7)大小车自动回到原点，采样结束，此时联锁取消，允许火车前进一节车厢或允许汽车开走。
7.检查与维护一).工作状态下检查1)工作前必须在手动状态下进行空负荷运行，检查各电机动作正常。
2)每次采样工作完毕，必须将设备及附机清扫干净。
3)清理磁铁分离器所吸附的铁质。
二).定期维护1)检查电动机温度、确定系统有无异常声音。
2)定期润滑需润滑部件。
3)检查弹性连接件、附件上有无断裂和变形。
4)定期检查电线接头的连接情况。
5)定期检查行程开关有无松动。
6)定期检查皮带张紧情况。
7)定期清理各部件内部和外部污物。
8.润滑材料及润滑规则采样机各部件需定期润滑，所用材料及规则见下表

本实用新型主要为煤质检验而设计，具有以下优点①不需在地面上架轨道，采用固定式，大车轨道架在龙门在面，采用行车结构。
②行车总长24米，即使车厢停靠不很准，(车厢长12.5米)也完全能到达任意点进行采样。高精度定位系统能将位置误差控制在3mm以内(含3mm)。
③上升、下降电机采用进口最先进的变频器控制，任意速度可调。
④可编程控制器采用进口最先进设备，有极高可靠性。
⑤采用螺旋钻头，有较强破冰能力，能达到任意浓度。高精度取样系统能将取样位置误差控制在5mm以内(含5mm)。采样头过载保护功能。万一采样器遇石头等，采样器能自动保护另换位置。
⑥全自动、半自动、手动均能实现，单件控制元件万一出故障，都有备用切换功能可代替。
⑦整个采制样过程采用计算机动画在线显示，动画监测探头的整个行程位置，及时反馈有关信息。
⑧自动存储记忆采样过程的一切数据，如采样深度、煤种、坐标等，操作人员无法修改，可有效防止作假现象。
⑨立式环锤复合破碎方式，有效地解决了堵煤现象，提高了对原煤水分的适应性。并将破碎缩分有机的联成一体，及时完成煤样缩分。缩分完毕后弃煤通过卸料口自动送回车厢，无污染。
大车、小车、采样头装置的行程采用软、硬两套限位保护。
权利要求1.一种入场煤机械化采制样装置，包括一结构为龙门式并可行走的大车[1]大车[1]由主动车轮、被动车轮，横梁上有小车运行的轨道和走台，大车车轮上安装有一个对大车行走时纵向行程进行计数的光电编码器，在大车下面，吊装行走平台，平台一端是上下通道，另一端有一操作控制室，操作控制室装有工控机、PLC、控制台等；一在大车横梁上的轨道行走的小车[2]小车[2]为箱形框架结构，主要由主动车轮、被动车轮、小车的运行的齿轮减速电机、电磁制动器等组成；还设置有用于测量小车横向运动的行程的光电编码器；为大车[1]和小车[2]设置的皮带输送装置皮带输送装置包括皮带机、皮带机支撑、电机、减速机、接料漏斗、除铁器和螺旋输送机等；螺旋输送机包括电机、减速机、螺旋杆、套筒、接料漏斗等组成；防止集料管粘煤堵塞的吹扫装置吹扫装置包括额定压力为1MPa压力源的空气压缩机、输气软管和控制吹扫开启/停止的电磁气阀等组成；为装置设置的电气控制系统所述电气控制系统由操作控制室电气、大车走台电气、大小车接线箱、各路传感器及连接导线组成；所述操作室电气包括控制台、凸轮控制器、微机柜、变频器和PLC柜、操作室接线柜；其特征在于还包括有一煤样采制样器[3]；煤样采制样器[3]包括一腔体内带有轨道[307]并垂直安置的支架[301]支架[301]的腔体内有支撑角钢[314]，并安装有链轮[306]和链轮组[307]，链轮组[306]上固定有在支架内的轨道上、下运动的旋转电机[302]，旋转电机[302]通过减速器与联轴器[303]相连，联轴器[303]两端设置有滚轮组[304]，联轴器[303]上连接有带有集料容器[315]的连接套管[313]，集料容器[315]底端设置有钻头[305]；支架[301]内的另一端留有一开口，支架[301]内的一边设置有一集料斗[309]，集料斗[309]的出口设置在开口上，集料斗[309]的卸料闸门[311]设置在集料斗[309]旁边的支架[301]上，闸门[311]与闸门电机[310]连通；支架[301]内还有限制连接套管[313]摆动的导向轮[308]；支架[301]的底端还设置有煤面计数器[312]。
2.根据权利要求1所述的入场煤机械化采制样装置，其特征在于所述连接套管[313]上开有卸料口，卸料口之下为右旋叶片，之上为左旋叶片。
3.根据权利要求1所述的入场煤机械化采制样装置，其特征在于所述链轮组[307]为闭环系统。
专利摘要本实用新型公开了一种入场煤机械化采制样装置,由大车、小车、采样器、等组成,是一个能进行三维运动的装置,大车轨道置于支架之上,可以沿着火车/汽车纵向移动,小车置于大车之上,可沿着火车/汽车横向移动,由于采用螺旋垂直输送物料原理设计的螺旋钻取式的采制样器,能用于煤面下较大深度及全断面采样,采样钻头对大煤块有破碎作用,并能适应冬季冻煤。本实用新型结构紧凑,自动化程度高,性能可靠,操作安全,可淘汰目前普遍使用的人工采样,排除人为因素,增加采样过程的透明度及可信度,可广泛用于燃煤电厂、用煤单位和煤炭交易市场等用煤场所。
文档编号G01N1/04GK2505827SQ01265900
公开日2002年8月14日 申请日期2001年11月23日 优先权日2001年11月23日
发明者谭厚章, 陈兴利, 牛亚平, 查加智, 王立础, 饶怀宇 申请人:谭厚章