专利名称：运输车顶部自动采样装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种样品采取装置，具体是一种自运输车顶部采取车中煤样或其它物质作为样品的装置。
在现有的运输车顶部采样装置中，直插振动式采样机的主要不足之处在于采样头张开垂直直插，而采样爪张闭连杆与采样爪张开时不在同一垂直面内，插入时受到车中煤层较大的阻力，对运输车造成的压力大，消耗功率大，对采样头结构强度要求高，且不利于深层取样；同时，采样爪以其下端刃口直切煤块及煤矸石，刃口易造成钝化、缺口等损坏；借助垂直振动的直插也使煤层受压挤紧，不利取样。采样头一边旋转一边借助自重下落进给式的采样机，其主要不足之处在于借助自重下落插入煤层的进给运动，造成对运输车和采样头较大的冲击，采样头的垂直进给和旋转运动不协调，进给深度不能控制。以上两类采样机以采样爪为主对煤层直接切割，采样爪及其张闭铰链承受了排开、切割煤块或煤矸石所带来的全部阻力，易于磨损及损坏；同时，以采样爪为主切割煤层的方式严重局限了切削刃的形状和切削刃的合理安排，难以合理切削，造成进给阻力大、功耗大。此外，现有的采样机中，其采样爪的张团机构大都利用独立电机驱动液压泵，使液压缸的活塞移动来实现采样爪张闭动作，造价高，结构复杂，维护困难，浪费能源。还有些采样机的采样头是闭合进入煤层，其轴向压力大，煤层被挤紧，不利采样；到达采样深度后采样爪向外张开所需张力大，造成采样爪结构复杂。
本实用新型的目的在于提供一种采样头旋转和垂直进给动作协调、采样头切割煤层合理、采样灵活可靠、采样爪张闭机构简单而实用、整体性能良好的全自动运输车顶部采样装置。
本实用新型的技术方案如下它包括采样头、采样头驱动机构、采样爪张闭机构、纵梁、横梁、电控台及用于装载、移动采样头的小车，采样头驱动机构包括采样头垂直进给驱动机构和采样头旋转驱动机构，采样头垂直进给驱动机构包括电机、丝杆螺母副、固定在小车上的导套和下端装有采样头的导柱，其中电机通过齿轮与丝杆螺母副的螺母相联，丝杆螺母副的丝杆通过联接板与导柱相联，导套则套装在导柱上；采样头旋转驱动机构包括电机、设置在导柱内并与采样头联接的主轴，该电机通过齿轮与主轴相联。本实用新型的采样头垂直进给驱动机构利用电机驱动安装在小车上的丝杆螺母副的螺母旋转，以带动丝杆上下移动，通过丝杆上下移动带动下端装有采样头的导柱在固定在小车上的导套内上下滑动，从而实现采样头的垂直进给运动。采样头旋转驱动机构利用电机通过齿轮驱动导柱内与采样头联接的主轴旋转，实现采样头旋转运动。采样头垂直进给驱动机构和旋转驱动机构各自独立且可调节，使得采样头能边旋转边垂直进给复合协调，并可合理配置速度和受力，使得采样时进给合理，对采样头装置及运输车无冲击、压力小，避免了采样头直插和落体式垂直进给等所带来的许多不足。
采样头垂直进给驱动机构也可采用齿轮和齿条代替上述的丝杆螺母副，即它包括电机、减速器、齿轮和齿条，其中电机通过减速器与齿轮相联，齿条嵌于导柱之上，齿轮与齿条相啮合；通过齿轮带动齿条上下移动，实现采样头的垂直进给。
以下说明中均以在装载煤的运输车上采取煤样为例，其它类样品采样亦相同。
本实用新型的采样头为整体式刚性圆筒结构，该采样筒为空心圆筒，其下端内部设有两片或两片以上可拼合的采样爪，采样爪可采用舌头形，采样筒下端为连续的齿形切削刃。采样头进入煤层前，采样爪张开并紧贴于采样筒内壁上或嵌于采样筒壁内，采样爪推拉杆和铰链与采样筒壁在同一垂直面内，受该圆筒保护，且整体是空心圆筒式结构。在边旋转边垂直进给进入煤层时，以采样筒下端的连续齿形切削刃作主切削，承受切割或排开煤块、煤矸石的主要阻力。而采样爪在上述情况下并不承受主切削，主要起到采样头到达采样深度后关闭以采集煤样、及到接料斗上方时采样爪张开释放煤样的作用。该采样头结构是利用刚性圆筒保护了采样爪、连杆及铰链等易损零件，以其圆筒形状和连续切削刃配合合理的进给运动进行采样。
本实用新型在采样头的采样筒之筒壁上相应位置开有一个或多个窗口，采样头到达预定采样深度后开始回程时，其上层多余煤样随着采样头的旋转，可从所开窗口排出，以保证所采煤样为所选采样点的要求。这类窗口的设计可根据不同采样深度或全断面采样的要求作相应调整，以适应不同采样标准要求。
采样头中的采样爪张闭机构包括制动器、制动螺母、离合器、推拉杆和连杆，推拉杆装在主轴内，该推拉杆上端设有制动器和制动螺母，其下端设有与采样爪铰接的连杆；制动螺母通过轴承与主轴相联接，其上端通过键连接离合器，该离合器又与制动器的动片相联。推拉杆带动其上面的制动螺母随采样头旋转驱动机构的主轴一起旋转；当制动器制动制动螺母相对导柱静止时，推拉杆由于螺旋机构的作用会相对主轴产生相对位移，该相对位移通过连杆机构带动采样爪完成张开(或闭合)动作；同时利用螺旋机构的增力系数，可实现较小的制动力矩，使推拉杆产生较大的张闭力；利用螺旋机构的自锁性能，具有采样爪张闭到位后固定于两极限位置的可靠性。该采样爪张闭机构结构简单紧凑，制造安装容易，张闭可靠且省力，并由于借助了主轴旋转动力，节省了能源。
采样头垂直进给驱动机构和采样头旋转驱动机构中都安装有用于动力调节及过载保护的过载保护器，通过调节该过载保护器不仅可以合理匹配所需动力，保护整个装置不受破坏，而且利于防止意外事故发生，使采样过程安全可靠。当电机因采样头所受阻力太大而过载时，电机受到控制调节而使采样头收回，重新选点采样。
本实用新型的采样头旋转驱动机构和垂直进给驱动机构均可安装在小车上。纵梁上安装有可沿该纵梁纵向移动的横梁，实现采样头的纵向移动选点，横梁上安装有可沿该横梁横向移动的小车，实现采样头的横向移动选点，横梁和小车均配有驱动电机。因此采样头可实现在运输车上任一位置选点采样。
本实用新型通过配有可编程控制器的电控台，借助系列电气元器件控制并监视整个装置的工作，使整个装置的机电部件合理协调工作。各驱动机构中的电机、过载保护器、制动器等部件均采用标准的联接方式与可编程控制器相联并受其控制。
本实用新型具有以下优点采样头垂直进给驱动机构和旋转驱动机构各自独立且可调节，使得采样头能边旋转边垂直进给复合协调，可以合理配置速度和受力，使得采样时进给合理，进给阻力小，振动小，对采样头装置及运输车无冲击、压力小，避免了采样头直插和落体式垂直进给等所带来的许多不足；对采样头驱动机构采用过载保护器以及在采样筒上设置窗口，使采样过程受力可调，采样安全可靠并能满足不同采样标准的要求；利用整体圆筒体作主体的采样头结构，在进给时采样爪张开形成空心圆筒体，其下端的连续状切削刃可切割煤块，并保护采样爪、铰链及连杆等易损件，具有结构简单、进给阻力小、刚性好，强度高、耐磨性好和使用寿命长等优点；采样爪的张闭是利用螺旋机构的自锁及增力系数，借助采样头旋转驱动机构的旋转动力，具有节省能源、张闭灵活到位、有效寿命长等优点。本实用新型结构简单紧凑，可靠性高，自动化程度高。
以下结合附图的实施例进一步说明本实用新型。
图1是本实用新型之实施例一的结构示意图；图2是本实用新型之实施例二的结构示意图；图3是本实用新型的采样头、采样爪张闭机构的内部结构剖面图4是图3中的A-A′面剖面图。
如图1所示的结构中，小车17上装有丝杆螺母副(包括丝杆12和螺母19)、导套5和导柱6、进给驱动电机15、齿轮副16和过载保护器18。导柱6和丝杆12通过上联接板11和下联接板2两端固接，丝杆12上端、下端分别通过上联接板11、下联接板2与导柱6相联。上联接板11上安装有旋转驱动电机7、齿轮副8和过载保护器9等；主轴10安装在导柱6内，其下端连接有采样头1；下联接板2上装有采样深度探测器21。小车17通过齿轮悬挂在横梁3上，并装有小车驱动电机4，横梁3悬挂在纵梁13上，并装有横梁驱动电机14。用于接收煤样的接料斗20置于纵梁13的中间、横梁3的一端。
图2所示的实施例结构是采用另一种采样头垂直进给驱动机构，即利用啮合齿轮24和齿条25代替图1中的丝杆螺母副12和19，齿条25嵌在导柱6上，齿轮24安装在减速器22的输出轴上，驱动齿轮以实现进给的电机23通过联轴器与减速器22输入轴联接。
图3和图4反映采样头1和采样爪张闭机构之内部结构，其中主轴10通过轴承31安装在导柱6内，导套5通过法兰固定在小车17上。推拉杆41上配合有制动螺母40，制动螺母40通过轴承39与主轴10联接，并轴向固定，其上端通过键34与离合器35联接；制动器38静止部分通过连接板36、支撑杆37装在上联接板11上，制动器动片与离合器35固联；齿轮33通过键32装在主轴10上，推拉杆41下端通过键43联接有联接板28，联接板28可相对小导柱44滑动，其上铰接有与采样爪26铰连的连杆45，采样爪26通过铰链46铰接于下端带切削刃并开有适当窗口的采样筒27上。采样筒27与压板42焊接并联接到法兰30上，法兰30与主轴10焊接为一体；轴导29与推拉杆41配合并固定在压板42上；连杆45及其铰链在采样爪26张开时，隐于采样筒27的筒壁内，形成同一垂直面。
本实用新型工作时，在电控台之可编程控制器的控制下，先按照采样选点要求，小车17从接料斗20上方的初始位置出发，在电机4驱动下相对横梁3移动，横梁3在电机14驱动下相对纵梁13移动，到达位于运输车车厢48上方的选点位置上；如图1所示，电机15顺时针旋转并通过齿轮16带动螺母19旋转，从而驱动丝杆12向下运动，丝杆12通过上联接板11、下联接板2带动导柱6在导套5内向下移动，实现采样头1的垂直进给运动。在图2所示结构中，是用齿轮24和齿条25代替图1中的丝杆12和螺母19，带动导柱6在导套5内向下移动，实现采样头垂直进给。电机7通过齿轮副8驱动导柱6内主轴10带动采样头1顺时针方向旋转。采样头1形成边旋转边垂直进给、类似钻削的复合运动，采样头1在上个采样周期释放煤样后，采样爪26为张开状态，利用采样筒27下端的切削刃对煤的切削作用，采样头1在边旋转边垂直进给的过程中进入煤层。采样爪26张开时贴于采样筒27内壁或嵌入筒体内，连杆45及铰链46也可嵌入筒体内，形成整体空心圆筒。
由于采样头1的旋转驱动机构和垂直进给驱动机构分别配有过载保护器9和18，通过调节可为驱动机构选择合适的旋转力矩和垂直进给力使其匹配合理，且有过载保护及防止意外事故的作用。如垂直进给时采样头1被大的煤矸石顶住，既不能切开又不能排开时，超过一定的旋转力矩或轴向力则将采样头1收回，重新选点采样或进行报警等处理。图1或图2中的采样深度探测器21在采样头1边旋转边垂直进给的采样过程中，利用其下平面与煤层上表面接触及采样头1进入煤层的相对移动，探测出相应的采样深度。
采样头1到达指定采样深度后，开始上升回程，电机7驱动推拉杆41、制动螺母40及安全离合器35随主轴10逆时针方向旋转，制动器38通电制动，吸合其连接在安全离合器35上的动片，使制动螺母40相对导柱6静止；在推拉杆41及制动螺母40的螺旋机构的作用下，制动螺母40推动推拉杆41相对主轴10产生向下的轴向位移，从而推动其下的联接板28及连杆45，通过连杆45带动采样爪26，使得采样爪26绕铰链46转动而合拢关闭，将采样爪26所采入的煤样关闭于采样筒27内。当采样爪26关闭到极限位置时，制动器38失电，解除对制动螺母40的制动，制动螺母40会随推拉杆41转动，从而完成了采样爪26的关闭过程。如果采样爪26关闭到极限位置后，制动器38仍处于制动状态，安全离合器35会相对打滑，直到制动器38失电解除对制动螺母40的制动为止，由此可避免任何机构的损坏。采样爪26关闭后，电机15逆时针旋转驱动螺母19带动丝杆12向上移动，丝杆12带动导柱6在导套5内向上运动，实现采样头1边旋转边向上回收。由于采样筒27适当位置开有窗口47，借助旋转，其上层煤样会自动从窗口47排出，从而保证所采煤样为采样点及采样量的要求。显然随窗口47的位置调整可满足不同深度采样或全断面采样要求。
当采样头1上升收回后，小车17随电机4驱动而横移，横梁3随电机14驱动而纵移，回到接料斗20上方的始发点位置。电机7驱动主轴10带动推拉杆41、制动螺母40及安全离合器35顺时针方向(即与采样爪26关闭时采样头1旋转方向反向)旋转，制动器38对制动螺母40制动。采样爪26张开并达到极限位置，实现采样头1边旋转边释样的动作，将煤样卸到接料斗20内，至此完成一个采样周期。
权利要求1.一种运输车顶部自动采样装置，包括采样头、采样头驱动机构、采样爪张闭机构、纵梁、横梁、电控台及用于装载、移动采样头的小车，其特征在于采样头驱动机构包括采样头垂直进给驱动机构和采样头旋转驱动机构，采样头垂直进给驱动机构包括电机、丝杆螺母副、固定在小车上的导套和下端装有采样头的导柱，其中电机通过齿轮与丝杆螺母副的螺母相联，丝杆螺母副的丝杆通过联接板与导柱相联，导套则套装在导柱上；采样头旋转驱动机构包括电机、设置在导柱内并与采样头联接的主轴，该电机通过齿轮与主轴相联。
2.根据权利要求1所述的运输车顶部自动采样装置，其特征在于采样头垂直进给驱动机构包括电机、减速器、齿轮和齿条，其中电机通过减速器与齿轮相联，齿条嵌于导柱上，齿轮与齿条相啮合。
3.根据权利要求1所述的运输车顶部自动采样装置，其特征在于采样头为整体式刚性圆筒结构，该采样筒为空心圆筒，其下端内部设有两片或两片以上可拼合的采样爪，采样筒下端为连续的齿形切削刃。
4.根据权利要求1或3所述的运输车顶部自动采样装置，其特征在于采样头中的采样爪张闭机构包括制动器、制动螺母、离合器、推拉杆和连杆，推拉杆装在主轴内，该推拉杆上端设有制动器和制动螺母，其下端设有与采样爪铰接的连杆；制动螺母通过轴承与主轴相联接，其上端通过键连接离合器，该离合器又与制动器的动片相联。
5.根据权利要求1或3所述的运输车顶部自动采样装置，其特征在于采样筒的筒壁上开有一个或多个窗口。
6.根据权利要求1或2所述的运输车顶部自动采样装置，其特征在于采样头垂直进给驱动机构和采样头旋转驱动机构中安装有用于动力调节及过载保护的过载保护器。
7.根据权利要求1或2所述的运输车顶部自动采样装置，其特征在于纵梁上安装有可沿该纵梁纵向移动的横梁，横梁上安装有可沿该横梁横向移动的小车，横梁和小车均配有驱动电机。
专利摘要一种自运输车顶部采取车中煤样或其它物质作为样品的装置,包括采样头、采样头驱动机构、采样爪张闭机构、纵梁、横梁、电控台及小车,采样头驱动机构包括垂直进给驱动机构和旋转驱动机构,垂直进给驱动机构包括电机、丝杆螺母副、导套和下端装有采样头的导柱,电机通过齿轮与丝杆螺母副的螺母相联,丝杆通过联接板与导柱相联,导套套装在导柱上;旋转驱动机构包括电机和主轴。本实用新型采样动作协调合理、灵活可靠、性能良好。
文档编号G01N1/00GK2348375SQ98231298
公开日1999年11月10日 申请日期1998年9月9日 优先权日1998年9月9日
发明者方伽利, 朱先德, 刘奇玉, 陈光阳, 喻先明, 邹威 申请人:长沙三德实业公司