多工况下煤质采样机设计_选煤厂设计论文(编辑修改稿)

多工况下煤质采样机设计_选煤厂设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

质尤其重要，因为即使是很小的差别也有可能在一段时间内造成很大的损失。 同时，采样机也是煤矿企业用于商品煤采样的机械，要求从煤流中，火车，汽车，船上以及煤堆上采取煤样，然后加以分析，以确定煤的各种特性，用此分析结果确定合同价格，并根据要求将采样机进行了运动动作分析，对其进行了整机的结构设计。 在设计采样时，不但注意了如何使物料连续通过采样设备，注意了如何保持水分不损失 ，并且还注意了如何避免粉尘的散失，在设计采样装置时要充分考虑到以上因素。 为了保证采样的全面性和公正性，使得采样点必须覆盖整个车载煤的任意坐标，即采样头可以上下左右前后三相移动；为了使采样机简单方便，操作灵活，需要设计三相的运动装置。 为了适应多工况下的煤粉采样，即干燥状态下和潮湿状态下都能准确的采样，必须设计采样头换刀装置或多功能一体采样头。 方案比较 当今车载煤采样机大多数都为固定式采样机，即采样机安装在固定的导轨上，载煤车行驶入采样机下方，采样机大车可沿车道导轨前后移动，大车顶部有横梁可供小车左 右移动，搭载采样头升降移动实现对车载煤的任意位置采样。 固定式采样机有其优点，操作简单方便但缺乏灵活性，有些时候载煤车厢行驶困难，增加了采样时间并且增大了采样费用， 6 效率不高。 为此，本论文设计了可移动式的采样机，采样机大小可调，适应不同车厢，灵活方便。 车载煤采样机的采样装置主要分为龙门式和悬臂式两种， 考虑到龙门式车载煤采样机的力学性能以及机械性能好，本例中选用龙门式采样机，龙门上端为一横梁，同时有可供小车移动的轮槽，使小车在龙门中左右移动定位。 龙门两端的支架为可升降支架，初始状态为最低点，节省空间 ； 当工作时可 根据载煤的车型高低升降龙门。 龙门中小车的驱动形式主要分为液压传动和螺纹传动。 由于小车的行驶范围为整个车厢，若选择液压传动，由液压缸带动活塞推动小车左右移动，则龙门的宽度必须为小车行程的 2 倍，这增加了龙门的宽度，浪费了空间，不可取。 所以本例中选取螺纹传动，由伺服电机连接齿轮减速器，安装在龙门架的一端，减速器的输出轴与龙门架间通过轴承连接涡轮，再与小车螺纹连接，驱动小车并带动左右移动。 本论文设计题目为多工况下车载煤采样机设计，即对采样头有了新的要求，能适应干燥状态下对煤粉采样，也能适用于对潮湿状态下 的煤粉采样。 当干燥状态时，煤粉间的摩擦力大，就会对采样头有更大的阻力，这要求了采样头必须有高的硬度和耐磨性；而当对潮湿状态下煤粉采样时，煤粉对采样头的阻力变小，但粘度增大，同时煤粉中的许多酸碱性物质溶于水中后会对采样头腐蚀。 为了适应两种不同工况下的煤粉采样，就需要设计出两种不同性能的采样头。 这就涉及到了换刀式采样头，工作时根据需要更换采样头，但这样做不但使得整个机械的整体变复杂，增加了额外的工作量， 而且工作时两个采样头会彼此影响，并且有时会对人 和环境造成危险。 因此，本文提出了多功能一体化 采样头 （详见第四章）。 采样机结构 采样机的整体尺寸：长 6 米，宽 4 米，高 4 米。 其中，采样机的宽度为 4 米，此设计宽度一般能包容下普通车厢， 方便 龙门驶入车厢采样。 车载煤采样机的长度为 6 米，高度4 米， 底座上安装有小型电机，驱动前轮 承载的龙门沿车道方向移动 ，范围在 6~10 米 ，能覆盖载煤车厢的任意位置。 而高 4米的龙门因为有液压活塞机构使得龙门可承载小车在 4~6米的范围内上下移动，适应了不同高度的车厢采样。 同时当采样机不工作的时候可以把小车放到最小状态，节省了占地空间，维护方便。 采样机主要由大车、龙门、小车、采样机构 四部分 组成。 大车的主要结构部件为 ： 1— 主 控制室、 2— 底座、 3— 后 轮（ 采样机定位 ） 、 4— 前 轮 （采样头定位）、 5— 推杆 、 6— 法兰盘。 每个构件的具体作用如下： 1— 主控制室的作用为： 驾驶多工况采样车 定位到指定地点采样 ；控制龙门支架液压系统使龙门高度变化以适应不同载煤车的大小； 并且控制采样头的 X/Y/Z 三方向运动，即控制底座电机 驱动前轮定位采样头 Y 坐标 ， 控制龙门伺服电机正反转带动小车定位采样头 X 7 坐标，控制采样机构采样头的运动的液压系统定位采样头 Z 坐标；控制采样头主运动电机带动采样头旋转。 2— 底座的作用为承载主控制室、龙门以及连 接前后轮。 3— 后轮是整个采样车的驱动轮，主控制室控制后轮行驶，移动到待采样的车厢，使得龙门横跨整个车厢。 4— 前轮的作用是定位采样头的 Y 坐标。 5— 推杆 的作用是驱动前轮。 6— 法兰盘的作用是连接龙门与底座。 大车 PROE 模型如下 图 21： 图 21 大车结构图 龙门的主要结构部件为： 7— 机架、 8— 液压缸、 9— 伺服电机、 10— 减速器、 11— 轴承、12— 丝杠、 13— 导轨。 7— 机架的作用是支撑龙门及其附件。 8— 液压缸的作用是调整龙门的高度以适应对不同高度的车厢进行采样。 9— 伺服电机的作用是带动丝杠旋转以控制小车延 X 轴方向运动以定位采样点。 10— 减速器的作用是调节伺服电机主轴的转速输出给丝杠。 11— 轴承的作用是连接机架和转动的丝杠。 12— 丝杠的作用是传递转速，螺旋传动带动小车移动。 13—导轨作用为使小车的车轮平稳的运动。 龙门 PROE 模型如下 图 22： 8 图 22 龙门结构图 小车的主要结构部件为： 14— 小车轮、 15— 车架、 16— 轮轴、 17— 螺旋传动孔、 18—端盖。 14— 小车轮的作用是带动小车平稳移动并减少摩擦力。 15— 车架的作用是支承整个小车的所有部件。 16— 轮轴的作用是连接车架与小车轮。 17— 螺旋传动孔的作用是连 接丝杠并传递旋转带动小车移动。 18— 端盖 的作用 是连接 小车与采样头的连板。 小车结构 PROE模型如下 图 23： 9 图 23 小车结构图 采样机构的主要部件有： 19— 主运动电机 、 20— 齿轮减速器、 21— 液压缸、 22— 推杆、23— 法兰、 24— 主螺旋杆、 25— 保护箱、 26— 轴承、 27— 采样头、 28— 拉杆、 29— 拉门 、30— 连杆。 19— 主运动电机的作用是带动主螺旋杆旋转。 20— 齿轮减速器的作用与元件 10 相同。 21— 液压缸的作用是控制采样头延 Z 方向的运动 并定位。 22— 推杆为液压缸的活塞，传递位移。 23— 法兰的作用是连接推杆与主螺旋杆。 25— 保护箱的作用为容纳并保护主运动电机以及齿轮减速器避免碰撞及粉尘污染。 26— 轴承的作用为连接主螺旋杆与推杆。 27— 采样头的作用为采集煤样。 2 30— 拉杆 、连杆 的作用为控制拉门的开关。 29— 拉门的作用为控制采样头的开关。 采样头 PROE 模型如下 图 24,采样机构模型如下图 25： 10 图 24 采样头 图 25 采样机构 采样机整体 PROE 结构图如下 图 26： 11 图 26 采样机整体结构图 工作原理 1）根据 待采样车厢的高度大小，在主控制室调节 8— 液压缸的升降，使得采样机的龙门能跨过整个车厢，并且持续保持此液压工作压力，维持此高度直至采样结束。 2）操作人员进入 1— 主控制室，驾驶大车至整个龙门和底座延车道方向横跨整个车厢。 3） 确定车厢内采样点的个数及每个采样点的三维坐标并输入主控制系统。 其中，规定延车道方向为 y 轴，横向即龙门导轨方向为 x 轴，竖直向上方向为 z 轴方向。 4）主控制系统根据输入坐标定位采样点。 其中 y 坐标通过控制底座上的 5— 驱动电机驱动前轮前后移动 定位； x 坐标通过控制 9— 伺服电机的正反转带动小车移动定 位； z 坐标通过控制 22— 采样手的液压活塞系统的上下移动定位。 5） 由采样头上的 19— 主运动电机带动 20— 减速齿轮，使 24— 主螺旋杆转动，同时控制 22— 液压活塞下推。 采样头运动过程分：启动，快进， 工 进，停留，慢退，快退；六个阶段，每个阶段采样头的速度不一，当快进时，采样头的速度大， 负载小；当 工 进时，采样机的负载大，则速度小。 6）采样头在车厢煤层中停留期间，主控制系统控制拉门式采样手 28— 拉杆上提，使得 29— 采样手拉门被打开，由于主螺旋杆的旋转，则煤样自动进入采样手中，再控制采样 12 手的拉门关闭，即煤样采集完成。 注意，当在干燥工况下应控制干燥拉门采样，当在潮湿工况下应控制潮湿拉门采样。 7）采集完成一个采样点后， 小车复位，运行到指定位置倾卸煤样。 重复上述步骤直至所有采样点都完成采样。 8)采样手复位，小车复位，大车驶离载煤车厢，龙门高度复位，整个采样完成。 第三章 液压系统设计 液压系统设计原则 在国内现有的煤质采样机中 ,其采样头的进给和旋转大多采用机械传动 ,配合电机的变频调速来调节进给和旋转速度 ,这种传动方式尽管存在各种问题 ,但总体上还是能满足采样的基本要求。 但是当遇到冻煤、树枝、孤石等物质时 ,其采样工作 就不能正常进行 ,这是因为遇到不同的采样介质时 ,对采样头的进给速度和旋转速度有不同的要求 ,如遇到冻煤和孤石时 ,需要减小进给速度而提高旋转速度。 而当遇到树根时则需自动提高切割头的扭矩。 另外煤粒的尺寸和含水量变化时也需要采样头的进给速度和旋转速度做出相应的调整 ,而这一切在机械传动时是不可能方便实现的。 另外因为电流与进给力和扭矩之间的不确定性 ,也使得其无法用闭环控制来实现二者之间的匹配。 为此 ,我们认为对采样头的进给和旋转采用液压传动是十分必要的 ,同时也是一种科学的选择。 因为其宽广的无级调速范围、宽广的负载调节能力 、平稳 的启停要求、低进给力下的强破冻煤能力。 这一系列的要求代表了当前煤质采样机的最高水平。 只有采用闭环控制的液压传动才能满足使用要求。 龙门液压系统 的设计 在本设计中，采样机为了适合对不同高度的车载煤进行采样，必须对龙门支架的高度可以进行调节， 承载龙门横梁的升降， 所以在龙门支架 上 有液压装置控制龙门升降。 液压缸是液压系统中的执行元件，它是一种把液体的压力能转换成机械能以实现直线往复运动的能量转换装置。 液压缸机构简单，工作可靠，在液压系统中得到了广泛应用。 液压缸按其结构形式，可分为活塞缸，柱塞缸两类。 活塞缸和柱塞缸的输入为压力和流量，输出为推力和速度。 由于本设计中的液压缸都是一端固定一端移动的，所以选择单杆活塞液压缸。 13 液压缸设计中应注意的问题 液压缸的设计和适用正确与否，智杰影响到它的性能和易否发生故障。 在这方面，经常碰到的液压缸安装不当、活塞杆承受偏载、液压缸或活塞杆的压杆失稳等问题。 所以，在设计液压缸时，必须注意以下几点： 1） 尽量使活塞杆在受拉状态下承受最大负载，或在受压状态下具有良好的纵向稳定性。 2） 考虑液压缸行程终了处的制动问题和液压缸的排气问题。 3） 正确确定液压缸的安装、固定方式。 4） 液压缸各部分的结构需根据推荐的结构形式和设计标准进行设计，尽可能做到简单、紧凑，加工、装配和维修方便。