【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 煤采樣機(jī)設(shè)計(jì)，即對(duì)采樣頭有了新的要求，能適應(yīng)干燥狀態(tài)下對(duì)煤粉采樣，也能適用于對(duì)潮濕狀態(tài)下的煤粉采樣。當(dāng)干燥狀態(tài)時(shí)，煤粉間的摩擦力大，就會(huì)對(duì)采樣頭有更大的阻力，這要求了采樣頭必須有高的硬度和耐磨性；而當(dāng)對(duì)潮濕狀態(tài)下煤粉采樣時(shí)，煤粉對(duì)采樣頭的阻力變小，但粘度增大，同時(shí)煤粉中的許多酸堿性物質(zhì)溶于水中后會(huì)對(duì)采樣頭腐蝕。為了適應(yīng)兩種不同工況下的煤粉采樣，就需要設(shè)計(jì)出兩種不同性能的采樣頭。這就涉及到了換刀式采樣頭，工作時(shí)根據(jù)需要更換采樣頭，但這樣做不但使得整個(gè)機(jī)械的整體變復(fù)雜，增加了額外的工作量，而且工作時(shí)兩個(gè)采樣頭會(huì)彼此影響，并且有時(shí)會(huì)對(duì)人和環(huán)境造成危險(xiǎn)。因此，本文提出了多功能一體化采樣頭（詳見(jiàn)第四章）。采樣機(jī)的整體尺寸：長(zhǎng)6米，寬4米，高4米。其中，采樣機(jī)的寬度為4米，此設(shè)計(jì)寬度一般能包容下普通車(chē)廂，方便龍門(mén)駛?cè)胲?chē)廂采樣。車(chē)載煤采樣機(jī)的長(zhǎng)度為6米，高度4米，底座上安裝有小型電機(jī)，驅(qū)動(dòng)前輪承載的龍門(mén)沿車(chē)道方向移動(dòng)，范圍在6~10米，能覆蓋載煤車(chē)廂的任意位置。而高4米的龍門(mén)因?yàn)橛幸簤夯钊麢C(jī)構(gòu)使得龍門(mén)可承載小車(chē)在4~6米的范圍內(nèi)上下移動(dòng)，適應(yīng)了不同高度的車(chē)廂采樣。同時(shí)當(dāng)采樣機(jī)不工作的時(shí)候可以把小車(chē)放到最小狀態(tài)，節(jié)省了占地空間，維護(hù)方便。采樣機(jī)主要由大車(chē)、龍門(mén)、小車(chē)、采樣機(jī)構(gòu)四部分組成。大車(chē)的主要結(jié)構(gòu)部件為：1—主控制室、2—底座、3—后輪（采樣機(jī)定位）、4—前輪（采樣頭定位）、5—推桿、6—法蘭盤(pán)。每個(gè)構(gòu)件的具體作用如下：1—主控制室的作用為：駕駛多工況采樣車(chē)定位到指定地點(diǎn)采樣；控制龍門(mén)支架液壓系統(tǒng)使龍門(mén)高度變化以適應(yīng)不同載煤車(chē)的大??；并且控制采樣頭的X/Y/Z三方向運(yùn)動(dòng)，即控制底座電機(jī)驅(qū)動(dòng)前輪定位采樣頭Y坐標(biāo)，控制龍門(mén)伺服電機(jī)正反轉(zhuǎn)帶動(dòng)小車(chē)定位采樣頭X坐標(biāo)，控制采樣機(jī)構(gòu)采樣頭的運(yùn)動(dòng)的液壓系統(tǒng)定位采樣頭Z坐標(biāo)；控制采樣頭主運(yùn)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)采樣頭旋轉(zhuǎn)。2—底座的作用為承載主控制室、龍門(mén)以及連接前后輪。3—后輪是整個(gè)采樣車(chē)的驅(qū)動(dòng)輪，主控制室控制后輪行駛，移動(dòng)到待采樣的車(chē)廂，使得龍門(mén)橫跨整個(gè)車(chē)廂。4—前輪的作用是定位采樣頭的Y坐標(biāo)。5—推桿的作用是驅(qū)動(dòng)前輪。6—法蘭盤(pán)的作用是連接龍門(mén)與底座。大車(chē)PROE模型如下圖21：圖21 大車(chē)結(jié)構(gòu)圖龍門(mén)的主要結(jié)構(gòu)部件為：7—機(jī)架、8—液壓缸、9—伺服電機(jī)、10—減速器、11—軸承、12—絲杠、13—導(dǎo)軌。7—機(jī)架的作用是支撐龍門(mén)及其附件。8—液壓缸的作用是調(diào)整龍門(mén)的高度以適應(yīng)對(duì)不同高度的車(chē)廂進(jìn)行采樣。9—伺服電機(jī)的作用是帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)以控制小車(chē)延X(jué)軸方向運(yùn)動(dòng)以定位采樣點(diǎn)。10—減速器的作用是調(diào)節(jié)伺服電機(jī)主軸的轉(zhuǎn)速輸出給絲杠。11—軸承的作用是連接機(jī)架和轉(zhuǎn)動(dòng)的絲杠。12—絲杠的作用是傳遞轉(zhuǎn)速，螺旋傳動(dòng)帶動(dòng)小車(chē)移動(dòng)。13—導(dǎo)軌作用為使小車(chē)的車(chē)輪平穩(wěn)的運(yùn)動(dòng)。龍門(mén)PROE模型如下圖22：圖22 龍門(mén)結(jié)構(gòu)圖小車(chē)的主要結(jié)構(gòu)部件為：14—小車(chē)輪、15—車(chē)架、16—輪軸、17—螺旋傳動(dòng)孔、18—端蓋。14—小車(chē)輪的作用是帶動(dòng)小車(chē)平穩(wěn)移動(dòng)并減少摩擦力。15—車(chē)架的作用是支承整個(gè)小車(chē)的所有部件。16—輪軸的作用是連接車(chē)架與小車(chē)輪。17—螺旋傳動(dòng)孔的作用是連接絲杠并傳遞旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)小車(chē)移動(dòng)。18—端蓋的作用是連接小車(chē)與采樣頭的連板。小車(chē)結(jié)構(gòu)PROE模型如下圖23：圖23 小車(chē)結(jié)構(gòu)圖采樣機(jī)構(gòu)的主要部件有：19—主運(yùn)動(dòng)電機(jī)、20—齒輪減速器、21—液壓缸、22—推桿、23—法蘭、24—主螺旋桿、25—保護(hù)箱、26—軸承、27—采樣頭、28—拉桿、29—拉門(mén)、30—連桿。19—主運(yùn)動(dòng)電機(jī)的作用是帶動(dòng)主螺旋桿旋轉(zhuǎn)。20—齒輪減速器的作用與元件10相同。21—液壓缸的作用是控制采樣頭延Z方向的運(yùn)動(dòng)并定位。22—推桿為液壓缸的活塞，傳遞位移。23—法蘭的作用是連接推桿與主螺旋桿。25—保護(hù)箱的作用為容納并保護(hù)主運(yùn)動(dòng)電機(jī)以及齒輪減速器避免碰撞及粉塵污染。26—軸承的作用為連接主螺旋桿與推桿。27—采樣頭的作用為采集煤樣。230—拉桿、連桿的作用為控制拉門(mén)的開(kāi)關(guān)。29—拉門(mén)的作用為控制采樣頭的開(kāi)關(guān)。采樣頭PROE模型如下圖24,采樣機(jī)構(gòu)模型如下圖25：圖24 采樣頭圖25 采樣機(jī)構(gòu)采樣機(jī)整體PROE結(jié)構(gòu)圖如下圖26：圖26 采樣機(jī)整體結(jié)構(gòu)圖1）根據(jù)待采樣車(chē)廂的高度大小，在主控制室調(diào)節(jié)8—液壓缸的升降，使得采樣機(jī)的龍門(mén)能跨過(guò)整個(gè)車(chē)廂，并且持續(xù)保持此液壓工作壓力，維持此高度直至采樣結(jié)束。2）操作人員進(jìn)入1—主控制室，駕駛大車(chē)至整個(gè)龍門(mén)和底座延車(chē)道方向橫跨整個(gè)車(chē)廂。3）確定車(chē)廂內(nèi)采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)及每個(gè)采樣點(diǎn)的三維坐標(biāo)并輸入主控制系統(tǒng)。其中，規(guī)定延車(chē)道方向?yàn)閥軸，橫向即龍門(mén)導(dǎo)軌方向?yàn)閤軸，豎直向上方向?yàn)閦軸方向。4）主控制系統(tǒng)根據(jù)輸入坐標(biāo)定位采樣點(diǎn)。其中y坐標(biāo)通過(guò)控制底座上的5—驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)前輪前后移動(dòng)定位；x坐標(biāo)通過(guò)控制9—伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)帶動(dòng)小車(chē)移動(dòng)定位；z坐標(biāo)通過(guò)控制22—采樣手的液壓活塞系統(tǒng)的上下移動(dòng)定位。5）由采樣頭上的19—主運(yùn)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)20—減速齒輪，使24—主螺旋桿轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)控制22—液壓活塞下推。采樣頭運(yùn)動(dòng)過(guò)程分：?jiǎn)?dòng)，快進(jìn)，工進(jìn)，停留，慢退，快退；六個(gè)階段，每個(gè)階段采樣頭的速度不一，當(dāng)快進(jìn)時(shí)，采樣頭的速度大，負(fù)載?。划?dāng)工進(jìn)時(shí)，采樣機(jī)的負(fù)載大，則速度小。6）采樣頭在車(chē)廂煤層中停留期間，主控制系統(tǒng)控制拉門(mén)式采樣手28—拉桿上提，使得29—采樣手拉門(mén)被打開(kāi)，由于主螺旋桿的旋轉(zhuǎn)，則煤樣自動(dòng)進(jìn)入采樣手中，再控制采樣手的拉門(mén)關(guān)閉，即煤樣采集完成。注意，當(dāng)在干燥工況下應(yīng)控制干燥拉門(mén)采樣，當(dāng)在潮濕工況下應(yīng)控制潮濕拉門(mén)采樣。7）采集完成一個(gè)采樣點(diǎn)后，小車(chē)復(fù)位，運(yùn)行到指定位置傾卸煤樣。重復(fù)上述步驟直至所有采樣點(diǎn)都完成采樣。8)采樣手復(fù)位，小車(chē)復(fù)位，大車(chē)駛離載煤車(chē)廂，龍門(mén)高度復(fù)位，整個(gè)采樣完成。第三章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則在國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的煤質(zhì)采樣機(jī)中,其采樣頭的進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)大多采用機(jī)械傳動(dòng),配合電機(jī)的變頻調(diào)速來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)速度,這種傳動(dòng)方式盡管存在各種問(wèn)題,但總體上還是能滿足采樣的基本要求。但是當(dāng)遇到凍煤、樹(shù)枝、孤石等物質(zhì)時(shí),其采樣工作就不能正常進(jìn)行,這是因?yàn)橛龅讲煌牟蓸咏橘|(zhì)時(shí),對(duì)采樣頭的進(jìn)給速度和旋轉(zhuǎn)速度有不同的要求,如遇到凍煤和孤石時(shí),需要減小進(jìn)給速度而提高旋轉(zhuǎn)速度。而當(dāng)遇到樹(shù)根時(shí)則需自動(dòng)提高切割頭的扭矩。另外煤粒的尺寸和含水量變化時(shí)也需要采樣頭的進(jìn)給速度和旋轉(zhuǎn)速度做出相應(yīng)的調(diào)整,而這一切在機(jī)械傳動(dòng)時(shí)是不可能方便實(shí)現(xiàn)的。另外因?yàn)殡娏髋c進(jìn)給力和扭矩之間的不確定性,也使得其無(wú)法用閉環(huán)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)二者之間的匹配。為此,我們認(rèn)為對(duì)采樣頭的進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)采用液壓傳動(dòng)是十分必要的,同時(shí)也是一種科學(xué)的選擇。因?yàn)槠鋵拸V的無(wú)級(jí)調(diào)速范圍、寬廣的負(fù)載調(diào)節(jié)能力、平穩(wěn)的啟停要求、低進(jìn)給力下的強(qiáng)破凍煤能力。這一系列的要求代表了當(dāng)前煤質(zhì)采樣機(jī)的最高水平。只有采用閉環(huán)控制的液壓傳動(dòng)才能滿足使用要求。 龍門(mén)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中，采樣機(jī)為了適合對(duì)不同高度的車(chē)載煤進(jìn)行采樣，必須對(duì)龍門(mén)支架的高度可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，承載龍門(mén)橫梁的升降，所以在龍門(mén)支架上有液壓裝置控制龍門(mén)升降。液壓缸是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，它是一種把液體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能以實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的能量轉(zhuǎn)換裝置。液壓缸機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，在液壓系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。液壓缸按其結(jié)構(gòu)形式，可分為活塞缸，柱塞缸兩類(lèi)。活塞缸和柱塞缸的輸入為壓力和流量，輸出為推力和速度。由于本設(shè)計(jì)中的液壓缸都是一端固定一端移動(dòng)的，所以選擇單桿活塞液壓缸。 液壓缸設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題液壓缸的設(shè)計(jì)和適用正確與否，智杰影響到它的性能和易否發(fā)生故障。在這方面，經(jīng)常碰到的液壓缸安裝不當(dāng)、活塞桿承受偏載、液壓缸或活塞桿的壓桿失穩(wěn)等問(wèn)題。所以，在設(shè)計(jì)液壓缸時(shí)，必須注意以下幾點(diǎn)：1） 盡量使活塞桿在受拉狀態(tài)下承受最大負(fù)載，或在受壓狀態(tài)下具有良好的縱向穩(wěn)定性。2） 考慮液壓缸行程終了處的制動(dòng)問(wèn)題和液壓缸的排氣問(wèn)題。3） 正確確定液壓缸的安裝、固定方式。4） 液壓缸各部分的結(jié)構(gòu)需根據(jù)推薦的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，盡可能做到簡(jiǎn)單、緊湊，加工、裝配和維修方便。 工況分析欲設(shè)計(jì)一個(gè)液壓系統(tǒng)，首先得明確提出系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。如本設(shè)計(jì)中的龍門(mén)液壓系統(tǒng)，它的設(shè)計(jì)要求便是，在工作期間，龍門(mén)支架上的液壓缸能平穩(wěn)的升高到任意規(guī)定高度，并且能在一定時(shí)間段內(nèi)保證龍門(mén)支架的高度不變，即輸出一定的承載力，在一段時(shí)間內(nèi)保持系統(tǒng)一定的壓力不變；當(dāng)工作停止時(shí)，液壓缸平穩(wěn)降低回原位。設(shè)計(jì)要求明確之后，便是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行工況分析。對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行工況分析，就是要查明它的每個(gè)執(zhí)行元件在各自工作過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)速度和負(fù)載的變化規(guī)律。這是滿足主機(jī)規(guī)定的動(dòng)作要求和承載能力所必須具備的。液壓系統(tǒng)承受的負(fù)載可由主機(jī)規(guī)格規(guī)定，可由樣機(jī)通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，也可以由理論分析確定。當(dāng)用理論分析確定系統(tǒng)的實(shí)際負(fù)載時(shí)，必須仔細(xì)考慮它所有的組成項(xiàng)目，例如本例中的龍門(mén)液壓系統(tǒng)負(fù)載為：工作負(fù)載（龍門(mén)支架以及采樣系統(tǒng)重力），慣性負(fù)載和阻力負(fù)載（采樣過(guò)程受到摩擦力）等，并且把它們繪制成圖。當(dāng)然，此液壓系統(tǒng)由于僅僅是實(shí)現(xiàn)壓力保持作用的，速度平穩(wěn)，負(fù)載平穩(wěn)，可以省略不畫(huà)。 龍門(mén)液壓系統(tǒng)保壓回路根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求以及工況分析，擬定本液壓系統(tǒng)為保壓回路。保壓回路的功用是使系統(tǒng)在液壓缸不動(dòng)或僅有極微小的位移下穩(wěn)定的維持住壓力。即在一定時(shí)間內(nèi)使龍門(mén)導(dǎo)軌穩(wěn)定的保持在一定高度上。最簡(jiǎn)單的保壓回路是使用密封性能較好的液控單向閥的回路，但是閥類(lèi)元件處的泄漏使這種回路的保壓時(shí)間不能維持很久。而本系統(tǒng)為采樣機(jī)的龍門(mén)液壓系統(tǒng)，通常情況下，一次采樣工作會(huì)對(duì)整個(gè)車(chē)廂的數(shù)十個(gè)不同深度不同位置的采樣點(diǎn)進(jìn)行采樣，總工作時(shí)間包括：采樣點(diǎn)定位時(shí)間、采樣時(shí)間以及由于突發(fā)事件