【文章內(nèi)容簡介】 質(zhì)尤其重要，因?yàn)榧词故呛苄〉牟顒e也有可能在一段時(shí)間內(nèi)造成很大的損失。同時(shí)，采樣機(jī)也是煤礦企業(yè)用于商品煤采樣的機(jī)械，要求從煤流中，火車，汽車，船上以及煤堆上采取煤樣，然后加以分析，以確定煤的各種特性，用此分析結(jié)果確定合同價(jià)格，并根據(jù)要求將采樣機(jī)進(jìn)行了運(yùn)動動作分析，對其進(jìn)行了整機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)采樣時(shí)，不但注意了如何使物料連續(xù)通過采樣設(shè)備，注意了如何保持水分不損失 ，并且還注意了如何避免粉塵的散失，在設(shè)計(jì)采樣裝置時(shí)要充分考慮到以上因素。 為了保證采樣的全面性和公正性，使得采樣點(diǎn)必須覆蓋整個(gè)車載煤的任意坐標(biāo)，即采樣頭可以上下左右前后三相移動；為了使采樣機(jī)簡單方便，操作靈活，需要設(shè)計(jì)三相的運(yùn)動裝置。 為了適應(yīng)多工況下的煤粉采樣，即干燥狀態(tài)下和潮濕狀態(tài)下都能準(zhǔn)確的采樣，必須設(shè)計(jì)采樣頭換刀裝置或多功能一體采樣頭。 方案比較 當(dāng)今車載煤采樣機(jī)大多數(shù)都為固定式采樣機(jī)，即采樣機(jī)安裝在固定的導(dǎo)軌上，載煤車行駛?cè)氩蓸訖C(jī)下方，采樣機(jī)大車可沿車道導(dǎo)軌前后移動，大車頂部有橫梁可供小車左 右移動，搭載采樣頭升降移動實(shí)現(xiàn)對車載煤的任意位置采樣。固定式采樣機(jī)有其優(yōu)點(diǎn)，操作簡單方便但缺乏靈活性，有些時(shí)候載煤車廂行駛困難，增加了采樣時(shí)間并且增大了采樣費(fèi)用， 6 效率不高。為此，本論文設(shè)計(jì)了可移動式的采樣機(jī)，采樣機(jī)大小可調(diào)，適應(yīng)不同車廂，靈活方便。 車載煤采樣機(jī)的采樣裝置主要分為龍門式和懸臂式兩種， 考慮到龍門式車載煤采樣機(jī)的力學(xué)性能以及機(jī)械性能好，本例中選用龍門式采樣機(jī)，龍門上端為一橫梁，同時(shí)有可供小車移動的輪槽，使小車在龍門中左右移動定位 。 龍門兩端的支架為可升降支架，初始狀態(tài)為最低點(diǎn)，節(jié)省空間 ； 當(dāng)工作時(shí)可 根據(jù)載煤的車型高低升降龍門。 龍門中小車的驅(qū)動形式主要分為液壓傳動和螺紋傳動。由于小車的行駛范圍為整個(gè)車廂，若選擇液壓傳動，由液壓缸帶動活塞推動小車左右移動，則龍門的寬度必須為小車行程的 2 倍，這增加了龍門的寬度，浪費(fèi)了空間，不可取。所以本例中選取螺紋傳動，由伺服電機(jī)連接齒輪減速器，安裝在龍門架的一端，減速器的輸出軸與龍門架間通過軸承連接渦輪，再與小車螺紋連接，驅(qū)動小車并帶動左右移動。 本論文設(shè)計(jì)題目為多工況下車載煤采樣機(jī)設(shè)計(jì)，即對采樣頭有了新的要求，能適應(yīng)干燥狀態(tài)下對煤粉采樣，也能適用于對潮濕狀態(tài)下 的煤粉采樣。當(dāng)干燥狀態(tài)時(shí)，煤粉間的摩擦力大，就會對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)對潮濕狀態(tài)下煤粉采樣時(shí)，煤粉對采樣頭的阻力變小，但粘度增大，同時(shí)煤粉中的許多酸堿性物質(zhì)溶于水中后會對采樣頭腐蝕。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)采樣頭會彼此影響，并且有時(shí)會對人 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 （詳見第四章） 。 采樣機(jī)結(jié)構(gòu) 采樣機(jī)的整體尺寸：長 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廂， 方便 龍門駛?cè)胲噹蓸印＼囕d煤采樣機(jī)的長度為 6 米，高度4 米， 底座上安裝有小型電機(jī)，驅(qū)動前輪 承載的龍門沿車道方向移動 ，范圍在 6~10 米 ，能覆蓋載煤車廂的任意位置。而高 4米的龍門因?yàn)橛幸簤夯钊麢C(jī)構(gòu)使得龍門可承載小車在 4~6米的范圍內(nèi)上下移動，適應(yīng)了不同高度的車廂采樣。同時(shí)當(dāng)采樣機(jī)不工作的時(shí)候可以把小車放到最小狀態(tài)，節(jié)省了占地空間，維護(hù)方便。 采樣機(jī)主要由大車、龍門、小車、采樣機(jī)構(gòu) 四部分 組成。 大車的主要結(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。 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 定位到指定地點(diǎn)采樣 ；控制龍門支架液壓系統(tǒng)使龍門高度變化以適應(yīng)不同載煤車的大??； 并且控制采樣頭的 X/Y/Z 三方向運(yùn)動，即控制底座電機(jī) 驅(qū)動前輪定位采樣頭 Y 坐標(biāo) ， 控制龍門伺服電機(jī)正反轉(zhuǎn)帶動小車定位采樣頭 X 7 坐標(biāo)，控制采樣機(jī)構(gòu)采樣頭的運(yùn)動的液壓系統(tǒng)定位采樣頭 Z 坐標(biāo)；控制采樣頭主運(yùn)動電機(jī)帶動采樣頭旋轉(zhuǎn)。 2— 底座的作用為承載主控制室、龍門以及連 接前后輪。 3— 后輪是整個(gè)采樣車的驅(qū)動輪，主控制室控制后輪行駛，移動到待采樣的車廂，使得龍門橫跨整個(gè)車廂。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)動前輪。 6— 法蘭盤的作用是連接龍門與底座。 大車 PROE 模型如下 圖 21： 圖 21 大車結(jié)構(gòu)圖 龍門的主要結(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及其附件。 8— 液壓缸的作用是調(diào)整龍門的高度以適應(yīng)對不同高度的車廂進(jìn)行采樣。 9— 伺服電機(jī)的作用是帶動絲杠旋轉(zhuǎn)以控制小車延 X 軸方向運(yùn)動以定位采樣點(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)動的絲杠。 12— 絲杠的作用是傳遞轉(zhuǎn)速，螺旋傳動帶動小車移動。 13—導(dǎo)軌作用為使小車的車輪平穩(wěn)的運(yùn)動。 龍門 PROE 模型如下 圖 22： 8 圖 22 龍門結(jié)構(gòu)圖 小車的主要結(jié)構(gòu)部件為： 14— 小車輪、 15— 車架、 16— 輪軸、 17— 螺旋傳動孔、 18—端蓋。 14— 小車輪的作用是帶動小車平穩(wěn)移動并減少摩擦力。 15— 車架的作用是支承整個(gè)小車的所有部件。 16— 輪軸的作用是連接車架與小車輪。 17— 螺旋傳動孔的作用是連 接絲杠并傳遞旋轉(zhuǎn)帶動小車移動。 18— 端蓋 的作用 是連接 小車與采樣頭的連板。 小車結(jié)構(gòu) PROE模型如下 圖 23： 9 圖 23 小車結(jié)構(gòu)圖 采樣機(jī)構(gòu)的主要部件有： 19— 主運(yùn)動電機(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 、30— 連桿 。 19— 主運(yùn)動電機(jī)的作用是帶動主螺旋桿旋轉(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 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。 2 30— 拉桿 、連桿 的作用為控制拉門的開關(guān)。 29— 拉門的作用為控制采樣頭的開關(guān)。 采樣頭 PROE 模型如下 圖 24,采樣機(jī)構(gòu)模型如下圖 25： 10 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： 11 圖 26 采樣機(jī)整體結(jié)構(gòu)圖 工作原理 1）根據(jù) 待采樣車廂的高度大小，在主控制室調(diào)節(jié) 8— 液壓缸的升降，使得采樣機(jī)的龍門能跨過整個(gè)車廂，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，駕駛大車至整個(gè)龍門和底座延車道方向橫跨整個(gè)車廂。 3） 確定車廂內(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)定延車道方向?yàn)?y 軸，橫向即龍門導(dǎo)軌方向?yàn)?x 軸，豎直向上方向?yàn)?z 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)通過控制底座上的 5— 驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動前輪前后移動 定位； x 坐標(biāo)通過控制 9— 伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)帶動小車移動定 位； z 坐標(biāo)通過控制 22— 采樣手的液壓活塞系統(tǒng)的上下移動定位。 5） 由采樣頭上的 19— 主運(yùn)動電機(jī)帶動 20— 減速齒輪，使 24— 主螺旋桿轉(zhuǎn)動，同時(shí)控制 22— 液壓活塞下推。采樣頭運(yùn)動過程分：啟動，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)載小；當(dāng) 工 進(jìn)時(shí)，采樣機(jī)的負(fù)載大，則速度小。 6）采樣頭在車廂煤層中停留期間，主控制系統(tǒng)控制拉門式采樣手 28— 拉桿上提，使得 29— 采樣手拉門被打開，由于主螺旋桿的旋轉(zhuǎn)，則煤樣自動進(jìn)入采樣手中，再控制采樣 12 手的拉門關(guān)閉，即煤樣采集完成。 注意，當(dāng)在干燥工況下應(yīng)控制干燥拉門采樣，當(dāng)在潮濕工況下應(yīng)控制潮濕拉門采樣。 7）采集完成一個(gè)采樣點(diǎn)后， 小車復(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，小車復(fù)位，大車駛離載煤車廂，龍門高度復(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 ,配合電機(jī)的變頻調(diào)速來調(diào)節(jié)進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)速度 ,這種傳動方式盡管存在各種問題 ,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)遇到樹根時(shí)則需自動提高切割頭的扭矩 。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 ,也使得其無法用閉環(huán)控制來實(shí)現(xiàn)二者之間的匹配。 為此 ,我們認(rèn)為對采樣頭的進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)采用液壓傳動是十分必要的 ,同時(shí)也是一種科學(xué)的選擇。因?yàn)槠鋵拸V的無級調(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)控制的液壓傳動才能滿足使用要求。 龍門液壓系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) 在本設(shè)計(jì)中，采樣機(jī)為了適合對不同高度的車載煤進(jìn)行采樣，必須對龍門支架的高度可以進(jìn)行調(diào)節(jié)， 承載龍門橫梁的升降， 所以在龍門支架 上 有液壓裝置控制龍門升降。 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)動的能量轉(zhuǎn)換裝置。液壓缸機(jī)構(gòu)簡單，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 。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的，所以選擇單桿活塞液壓缸。 13 液壓缸設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題 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問題和液壓缸的排氣問題。 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)，盡可能做到簡單、緊湊，加工、裝配和維修方便。