宽胶带大流量移动煤流自动化采制样技术.pdf

第 3 3卷第 6期 2 0 0 8年 6月 煤 炭 学 报 J OUR NAL O F C HI NA C 0AL S OC I E T Y Vo 1 ． 3 3 No ． 6 J u n e 2 0 0 8 文章编号 0 2 5 39 9 9 3 2 0 0 8 0 6 0 6 9 0 0 4 宽胶带大流量移动煤流 自动化采制样技术 刘金 国 煤炭科学研究总院 检测研究分院，北京1 0 0 0 1 3 摘要分析 了宽胶带大流量移动煤流 自动化采制样技术与装备的工作原理和技术特点；确定 了 系统工艺、关键技术参数、 系统总体、单元机械设备 、低压配电和控制 系统及现场配套设施的设 计 方 法． 关键词 宽胶 带；大流量煤流；自动采制样 中图分类号 T D 9 2 6 ． 3 文献标识码 A Aut o m a t i c s a mpl i ng t e c hno l o g y i n wi d e b e l t c o n v e y o r wi t h bi g v o l um e o f c o a l flo w L I U J i n g u o T e s t B r a n c h ，C h i n a C o a l R e s e a r c h I n s t i t u t e ，B e ij i n g 1 0 0 0 1 3，C h i n a Abs t r a c t St ud i e d t h e wo r k pr i n c i pl e t e c h n i q u e t r a i t o f t h e s a mp l i n g t e c h n o l o g y i n wi d e be l t c o n v e y o r wi t h bi g v o l u me o f c o a l flo w． As c e r t a i n e d t h e d e s i g n me t h o d o f i t s t e c hn o l o g y，t h e k e y p a r a me t e r s ， t he c o l l e c t i v i t y，me c h a n i c a l u n i t ， p o we r s u p p l y c o n t r o l s y s t e m ，wo r ks i t e f a c i l i t y ． Ke y wo r d s w i d e b e l t c o n v e y o r ；b i g v o l u me o f c o a l fl o w；a u t o ma t i c s a mp l i n g 港 口作为煤炭 贸易的主要 中转地 ，卸车胶 带或装 船 胶带 的带宽 一般 为 2 ． 0～2 ． 4 m，额定运 量为 6 0 0 0～1 0 0 0 0 t ／ h ，带速一般为 4 ． 7～ 6 ． 5 m ／ s ．在宽胶带大流量移动煤流中进行人工采样 ，不仅劳动强度 大 、安全隐患多 ，更重要的是受人为因素影响，不能保证所采取样 品的代表性 ，煤炭质量纠纷 日渐突出． 近年 ，我国先后从英国、美 国、德国分别引进 了机械化采制样装备 ，但耗资较大．煤炭科学研究总院检测 分院 自2 0 0 0年起 自主开发了用 于我国各大港口宽胶带 、大流量移动煤流 的自动化采制样技术 与装备 ，采 制样系统技术条件符合 I S O f 3 9 0 9及 G B ／ T I 9 4 9 4标准 ，并成功应用 于黄骅港一期工程 、黄骅港二期工程和 天津港商检 自动化采制样工程及京唐港 3 0 0 0万 t 煤码头工程． 1 工作原理和 工艺设计 1 ． 1工作 原理 初级采样器安装在输煤胶带 中段．系统工作时 ，初级采样器接受计算机控制系统 的指令 ，实现对主胶 带输送机上的煤流进行全断面采样 ，初级子样通过缩分胶带机 ，分析样切割器和粒度样切割器分别采取分 析样和粒度样 一级缩分 ．分析样进入破碎机进行破碎 ，经过旋转缩分器缩分 二级缩分后进入分析 样收集器．粒度样直接进入在线粒度分析系统进行在线粒度分析 ，结果 自动存人数据库 中．粒度分析后的 收稿 日期 2 0 0 7 0 7- 2 7 责任编辑 柳玉柏 基金项目中华人民共和国科学技术部科研院所专项资金资助项 目 2 0 0 3 E G 1 2 2 1 0 8 作者简介 刘金 国 1 9 6 4 一 ，男 ，山东东 营人 ，研究员 ，硕士．T e l 0 1 08 4 2 6 1 6 5 1 ，Ema i l l i u j i n g u o y e a h ． n e t 维普资讯 第6期 刘金国宽胶带大流量移动煤流 自动化采制样技术 6 9 1 废样与分析样二级缩分后弃样一起进入弃样破 碎机 破碎后经螺旋输送机和斗式提升机返 回采样 主胶带． 1 ． 2工艺设计 根据工作原理和现场煤炭采制样精密度 的理论 计算 ，I S 0 1 3 9 0 9及 G B ／ T 1 9 4 9 4技术条件要求 ，以及 系统运行的可靠性，并根据我国各大煤炭港 口的现 场条件 ，确定移动煤流的 自动化采制样系统 装备 工艺设计如图 1所示． 2主要技术参数的确定和总体设计 2 ． 1 主要技术参数 1 初级子样质量⋯．初级子样质量 可根据 初级采样器 的尺寸 、移动 煤流 的流量等 因素 确定 ， q I 除铁器及煤流整形装 置 i 校 笏 氢 蓊 撕 刚 鏖 笨 电 动 翻 闸 门 f 手 动 翻 板 叻 器 ⋯ 即 C b1 0 ～ ／ 3 ． 6 ， 其 中，C为移动煤流的流 图 1 移动煤流的自动化采制样系统工艺设计 量 ，t ／ h ；b为初级采样器的开 口尺寸，m lT l ； b 为移 F i 昏1 T e c h n o 1 o g Y d e s i g n o f a u t o m a t i c s a m p l i n g 动煤流的移动速度 ，m ／ s ． s y s t e m o f c o a l fl o w 2 总样的最小质量．总样 的最小质量 k g 取决于煤的标称最大粒度、标准规定 的给定标称最 大粒度下的总样最小质量和采样精密度 ，即 。 0 ． 2 ／ P ， 其中， 。 为标准规定的给定标称最大粒 度下的总样最小质量 ，k g ；P 为要求的由于粒度特性导致 的灰分精密度． 3 采样单元数．在需要划分采样单元时 ，采样单元数为 ， 。 ， 其 中， 为起始采样单元煤 量 ，t ；M为被采样移动煤流批量 ，t ． 4 单元子样数．系统单元子样数为 n4 ／ mP 一 4 ， 其 中， 为初级子样方差 ；m为一批煤 中划分的采样单元数 目；P 为一批煤在 9 5 ％ 的置信水平下的采样 、制样和化验总精密度 ， ％ ； 为制样 和化验方差． 5 采样 间隔．各 子样应 均匀分 布 于整个采 样单元 中，各 初级 子样 间的时 间为 △ 6 0 m ／ G It mi n ，其中， 为采样单元煤量 ，t ；G为移动煤流的最大煤量 ，t ／ h ；n为子样数． 2 ． 2总体设计 1 系统的单元机械设备．主要包 括初级采样器 、全密封给料机 、全密 封胶带缩分机 含 除铁器 、 煤流整形装置、分析样缩分切割器、粒度样缩分切割器等 、分析样破碎机、弃样破碎机、旋转缩分器、 智能样品收集器、弃样螺旋输送机、弃样斗式提升机、各检修平台、护栏、爬梯、溜料管组等． 2 低压配电及控制系统．以工业控制机为上位机，P L C为下位机的计算机控制系统．配套的低压 配电系统主要包括系统控制硬件 、通讯及接 口软件 、监控软件 、配套配 电、照明系统等． 3 现场配套设施．主要包括消防 、火灾报警 、除尘 、冲洗及工业 电视监视等． 3 单元机械 设备的设计 3 ． 1 初级采样器 初级采样器是移动煤流自动化采制样系统的关键设备．其工作精度和工作可靠性将直接决定系统的偏 差和工作可靠性．本研究研发的国内首个大流量 流量达 6 0 0 0 t ／ h 、宽胶带 、高带速 带宽 2 ． 0 m、带 速 5 ． 3 m ／ s 的移动煤流采制样系统 中所使用的 S W1 5 0型初级采样器主要由电机减速器 、传动主轴、轴承 组件 、切割器组件 、接料组件 、密封裙板 、定位装置和外罩等部分组成 图 2 ． 维普资讯 煤 炭 学 报 2 0 0 8 年第3 3 卷 2 0 0 图 2 S W1 5 0型初级采样 器 Fi g ． 2 S t r uc t u r e o f t y pe S W 1 5 0 pr i ma r y s a mp l e r 3 ． 2 胶带缩分机 本研究研发 的 S D 3 0 0型缩分胶带机 具备除铁 、 煤流整形 、缩分 、故 障报警 、全密封等功能 ，结构 如图 3所示 1 1 o o 一 0 l r 1 j L _ 衄 】 l l I n L S O n I『 F l 一 旦 1 8 5 0 6 0 0． ’ ’ u廿 二 生 _ - i ／ I ’ l 、 J3 2 ＆ 1 3 8 5 f 1 3 8 5 l _ 1 3 8 5 I 、 4 2 0 0 f 。 ’ 5 0 1 2 。 。 ． 图 3 S D 3 0 0型缩分胶带机 Fi g ． 3 S t ruc t u r e o f t y p e S D30 0 b e l t di v i s i o n d e v i c e 3 ． 3锤式破碎机 锤式破碎机在移动煤流 自动化采制样系统中的作用主要是将胶带缩分机缩分后 的子样及系统弃样按一 定的粒度进行破碎．本研究研发的 P C 0 3 0 6型分析样破碎机和 C P 2 2型弃样破碎机出料均匀 ，噪音较小 ， 防堵塞，使用寿命长，处理煤样能力为 3 ， 5 t ／ h ． 3 ． 4旋转缩 分器 旋转缩分器是 自动化采制样系统中的核心机械设备．在移动煤流 自动化采制样系统 中的作用主要是将 锤式破碎机破碎后 的煤样按 1 ／ 2～1 ／ 1 0 0的缩分 比进行缩分．本研究研发的 S X 2型旋转缩分器 ，采用顶部 旋转入料的方式，克服了煤样在缩分过程中的横向、纵向的不稳定性，使该型旋转缩分器不但质量轻、体 积小，便于安装和缩分 比的调整 ，而且缩分精度大幅提高． 3 ． 5 螺旋输送机 螺旋输送机是 自动化采制样系统的辅助单元机械设备 ，通常有 2种应用方式 ① 用作给料机 ，其 目 的是将初级采样器采取的子样均匀地输送给破碎机或下级缩分系统．② 用于输送弃样 ，将各级缩分形成 的弃样收集后 ，均匀的输送给弃样 斗式提升机送至采样输煤胶带．本研究研发的 L G 2 0 0型螺旋输送机兼 顾了防止因瞬时局部过载造成 的破碎机堵塞和将初级子样拉成特定截面且具有一定长度 的煤流 ，为初级子 样进行下一步破碎前 的胶带缩分作准备的作用．根据系统的要求 ，螺旋输送能力为 9～3 5 t ／ h ，输入功率 为 2 ． 2～ 7 ． 5 k W． 3 ． 6智能样品收集器 智能样品收集器为 自动化采制样系统的配套辅助设备．本研究研发的 X J 6型智能六工位样品收集器主 要 由驱动装置、下转盘、传动轴、不锈钢样品收集罐 、位置编码与定位系统、密封外罩等部分组成．当一 个样品收集罐集满后 ，样品收集器将 自动旋转至下一个工作位置 ，当所有的样品收集罐全部集满后 ，智能 样品收集器将向计算机控制系统发出声光信息，提示现场操作人员进行人工更换样品收集罐． 4 低压配电与计算机控制系统的设计 4 ． 1 低压配电系统 低压配电系统分为动力系统和照明系统 2个部分．移动煤流 自动化采制样的系统配电与照明系统随着 系统工艺设计 、总体设计 、用户要求的不 同而不同．图 4为黄骅港二期工程低压配电系统． 4 ． 2 计算机控制系统 计算机控制系统包括控制柜 、机旁控制箱 、工业计算机 、P L C及外设通讯接 口、各种控制模块 、各类 传感器及系统 的配套驱动软件 、控制软件 、通讯接 口软件和工业组态软件等 图 5 ．为 防止煤样 在处理 维普资讯 第6期 刘金国宽胶带大流量移动煤流自动化采制样技术 6 9 3 过程中可能出现的不同等级的堵塞 ，在各溜管易堵部位均设置 了堵塞探测器 ．一旦系统 的某环节出现 堵塞 ，则该堵塞信息 自动上传至控制界面 ，根据堵塞的等级 ，提示进行不同的人工干预． 图 4 低压 配电系统 F i g ． 4 The ph o t o o f p o we r s u p pl y s y s t e m 图5 算机控制系统工作界面 Fi g ． 5 Th e s h e l l o f c omp ut e r c o n t r o l s y s t e m 控制柜是控制系统的核心控制单元．主要 由可编程逻辑控制器 P L C 、工业控制机 和各类控制模块 组成．各个单体设备传感器的取 电、信号传输 、信号反馈均是以控制柜为最初起点和直接终点．工控系统 通过采集 、处理各传感器信号 ，判断出各单体设备的运行状态 ，进而作出相应 的处理．当某台单体设备 出 现异常 ，P L C即会发出指令进行声光报警 ，记录发生故障的部位和故障类型，然后强迫系统停机 ，等待进 行人工干预．移动煤流 自动化采制样 系统 的计算 机控制系统具有 以下技 术特点 ① 计算机控 制系统的 P L C，各类检测传感器全部采用进 口元件 ，确保可靠性 ，配备不问断 电源 ，保证了在发生意外的特殊情况 下采样系统能够 自动复位 ；② 控制系统采用模块式设计 ，便 于功能扩充和系统升级 ；③ 在人机交互式工 作界面上配有多种采样参数输入方式 ，既可以按照 I S O，A S T M，G B等 国际、国家标准的规定 自动生成采 样参数 ，也可以由用户根据所采煤 的实际情 况手 动输入 ；④ 在人机交互式工作界面上 ，系统 自动记录装 船采样过程 中的相关技术参数和信息 ；⑤ 系统具有 自我故 障诊断功能；⑥ 设有远程 自动控制 、远程手动 控制和机旁控制等多种控制方式供选择 、操作． 4 ． 3现场配套设施 为保证移动煤流 自动化采制样系统稳定 、可靠 、安全地工作 ，进一步改善系统设备 的维修 、维护条 件 ，方便地监视系统各环节 的工作状态 ，降低围护结构 内的煤尘浓度 ，在移动煤流 自动化采制样系统的整 体设计时 ，根据现场 的实际情况和用户的具体要求 ，需设置现场配套设施．这些设施主要包括 消防、火 灾报警 、除尘 、冲洗 、上下水及工业 电视监视等．用 于系统工作过程中的消防 、火灾 自动报警 、围护结构 内的 自动冲洗 、煤尘的 自动除尘与工业电视监视等． 5 结 论 工艺设计符合 I S O，A S T M，G B等标准的相关技术要求 ，可根据不 同标准选择采样工艺参数 ，也可以 由用户根据煤种 、装船批煤等实际情况手动输入 ，工作智能化．总体设计符合 国情 ，设 备性能稳定可靠 ， 经久耐用 ，各单元设备 的工作与监控完全 由计算机控制 ，各项控制与操作界面友好 ，各控制模块之间可方 便地进行移植和扩充．主要技术指标不低于国外同类产品 ，但研制成本远低于国外 同类产品，具有很强的 技术推广优势，可替代同类产品技术与装备的进口．黄骅港一期、二期，天津港商检自动化采制样、京唐 港 3 0 0 0万 t 煤码头等工程实践证 明，该技术与装备 日甄完善 ，已得到国内各港 口用户的认 可． 参考文献 [ 1 ] G B ／ T 1 9 4 9 4 2 0 0 4煤炭机械化采制样 [ s ] ．中国标准出版社 ，2 0 0 4 ． [ 2 ] 刘金国 ．煤矿装车站火车移动机械化采制样系统的开发与应用 [ J ] ．煤 ，2 0 0 7 8 6～ 8 ． [ 3 ] 刘金国，姚厄书，臧鹏 ，等．移动煤流多状态探测器的研制 [ J ] ．煤 ，2 0 0 7 1 2 1 6～1 9 维普资讯