挂斗缩分机零点偏移技术分析

四川广安发电有限责任公司 文福涛

四川广安发电有限责任公司配备有七台型号为IVS-SNHDGAIII-IQC-SSY-2800的机械螺杆采样装置，系统配备有GJF600型骨架粉碎机和XZMS500-B-00型刮斗式缩分机，设备制造厂家为青岛三能电力设备有限公司，其二次缩分装置采用的是带有扫刮器的缩分装置，其缩分比可调，通过缩分后进入旋转接料机中的集样桶收集，采样完毕后得到一个具有代表性的煤样。2021年以来公司各台机械采样装置的缩分机都不同程度存在零点漂移现象，缩分机挂斗停留在皮带中间，导致挂斗不能刮取全端面煤流，同样，来煤量的情况煤样留样量减少，影响到煤样的完整性和代表性。

1 入厂煤采制样的一般原则

1.1 煤炭采制样

原煤采制样目的是采取有代表性的样品，以样品的品质、特性代表整批煤的品质、特性。采制样的基本流程，是通过采样设备从整批煤中按相关标准多点收集一定数量的部份煤样，形成初级子样，然后将各初级子样直接合并或缩分后合并成一个总样，最后将此总样经制样流程制备成所要求数目、质量和类型的煤样。

采样的基本要求，是被采样批煤的所有颗粒都能进入采样设备，采样设备的开口直径不得小于标称粒度的3倍，每一个颗粒都有相等的机率被采中。为保证所得试样试验结果的精密度符合要求，采样时应考虑以下因素：从该批煤中采取的总样数目；每个总样的子样数目及子样的质量；与标称最大粒度相应的试样质量；煤的变异性。

为满足采样的基本要求大多采用机械采样，机械采样方式有移动煤流采样方法或静止煤采样方法，都须对其进行精密度测定和偏倚试验。精密度是指对同一种煤按规定方法进行无数次采样，其测定值之间的分散程度，测定值的分散程度愈大采样精密度愈差。一个单个结果对“真值”的绝对偏倚是不可能测定的，而只能对该试验结果的精密度做一估算。对同一批煤进行系列测定所得结果间的彼此符合程度就是精密度，而这系列测定结果的平均值对应可接受的参比值的偏离程度就是偏倚（见GB/T19494.3煤炭机械化采样 精密度测定和偏倚试验），合格后方能使用。

1.2 样品的缩分

一般通过采样设备得到的煤样量较大，需进行缩分。缩分是制样最关键的程序，目的在于减少试样量。试样缩分可用机械的方法在线或离线进行，也可用人工方法进行，但优先采用机械的方法缩分，以最大限度地减小为误差。机械缩分是以切割试样的方式从试样中取出一部分或若干部分。当试样一次缩分后的质量大于要求量时，可将缩分后试样用原缩分机或下一个缩分机作进一步缩分，当试样明显潮湿、不能顺利通过缩分机或沾粘缩分机表面时，应在缩分前进行空气干燥。当机械缩分使试样完整性破坏，如水分损失、粒度离析等时，应用人工方法缩分，但应小心操作，因人工方法本身可能会造成偏倚，特别是当缩分煤量较大时。

1.2.1 机械缩分方法

可对未被破碎的单个子样或总样进行，也可将子样或总样破碎到一定粒度时进行。缩分方式有定质量缩分或定比缩分两种，常采用定比缩分的方式，实现比较简单易行。

1.2.2 人工缩分方法

有二分器法、九点取样法、堆堆四分法、条带截取法、棋盘法等。二分器是一种简单而有效的缩分机，由两组相对交叉排列的格槽及接收器组成，两侧格槽数相等，每侧至少8个，格槽开口尺寸至少为试样标称最大粒度的3倍，格槽对水平面的斜度不小于60°，缩分时应使试样呈柱状沿二分器长度来回摆动供入格槽。供料要均匀并控制供料速度，勿使试样集中于某一端，勿发生格糟阻塞。当缩分需分几步或几次通过二分器时，各步或各次通过后应交替地从两侧接收器中收取留样。

2 采样机系统工作原理

2.1 采样机

2.1.1 用途和特点

IVS汽车入厂煤采样机是采、制样系统的主要设备，主要用于汽车煤的采样。该采样机由架体、采样系统、动力系统及自动控制系统组成，电控部分采用PLC可编程序控制器，通过计算机系统集中控制，可实现对采样过程的自动化程序控制。

2.1.2 工作原理

IVS汽车入厂煤采样机，是在可编程控制器的控制下，电机由变频器控制，带动大小行车运行到指定位置后，由采样系统上下运动，取到一段完整的竖截体煤样后，在变频器控制下继续平稳运行至采样机的起始位置，从而完成一次采样动作。然后将采到的子样通过落料口进入破碎缩分系统，所取煤样的各项参数符合GB/T19494.1-2004《煤炭机械化采样》的要求。

2.2 骨架粉碎机

主要用途和结构：骨架粉碎机主要用于煤样的破碎，便于煤样的缩分。它由骨架、机壳、转子总成、底座和动力支座组成（图1）；工作原理：该机立轴上设置有双层锤头和多层切刀，由进料斗进来的物料利用物料自重均匀给入，在自由坠落的过程中，首先被上层高速运行的锤头冲击，物料被击向反击板，反击板再将物料反弹向锤头和切刀，随物料的自重向锤头、切刀和反击板之间的冲撞，使物料粉碎，被粉碎的物料由底部排出机外。

2.3 煤样缩分机

2.3.1 用途和结构

煤样缩分机是采、制样系统的主要设备，主要用于煤样的缩分。电控部分采用了PLC可编程序控制器，通过计算机系统集中控制，可实现对煤样缩分的自动化程序控制（图2）。

2.3.2 工作原理

机械采样系统的全断面采样机械手采取到初级子样后，经给料皮带通过破碎机破碎后，进入到输送皮带，当系统监测到输送皮带上的煤流信号，通过可编程序控制器向缩分机发出运行指令，缩分机接到指令后由电机带动旋转挂斗自上向下运动，缩分机的扫刮器在电机的带动下高速转动，在皮带机上截取一段完整的横向截面的煤样，经落煤管将缩取的煤样输送到密闭式子样桶内。余煤直接落入下道工序，返回输煤系统，缩分机旋转一周后（3600），缩分机圆周上布置的光电开关发出系统停止指令，通过可编程序控制器向缩分机发出停运指令、缩分机停运。通过可编程序控制器设定的时间间隔，对缩分机的动作次数进行控制，对煤样的缩分比进行控制，从而实现对煤样的缩分。

2.3.3 工作特点

扫刮式缩分机是机械采样系统的重要设备，主要用于煤样的缩分，它采用皮带刮扫式可调缩分比装置，结构简单紧凑、占用空间小，主要用于现场高度空间小的场所，其具有缩分精度高、缩分比调节范围大、工作可靠等特点。该机旋转速度快、后板倾角大、不易粘附，接料斗及落料管均采用不锈钢制作，有效地防止堵塞现象的发生并能确保其使用寿命。整机外部进行密封包装，无粉尘飞扬。缩分后的留样进入留样分矿机的料桶人工收集，弃料通过皮带输送机进入弃料斗。

2.4 存在的问题

该系统运行初期，控制灵活、人员操作简单、采样机采取全深度煤样、截取全断面煤流，样品代表性高。运行一段时间后，发现采样系统子样留样量显著减少，通过对来煤的目测数据分析，来煤的粒度、水分等没有明显变化，系统采样头、破碎机、皮带机等设备检查，未发现明显问题。进一步检查发现，缩分机动作一次后，其挂斗停留位置不固定，挂斗常会停留在输送皮带断面内四分之一或中部位置，发生了零点偏移，下一次动作时只能刮到输送皮带上的部分煤样，不能截取输送皮带全断面的煤样，导致系统子样留样量减少、也降低了留样的代表性。由此可见，系统子样留样量显著减少的主要原因是缩分器的零点发生了偏移。

3 缩分机零点漂移原因及改进措施

采样操作方式的影响。该系统操作方式有全自动、半自动、手动三种控制方式，在切换不同运行方式下，缩分机仍然会发生零点漂移；缩分机动作时间长，缩分次数不足。该缩分机运作时间可在3秒至7秒中选择，在3、5、6、7秒动作时间间隔进行调试运行，缩分机仍然会发生零点漂移；煤样未破碎，存在颗粒状煤矸石造成卡涩。机械采样系统采取到煤样后，先通过破碎机进行破碎，其出料的粒度小于13mm，对系统经过反复观察，漂移时不存在大颗粒状煤矸石卡涩现象，在更换破碎机锤头后仍经常性发生零点漂移，排除大颗粒煤矸石卡涩的影响。

缩分机圆周光电开光设置位置不合理。光电开光与感应块的感应距离为6mm，距离适当、符合要求，通电检查开关工作正常；检查光电开光安装牢固，无振动、松动现象，无异物接近光电开关；运行中观察固定接近开关的支架要牢固，设备运行中无振动、无抖动现象。通过对光电开关位置反复调整，扫刮器零点漂移的问题仍然存在，说明光电开关的安装位置对缩分机零点漂移影响不大。

缩分机刮斗两边重量不平衡，转动时不平衡力矩大。该扫刮器由电机旋转速度快，挂斗旋转机构在旋转过程中产生的偏心力矩较大，离边的线速度较高，失去动力时惯性力矩大、不易制动，且易导致刹车片磨损；缩分机挂斗内积煤过多。对缩分器挂斗内积煤清理干净后，原煤样水分较低的情况下缩分机仍会发生零点漂移；电机刹车装置磨损老化，间隙过大。维护人员对扫刮器电机刹车装置的间隙进行调整和更换，初始运行时发生零点漂移的问题有所改善，但基本上每周都要检查维护一次，加之现场空间狭小、环境恶劣，紧力调整频繁且很不方便，劳动强度大。

综上：该缩分机由于其转动机构的偏心力矩过大，加速了电机刹车片的磨损，是该缩分器存在零点漂移的主要原因。

在缩分机挂斗动作机构挂斗力臂直径方向上反向延长加装平衡块。具体做法是：松开挂斗电机刹车装置，在对侧加装配重块，保持旋转机构静止下的转动机构两边重力矩平衡。首先挂斗精准定位，保持挂斗维持在初始角度（零位）。当挂斗初始位置发生较小偏移时，平衡块产生的偏心转力矩使机构能自动恢复到初始位置。力臂加装平衡块的位置可调整并有卡槽固定，能根据缩分皮带的煤量大小和刮斗的磨损进行适应性调整；定期对缩分机电机刹车进行检查调整，更新缩分机电机刹车维护的周期，保证刹车制动可靠。

对该型式的缩分机加装平衡块后，经反复试验，系统动作灵活，缩分机能停留初始位置、无惰走现象，达到预期效果，经半年的运行观察未发生零点偏移现象。由于偏心力矩的大幅减少，制动力矩降低、电机刹车片磨损量减少，电机刹车维护周期由原来一周检查一次改为半年一次，大大降低了维护工作量。

结论：通过对扫刮式缩分机零点偏移技术分析，找到了该型号挂斗缩分机零点偏移的真实原因，并在此基础上提出了改进措施，提高了煤样的代表性；另一方面也从根本上解决了电机刹车片磨损问题，降低了工人的劳动强度，为解决类似缩分机的同类问题具有普遍借鉴意义。