新型液控自动取样机的研制

　　在钢铁厂、火电厂、矿山等企业中，均需要对输送带上的原料，如铁矿石、煤、焦炭等，进行取样。如火电厂对输送带上的电煤进行取样，燃煤质量分析结果的可靠性取决于采样、制样和化验3个环节，其中，采样环节对分析结果所造成的误差影响最大，以方差表示约占80%，因此采样代表性是确保燃煤分析数据准确可靠的关键因素[1]。对炼铁质量与效率、煤的有效利用的影响等等直接关系到冶金企业的产品质量、生产效率等。

　　目前我国企业引进的国外自动取样机主要采用电机通过机械装置驱动，利用齿轮齿条的传动方式进行取样，实现自动取样和分级，并且可以在原料的颗粒不符合要求的情况下实现自动报警。但这种取样方式由于所采用机械装置具有较大的惯性，从启动到稳速需要较长的时间，因此，自动取样机的速度就受到了一定的限制，使得取样量大，造成下级的多级检测装置体积较大，增加了设备成本，同时也为检测后原料的后续处理造成较大的劳动负荷。在国内，有些企业仍采取人工取样的方式，工人劳动强度大，试样的准确性会受到人为因素影响。目前，有不少企业及研究者都在进行该方面的工作，逐渐地用自动取样机取代人工取样，并出现了应用于多种用途的多种类型自动取样机[1～3]。但在目前的资料中，尚未见到采用液压传动方式的自动取样机。

　　在取样量尽量少的条件下，为了满足检测的高精度，郑州大学机械工程学院于2007年开始研制自动取样机，经过充分调研，方案对比，认为液压系统的启制动方便、无级调速、灵活布局和驱动功率比大等特点[4]，能够较好地满足系统需要。为此，确定取样机的设计采用新型的液压传动驱动方式。经对样机实际取样情况下的多项性能测试，结果表明，新型液控自动取样机性能稳定可靠，可以在工业现场应用。

　　1 自动取样机的速度特性与负载特性

　　在取样小车从一端向另一端的运动过程中，经历了启动加速、匀速取样与制动停止三个阶段，其速度特性曲线如图1所示。

　　(1)启动加速阶段。取样小车从静止启动到速度达到取样的匀速速度前的过程。由于输送带上原料的输送量较大，决定了取样小车取样时的移动速度较快，而取样小车的移动距离又有限，因此，取样小车的启动加速度势必较大，这就要求取样小车启动快速平稳。

　　(2)取样阶段。此阶段要求取样小车匀速移动。取样小车启动后取样前是空行程，在从开始取样到取样结束整个取样过程，一是取样量的变化是一个从小到大，再到小的逐渐变化过程;二是取样时，原料的下落对小车的冲击载荷也是一个从小到大，再逐渐变小的过程。二者综合作用的小车载荷情况如图2所示。图中的负载曲线在加速与制动阶段的值并不为零，这是因为图中曲线是钢丝绳上的张力曲线，在启动与制动阶段，钢丝绳上仍有空车加减速时惯性力与摩擦力等作用的结果。在整个取样过程中，作用在取样小车上的载荷是一个变载荷。而且，由于原料的粒度大小不一，尺寸变化较大。因此，在取样阶段，载荷的逐渐变化过程中，还伴随有一定的局部冲击特性。在这种冲击性的变载荷情况下，要保证取样小车的匀速运动状态，这就给匀速控制提出了较高的要求。