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1、皮带滚筒料流取样臂取样罐A向回旋摆动静态缩分板(集料板)筛样臂皮带头部自动取样机的研制及应用皮带头部自动取样机的研制及应用贾 永 红（攀钢矿业公司设计研究院）摘摘 要：要：介绍了一种多功能皮带头部自动取样机的结构形式、设备性能及应用情况。该设备具有自动从皮带头部截取矿样，并在线自动完成样品筛分、缩分及废弃样品返回流程等功能，对实现皮带质检取样的自动化具有推广价值。关键词：关键词：皮带头部；取样自动化；多功能；样品返回0引言皮带运输机是矿物加工处理行业中十分常用的运输机械。在许多矿物加工、处理过程中，常常需要从运输皮带上采集矿物样品对矿物的品质质量进行化验检测，以便为下一步矿物的加工、销售和生产
2、管理提供准确的品质参数。由于这一化检结果对矿物加工中的过程控制、销售中的以质论价以及管理中设备和人员的效能考核等都具有重要作用，因此对其检定结果的准确性及可靠性提出了很高的要求。但不可能对所有的物料进行化验检测。这就需要从大批量的物料中，采集极小部分的有代表性的样品用于化验。当在皮带输送物料的流程中取样时，为了保证样品的代表性，要求从皮带上定时、定量、按一定粒级要求截取多份样品，然后综合成一个检验样本进行化验检定。这就需按照相关取样标准的要求从流程中有规律地、反复多次地从流程中完成样品的采集作业。对于这种重复规律性的作业，采用机械自动完成就显得十分必要。为此，人们研制出了多种皮带自动取样装置：
3、如皮带中部刮板式取样机、皮带头部旋截式取样机等。但这些设备大都存在功能单一、设备结构复杂、庞大、易磨损、检修困难等缺陷。为此，在深入分析其它类型自动取样机存在的不足的基础上，综合运用光、机、电一体化技术1，设计出了一款通过往复摆臂取样、筛样，然后通过静态缩分板自动完成混合、缩分，并由可编程序控制器进行智能辨识和控制的多功能型自动取样装置。它具有自动检测皮带物料输送情况，自动从皮带头部截取矿样，并在线自动完成样品筛分、缩分及废弃样品返回流程等功能，从而实现取样、筛分、缩分一次完成。 1 取取样样机的机械机的机械结结构与工作原理构与工作原理该自动取样机的机械结构及工作原理如图 1所示。该自动取样机
4、主要由取样臂、筛样臂、静态缩分板、驱动及控制装置等构成。其中：取样臂与筛样臂联结为一个勺状的框架结构，其上可根据工艺需要，分别安装不同形式的取样板（如：直条型、Z 型、X 型等）和不同筛孔规格的筛板，以完成各种取样模式和取样粒级的取样工作；静态缩分板为底板上开有缩分孔、且底面上不规则的安装着混矿挡板的物料收集板。当筛下物料进入静态缩分板时，底面上的混矿挡板对物料产生弹射、分割、引导、混合作用；同时，在物料被收集下滑的过程中，部分矿物经由缩分孔，被抛弃回料流，从而自动完成混合、缩分、集料的功能。基本工作原理为：当控制系统检测到运输皮带开始工作且皮带上有物料时，取样机启动电机带动摆臂正转到返矿位置
5、，将筛样臂中上次取样后的废料返回料流；然后，电机带动摆臂反转，从料流中截取物料；随着取样臂的旋转，取样臂中的物料依靠自重，滑入筛样臂中进行一次筛分（当下次取样时，矿物由筛样臂返回料流，实现二次筛分）；筛下物料在静态缩分板上被集中、混合、缩分后进入样品罐，完成一次取样作业。而控制系统可根据操作人员设定的取样间隔时间和取样次数，重复的进行上述取样动作，直至完成一组样本的取样工作。 光发射器皮带矿物光接收器电动机减速机A向取样板筛板缩分孔BBBB混矿板静态缩分板(集料板)筛网筛上物缩分孔取样板BB随机混矿挡板筛下物缩分抛弃物最终样本主轴凸轮接近开关1接近开关22 检 测系统 设计及 工作原 理检测系
6、统主要功能：皮带机的工作状态检测、皮带上有无物料检测及取样臂运动位置检测，然后控制系统根据上述检测信息，控制取样机的启停及电机的正反转动作。其中，皮带机的工作状态检测可通过检测皮带机接触器上辅助接点的开合状态获得；对于皮带上有无物料的检测，采用在皮带两侧的适当高度安装一对光电检测开关，当皮带上的堆积矿物达到要求的厚度，阻断光线，触发光电开关时，系统即可判定皮带上有物料，其检测原理如图 2 所示。对于取样臂运动位置的检测，采用安装在取样机主轴上的凸轮+接近开关的检测方式。当取样臂上的凸轮旋转到接近开关安装位置时，接近开关动作，系统即可判定取样臂运动到位，其检测原理如图 3 所示。系统所采用的检测
7、方式均为非接触式检测，系统反应灵敏，简单可靠。此外，为了防止运动位置检测开关失灵，致使取样臂旋转过位，损坏静态缩分底板，系统还设计了限位开关，在发生过位时，强行停止电机。3 控制系统设计与工作原理控制系统采用功能强大的可编程序控制器（PLC）2作为中心控制器，通过控制程序完成电动机的起停控制、检测信号的处理和取样次数的统计等工作。同时，为了加强人机交互功能，系统设计了中文界面的操作员屏幕。操作人员可在屏幕上进行取样次数、取样间隔时间、皮带去头时间等参数的设置，并可通过屏幕随时了解取样机本班取样次数、累计取样次数等数据，实现取样量的精确管理。系统结构如图 4 所示。图 2 皮带有无物料检测示意图
8、图 1 取样机工作原理及结构示意图图 3 取样臂运动位置检测示意图电源可编程序控制器(PLC)电机起停控制系统状态指示光接收器接近开关1接近开关2皮带机状态RS232/RS485接口操作员屏幕(HMI)工作原理：当自控系统根据皮带机状态信号判断皮带机开始工作，并根据光接收器的阻断信号判断皮带上的物料已达到可以取样的物料堆积厚度后，经过一定的“皮带去头时间”，开始启动电机，旋转取样臂到达返矿位置（接近开关2 位置处），将筛上废矿返回料流；然后，电机反转，带动取样臂开始取样，并停止在筛样位置（接近开关 1 位置处），完成一次取样作业；在经过设定的取样间隔时间后，取样机再次动作，重复上述动作，直至完
9、成一组样品的采集工作。系统通过接近开关的触发状态及触发周期判断取样系统是否工作正常，如：当电机开始正转时，如果接近开关 1 未处于触发状态，则判定取样臂未处于筛样位置或接近开关 1 故障，于是系统发出故障警报，并停止运行；而当电机正转（或反转）一定时间后，如果接近开关 1（或接近开关 2）未触发，系统也发出故障警报，并停止运行以避免故障扩大。同时，系统在操作屏幕上显示故障点及故障类型，便于故障排除。4 设备的相关性能参数及应用情况自动取样机的主要技术参数如表 1 所示。具有如下特点：通过变换取样板型式实现多种模式的取样；通过变换筛板规格实现多种粒级的筛分；参数化的操作设置，能任意设定取样时间和
10、取样次数，为准确控制取样量提供可靠保证；智能化的程序控制与检测，实现设备安全的多重化保护与故障自诊断；标准的RS232/RS485 数据接口，简易实现网络连接与集中监控。表 1 取样机主要技术参数 设备外形尺寸/ mm取样能力/ kg.h-1取样粒级/mm取样频次/次.h-1适用皮带宽度/ mm电机功率/ kw设备重量/ kg 长宽高120070120140041385250018001200该型自动取样机于 2005 年研制完成，并于 2006 年在攀钢矿业公司密地选矿厂的13、14 号皮带得到成功应用。这两条皮带宽度均为 1400mm，用于输送中破后粒度为070mm 的铁矿石块矿。在两条皮
11、带分别安装了一台自动取样机，两机互为备用。在应用中，取样臂安装的是“Z”型取样板，以实现全断面取样；筛样臂安装的是 15mm 孔径筛板，所取样品可直接进入研磨机。根据实验结果，该取样机所取样本的化验结果与标准样本的化验结果比较，其标准离差S为0.31,符合该厂取制样标准规定的标准离差S应控制在1 以内的要求，取代了该厂原有落后的人工取样方式，取样代表性及化验结果的准确性大为提高，对促进该公司实现精确配矿、优化磨选操作及技术经济指标的准确评价具有重要作用。参考文献：参考文献：1三浦宏文.机电一体化实用手册M.赵文珍译.第一版.北京：科学出版社，2003.2廖常初. PLC 编程及应用M.北京：机械工业出版社，2002.编辑 余文华收稿日期 2009-03-30图 4 控制系统结构框图
