何 波 付 宇 劉 洋 胡念慈

(1.武漢鋼鐵有限公司條材總廠一煉鋼分廠 湖北 武漢：430080；2.武漢國創(chuàng)科光電裝備有限公司 湖北 武漢：430081；3.寶鋼股份中央研究院(武鋼有限技術(shù)中心) 湖北 武漢：430080)

中國一直是煤炭使用大國。據(jù)國家能源總局統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2019-2021年，中國一直保持著每年40億噸以上的煤炭消耗量。隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，對于煤炭的需求量與日俱增。由于煤炭供應(yīng)日趨市場化、多元化，造成煤炭質(zhì)量波動幅度增大，因此對于煤炭質(zhì)量的檢驗和控制十分必要。

采樣機(jī)是煤礦企業(yè)用于商品煤采樣的機(jī)械[1]，從上世紀(jì)80年代起，入爐煤采制樣設(shè)備得到高速發(fā)展[2]。自動化技術(shù)在入場煤采制樣設(shè)備的廣泛運(yùn)用，把工人從繁雜的體力勞動和不安全的工作環(huán)境中解放出來，提高了工作效率。但是從目前數(shù)據(jù)顯示，國內(nèi)10%以上的煤炭仍采用人工采樣方式采樣，人工勞動強(qiáng)度大，因而研發(fā)自動采樣頭裝置市場前景很大。

1 國內(nèi)外現(xiàn)有采樣頭技術(shù)分析

無論是固定式采樣器，還是可移動式采樣器，其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式與普通的起重機(jī)械相差無幾，而采樣頭的結(jié)構(gòu)形式和工作原理，不僅決定了采樣粒度的大小、采樣深度，而且還決定了采樣物料的種類以及對物料水分的要求，并且如果采取的煤樣沒有代表性，采樣將失去意義[3]，因此采樣器的研究核心在于采樣頭的研發(fā)。

目前，市場上使用較廣的采樣頭主要包括短螺旋采樣頭、長螺旋采樣頭和外螺旋雙筒內(nèi)運(yùn)動爪式采樣頭三種，但由于其結(jié)構(gòu)形式的不同，其優(yōu)缺點(diǎn)各不相同。

1.1 短螺旋采樣頭

短螺旋式采樣頭主要包括錐形破碎頭、螺旋切割提升器、筒狀圓周切割器、中心軸下段、空心軸下段和物料排出口[4](見圖1)。

圖1 短螺旋采樣頭結(jié)構(gòu)圖

采樣頭采樣時，驅(qū)動裝置帶動中心軸和中心軸上的圓盤切割提升器旋轉(zhuǎn)，這樣隨著采樣頭采樣深度的加大，采樣頭底部物料不斷進(jìn)入采樣頭內(nèi)，從而使表層物料沿著螺旋式切割提升器上升，最終從物料排出口排出，這樣有效保證了取樣的代表性，避免了表層物料進(jìn)入采樣頭內(nèi)導(dǎo)致取樣混料的情況發(fā)生，但是該采樣頭存在以下缺陷：

(1)采樣器開口尺寸小，而且采樣頭中間有螺旋切割提升器，所以對于大粒度的物料無法直接采入；(2)在物料水分含量較小、裝載較松散的情況下，大粒度物料無法破碎；(3)采樣器的螺旋切割提升器與筒狀圓周切割器中間有間隙，這樣物料在移動或提升過程中，樣料丟失情況嚴(yán)重；(4)螺旋切割提升器的螺旋葉片經(jīng)常與物料受壓摩擦，耐用度較低；(5)采樣器采集的字樣量不能調(diào)節(jié)，不能及時適應(yīng)物料運(yùn)輸總量變化的要求。

1.2 長螺旋采樣頭

長螺旋采樣頭主要由電機(jī)、中間軸、監(jiān)視窗、鉆套體、出料溜槽、泄煤口和螺旋鉆頭組成[5](見圖2)。其采樣原理與短螺旋相似，都是通過螺旋鉆頭的旋轉(zhuǎn)，使表層物料從螺旋鉆頭底部進(jìn)入鉆套體內(nèi)，然后從泄煤口排除來，從而保證采樣物料的準(zhǔn)確性，其區(qū)別在在于長螺旋采樣頭的鉆頭和鉆套體的長度要比短螺旋的長，能進(jìn)行一定范圍內(nèi)的全深度采樣，而且其采樣頭的出料口在采樣器的上部，故采樣過程中沒有樣料灑落的現(xiàn)象，但是該采樣頭存在一定的缺陷：

圖2 長螺旋采樣頭結(jié)構(gòu)圖

(1)鉆套體與螺旋鉆頭有一定的間隙，采集濕物時，會因粘附而形成料襯，造成樣品污染；(2)在物料水分含量較小、裝載較松散的情況下，大粒度物料無法破碎；(3)水分適應(yīng)能力較低，容易出現(xiàn)粘堵或卡塞故障，且不便于觀察，難于維護(hù)；(4)螺旋鉆頭的螺旋葉片經(jīng)常與物料受壓摩擦，耐用度較低；(5)因采樣過程中就進(jìn)行了縮分，所以樣料代表性較低。

1.3 外螺旋雙筒內(nèi)運(yùn)動爪式采樣頭

采樣頭主要由拉桿、外筒、內(nèi)筒、連桿、螺旋、爪子等組成[6](見圖3)。

圖3 外螺旋爪式采樣頭結(jié)構(gòu)圖

采樣頭采樣時，由旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，升降機(jī)構(gòu)使采樣頭旋轉(zhuǎn)下行，由于采樣頭端部有螺旋，故其下行阻力減小，可使車輛受力較輕；到須采取煤樣處，拉桿推動內(nèi)筒下行，通過連桿使爪子張開，繼續(xù)下行，將須采取煤樣裝入筒內(nèi)，然后拉桿拉動內(nèi)筒上行，通過連桿使爪子關(guān)閉，采取煤樣后，卸煤時，由拉桿推動內(nèi)筒下行，通過連桿使爪子張開，煤或礦石由自重落下，同時外筒內(nèi)壁粘附的煤由內(nèi)筒清除掉。該采樣頭的采樣粒度很大，能夠?qū)⑿∮趦?nèi)筒直徑粒度的樣品直接采入，而且由于采樣密閉空間儲存料，所以能杜絕撒樣、漏樣現(xiàn)象，但是該采樣頭也存在一定的問題：(1)價格昂貴，后期維護(hù)成本高；(2)連桿和鉸接部位容易卡死，故障率較高。

通過分析發(fā)現(xiàn)，爪式采樣頭的各種性能要優(yōu)越于短螺旋和長螺旋式采樣頭，但三種采樣頭均存在一定的問題，詳表1，所以必須研發(fā)一種新型采樣頭。

表1 采樣頭優(yōu)缺點(diǎn)比較

2 新型采樣頭設(shè)計方案

針對前期調(diào)研和分析的結(jié)果，為了克服現(xiàn)有采樣頭的設(shè)計缺陷，研發(fā)了一種新型采樣頭(如圖4)，該采樣頭主要包括采樣頭升降機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和采樣裝置。

圖4 新型采樣頭結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 升降裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計

升降導(dǎo)向裝置包括主升降油缸和四根升降導(dǎo)向桿。

2.1.1 主升降油缸的設(shè)計

主升降油缸采用大行程油缸，其中一端固定在小車頂端，另一端與采樣頭相連，油缸伸縮時帶動采樣頭升降，實現(xiàn)采樣頭的主升降功能，并使采樣頭到達(dá)預(yù)定采樣深度。由于采用單個升降油缸來控制采樣頭的主升降，可控制性強(qiáng)，并且其傳動方式比以往采用汽缸、齒輪齒條、鏈條等升降傳動方式的傳動精度高；并且油缸外層設(shè)計有防塵套，能有效避免因雜物卡阻而導(dǎo)致升降裝置無法動作的現(xiàn)象發(fā)生，減少了升降裝置故障率；除此之外，液壓缸比電機(jī)等其它形式升降裝置的推力大，更有利于采樣頭向下切割物料。

2.1.2 升降導(dǎo)向桿的設(shè)計

為避免基座或采樣頭在升降過程中發(fā)生偏擺或傾斜，實現(xiàn)基座和采樣頭升降動作的一致性，以主升降油缸為中心，設(shè)計了四根垂直安裝的升降導(dǎo)向桿，這樣當(dāng)升降油缸升降時，定位桿在定位套筒內(nèi)升降，從而保證基座和采樣頭升降過程中不至于發(fā)生傾斜或偏擺；其中每一根導(dǎo)向桿由定位桿和套筒組成，結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便，并且筒內(nèi)有潤滑油能實現(xiàn)導(dǎo)向桿的自潤滑功能(見圖5、圖6)；除此之外，升降導(dǎo)桿外面設(shè)計有可伸縮式防塵罩，能有效避免潤滑油被粉塵污染的情況發(fā)生，保證了升降導(dǎo)向的精確性和準(zhǔn)確性。

圖5 導(dǎo)向桿主視結(jié)構(gòu)示意圖

圖6 導(dǎo)向桿俯視圖

2.2 旋轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計

采樣頭旋轉(zhuǎn)裝置主要由旋轉(zhuǎn)油馬達(dá)、小齒輪和大齒圈組成(見圖4)。當(dāng)油馬達(dá)旋轉(zhuǎn)時，小齒輪同步旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動與小齒輪嚙合的大齒圈旋轉(zhuǎn)。由于大齒圈固定在外筒上，所以外筒同步旋轉(zhuǎn)。外筒與鉆頭之間采用定位塊連接，因而外筒與鉆頭之間可實現(xiàn)同步旋轉(zhuǎn)，這樣，當(dāng)油馬達(dá)啟動時，整個采樣頭裝置均能實現(xiàn)同步旋轉(zhuǎn)。

該旋轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)簡單，只需要一套傳動裝置就可實現(xiàn)采樣頭的旋轉(zhuǎn)，去除了以往旋轉(zhuǎn)裝置中離合器等多種控制元件，減少了設(shè)備故障點(diǎn)和故障率，而且控制流程方便，只需控制油馬達(dá)旋轉(zhuǎn)方向，即可實現(xiàn)采樣頭的正反轉(zhuǎn)需求；除此之外，采用外齒輪式結(jié)構(gòu)，便于觀察旋轉(zhuǎn)裝置的使用情況，降低了旋轉(zhuǎn)裝置故障處理的難度。

2.3 采樣頭結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.3.1 采樣頭結(jié)構(gòu)簡介

新型采樣頭的整體結(jié)構(gòu)見圖7，主要包括基座、伸縮油缸、旋轉(zhuǎn)油馬達(dá)、防塵罩、小齒輪、下筒體、定位塊、硬質(zhì)合金、鉆頭、采樣間、心軸、卸料板、軸承蓋、活塞桿、軸承定位塊、軸承、外齒圈、上筒體等部件構(gòu)成。

圖7 新型采樣頭的結(jié)構(gòu)圖

其具體的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)如下：

(1)由卸料板、鉆頭上表面和下筒體組成的密閉采樣間在物料運(yùn)輸或提升過程中不會發(fā)生物料丟失的情況；

(2)采樣方式為直接將物料收集到采樣間內(nèi)，而采樣間內(nèi)沒有其它部件，所以采樣頭可以采取物料粒度大(最大粒度僅比采樣間的直徑略小)，大幅度提升了采樣頭采樣粒度的范圍；

(3)該采樣頭沒有螺旋葉片，成功解決了短螺旋和長螺旋采樣頭螺旋葉片耐用度低的問題；

(4)鉆頭下降的深度(采樣間的采樣高度)由伸縮油缸的控制。根據(jù)需要控制伸縮油缸活塞桿的伸長量，即可實現(xiàn)采樣間不同的取樣深度，達(dá)到采集字樣量的不同，滿足現(xiàn)場不同取樣量的要求；

(5)采樣頭下筒體上設(shè)置有齒形硬質(zhì)合金，能對大粒度物料進(jìn)行破碎，而且鉆頭上也設(shè)計有螺旋硬質(zhì)合金，不僅增加了鉆頭的耐磨性，更有效減小了鉆頭下旋過程中的運(yùn)行阻力；

(6)采樣頭內(nèi)設(shè)計有卸料板。當(dāng)卸料時，采樣間下端打開，活塞桿帶動心軸上的卸料板向下運(yùn)動，并對下筒體內(nèi)筒壁上粘附的物料進(jìn)行刮掃，保障了每次卸料的完整性和完全性，避免了多次取樣混料或樣品污染的情況發(fā)生；

(7)采樣過程中只是利用采樣間對物料進(jìn)行收集，沒有對物料進(jìn)行縮分，有效保障了物料的原始形態(tài)，樣料的代表性高；

(8)采樣頭結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便，并且能夠通過定位孔對卸料板的使用情況進(jìn)行觀察，能夠隨時了解采樣頭使用情況；

(9)采樣頭外筒設(shè)計為上筒體和下筒體兩部分，更換采樣頭時僅需更換下筒體，進(jìn)一步降低了采樣頭的安裝難度；

(10)針對不同物料采樣粒度和水分的需求，設(shè)計了五種不同結(jié)構(gòu)形式的采樣頭，而且僅需更換下筒體和鉆頭，即可完成不同結(jié)構(gòu)采樣頭的快速安裝，滿足取樣要求；

(11)整個采樣頭與物料接觸的部分均為鋼制結(jié)構(gòu)，不存在連桿或鉸接部位，強(qiáng)度大，故障率低。

綜上所述，該新型采樣頭不僅有效克服目前市場上現(xiàn)有“短螺旋式采樣頭”、“長螺旋式采樣頭”、“螺旋爪式采樣頭”的所有設(shè)計缺陷，而且具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、采樣物料粒度大、對物料水分含量要求低等優(yōu)點(diǎn)。

2.3.2 采樣頭工作原理

采樣頭依靠主升降油缸和采樣頭伸縮油缸來實現(xiàn)采樣深度的精確控制，并利用旋轉(zhuǎn)油馬達(dá)來實現(xiàn)采樣頭的旋轉(zhuǎn)，整個采樣頭的控制簡單便捷，具體步驟如下：

啟動旋轉(zhuǎn)油馬達(dá)，讓采樣頭旋轉(zhuǎn)；控制主升降油缸的活塞桿慢慢伸出，推動基座和采樣頭下降；此時采樣頭在油馬達(dá)和主升降油缸的雙重作用下做下旋運(yùn)動，切割采樣物料；采樣頭到達(dá)設(shè)定采樣深度，活塞桿停止動作，采樣頭繼續(xù)旋轉(zhuǎn)；采樣頭在伸縮油缸的作用下使鉆頭繼續(xù)做下旋運(yùn)動，此時采樣間打開；根據(jù)采樣量的需求，選擇伸縮油缸活塞桿的伸長量。當(dāng)伸縮油缸活塞桿到達(dá)設(shè)定伸長量時，鉆頭繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，伸縮油缸活塞桿伸長量保持不變20秒鐘；鉆頭繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，伸縮油缸活塞桿收回，使物料進(jìn)入到密閉的采樣間內(nèi)；采樣頭繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，主升降油缸活塞桿收回，整個采樣頭回到初始位置。移動采樣頭，使采樣頭到達(dá)物料收集器上方，控制伸縮油缸活塞桿伸出，在卸料板刮掃的作用下，以及采樣頭旋轉(zhuǎn)離心力的作用下，物料完全被收集到采樣頭下方的物料收集器中；收回伸縮油缸的活塞桿，移動采樣頭使采樣頭回到初始位置，完成整個采樣工作。

采樣頭工作流程詳見圖8。

圖8 采樣頭的工作流程圖

3 采樣頭結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計及強(qiáng)度校核

在采樣頭的設(shè)計和制造過程中，所有參數(shù)均可按實際需求進(jìn)行設(shè)計。根據(jù)某單位實際情況，結(jié)合采樣頭必須滿足采樣物料允許粒度≤10mm和采樣頭單次可采樣1kg的兩大要求，項目組對采樣頭的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，并對關(guān)鍵部件進(jìn)行了強(qiáng)度校核。

3.1 采樣頭外筒結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計

基于以上設(shè)計要求，設(shè)計采樣頭外筒的外徑Ф1為200mm(見圖9)，內(nèi)徑Ф2為160mm(即外筒的壁厚為20mm)，采樣頭心軸直徑Ф3為80mm，這樣采樣物料最大允許粒度為(160-80)/2=40mm,滿足最大允許粒度不小于10mm的要求。

圖9 采樣頭實際尺寸圖

3.2 采樣間結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計

為了使卸料板能夠到達(dá)外筒底面以下，實現(xiàn)完全卸料，其定位孔的長度L2必須大于L5的長度，因此設(shè)計定位孔的長度L2為300mm。除此之外還設(shè)計采樣頭外筒底端距定位孔下端的距離L1為1200mm，采樣筒的整體高度L3為2000mm，下筒體的長度L4為1600mm，卸料板與鉆頭上表面的距離L5為150mm，鉆頭的高度L6為50mm,卸料板的厚度d為20mm。材質(zhì)選用45#鋼，密度為7850kg/m3。

3.3 采樣頭伸縮油缸設(shè)計

采樣頭伸縮油缸在下降過程中必須克服3kN的煤炭阻力，而在上行過程中必須克服心軸、鉆頭和采樣物料所產(chǎn)生重力，因此必須根據(jù)相關(guān)物體重力來確定油缸型號。

3.3.1 心軸及鉆頭的質(zhì)量

心軸及鉆頭的質(zhì)量可以分為一個鉆頭質(zhì)量、兩個卸料板的質(zhì)量(近視將連接板與卸料板看成質(zhì)量一樣)和一根圓柱形心軸的質(zhì)量之和。

根據(jù)計算公式(1)—(5)計算：

V=V鉆頭+V心軸+2V卸料板

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

式中，V鉆頭為鉆頭的體積，m3；V心軸為心軸的體積，m3；V卸料板為卸料板的體積，m3；R2為采樣頭外筒內(nèi)徑，m；R3為采樣頭心軸直徑，m；d為卸料板的厚度，m；

通過計算可得心軸及鉆頭的總質(zhì)量M心軸為62.64kg,重力G心軸為613.9N。

3.3.2 伸縮油缸的選擇

由于伸縮油缸有一定沖擊，而且工作環(huán)境有粉塵，所以選用UY型液壓缸。選取伸縮油缸活塞直徑為40mm，活塞桿直徑為28mm。則其活塞面積為12.57cm2，桿端承壓面積為6.41cm2，最大伸長量250mm(大于L5的長度，也就是說當(dāng)活塞桿完全伸出時，卸料板可以達(dá)到下筒體底面100mm的位置。當(dāng)卸料時，活塞桿完全伸出，可以實現(xiàn)卸料板對殘留在外筒內(nèi)表面物料的刮掃，完全實現(xiàn)保證清洗效果，杜絕混料情況發(fā)生)。由于選用工作壓力為10MPa,則推力可達(dá)12.57kN，拉力為6.41kN。這樣當(dāng)伸縮油缸收縮時，許用拉力6.41kN，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于心軸和鉆頭的自重613.9N，滿足伸縮油缸收縮的要求。當(dāng)伸縮油缸伸出時，其推力為許用推力和心軸的自重之和，為13.18kN，能夠有效克服3kN的下行阻力，滿足現(xiàn)場要求。

3.4 采樣頭大軸承選型與壽命校核

大軸承所承受的最大載荷是軸向方向上的力，而其大小主要來源于外筒所產(chǎn)生的重力，因此必須對外筒重力進(jìn)行計算，并以此來對大軸承進(jìn)行選型。

3.4.1 外筒的質(zhì)量

采用填補(bǔ)法，將上下筒體連接法蘭部分的質(zhì)量可以用來抵消定位孔被挖去的質(zhì)量，近似的將采樣頭筒體當(dāng)成一個圓柱筒體來計算。根據(jù)公式(6)—(10)計算：

S=πR2

(6)

S環(huán)=S大圓-S小圓

(7)

V=S環(huán)×L3

(8)

M=ρ×V

(9)

G=M×g

(10)

式中，S環(huán)為采樣頭外筒實體的環(huán)狀面積(截面積)，m2；S大圓為采樣頭外筒外圓的面積，m2；S小圓為采樣頭外筒內(nèi)圓的面積，m2；ρ為45#鋼的密度，為7850kg/m3；V為外筒的體積，m3；

通過計算可得：

S環(huán)=π×(0.1×0.1-0.08×0.08)=0.0113(m2)

V=0.0113×2=0.0226(m3)

M=0.0226×7850=177.4(kg)

G=177.4×9.8=1738.6(N)

由此可見,外筒的質(zhì)量M外為177.4kg,所受重力G外為1783.6N，因此軸承軸向力Fa為1783.6N。

3.4.2 軸承選型及壽命校核

軸承的當(dāng)量載荷根據(jù)公式(11)進(jìn)行計算：

P=fp(XFr+YFa)

(11)

式中，徑向載荷系數(shù)X=0.66；徑向力Fr=100N；軸向力Fa=1783.6N；接觸角a=45°；由于外筒在下旋過程中由一定的沖擊載荷，所以按中等沖擊載荷進(jìn)行計算，負(fù)荷系數(shù)fp=1.5；判斷系數(shù)e=1.25；軸向載荷系數(shù)Y=1。

通過計算可得當(dāng)量動載荷P=2774.4N，額定動載荷計算值C′=7020.059N。

軸承使用壽命根據(jù)公式(12)、(13)和(14)進(jìn)行計算：

(12)

(13)

Lna=a1a2a3L10

(14)

式中，額定動載荷C=96500N；當(dāng)量動載荷P=2774.4N；軸承轉(zhuǎn)速n=60r/min；工作溫度T≤120℃(溫度系數(shù)ft=1)；可靠度系數(shù)a1=0.9；材料系數(shù)a2=1；運(yùn)轉(zhuǎn)條件系數(shù)a3=1；

則實際壽命L10=42080×106轉(zhuǎn)，實際壽命Lh=11688861h，

修正后壽命Lna=42080×106轉(zhuǎn)。

從計算結(jié)果顯示，51310型推力球軸承的實際壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于額定壽命，滿足現(xiàn)場實際需求。

3.5 采樣頭小軸承選型與壽命校核

軸承的當(dāng)量載荷根據(jù)公式(15)進(jìn)行計算：

P=fp(XFr+YFa)

(15)

式中，徑向載荷系數(shù)X=0.66；徑向力Fr=100N；軸向力Fa=12570N；接觸角a=45°；由于外筒在下旋過程中由一定的沖擊載荷，所以按中等沖擊載荷進(jìn)行計算，負(fù)荷系數(shù)fp=1.5；判斷系數(shù)e=1.25；軸向載荷系數(shù)Y=1。

通過計算可得當(dāng)量動載荷P=18954N，額定動載荷計算值C′=47959.3N。

由于額定動載荷C=55500N；當(dāng)量動載荷P=18954N；軸承轉(zhuǎn)速n=60r/min；工作溫度T≤120℃(溫度系數(shù)ft=1)；可靠度系數(shù)a1=0.9；材料系數(shù)a2=1；運(yùn)轉(zhuǎn)條件系數(shù)a3=1；根據(jù)公式(12)-(14)進(jìn)行計算：

軸承實際壽命L10=25×106轉(zhuǎn)，實際壽命Lh=6974h，

修正后壽命Lna=25×106轉(zhuǎn)。

從計算結(jié)果顯示，51405型推力球軸承的實際壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于額定壽命，滿足現(xiàn)場實際需求。

綜上所述，采樣頭的結(jié)構(gòu)尺寸滿足現(xiàn)場采樣的需求，而且通過強(qiáng)度校核，采樣頭各零部件強(qiáng)度均設(shè)計合理。

4 使用效果分析

根據(jù)采樣器整體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，完成了新型采樣器的加工制造，并與2019年7月上線使用。截止到目前為止，新型采樣頭已上線穩(wěn)定運(yùn)行2年以上，故障率為0，單次取樣物料可達(dá)3.5kg以上，最大允許采樣粒度達(dá)到30mm以上，滿足了現(xiàn)場各項要求。同時通過測試發(fā)現(xiàn)采樣頭下行力達(dá)到12kN以上，實現(xiàn)了極寒天氣條件下的破冰和自動取樣，與國內(nèi)外現(xiàn)有采樣頭指標(biāo)相比，性能最優(yōu)。

5 結(jié)論

(1)通過對短螺旋、長螺旋和爪式采樣頭三種采樣頭結(jié)構(gòu)和工作原理的分析，找到了其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，包括短螺旋采樣頭破碎能力不強(qiáng)、長螺旋采樣頭螺旋葉片耐磨性差、爪式采樣頭強(qiáng)度剛度不足容易卡阻的問題，確定了新型采樣頭必須克服的問題和研究方向；

(2)通過采樣頭升降機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和采樣裝置的創(chuàng)新設(shè)計，形成了一套驅(qū)動系統(tǒng)簡單、安裝方便，能有效解決現(xiàn)有采樣頭所有問題的新型采樣頭；

(3)根據(jù)用戶要求，完成了采樣頭的尺寸設(shè)計和零部件選型，并且通過強(qiáng)度校核，滿足了現(xiàn)場使用要求。同時新型采樣頭上線使用之后，各項指標(biāo)都達(dá)到了現(xiàn)場采樣要求，并實現(xiàn)了極寒天氣條件下的破冰和自動取樣，效果良好。