李 杰 劉 欣 王立金

（力鴻檢驗(yàn)集團(tuán)有限公司滄州渤海新區(qū)分公司，河北 滄州 061113）

煤炭的成分對各行各業(yè)有著不同程度的影響，煤炭的質(zhì)量檢測極為重要。煤炭檢測時(shí)通常將待測煤炭進(jìn)行制樣，然后通過破碎、篩分、混合、縮分、干燥等工藝流程將采集的煤樣制備成能代表原來煤樣特性的分析用煤。

隨著檢驗(yàn)檢測、物料加工等行業(yè)競爭日趨激烈，質(zhì)量管控要求愈發(fā)嚴(yán)格。第三方檢驗(yàn)檢測行業(yè)承擔(dān)著貨物檢驗(yàn)、質(zhì)量仲裁等檢驗(yàn)檢測工作，提供公正、準(zhǔn)確、可靠的檢測結(jié)果[1]。固體物料的檢測指標(biāo)直接影響委托雙方的經(jīng)濟(jì)利益，因此對于固體物料制備過程的質(zhì)量管控尤為重要。

1 市售設(shè)備使用過程中存在的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)

目前市面在售的固體物料破碎縮分設(shè)備主要包括給料機(jī)、破碎機(jī)和篩分機(jī)等，但現(xiàn)有制備煤樣的設(shè)備如破碎機(jī)和篩分機(jī)僅具備破碎篩分的基礎(chǔ)功能，不能滿足高標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量管控要求。實(shí)際工作中往往通過操作規(guī)范及流程優(yōu)化降低質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，但在固體物料制備過程中仍存在設(shè)備操作人員撒落試樣或混樣的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，破碎縮分聯(lián)合制樣設(shè)備在日常使用過程中也會產(chǎn)生樣品損失。上述風(fēng)險(xiǎn)和現(xiàn)象易使破碎完成后的樣品不具有代表性，造成檢驗(yàn)檢測結(jié)果出現(xiàn)偏差，直接影響委托雙方的經(jīng)濟(jì)利益。因此，破碎過程中應(yīng)盡可能地減少樣品漏樣和混樣，以達(dá)到減少制樣誤差的目的。為此，本研究對質(zhì)量控制裝置進(jìn)行改進(jìn)，在原有破碎機(jī)和篩分機(jī)基礎(chǔ)上，增加了接料斗智能識別裝置和質(zhì)量智能判斷控制裝置。

2 質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)來源

在固體物料制備過程中，需將大粒度固體物料逐級破碎至小粒度試樣，并需通過經(jīng)計(jì)量合格對應(yīng)粒度的標(biāo)準(zhǔn)篩篩分。《煤樣的制備方法》（GB/T 474-2008）中規(guī)定“制樣時(shí)不應(yīng)將大量大粒度試樣一次性破碎到試驗(yàn)試樣所要求的粒度，而應(yīng)采用多階段破碎縮分的方法來逐漸減小粒度和試樣量[2]”。

但在固體物料制備過程中，往往會出現(xiàn)由于操作人員的工作疏漏或管控措施不當(dāng)造成影響試樣代表性的問題。操作人員的工作疏漏主要有以下三個(gè)方面：

（1）設(shè)備操作人員忘記將破碎機(jī)（篩分機(jī)）下方的接料斗放置于接料口下方，造成已破碎、過篩的試樣撒落；

（2）接料斗中已破碎（過篩）的試樣質(zhì)量超過接料斗最大容量時(shí)，設(shè)備操作人員未及時(shí)更換接料斗，造成接料斗中試樣太滿而溢出撒落；

（3）接料斗中已破碎（過篩）試樣未倒入下一制備環(huán)節(jié)設(shè)備中，而設(shè)備操作人員將其他批次樣品倒入設(shè)備中破碎（篩分），致使同一接料斗中存在兩批次試樣，且無法有效地分揀兩批次樣品，造成試樣混樣。

3 質(zhì)量控制裝置工作方式及風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避

該質(zhì)量控制裝置從2 個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避，分別是接料斗的識別和接料斗中試樣質(zhì)量的判斷。通過質(zhì)量控制裝置中的漫反射式光電開關(guān)識別接料斗，通過智能上下限控制天平識別接料斗內(nèi)試樣質(zhì)量，控制破碎（篩分）機(jī)啟停。

（1）接料斗的識別

漫反射光電開關(guān)是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當(dāng)有被檢測物體經(jīng)過時(shí)，將光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號。

接通破碎（篩分）機(jī)電源后，漫反射式光電開關(guān)識別接料斗的位置狀態(tài)，若處于接料位置，該裝置開關(guān)自動(dòng)閉合，破碎（篩分）機(jī)可正常啟動(dòng)；當(dāng)接料斗未處于接料位置，該裝置開關(guān)自動(dòng)斷開，破碎（篩分）機(jī)無法啟動(dòng)。

該功能可有效避免由于操作人員未將接料斗放置到接料位置處而造成樣品撒落的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

（2）接料斗中試樣質(zhì)量同電子臺秤設(shè)置下限值的判斷

如識別接料斗處于接料位置，該裝置開始檢測接料斗內(nèi)樣品質(zhì)量。當(dāng)接料斗內(nèi)樣品質(zhì)量高于電子臺秤設(shè)置下限值時(shí)，蜂鳴警報(bào)器閃爍發(fā)出報(bào)警信號，破碎（篩分）機(jī)無法啟動(dòng)。此時(shí)設(shè)備操作人員必須查看確認(rèn)接料斗內(nèi)物料情況，及時(shí)清理出接料斗內(nèi)物料或?qū)⒘隙穬?nèi)物料流轉(zhuǎn)到下個(gè)制備流程中。

該功能可有效避免由于接料斗中為上一批次樣品沒有及時(shí)清理，并連續(xù)破碎/篩分下一批次試樣，造成的兩批次樣品混樣的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

（3）接料斗中試樣質(zhì)量同電子臺秤設(shè)置上限值的判斷

當(dāng)接料斗內(nèi)樣品質(zhì)量低于設(shè)置下限值時(shí)，破碎（篩分）機(jī)可正常啟動(dòng)。隨接料斗內(nèi)樣品質(zhì)量的增加，通過裝置控制程序設(shè)置，破碎（篩分）機(jī)可正常運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)接料斗內(nèi)樣品質(zhì)量超過設(shè)置上限值時(shí)，蜂鳴警報(bào)器閃爍發(fā)出報(bào)警信號，且破碎（篩分）機(jī)自動(dòng)停止工作。如試樣質(zhì)量未超出設(shè)置上限，當(dāng)樣品制備完成后，手動(dòng)停止破碎（篩分）機(jī)。

該功能可有效避免由于接料斗中樣品裝滿后溢出撒落的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

4 質(zhì)量控制裝置工作原理

（1）圖1 中漫反射式光電開關(guān)識別接料斗，放入接料斗后，SQ1 閉合，圖2 中KA1 閉合，圖1中KA5閉合，時(shí)間繼電器開始計(jì)時(shí)（由于通訊延遲）。如未識別到接料斗，則SQ1 開路，圖2 中KA1 處于斷路狀態(tài)，破碎（篩分）機(jī)無法啟動(dòng)。

（2）電子臺秤判斷接料斗中試樣質(zhì)量：① 如試樣質(zhì)量超過電子臺秤設(shè)置下限值，O2 閉合，中間繼電器KA2 閉合，蜂鳴報(bào)警器報(bào)警提示。圖2中KA2 斷開，破碎（篩分）機(jī)無法啟動(dòng)。② 如試樣質(zhì)量未超過電子臺秤設(shè)置下限值，則圖2 中KA2始終保持常閉狀態(tài)，破碎（篩分）機(jī)可正常啟動(dòng)。

（3）破碎（篩分）機(jī)啟動(dòng)后，電子臺秤判斷接料斗中試樣質(zhì)量：① 如試樣質(zhì)量超過臺秤設(shè)置上限值，O3 閉合，中間繼電器KA2 閉合，蜂鳴報(bào)警器報(bào)警提示。圖2 中KA3 斷開，破碎（篩分）機(jī)自動(dòng)停止。② 如試樣質(zhì)量未超過臺秤設(shè)置上限值，當(dāng)試樣制備完成后，按下停止按鈕，圖2 中KA4 斷開，破碎（篩分）機(jī)停止工作。

（4）制備完畢后，取出接料斗后，圖1 中KA5 斷開，破碎（篩分）機(jī)恢復(fù)至開始狀態(tài)。

5 質(zhì)量控制裝置電器配置

該質(zhì)量控制裝置電器配置分為兩部分：一部分為裝置電器，用以實(shí)現(xiàn)制樣過程的質(zhì)量控制判斷；另一部分為設(shè)備端電器，用以控制設(shè)備端電機(jī)的啟停。裝置電器部分如圖1，設(shè)備端電器部分如圖2。

圖1 質(zhì)量控制裝置部分電器圖

圖2 設(shè)備端電器圖

6 質(zhì)量控制裝置測試驗(yàn)證

（1）接料斗的識別測試驗(yàn)證

為驗(yàn)證漫反射式光電開關(guān)識別接料斗情況，每日使用約100 個(gè)樣品進(jìn)行測試，連續(xù)測試三個(gè)月，累計(jì)測試驗(yàn)證約9200 次。通過測試驗(yàn)證，僅有當(dāng)接料斗放置到接料位置時(shí)，設(shè)備方可手動(dòng)啟動(dòng)，未發(fā)生接料斗未放置設(shè)備可手動(dòng)啟動(dòng)的情況。測試過程中漫反射式光電開關(guān)感應(yīng)靈敏，未發(fā)生故障和其他異常情況。

（2）接料斗中試樣質(zhì)量同電子臺秤設(shè)置下限值的判斷測試驗(yàn)證

該性能測試驗(yàn)證電子臺秤設(shè)置下限值為0.5 kg。樣品制備前將1 kg 砝碼放置接料斗內(nèi)，每日進(jìn)行約50 次測試驗(yàn)證，連續(xù)測試三個(gè)月，累計(jì)測試驗(yàn)證約4600 次。該功能通過以上測試驗(yàn)證，當(dāng)接料斗內(nèi)質(zhì)量超過設(shè)置下限值時(shí)，蜂鳴警報(bào)器報(bào)警，且設(shè)備無法啟動(dòng)。經(jīng)測試驗(yàn)證，充分證明該裝置可有效避免混樣質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

（3）接料斗中試樣質(zhì)量同電子臺秤設(shè)置上限值的判斷測試驗(yàn)證

該性能測試驗(yàn)證電子臺秤設(shè)置上限值為30 kg，測試驗(yàn)證設(shè)備為破碎機(jī)，接料斗最大容量為30 kg。每日準(zhǔn)備50 個(gè)質(zhì)量約32 kg 樣品并進(jìn)行破碎環(huán)節(jié)測試驗(yàn)證，連續(xù)測試三個(gè)月，累計(jì)測試驗(yàn)證約4600 次。該功能通過以上測試驗(yàn)證，破碎過程中接料斗內(nèi)累計(jì)質(zhì)量超過設(shè)置上限值時(shí)，蜂鳴警報(bào)器報(bào)警，設(shè)備自動(dòng)停止工作，且無法通過手動(dòng)按鈕啟動(dòng)設(shè)備。經(jīng)測試驗(yàn)證，該裝置可有效避免接料斗內(nèi)累計(jì)樣品過滿溢出造成撒樣的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

通過（2）與（3）方式測試驗(yàn)證，電子臺秤及電器組件未發(fā)生故障和異常情況，且便于維護(hù)保養(yǎng)，降低維修成本。

7 結(jié)論

本文詳細(xì)分析了固體物料破碎和篩分過程中的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)及質(zhì)量控制裝置對風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避的應(yīng)對措施，并闡述了該裝置的工作原理。通過在現(xiàn)有破碎機(jī)和篩分機(jī)中安裝質(zhì)量控制裝置，可有效避免固體物料在破碎篩分過程中產(chǎn)生的混樣和撒樣質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，保證采集的煤樣樣品更具代表性，提高檢驗(yàn)檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性、公正性以及可靠性。

本研究經(jīng)過三個(gè)月使用測試驗(yàn)證，不僅不影響固體物料制備效率，而且關(guān)鍵部件不容易損壞，減少使用過程中的維修工作，降低維修成本。此質(zhì)量控制裝置亦適用于大樣制備系統(tǒng)、聯(lián)合制樣系統(tǒng)等接料類型設(shè)備。