CN110146344B - 一种皮带运输机物料精确定量取样方法及装置 - Google Patents

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CN110146344B CN201810146154.XA CN201810146154A CN110146344B CN 110146344 B CN110146344 B CN 110146344B CN 201810146154 A CN201810146154 A CN 201810146154A CN 110146344 B CN110146344 B CN 110146344B
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Abstract

本申请公开一种皮带运输机物料精确定量取样方法及装置，获取皮带运行速度Vi、预设取样量Qi以及物料边缘与皮带边缘之间的距离a；调节取样器的移动速度和方向，使所述取样器与皮带保持相对静止；计算物料横截面积S和物料流长度H；调节所述取样器的宽度Di，使所述取样器的宽度Di等于物料流长度H；旋转所述取样器，完成物料取样。本申请可根据皮带设计参数和物料自身参数，实现在线定量取样，且取样量精确可控，此外，由于可以完全取到整个物料流横截面的物料，具备取样代表性强的特点。

Description

一种皮带运输机物料精确定量取样方法及装置
技术领域
本申请涉及物料取样技术领域，尤其涉及一种皮带运输机物料精确定量取样方法及装置。
背景技术
在皮带运输机输送物料的过程中，经常需要对皮带上承载的物料进行取样检测，例如钢铁企业的烧结工序，在运输烧结燃料的过程中，需每隔一段时间采集燃料样本进行检测分析，以此试样的粒度和水分来指导该周期内烧结工序的生产，从而使工序的运行更加高效稳定，并减少燃料的损耗。为此，通常采用在皮带运输机的头部或中部配备取样机的方法进行物料取样。
采用头部取样机进行物料取样，是通过取样斗靠近皮带头部落料点接取皮带头部抛物线落下的物料做样品，其缺点在于，皮带头部是曲面结构，由于皮带中间的物料与两侧边缘的物料所受的摩擦力不同，初速度不同，大颗粒和小颗粒在空气中所受的阻力不同，因此当皮带横截面的物料呈抛物线下落时，并不能保持与水平运输时同样的排列顺序，也就是说物料颗粒不能依次紧密排列且整齐地下落，难以保证取到同一个横截面的物料，取样代表性差；此外，通过控制取料斗的移动速度或者取料斗在落料点的停留时间来控制取样量，并不能精确设定单次取样量，且在物料下落过程中采样，物料冲击力度大，取样器容易受损。
采用中部取样机进行物料取样时，以公开号为CN105973633A，名称为“皮带运输物料取样机”的发明专利为例，皮带中部的上方安装有L型筒状取样器，取样器以长边部端部为圆心旋转，旋转方向和皮带运转方向相反，当L型取样器短边部转至最低处时能够与皮带上物料接触，从而实现取样。该方法无法实现单次取样量的精确控制，且无法取到整个料流横截面的物料，取样代表性差。
因此，当对皮带运输机承载的物料进行取样时，如何精确控制单次取样量并提高取样代表性，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本申请提供一种皮带运输机物料精确定量取样方法及装置，以解决现有皮带运输机物料取样方式无法精确控制单次取样量以及取样代表性差的问题。
第一方面，本申请提供一种皮带运输机物料精确定量取样方法，包括：
获取皮带运行速度Vi、预设取样量Qi以及物料边缘与皮带边缘之间的距离a；
调节取样器的移动速度和方向，使所述取样器与皮带保持相对静止；
计算物料横截面积S和物料流长度H；
调节所述取样器的宽度Di，使所述取样器的宽度Di等于物料流长度H；
旋转所述取样器，完成物料取样。
进一步地，按照以下公式计算物料横截面积S：
Figure BDA0001578877110000021
b＝B-2a
式中，L为皮带运输机中间辊的长度，B为皮带覆盖托辊的宽度总和，b为物料覆盖皮带宽度方向的距离，a为物料边缘与皮带边缘之间的距离，λ为托辊槽角，θ为物料的运行堆积角。
进一步地，按照以下公式计算物料流长度H：
Figure BDA0001578877110000022
式中，Qi为预设取样量，S为物料横截面积，ρ为物料堆密度。
第二方面，本申请提供一种皮带运输机物料精确定量取样装置，包括取样器和距离检测器，所述取样器设置于皮带运输机中部上方，所述取样器在皮带运输机长度方向上可伸缩，使取样器的宽度Di可调节；所述距离检测器位于皮带上方，用于检测物料边缘与皮带边缘之间的距离a；所述装置还包括控制单元，所述控制单元被配置为执行下述程序步骤：
获取皮带运行速度Vi、预设取样量Qi以及物料边缘与皮带边缘之间的距离a；
调节取样器的移动速度和方向，使所述取样器与皮带保持相对静止；
计算物料横截面积S和物料流长度H；
调节所述取样器的宽度Di，使所述取样器的宽度Di等于物料流长度H；
控制所述取样器旋转，完成物料取样。
进一步地，所述控制单元按照以下公式计算物料横截面积S：
Figure BDA0001578877110000023
b＝B-2a
式中，L为皮带运输机中间辊的长度，B为皮带覆盖托辊的宽度总和，b为物料覆盖皮带宽度方向的距离，a为物料边缘与皮带边缘之间的距离，λ为托辊槽角，θ为物料的运行堆积角。
进一步地，所述控制单元按照以下公式计算物料流长度H：
Figure BDA0001578877110000031
式中，Qi为预设取样量，S为物料横截面积，ρ为物料堆密度。
可选地，所述取样器包括第一取样斗和第二取样斗，所述第一取样斗连接有第一伸缩机构，所述第二取样斗连接有第二伸缩机构，所述第一取样斗和第二取样斗部分重叠。
可选地，所述控制单元按照以下公式获取所述取样器的宽度Di：
Di＝D01+D02-ΔDi
式中，D01为第一取样斗的宽度，D02为第二取样斗的宽度，ΔDi为第一取样斗和第二取样斗重叠部分的宽度。
可选地，所述取样器还包括滑柱，所述滑柱分别与所述第一取样斗和第二取样斗滑动连接；所述滑柱内设置有通孔，所述装置还包括贯穿所述通孔的滑轨。
可选地，所述取样器上设置有速度控制器，所述速度控制器用于根据控制单元的控制指令，调节所述取样器沿滑轨的移动速度和方向，使所述取样器与皮带保持相对静止。
由以上技术方案可知，本申请提供的皮带运输机物料精确定量取样方法及装置，采用中部取样方式，取样过程中，取样器与皮带始终保持静止，根据预设取样量Qi，以及通过距离检测器获取的物料边缘与皮带边缘之间的距离a，即可计算出皮带所承载的物料的面积S和物料流长度H，然后只需调节取样器的宽度Di，使取样器的宽度Di等于物料流长度H，则旋转取样器后所刮取的物料量即为预设取样量Qi。本申请可根据皮带设计参数和物料自身参数，实现在线定量取样，且取样量精确可控，此外，由于可以完全取到整个物料流横截面的物料，具备取样代表性强的特点。
附图说明
图1为本申请实施例一示出的一种皮带运输机物料精确定量取样方法的流程图；
图2为本申请实施例一示出的皮带运输物料的截面图；
图3为本申请实施例二示出的一种皮带运输机物料精确定量取样装置的主视图；
图4为本申请实施例二示出的一种皮带运输机物料精确定量取样装置的左视图。
其中，1-皮带运输机，11-中间辊，12-边辊；2-取样器，21-第一取样斗，22-第二取样斗，23-第一伸缩机构，24-第二伸缩机构，25-滑柱，26-通孔，27-速度控制器；3-距离检测器；4-滑轨。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
鉴于现有皮带运输机物料取样方式普遍存在取样代表性差，且无法单次精确定量取样的问题，如图1所示，在本申请实施例一提供的皮带运输机物料精确定量取样方法包括如下步骤：
步骤S101，获取皮带运行速度Vi、预设取样量Qi以及物料边缘与皮带边缘之间的距离a。
预设取样量Qi是预计采集物料的料量，是用户可自定义输入的参量，即可根据取样检测的要求，对预设取样量Qi进行设定，实现取样量的可调和可控。如图2所示，为皮带运输物料的截面图，假设物料整齐置于皮带上，物料边缘和皮带边缘可近似认为是两条相互平行的边缘线，则这两条边缘线之间的间距即为所述的距离a。
步骤S102，调节取样器的移动速度和方向，使所述取样器与皮带保持相对静止。
步骤S103，计算物料横截面积S和物料流长度H。
如图2所示，皮带运输机1包括托辊，托辊又包括中间辊11和位于中间辊两侧的边辊12，皮带位于托辊上，用于承载物料，物料横截面积S包括弓形面积S1和梯形面积S2，其中，
Figure BDA0001578877110000041
Figure BDA0001578877110000042
则按照下式计算物料横截面积S：
Figure BDA0001578877110000043
b＝B-2a
上式中，L为皮带运输机中间辊的长度；B为皮带覆盖托辊的宽度总和，即为中间辊长度L与覆盖边辊的皮带宽度之和；b为物料覆盖皮带宽度方向的距离，与物料流量大小有关；a为物料边缘与皮带边缘之间的距离；λ为托辊槽角，是中间辊11与边辊12的轴线夹角；θ为物料的运行堆积角。其中，皮带覆盖托辊的宽度总和B、中间辊的长度L和托辊槽角λ是皮带固有的设计参数，物料的运行堆积角θ为物料常数，因此，只需检测物料边缘与皮带边缘之间的距离a，然后结合皮带设计参数和物料参数，即可准确获取物料横截面积S，且需要检测的参数少，可以减少计算量，提高物料取样效率。
根据皮带运输物料原理，皮带瞬时流量计算公式如下：
Wi＝S·Vi·ρ
式中，Wi为皮带瞬时流量，kg/s；S为物料横截面积，m2；Vi为皮带运行速度，m/s；ρ为物料堆密度，kg/m3。
当运行时间为t时，皮带物料量达到预设取样量Qi，将上式左右两边同时乘t，则有：
Wi·t＝S·(Vi·t)·ρ
则上式可转化为：
Qi＝S·H·ρ
则物料流长度H为：
Figure BDA0001578877110000051
式中，Qi为预设取样量，S为物料横截面积，ρ为物料堆密度。
根据检测所得物料边缘与皮带边缘之间的距离a，计算出物料堆的完整横截面积后，即可求出预设取样量Qi对应的物料流长度H。
步骤S104，调节所述取样器的宽度Di，使所述取样器的宽度Di等于物料流长度H。
取样斗是垂直皮带运动方向旋转取样，由于取样器与皮带始终保持相对静止，皮带上留下的取样轨迹是两条垂直皮带边缘的垂直线，为了使取样器所刮取的物料量等于预设取样量Qi，需要对取样器的宽度Di进行伸缩调节，使得取样器的宽度Di等于物料流长度H，则当执行下述步骤S105时，旋转取样器，刮取整个物料横截面上的物料，从而获取达到预设取样量Qi的物料，然后将取样物料刮至装料容器中即可。
步骤S105，旋转所述取样器，完成物料取样。
本申请实施例一提供的皮带运输机物料精确定量取样方法，采用中部取样方式，取样过程中，取样器与皮带始终保持静止，根据预设取样量Qi，以及通过距离检测器获取的物料边缘与皮带边缘之间的距离a，即可计算出皮带所承载的物料的面积S和物料流长度H，然后只需调节取样器的宽度Di，使取样器的宽度Di等于物料流长度H，则旋转取样器后所刮取的物料量即为预设取样量Qi。本申请可根据皮带设计参数和物料自身参数，实现在线定量取样，且取样量精确可控，此外，由于可以完全取到整个物料流横截面的物料，具备取样代表性强的特点。
本申请实施例二提供一种皮带运输机物料精确定量取样装置，通过本实施例所述的装置，可以实现实施例一所述的方法，如图3和图4所示，所述装置包括取样器2和距离检测器3，取样器2设置于皮带运输机1的中部上方，取样器2在皮带运输机1的长度方向上可伸缩，使取样器的宽度Di可调节；距离检测器3位于皮带上方，用于检测物料边缘与皮带边缘之间的距离a。
为实现皮带运输物料取样的自动化控制和运行，提高所述装置的工作效率，所述装置还包括控制单元，所述控制单元被配置为执行下述程序步骤：
获取皮带运行速度Vi、预设取样量Qi以及物料边缘与皮带边缘之间的距离a；
调节取样器的移动速度和方向，使所述取样器与皮带保持相对静止；
计算物料横截面积S和物料流长度H；
调节所述取样器的宽度Di，使所述取样器的宽度Di等于物料流长度H；
控制所述取样器旋转，完成物料取样。
进一步地，所述控制单元按照以下公式计算物料横截面积S：
Figure BDA0001578877110000061
b＝B-2a
式中，L为皮带运输机中间辊的长度，B为皮带覆盖托辊的宽度总和，b为物料覆盖皮带宽度方向的距离，a为物料边缘与皮带边缘之间的距离，λ为托辊槽角，θ为物料的运行堆积角。
进一步地，所述控制单元按照以下公式计算物料流长度H：
Figure BDA0001578877110000062
式中，Qi为预设取样量，S为物料横截面积，ρ为物料堆密度。
具体地，在本实施例中，取样器2包括第一取样斗21和第二取样斗22，第一取样斗21连接有第一伸缩机构23，第二取样斗22连接有第二伸缩机构24，第一取样斗21和第二取样斗22部分重叠。
第一伸缩机构23用于控制第一取样斗21沿皮带长度方向上伸缩移动，第二取样斗22用于控制第二取样斗22沿皮带长度方向上伸缩移动，从而对取样器的宽度Di进行调节。第一伸缩机构23和第二伸缩机构24可采用液压活塞式伸缩驱动装置，或者气动式伸缩装置等等。第一取样斗21和第二取样斗22是沿皮带长度方向上并列放置，两者之间存在交叠的部分，且在取样器2运行过程中，两者始终保持连体形式，不会产生分离，即从结构上说两者相当于一体结构，但是两个取样斗之间会产生相对位置的变化，从而改变取样器的宽度Di。在步骤S105之前，第一取样斗21和第二取样斗22应位于皮带一侧，在执行步骤S105时，垂直于皮带运行方向旋转取样器2，则第一取样斗21和第二取样斗22会转至皮带另一侧，从而将物料流长度H范围内的所有物料刮出皮带，由装料容器接料即可。
在第一种可能的实现方式中，可以固定第一取样斗21，仅通过移动第二取样斗22来改变取样器的宽度Di；在第二种可能的实现方式中，可以固定第二取样斗22，仅通过移动第一取样斗21来改变取样器的宽度Di；在第三种可能的实现方式中，可以同时移动第一取样斗21和第二取样斗22，来改变取样器的宽度Di。
应当说明的是，对于上述三种可能的实现方式，无论采用哪一种，都应当保证第一取样斗21和第二取样斗22部分重叠，确保在取样过程中，不会发生漏料现象，从而保证取样器所获取的物料量与预设取样量Qi一致，实现物料的精确定量取样。
如图3所示，当对取样器的宽度Di进行伸缩调节时，需要确定取样器的宽度Di是否与物料流长度H一致，这就需要准确获取当前取样器的宽度Di，基于前述取样器2的特殊结构，所述控制单元可采用如下公式计算：
Di＝D01+D02-ΔDi
式中，D01为第一取样斗的宽度，D02为第二取样斗的宽度，ΔDi为第一取样斗和第二取样斗重叠部分的宽度。第一取样斗的宽度D01和第二取样斗的宽度D02为取样器设计参数，可根据皮带长度以及取样量范围等因素，合理设定第一取样斗的宽度D01和第二取样斗的宽度D02，因此，在上述公式中，第一取样斗的宽度D01和第二取样斗的宽度D02为确定的常数值，只需检测第一取样斗和第二取样斗重叠部分的宽度ΔDi，即可获取取样器的宽度Di。
应当理解的是，本申请还可采用其他方式获取取样器的宽度Di，比如获取取样器2的初始宽度D0，固定第一取样斗21，利用位移传感器检测第二取样斗22移动的距离Dm，则Di＝D0±Dm，即取样器的宽度Di不仅取决于第二取样斗22移动的距离Dm，也取决于第二取样斗22移动的方向(取样器2伸长或缩短)；或者，采用距离检测器3直接测量取样器的宽度Di，等等。获取取样器的宽度Di的方式不限于本实施例所述。
可选地，取样器2还包括滑柱25，滑柱25分别与第一取样斗21和第二取样斗22滑动连接；滑柱25内设置有通孔26，所述装置还包括贯穿通孔26的滑轨4，取样器2上设置有速度控制器27。控制单元获取皮带运行速度Vi后，向速度控制器27发送控制指令，速度控制器27根据该控制指令，控制滑柱25以与皮带相同的运行速度和方向沿滑轨4移动，滑柱25带动整个取样器2移动，从而使取样器4与皮带保持相对静止。滑柱25分别与第一取样斗21和第二取样斗22滑动连接，即第一取样斗21和第二取样斗22可在滑柱25外壁上滑动，从而使取样斗2伸缩，改变取样器的宽度Di。当将取样器的宽度Di调节至与物料流长度H相等后，沿滑轨4旋转取样器2，将对应预设取样量Qi的物料刮至装料容器中即可完成取样。
需要说明的是，本实施例中，应根据第一取样斗21和第二取样斗22的长度，合理选取滑轨4与皮带之间的相对高度，且第一取样斗21和第二取样斗22底部应与皮带截面轮廓适应性匹配，以保证取样器2可以截取到整个物料堆横截面上的物料，不仅提高取样代表性，还会使物料取样量与预设取样量Qi相符合，从而实现物料的精确定量取样。
本申请实施例二提供的皮带运输机物料精确定量取样装置，采用中部取样方式，取样过程中，取样器与皮带始终保持静止，根据预设取样量Qi，以及通过距离检测器获取的物料边缘与皮带边缘之间的距离a，即可计算出皮带所承载的物料的面积S和物料流长度H，然后只需调节取样器的宽度Di，使取样器的宽度Di等于物料流长度H，则旋转取样器后所刮取的物料量即为预设取样量Qi。此外，本实施例还提供了调节取样器宽度Di的结构，以及实现取样器与皮带保持相对静止的结构，装置操作简单且运行效率高。本申请可根据皮带设计参数和物料自身参数，并结合预设取样量Qi对取样器进行调控，单次取样量可调，实现物料的在线精确定量取样，此外，本申请可以完全取到整个物料流横截面的物料，具备取样代表性强的特点。
本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请实施例中的技术可借助软件加所述皮带运输机物料精确定量取样装置所涉及的相关仪器设备来实现。具体实现中，本申请还提供一种计算机存储介质，其中，该计算机存储介质可存储有程序，该程序执行时可包括本申请提供的烧结燃料厚料层微波干燥方法及装置的各实施例中的部分或全部步骤。所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(英文：read-only memory，简称：ROM)或随机存储记忆体(英文：random access memory，简称：RAM)等。
本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参照即可。
以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (6)

1.一种皮带运输机物料精确定量取样方法，其特征在于，包括：
获取皮带运行速度Vi、预设取样量Qi以及物料边缘与皮带边缘之间的距离a；
调节取样器的移动速度和方向，使所述取样器与皮带保持相对静止；
计算物料横截面积S和物料流长度H；
调节所述取样器的宽度Di，使所述取样器的宽度Di等于物料流长度H；
旋转所述取样器，完成物料取样；
按照以下公式计算物料横截面积S：
Figure FDA0003198601060000011
b＝B-2a
式中，L为皮带运输机中间辊的长度，B为皮带覆盖托辊的宽度总和，b为物料覆盖皮带宽度方向的距离，a为物料边缘与皮带边缘之间的距离，λ为托辊槽角，θ为物料的运行堆积角；
按照以下公式计算物料流长度H：
Figure FDA0003198601060000012
式中，Qi为预设取样量，S为物料横截面积，ρ为物料堆密度。
2.一种皮带运输机物料精确定量取样装置，其特征在于，所述装置包括取样器和距离检测器，所述取样器设置于皮带运输机中部上方，所述取样器在皮带运输机长度方向上可伸缩，使取样器的宽度Di可调节；所述距离检测器位于皮带运输机上方，用于检测物料边缘与皮带边缘之间的距离a；所述装置还包括控制单元，所述控制单元被配置为执行下述程序步骤：
获取皮带运行速度Vi、预设取样量Qi以及物料边缘与皮带边缘之间的距离a；
调节取样器的移动速度和方向，使所述取样器与皮带保持相对静止；
计算物料横截面积S和物料流长度H；
调节所述取样器的宽度Di，使所述取样器的宽度Di等于物料流长度H；
控制所述取样器旋转，完成物料取样；
所述控制单元按照以下公式计算物料横截面积S：
Figure FDA0003198601060000013
b＝B-2a
式中，L为皮带运输机中间辊的长度，B为皮带覆盖托辊的宽度总和，b为物料覆盖皮带宽度方向的距离，a为物料边缘与皮带边缘之间的距离，λ为托辊槽角，θ为物料的运行堆积角；
所述控制单元按照以下公式计算物料流长度H：
Figure FDA0003198601060000021
式中，Qi为预设取样量，S为物料横截面积，ρ为物料堆密度。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述取样器包括第一取样斗和第二取样斗，所述第一取样斗连接有第一伸缩机构，所述第二取样斗连接有第二伸缩机构，所述第一取样斗和第二取样斗部分重叠。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述控制单元按照以下公式获取所述取样器的宽度Di：
Di＝D01+D02-ΔDi
式中，D01为第一取样斗的宽度，D02为第二取样斗的宽度，ΔDi为第一取样斗和第二取样斗重叠部分的宽度。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述取样器还包括滑柱，所述滑柱分别与所述第一取样斗和第二取样斗滑动连接；所述滑柱内设置有通孔，所述装置还包括贯穿所述通孔的滑轨。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述取样器上设置有速度控制器，所述速度控制器用于根据控制单元的控制指令，调节所述取样器沿滑轨的移动速度和方向，使所述取样器与皮带保持相对静止。
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