CN110385193B - 一种用于煤炭密度分级的自动浮沉实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于煤炭密度分级的自动浮沉实验装置，包括重液桶（3）、原煤桶（4）和选煤桶（5），其特征在于：该装置还包括机械手和控制器（6），所述控制器（6）通过信号输入传输线（61）分别与装置启停按钮（63）、重液桶（3）中的Ⅰ号密度传感器（351）、原煤桶（4）中Ⅱ号密度传感器（431）、选煤桶（5）中Ⅲ号密度传感器（531）相连；所述控制器（6）通过工作指令输出传输线（63）分别与机械手的旋转驱动电机M1（22）、重液桶（3）中的搅拌电机M2（32）和选煤桶（5）中的叶片驱动电机M3（56）相连。

Description

一种用于煤炭密度分级的自动浮沉实验装置及方法

技术领域

本发明涉及煤炭密度分级和煤炭自动浮沉处理技术领域，具体涉及一种用于煤炭密度分级的自动浮沉实验装置及方法。

背景技术

目前煤炭分级技术中根据煤炭粒径进行分级的技术有很多，其中中国矿业大学申请的专利CN 105289985 A就可实现粗、中、细不同粒度煤炭的同时高效分选，解决干法选煤领域选别产品少、精煤质量差、介质利用率低、粉尘无度排放等问题。但是煤炭分级技术中根据煤炭密度值进行分级的技术却很少，国内多数企业或高校在做煤炭密度分级实验时大多还是人工进行。人工进行煤炭密度分级实验需要经历重液调配，然后将装有原煤的桶置于重液中，最后将重液上层分级好的低密度煤炭舀出等步骤。该实验过程耗时长，实验精度及效率较低，而且重液具有一定毒性，若实验人员操作不当致使重液与身体某部位接触，则易造成实验人员中毒或受腐蚀等严重的后果。

发明内容

本发明要解决的技术问题：提出的一种用于煤炭分级的自动浮沉实验装置及方法，解决现有技术中煤炭分级中存在的问题。

本发明技术方案：

本发明通过如下技术方案实现：一种用于煤炭密度分级的自动浮沉实验装置，包括重液桶、原煤桶和选煤桶，该装置还包括机械手和控制器，所述控制器通过信号输入传输线分别与装置启停按钮、重液桶中的Ⅰ号密度传感器、原煤桶中Ⅱ号密度传感器、选煤桶中Ⅲ号密度传感器相连；所述控制器通过工作指令输出传输线分别与机械手的旋转驱动电机M1、重液桶中的搅拌电机M2和选煤桶中的叶片驱动电机M3相连。

还包括试验台架，所述试验台架阶梯型层状结构，试验台架呈圆弧形，各层面设置圆孔，前排孔和后排孔的分布呈同心圆状，所述试验台架底部设置试验台支撑脚。

所述的机械手包括旋转驱动电机M1与减速箱相连接并均安装于底座上；旋转驱动轮与减速箱连接，且与旋转从动轮相连，所述旋转从动轮和底座采用球铰支座连接；所述旋转从动轮上设置有机械手Ⅰ号杆；机械手Ⅰ号杆与机械手Ⅱ号杆铰连，机械手Ⅲ号杆呈V状，并在其上端处设计有铰接凸台；所述铰接凸台和机械手Ⅱ号杆另一端铰连，机械手Ⅲ号杆另一端固定连接机械手臂。

所述机械手Ⅰ号杆上端设计有用于铰链连接的凹槽；所述机械手Ⅱ号杆呈弯状，且在其下端设置有用于铰链连接的凸台、在其上端设置有用于铰链连接的凹槽。

所述机械手Ⅰ号杆与机械手Ⅱ号杆还通过Ⅰ号液压杆连接，连接处为万向球连接；所述机械手Ⅱ号杆和机械手Ⅲ号杆还通过Ⅱ号液压杆连接，连接处为万向球连接。

所述机械手臂包含机械左手臂和机械右手臂，机械左手臂和机械右手臂合并状态呈圆型；所述机械左手臂与机械手Ⅲ号杆固定连接，机械右手臂一端与Ⅲ号液压杆连接，另一端与机械左手臂交叉处通过销连接；所述Ⅲ号液压杆与机械右手臂和机械手臂采用万向球连接。

所述重液桶的数量和前排孔的数量一致；所述重液桶外壁上部顶端设计有取放环Ⅰ，下部设计有隔液挡板；隔液挡板和重液桶体形成密封空间，在其空间中心位置处设置有搅拌电机M2；在重液桶体上设计有定位凸台，其数量为3-5个，在重液桶体的定位凸台正下方设置有Ⅰ号密度传感器；所述隔液挡板正上方设置搅拌叶片，并通过轴与搅拌电机M2相连。

所述原煤桶的外壁上部顶端设计有取放环Ⅱ，底部设计有网孔状的底板；在原煤桶体上设计有定位凸台，其数量为3-5个，在原煤桶体的定位凸台正下方设置有Ⅱ号密度传感器。

所述选煤桶的数量和后排孔的数量一致；所述选煤桶外壁上部顶端设计有取放环Ⅲ，底部设计有上下平行状的底部Ⅰ号固定杆和底部Ⅱ号固定杆，底部Ⅰ号固定杆和底部Ⅱ号固定杆中间通过中心固定杆连接，中心固定杆连接叶片从动轮，叶片从动轮与叶片驱动轮连接，叶片驱动轮与叶片驱动电机M3连接，叶片从动轮通过叶片驱动杆与可折叠式扇形叶片连接；所述底部Ⅱ号固定杆下端设置有Ⅲ号密度传感器；所述可折叠式扇形叶片由中心角相等的多个扇形叶片叠加而成，扇形叶片中心处通过销连接，扇形叶片大头端与选煤桶体接触。

所述选煤桶的外径小于原煤桶小于重液桶，且原煤桶可定位于重液桶体的定位凸台上，选煤桶可定位于原煤桶体的定位凸台上；所述重液桶能置于试验台架上的前排孔中；所述选煤桶能置于试验台架上的后排孔中。

（二）有益效果

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果在于：

1、该装置技术原理简单，其中重液桶、原煤桶和选煤桶可灵活搭配，可完成重液、原煤和低密度煤的装纳工作；机械手结构的巧妙设计可替代实验人员的繁琐操作动作，从而提高实验分级效率，节约实验人员的时间成本。

2、该装置的可扩展性好，若需要分级的等级很多，则可在试验台架上多设计几个前排孔和后排孔，从而以满足实验多次分级的需求。

3、用于煤炭密度分级的重液是由一定毒性的，在将原煤桶放置于重液桶中进行煤炭密度分级时，若实验人员操作不当致使身体部位接触到重液，易造成实验人员中毒或受腐蚀。该装置的使用，使实验中一切的“取或放”均由机械手臂完成，不用实验人员亲自操作，可防止实验时实验人员的身体部位接触到重液，从而可提高实验的安全性。

附图说明

图1是本发明装置的整体工作状态效果图；

图2是本发明装置中机械手部分的整体效果图；

图3是本发明装置中试验台架图；

图4是本发明装置中重液桶的外视图；

图5是本发明装置中重液桶的剖视图；

图6是本发明装置中原煤桶的外视图；

图7是本发明装置中选煤桶的可折叠式扇形叶片处于闭合状态时的外视图；

图8是本发明装置中选煤桶的可折叠式扇形叶片处于打开状态时的外视图；

图9是本发明装置中控制器与其相连部件的逻辑关系图；

附图标记说明如下：11-L型试验台；12-试验台支撑脚；13-前排孔；14-后排孔；21-底座；22-旋转驱动电机M1；23-减速箱；24-旋转驱动轮；25-旋转从动轮；26-机械手Ⅰ号杆；261-Ⅰ号液压杆；27-机械手Ⅱ号杆；271-Ⅱ号液压杆；28-机械手Ⅲ号杆；281-铰接凸台；29-机械手臂；291-机械手左臂；292-机械手右臂；293-Ⅲ号液压杆；3-重液桶；31-重液桶体；311-取放环Ⅰ；32-搅拌电机M2；33-隔液挡板；34-搅拌叶片；35-定位凸台；351-Ⅰ号密度传感器；4-原煤桶；41-原煤桶体；411-取放环Ⅱ；42-网孔状底板；43-定位凸台；431-Ⅱ号密度传感器；5-选煤桶；51-选煤桶体；511-取放环Ⅲ；52-底端Ⅰ号固定杆；53-底端Ⅱ号固定杆；531-Ⅲ号密度传感器；54-可折叠式扇形叶片；55-中心固定杆；56-叶片驱动电机M3；57-叶片驱动轮；58-叶片从动轮；59-叶片驱动杆；6-控制器；61-信号输入传输线；62-工作指令输出传输线；63-装置启停按钮。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，结合以下附图现对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。

如图1-图9所示，一种用于煤炭密度分级的自动浮沉实验装置，包括重液桶3、原煤桶4和选煤桶5，该装置还包括机械手和控制器6，所述控制器6通过信号输入传输线61分别与装置启停按钮63、重液桶3中的Ⅰ号密度传感器351、原煤桶4中Ⅱ号密度传感器431、选煤桶5中Ⅲ号密度传感器531相连；所述控制器6通过工作指令输出传输线63分别与机械手的旋转驱动电机M122、重液桶3中的搅拌电机M2 32和选煤桶5中的叶片驱动电机M3 56相连。

还包括试验台架，所述试验台架阶梯型层状结构，试验台架呈圆弧形，各层面设置圆孔，前排孔13和后排孔14的分布呈同心圆状，所述试验台架底部设置试验台支撑脚12。

所述的机械手包括旋转驱动电机M122与减速箱23相连接并均安装于底座21上；旋转驱动轮24与减速箱23连接，且与旋转从动轮25相连，所述旋转从动轮25和底座21采用球铰支座连接；所述旋转从动轮25上设置有机械手Ⅰ号杆26；机械手Ⅰ号杆26与机械手Ⅱ号杆27铰连，机械手Ⅲ号杆28呈V状，并在其上端处设计有铰接凸台281；所述铰接凸台281和机械手Ⅱ号杆27另一端铰连，机械手Ⅲ号杆28另一端固定连接机械手臂29。

所述机械手Ⅰ号杆26上端设计有用于铰链连接的凹槽；所述机械手Ⅱ号杆27呈弯状，且在其下端设置有用于铰链连接的凸台、在其上端设置有用于铰链连接的凹槽。

所述机械手Ⅰ号杆26与机械手Ⅱ号杆27还通过Ⅰ号液压杆261连接，连接处为万向球连接；所述机械手Ⅱ号杆27和机械手Ⅲ号杆28还通过Ⅱ号液压杆271连接，连接处为万向球连接。

所述机械手臂29包含机械左手臂291和机械右手臂292，机械左手臂291和机械右手臂292合并状态呈圆型；所述机械左手臂291与机械手Ⅲ号杆28固定连接，机械右手臂292一端与Ⅲ号液压杆293连接，另一端与机械左手臂291交叉处通过销连接；所述Ⅲ号液压杆293与机械右手臂292和机械手臂29采用万向球连接。

所述重液桶3的数量和前排孔13的数量一致；所述重液桶3外壁上部顶端设计有取放环Ⅰ311，下部设计有隔液挡板33；隔液挡板33和重液桶体31形成密封空间，在其空间中心位置处设置有搅拌电机M2 32；在重液桶体31上设计有定位凸台35，其数量为3-5个，在重液桶体31的定位凸台35正下方设置有Ⅰ号密度传感器351；所述隔液挡板33正上方设置搅拌叶片34，并通过轴与搅拌电机M2 32相连。

所述原煤桶4的外壁上部顶端设计有取放环Ⅱ411，底部设计有网孔状的底板42；在原煤桶体41上设计有定位凸台43，其数量为3-5个，在原煤桶体41的定位凸台43正下方设置有Ⅱ号密度传感器431。

所述选煤桶5的数量和后排孔14的数量一致；所述选煤桶5外壁上部顶端设计有取放环Ⅲ511，底部设计有上下平行状的底部Ⅰ号固定杆52和底部Ⅱ号固定杆53，底部Ⅰ号固定杆52和底部Ⅱ号固定杆53中间通过中心固定杆55连接，中心固定杆55连接叶片从动轮58，叶片从动轮58与叶片驱动轮57连接，叶片驱动轮57与叶片驱动电机M3连接，叶片从动轮58通过叶片驱动杆59与可折叠式扇形叶片54连接；所述底部Ⅱ号固定杆53下端设置有Ⅲ号密度传感器531；所述可折叠式扇形叶片54由中心角相等的多个扇形叶片叠加而成，扇形叶片中心处通过销连接，扇形叶片大头端与选煤桶体接触。

所述选煤桶5的外径小于原煤桶4小于重液桶3，且原煤桶4可定位于重液桶体31的定位凸台35上，选煤桶5可定位于原煤桶体41的定位凸台43上；所述重液桶3能置于试验台架上的前排孔13中；所述选煤桶5能置于试验台架上的后排孔14中。

可折叠式扇形叶片54由中心角相等的多个扇形叶片叠加而成，且每片之间可活动，扇形叶片中心处通过销连接，扇形叶片大头端与选煤桶体接触，但之间可滑动，所有叶片扇形展开后可将选煤桶5底部封闭起来。

本发明一种用于煤炭密度分级的自动浮沉实验装置及方法的工作原理为：实验前先确定本次煤炭密度分级实验需要分级的次数，然后根据该次数确定重液桶3和选煤桶5的个数，其中原煤桶4数量始终为一个。根据试验需要配制不同密度等级的重液；并将重液置于重液桶3中，按重液密度从小到大，将装有重液的重液桶3依次从右向左放置于实验抬架的前排孔13中（最右边为前排1号位）。根据实验需要，摄取一定量需要进行密度分级的煤炭置于原煤桶4中；并将该原煤桶4放置于最右端、重液密度最低的前排孔13 的1号位的重液桶3中。检查所有的选煤桶5是否全部放置于试验台架的后排孔14中（最右边为后排1号位）。前述准备工作就绪后，开始煤炭密度分级的自动浮沉实验。

本实施例以煤炭需要进行六级密度分级为例。按下装置启动按钮，装置开始工作，控制器对Ⅰ号液压杆、Ⅱ号液压杆、Ⅲ号液压杆以及旋转驱动电机M122发出工作指令，在这四者的相互配合作用下，机械手臂29将后排孔14的1号位上的选煤桶5夹持，并放置于前排孔13的1号位的原煤桶4中；待前排孔13的1号位的选煤桶5的位置稳定后，机械手臂29放开前排孔13的1号位的选煤桶5且向后退缩，退缩一定量后，位置保持不变。接着，控制器对叶片驱动电机M3 56发出工作指令，使可折叠式扇形叶片54处于完全打开状态；可折叠式扇形叶片54完全打开后，控制器对搅拌电机M2 32发出工作指令，通过搅拌叶片34对重液进行一段时间的搅拌，使得煤炭在重液的作用下根据其密度不同进行自动浮沉分层，密度低于重液的煤炭浮于重液上层，密度高于重液的煤炭沉于重液底层，最后根据Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号密度传感器351、431、531的数值来判断煤炭分层是否稳定；待上述3个密度传感器的数值均稳定不变后，控制器对叶片驱动电机M3 56发出工作指令，使可折叠式扇形叶片54处于闭合状态，此时密度低于重液密度的煤炭均已收入到选煤桶5中；可折叠式扇形叶片54完全闭合后，控制器对Ⅰ号液压杆、Ⅱ号液压杆、Ⅲ号液压杆以及旋转驱动电机M122再次发出工作指令，在这四者的相互配合作用下，机械手臂29将前排孔13的1号位上的选煤桶5夹持，并将其放置于后排孔14的1号位中；待该选煤桶5位置稳定后，机械手臂29放开该选煤桶5且向后退缩。接着，机械手臂29将前排孔13的1号位上的原煤桶4夹持，并放置于前排孔13的2号位的重液桶3中，以为下一级煤炭密度分级做准备；待前排孔13的2号位的原煤桶4位置稳定后，机械手臂29放开前排孔13的2号位的原煤桶4且向后退缩，退缩一定量后，位置保持不变。至此完成了煤炭密度分级的第一级操作。

煤炭分级的二至五级的逻辑控制和第一级的相似，其不同点在于：1.机械手臂29要将原煤桶4先后分别放置于前排孔的前排孔13的3、4、5号位上；2.在每级煤炭密度分级完成后，机械手臂29要将后排孔14的2、3、4、5号位中的选煤桶5还原到对应位置；3.在煤炭分级至第五级完成时，装置停止工作。至此煤炭的五级密度分级完成。

上述实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于煤炭密度分级的自动浮沉实验装置，包括重液桶（3）、原煤桶（4）和选煤桶（5），其特征在于：该装置还包括机械手、控制器（6）和试验台架，所述控制器（6）通过信号输入传输线（61）分别与装置启停按钮（63）、重液桶（3）中的Ⅰ号密度传感器（351）、原煤桶（4）中Ⅱ号密度传感器（431）、选煤桶（5）中Ⅲ号密度传感器（531）相连；所述控制器（6）通过工作指令输出传输线（62）分别与机械手的旋转驱动电机M1（22）、重液桶（3）中的搅拌电机M2（32）和选煤桶（5）中的叶片驱动电机M3（56）相连；所述试验台架阶梯型层状结构，试验台架呈圆弧形，各层面设置圆孔，前排孔（13）和后排孔（14）的分布呈同心圆状，所述试验台架底部设置试验台支撑脚（12）；所述重液桶（3）的数量和前排孔（13）的数量一致；所述重液桶（3）外壁上部顶端设计有取放环Ⅰ（311），下部设计有隔液挡板（33）；隔液挡板（33）和重液桶体（31）形成密封空间，在其空间中心位置处设置有搅拌电机M2（32）；在重液桶体（31）上设计有定位凸台（35），其数量为3-5个，在重液桶体（31）的定位凸台（35）正下方设置有Ⅰ号密度传感器（351）；所述隔液挡板（33）正上方设置搅拌叶片（34），并通过轴与搅拌电机M2（32）相连；所述原煤桶（4）的外壁上部顶端设计有取放环Ⅱ（411），底部设计有网孔状的底板（42）；在原煤桶体（41）上设计有定位凸台（43），其数量为3-5个，在原煤桶体（41）的定位凸台（43）正下方设置有Ⅱ号密度传感器（431）；所述选煤桶（5）的数量和后排孔（14）的数量一致；所述选煤桶（5）外壁上部顶端设计有取放环Ⅲ（511），底部设计有上下平行状的底部Ⅰ号固定杆（52）和底部Ⅱ号固定杆（53），底部Ⅰ号固定杆（52）和底部Ⅱ号固定杆（53）中间通过中心固定杆（55）连接，中心固定杆（55）连接叶片从动轮（58），叶片从动轮（58）与叶片驱动轮（57）连接，叶片驱动轮（57）与叶片驱动电机M3连接，叶片从动轮（58）通过叶片驱动杆（59）与可折叠式扇形叶片（54）连接；所述底部Ⅱ号固定杆（53）下端设置有Ⅲ号密度传感器（531）；所述可折叠式扇形叶片（54）由中心角相等的多个扇形叶片叠加而成，扇形叶片中心处通过销连接，扇形叶片大头端与选煤桶体接触；所述选煤桶（5）的外径小于原煤桶（4）小于重液桶（3），且原煤桶（4）可定位于重液桶体（31）的定位凸台（35）上，选煤桶（5）可定位于原煤桶体（41）的定位凸台（43）上；所述重液桶（3）能置于试验台架上的前排孔（13）中；所述选煤桶（5）能置于试验台架上的后排孔（14）中。

2.根据权利要求1所述的一种用于煤炭密度分级的自动浮沉实验装置，其特征在于：所述的机械手包括旋转驱动电机M1（22）与减速箱（23）相连接并均安装于底座（21）上；旋转驱动轮（24）与减速箱（23）连接，且与旋转从动轮（25）相连，所述旋转从动轮（25）和底座（21）采用球铰支座连接；所述旋转从动轮（25）上设置有机械手Ⅰ号杆（26）；机械手Ⅰ号杆（26）与机械手Ⅱ号杆（27）铰连，机械手Ⅲ号杆（28）呈V状，并在其上端处设计有铰接凸台（281）；所述铰接凸台（281）和机械手Ⅱ号杆（27）另一端铰连，机械手Ⅲ号杆（28）另一端固定连接机械手臂（29）。

3.根据权利要求2所述的一种用于煤炭密度分级的自动浮沉实验装置，其特征在于：所述机械手Ⅰ号杆（26）上端设计有用于铰链连接的凹槽；所述机械手Ⅱ号杆（27）呈弯状，且在其下端设置有用于铰链连接的凸台、在其上端设置有用于铰链连接的凹槽。

4.根据权利要求2所述的一种用于煤炭密度分级的自动浮沉实验装置，其特征在于：所述机械手Ⅰ号杆（26）与机械手Ⅱ号杆（27）还通过Ⅰ号液压杆（261）连接，连接处为万向球连接；所述机械手Ⅱ号杆（27）和机械手Ⅲ号杆（28）还通过Ⅱ号液压杆（271）连接，连接处为万向球连接。

5.根据权利要求2所述的一种用于煤炭密度分级的自动浮沉实验装置，其特征在于：所述机械手臂（29）包含机械左手臂（291）和机械右手臂（292），机械左手臂（291）和机械右手臂（292）合并状态呈圆型；所述机械左手臂（291）与机械手Ⅲ号杆（28）固定连接，机械右手臂（292）一端与Ⅲ号液压杆（293）连接，另一端与机械左手臂（291）交叉处通过销连接；所述Ⅲ号液压杆（293）与机械右手臂（292）和机械手臂（29）采用万向球连接。

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