CN113245023A - 一种煤坚固性系数测定自动实验装置及测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤坚固性系数测定自动实验装置及测定方法，该装置包括顺序设置的：原煤破碎机构，用于对原煤进行破碎处理得到混合初样；初样筛分机构，用于对混合初样筛分得到筛分初样；分装机构，用于向样品槽分装标准重量的筛分初样。该装置还包括顺序设置的：冲击机构，用于控制重锤冲击样品槽中分装的筛分初样得到冲击初样；终样筛分机构，用于控制样品筛以筛分冲击初样得到终样；高度测量机构，用于检测计量筒中终样的高度。该装置还包括控制器模块，用于控制该装置的破碎、分装、冲击、终样筛分和测量作业。本发明通过控制器模块配合上述各机构，大大降低了工人操作复杂度，提高了实验效率，降低了实验人员的工作强度和身体健康负担。

Description

一种煤坚固性系数测定自动实验装置及测定方法

技术领域

本发明涉及煤的坚固性系数测定领域，特别是一种煤坚固性系数测定自动实验装置及测定方法。

背景技术

目前，煤坚固性系数测量方法与实验装置均按《GB/T23561.12-2010煤和岩石物理力学性质测定方法第12部分：煤的坚固》进行，制样和试验过程中的捣碎、筛分、测量环节均需人工操作，导致效率实验较低。特别是在捣碎和筛分环节，存在重锤提升费力、煤尘发生量大等问题，这无疑会增加实验人员的工作强度和身体健康负担。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的问题，提供了一种煤坚固性系数测定自动实验装置及测定方法，实现了实验的自动化操作，降低了实验人员的工作强度，提升了实验效率。

本发明公开了一种煤坚固性系数测定自动实验装置，包括顺序设置的：

原煤破碎机构，用于对原煤进行破碎处理得到混合初样；

初样筛分机构，用于对所述混合初样筛分得到具有标准粒度的筛分初样；

分装机构，用于向样品槽分装标准重量的所述筛分初样；

所述煤坚固性系数测定自动实验装置还包括顺序设置的：

冲击机构，用于控制重锤冲击所述样品槽中分装的所述筛分初样得到冲击初样；

终样筛分机构，用于控制样品筛以筛分所述冲击初样得到终样；

高度测量机构，用于检测计量筒中所述终样的高度；

所述煤坚固性系数测定自动实验装置还包括控制器模块，所述原煤破碎机构、所述分装机构、所述冲击机构、所述终样筛分机构和所述高度测量机构分别与所述控制器模块电连接。

进一步地，所述原煤破碎机构包括：

与所述控制器模块电连接的初样破碎电机；

由所述初样破碎电机驱动的原煤破碎机；

所述煤坚固性系数测定自动实验装置还包括：

实验装置外壳，所述原煤破碎机构、所述初样筛分机构和所述分装机构设置于所述实验装置外壳中；

设置于所述原煤破碎机上方的原煤料斗，用于将原煤添加至所述原煤破碎机；

设置于实验装置外壳上的原煤料斗门板，使得在所述原煤料斗门板开启的情况下，能够向原煤料斗添加原煤。

所述初样筛分机构包括：

设置于所述原煤破碎机下方的第一样筛，用于筛分所述混合初样使得其中小于所述标准粒度上限的初筛煤样落入下方的第二样筛；所述第一样筛倾斜向废料桶，使得所述混合初样中大于所述标准粒度上限的初筛废料沿所述第一样筛倾斜方向落入所述废料桶；

设置于所述第一样筛下方的所述第二样筛，用于筛分所述初筛煤样，使得其中小于所述标准粒度下限的二筛废料落入下方的所述废料桶；所述第二样筛倾斜向所述分装机构，使得所述初筛煤样中大于所述标准粒度下限的筛分初样沿所述第二样筛倾斜方向落入所述分装机构；

所述废料桶，设置于所述第二样筛的下方；

所述分装机构包括与所述控制器模块电连接的：

设置于所述第二样筛下方的初样分装元件，用于在开启时控制所述筛分初样进入所述样品槽，并在所述样品槽中所述筛分初样的重量达到标准重量的情况下关闭；

设置于所述初样分装元件下方的初样称重元件，用于检测承载的所述样品槽中所述筛分初样的重量。

进一步地，所述冲击机构包括：

样品槽支架，用于支撑所述样品槽；

与所述控制器模块电连接的电磁铁，用于在得电的情况下吸附所述重锤，

与所述样品支架槽对应的冲击筒，使得吸附所述重锤的所述电磁铁失电时，所述重锤沿所述冲击筒下落冲击所述样品槽中的所述筛分初样；

与所述控制器模块电连接的提升电机，通过绳线连接所述电磁铁，用于牵动所述电磁铁下落以吸附所述重锤，以及牵动所述电磁铁上升；

设置于冲击筒的电动销，用于在所述控制器模块的控制下开闭所述冲击筒；

与所述样品槽支架连有倒样翻转电机，用于在所述控制器模块的控制下翻转所述样品槽支架，使得所述样品槽中的通过冲击所述筛分初样得到的所述冲击初样落入所述终样筛分机构。

进一步地，所述终样筛分机构包括：

与所述样品筛连接的筛分气缸，用于在所述控制器模块的控制下带动所述样品筛以筛分所述冲击初样，使得所述终样落入所述计量筒中；还用于带动所述样品筛移动至所述废料桶上方；

废料桶，用于盛放所述样品筛筛分得到的三筛废料；

所述样品筛连有样筛翻转电机，用于在所述控制器模块的控制下翻转所述样品筛，使得所述三筛废料落入所述废料桶。

所述高度测量机构，包括：

与所述计量筒连接的平移气缸，用于在所述控制器模块的控制下移动所述计量筒至测量位置；

与所述控制器模块电连接的测高传感器，用于检测处于测量位置的所述计量筒中所述终样的高度，并将检测结果上传给所述控制器模块。

所述煤坚固性系数测定自动实验装置，还包括：与所述控制器模块电连接的汽泵，用于在开启时向所述筛分气缸、所述平移气缸供给有压气体。

进一步地，所述煤坚固性系数测定自动实验装置还包括：

所述控制器模块还电连接有除尘器，所述除尘器通过管道连有破碎吸尘口和集尘罩，用于吸附包括所述原煤破碎机构、所述初样筛分机构、所述分装机构、所述冲击机构、所述终样筛分机构所产生的粉尘。

进一步地，所述控制器模块还连有上位机，所述上位机连有打印机。

本发明还公开了一种煤坚固性系数测定自动实验测定方法，包括：

S1：控制原煤破碎机构运行，用于对原煤进行破碎处理得到混合初样；

S2：控制分装机构运行，用于向样品槽分装标准重量的所述筛分初样；其中，具有标准粒度的所述筛分初样是由初样筛分机构对所述混合初样筛分得到的；

S3：控制冲击机构运行，用于控制重锤冲击所述筛分初样若干次，得到冲击初样；

S4：控制终样筛分机构运行，筛分所述冲击初样得到终样；

S5：获取高度测量机构检测的计量筒中所述终样的高度信息。

进一步地，所述步骤S1之前还包括：控制汽泵开启，向所述筛分气缸、所述平移气缸供给有压气体。

所述步骤S1包括：控制初样破碎电机启动，以驱动原煤破碎机对原煤进行破碎处理得到混合初样。

所述步骤S2包括：

在通过初样筛分机构筛分所述混合初样得到具有标准粒度的筛分初样的情况下，开启初样分装元件，使得所述筛分初样进入样品槽；

实时获取所述样品槽中所述筛分初样的重量信息，并与预设的标准重量比较；

若所述重量信息的数值达到标准重量，则关闭所述初样分装元件。

所述步骤S3包括：

S301：在所述样品槽处于样品槽支架的情况下，控制电动销以开启冲击筒；

S302：控制电磁铁得电吸附重锤，并控制提升电机牵动所述电磁铁上升；

控制所述电磁铁失电释放所述重锤，使得所述重锤沿所述冲击筒下落，完成一次对所述筛分初样的冲击；

S303：重复所述步骤S302，直至达到预设的第一冲击次数，以得到冲击初样；

S304：控制与所述样品槽支架连接的倒样翻转电机翻转，使得所述样品槽中的所述冲击初样落入样品筛；

所述步骤S4包括：

控制筛分气缸带动所述样品筛以筛分所述冲击初样得到终样，并且所述终样落入所述计量筒中；

控制所述筛分气缸带动所述样品筛移动至所述废料桶上方；

控制与所述样品筛连接样筛翻转电机进行翻转，使得所述三筛废料落入所述废料桶；

所述步骤S5包括：

控制平移气缸带动所述计量筒移动至测量位置；

获取测高传感器检测的所述高度信息；

所述煤坚固性系数测定自动实验测定方法方法还包括：控制除尘器启动，用于通过所连接的破碎吸尘口和集尘罩吸附包括所述原煤破碎机构、所述分装机构、所述冲击机构、所述终样筛分机构以及筛分所述混合初样所产生的粉尘。

进一步地，还包括步骤S6：

判断所述高度信息的数值是否达到标准高度；

若是，则保留所述高度信息；

若否，则舍弃所述高度信息，重复实施所述步骤S3至S5；其中，重复实施的所述步骤S3，包括：控制冲击机构运行，用于控制重锤冲击所述筛分初样达到第二冲击次数，得到冲击初样。

进一步地，还包括步骤S7：

上传所述高度信息至上位机，使得所述上位机基于所述高度信息计算得到包括坚固性系数在内的测定结果；

通过所述上位机控制打印机打印包含所述测定结果的数据报表。

本发明至少具有以下有益效果：

本发明通过控制器模块控制原煤破碎机构、分装机构、冲击机构、终样筛分机构和高度测量机构，实现了在煤坚固性系数测定实验中自动破碎、筛分、冲击、测量等操作，大大降低了工人操作复杂度，提高了实验效率，降低了实验人员的工作强度和身体健康负担。

本发明的其他有益效果将在具体实施方式部分详细说明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明优选实施例公开的煤坚固性系数测定自动实验装置的结构框图。

图2是本发明优选实施例公开的煤坚固性系数测定自动实验装置的原煤制样部分结构原理图。

图3是本发明优选实施例公开的煤坚固性系数测定自动实验装置的实验主体部分的结构原理图。

图4是本发明优选实施例公开的煤坚固性系数测定自动实验装置的除尘部分的结构原理图。

图5是本发明优选实施例公开的煤坚固性系数测定自动实验测定方法的方法流程图。

其中，1-原煤料斗，101-原煤料斗门板，2-初样破碎电机，3-初样筛分机构，301-第一样筛，302-第二样筛，4-原煤破碎机，5-传动装置，6-初样分装元件，7-样品槽，8-初样称重元件，9-实验装置外壳，10-废料筒，11-倒样翻转电机，12-提升气缸，13-提升电机，14-电磁铁，15-重锤，16-冲击筒，17-定滑轮，18-钢丝绳/绳线，19-电动销，20-样品槽支架，21-伸缩气缸，22-集样斗，23-样品筛，24-样筛翻转电机，25-筛分气缸，26-平移气缸，27-计量筒，28-测高传感器，29-终样收集斗，30-除尘器，31-第一破碎吸尘口，32-第二破碎吸尘口，33-主体集尘罩，34-汽泵，35-PLC/控制器模块，36-上位机/人机界面，37-打印机。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

如图1至图4所示的一种煤坚固性系数测定自动实验装置，能够适用于包括符合《GB/T23561.12-2010》(下文简称为国标)中煤坚固性系数测定要求在内的测定实验，具体包括控制器模块35，优选可以采用PLC35设备，本发明还包括原煤制样部分和实验主体部分，原煤制样部分主要作用是将煤样破碎、筛分并根据重量分装在各样品槽7，具体包括：

原煤破碎机构，用于对原煤进行破碎处理得到混合初样。优选的，可以通过现有型号的破碎电机，相比现有技术中需要用小锤碎制煤样块，降低了人工参与度，提高了作业效率。

初样筛分机构3，设置于原煤破碎机构的下一级位置，用于对所述混合初样筛分得到具有标准粒度的筛分初样。优选的，标准粒度指的是20mm～30mm的块度大小，可以采用孔径分别为20mm和30mm的筛子筛选得到筛分初样。优选的，初样筛分机构3设置于原煤破碎机构的下方，使得经过破碎处理得到的混合初样能够直接在重力作用下落入初样筛分机构3。

分装机构，设置于初样筛分机构3的下一级位置，用于向样品槽7分装标准重量的所述筛分初样。分装机构不仅能够检测筛分初样的重量，并且在控制器模块35的控制下根据所反馈的重量信息来控制向样品槽7分装输出的开闭。控制器模块35能够实时获取分装机构反馈的样品槽7中筛分初样的重量，当到达标准重量时，控制分装机构关闭，样品槽7停止筛分初样的输入，优选的，根据上述国标的要求，所述的标准重量可取50g，即包含有50g筛分初样的样品槽7为合格的一份，为保证后续实验的有效进行，分装机构供需分装三组，每组五份。

所述的实验主体部分包括：

冲击机构，用于控制重锤15冲击样品槽7所述筛分初样得到冲击初样，根据实际实验的需求，重锤15冲击筛分初样的次数为三次。对于上述每一组包含有多个合格的样品槽7的情况下，冲击机构还可以同时对一组中所有样品槽7的筛分初样进行冲击。优选的，控制器模块35可以通过电机类设备来控制重锤15的起落，相比与现有的需要实验人员手动反复提升重锤15并释放，大大降低了实验人员的工作强度。值得一提的是，所述的重锤15可以采用符合上述国标规定的型号和结构，本文不再详细说明。

终样筛分机构，设置于冲击机构的下一级位置，用于筛分所述冲击初样得到终样，该模块能够作用于现有实验用的样品筛23，但相对于现有的手动筛分，终端筛分机构可以在控制器模块35的控制下实现自动筛分，例如，通过电动机类设备，在控制器模块35的控制下驱动样品筛23。

高度测量机构，设置于终样筛分机构的下一级位置，用于检测计量筒27中所述终样的高度并反馈给所述控制器模块35。

除了上述的原煤制样部分和实验主体部分，煤坚固性系数测定自动实验装置还包括除尘部分，用于对原煤制样部分、实验主体部分集尘除尘，保证了实验人员的健康。

下面实施例将对上述公开的各机构和模块进行详细说明。

在本发明的一些实施例中，如图2所示的原煤制样部分，其中，原煤破碎机构主要包括：初样破碎电机2和原煤破碎机4。初样破碎电机2与所述控制器模块35电连接，控制器模块35能够控制初样破碎电机2启动和停止；原煤破碎机4与初样破碎电机2通过现有结构的传动装置5连接，初样破碎电机2能够在开启时驱动的原煤破碎机4，进而实现对煤块的破碎作业。

在原煤制样部分和实验主体部分外部都设有外壳，一方面起到保护内部机构的作用，另一方面还能防止粉尘向外扩散。为了便于将原煤添加至原煤破碎机4，原煤破碎机4上方设有原煤料斗1，其输出口与原煤破碎机4对应，用于将原煤输出至原煤破碎机4。在实验装置外壳9上设置有原煤料斗门板101，该门板能够盖住原煤料斗1的输入口。实际操作中，实验人员首先开启原煤料斗门板101，然后手动将原煤通过原煤料斗门板101添加到原煤料斗1中，最后由原煤料斗1汇集至输出口，输出至原煤破碎机4。

在本发明的一些实施例中，所述煤坚固性系数测定自动实验装置还包括：汽泵34，与所述控制器模块35电连接，控制器模块35能够控制汽泵34开启，将有压气体供给气缸类设备使用，例如筛分气缸25、平移气缸26等。

在本发明的一些实施例中，所述煤坚固性系数测定自动实验装置还包括：位于所述原煤破碎机构下方的初样筛分机构3，如图2所示，所述初样筛分机构3主要包括：

设置于所述原煤破碎机4下方的第一样筛301，经过破碎处理得到的混合初样直接落入第一样筛301，第一样筛301能够筛分所述混合初样使得其中小于所述标准粒度上限的初筛煤样落入下方的第二样筛302，优选的，第一样筛301的孔径为30mm，混合初样中小于30mm的煤样穿过第一样筛301落入第二样筛302。所述第一样筛301倾斜向所述废料桶，所述混合初样中大于所述标准粒度上限的煤样(即初筛废料)沿所述第一样筛301倾斜方向落入所述废料桶。

设置于第一样筛301下方第二样筛302，用于筛分所述初筛煤样，使得其中小于所述标准粒度下限的二筛废料落入下方的所述废料桶，优选的，第二样筛302的孔径为20mm，初筛煤样中孔径小于20mm的煤样(即二筛废料)直接落入废料桶。第二样筛302倾斜向所述分装机构，使得所述初筛煤样中大于所述标准粒度下限(20mm)的筛分初样沿所述第二样筛302倾斜方向落入所述分装机构，即分装机构得到筛分初样。优选的，第一样筛301与第二样筛302呈折行连接，第一样筛301倾斜向下的一端与第二样筛302在上的一端相连，或者在水平方向上，第一样筛301倾斜向下的一端略超出第二样筛302在上的一端，即保证了初筛煤样能够全部落在第二样筛302上，还能够防止一筛废料滚落至第二样筛302上。通过上述结构，避免了现有技术中需要手动且通过两个样筛分别筛分煤样的复杂操作，实现了无人工筛分，极大节省了人力，提高了实验效率。

废料桶设置于第一样筛301和第二样筛302整体上的下放，可以拆卸，实现了废料的自动收集。

在本发明的一些实施例中，所述分装机构包括：

设置于所述第二样筛302下方的初样分装元件6，用于在开启时控制所述筛分初样进入所述样品槽7，并在所述样品槽7中所述筛分初样的重量达到标准重量的情况下关闭。优选的，其包括漏斗结构和电控开关，漏斗结构上端的输入开口与第二样筛302向下倾斜的一端相对应，能够接收筛分初样；下端的输出开口安装有电控开关，受控制器模块35的控制实现开闭，在电控开关开启的情况下，输出开口也开启，筛分初样向下落入样品槽7中。

设置于所述初样分装元件6下方的初样称重元件8，用于检测承载的所述样品槽7中所述筛分初样的重量。优选的，其包括一个放置板，用于放置样品槽7，放置板上设有重量传感器，其与控制器模块35电连接，能够检测放置其上的样品槽7的重量，在样品槽7自身重量确定的情况下，控制器模块35能够计算得到样品槽7中筛分初样的重量，当筛分初样未达到预设的标准重量时，控制器模块35控制初样分装元件6开启并向样品槽7输出筛分初样；当筛分初样达到标准重量时，控制器模块35控制初样分装元件6关闭停止向样品槽7输出筛分初样。根据上述的国标，标准重量可以设定为50g。优选的，通过调整重量传感器的位置使得只有样品槽7正确放置在初样分装元件6下方能够接受筛分初样位置，才能检测并反馈重量信息，上述结构防止由于样品槽7位置偏移导致筛分初样不能准确落入样品槽7的问题。

优选的，在控制器模块35的控制下，分装机构可以实现连续对样品槽7的分装作业。当一个空的样品槽7放置于初样称重元件8上时，其自身具有固定重量，控制器模块35接收到初样称重元件8反馈的重量信息，并根据预设规则可以判断出此时样品槽7已放置到初样分装元件6下方对应的位置，控制器模块35开启初样分装单元，并持续获取反馈的重量信息，当根据重量信息判断样品槽7内的筛分初样重量达到标准重量后，控制关闭初样分装单元，一份样品槽7分装完成，取走该样品槽7并放置新的空样品槽7，重复上述流程，实现自动连续分装作业，不仅保证了分装重量的精准性，也提高了分装效率。

如图3所示的实验主体部分，在本发明的一些实施例中，所述冲击机构包括：

样品槽支架20，用于支撑所述样品槽7，即将分装完成后的样品槽7放置于所述样品槽7支撑架上。优选的，样品槽7上设有固定的冲击位，样品槽7能够放置于冲击位上，重锤15能够对冲击位上的样品槽7进行冲击。

进一步地，所述样品槽支架20连有倒样翻转电机11，用于在控制器模块35的控制下翻转所述样品槽支架20，使得样品槽7中的所述冲击初样在重力作用下落入所述终样筛分机构。

冲击筒16，具有中空的冲击通道，其出口与样品槽支架20对应，重锤15能够沿冲击通道在重力的作用下由上至下冲击对样品槽7进行冲击，防止重锤15冲击路径出现偏离。优选的，冲击筒16与样品槽7垂直设置，其底端出口与冲击位相对应，使得重锤15能够准确冲击样品槽7的筛分初样。

冲击筒16上还设有电动销19，其具体可以采用现有型号的电子锁类机构，电动销19与控制器模块35电连接，用于控制所述冲击筒16开启和锁闭。

电磁铁14，与控制器模块35电连接，用于在得电的情况下吸附所述重锤15，并在失电的情况下释放电磁铁14。

提升电机13，与控制器模块35电连接，提升电机13通过绳线18连接所述电磁铁14，还可以辅助以滑轮机构(如定滑轮17)来改变绳线18的方向，提升电机13能够在所述控制器模块35的控制下牵动电磁铁14下落以吸附已落下的重锤15，以及牵动所述电磁铁14上升。

优选的，支撑架上设置有多个冲击位，每个冲击位能够放置并固定一个样品槽7，每一个样品槽7都需要一套对应的冲击筒16、电动销19、电磁铁14、提升电机13。为满足上述国标的实验要求，支撑架上可以放置有五个样品槽7，每个样品槽7都对应有独立的冲击筒16、电动销19、电磁铁14、提升电机13，控制器模块35可以通过上述机构同时对五个样品槽7内的筛分初样进行重锤15冲击，即一次性可以完成一组的冲击作业，相比于采用手动反复提升重锤15然后释放的现有方式，极大的提高了实验效率。

优选的，冲击结构还包括：提升气缸12和伸缩气缸21，两者分别与控制器模块35电连接，其中，伸缩气缸21与样品槽支架20连接，用于控制样品槽支架20横向伸缩，伸缩气缸21则可以通过现有连接结构与各冲击筒16连接，用于带动各筒上下伸缩。在开始对筛分初样进行冲击前，需要放置好样品槽7，控制器模块35控制提升气缸12和伸缩气缸21依次动作，使得样品槽支架20伸出，这时将各样品槽7依次按位装入样品槽支架20中并固定。在完成一组冲击后，控制器模块35控制提升气缸12上升，并控制倒样翻转电机11进行翻转，将锤击后的初样翻入下方的终样还分机构。对于空的样品槽7，控制器模块35控制伸缩气缸21动作，样品槽支架20伸出，这时将这些样品槽7送出样品槽支架20，以准备下一次实验。

在本发明的一些实施例中，所述终样筛分机构包括：

与样品筛23连接的筛分气缸25，用于在所述控制器模块35的控制下带动所述样品筛23以筛分所述冲击初样，使得所述终样落入下方的计量筒27中，优选的，筛动幅度约200mm即可，筛至不再落下煤粉(终样)为止。样品筛23和计量筒27是传统煤坚固性系数测定实验中常用设备，本发明采用的样品筛23和计量筒27具有符合上述国标的要求的结构，本文不再赘述。

优选的，样品筛23与样品槽支架20之间设有集料斗，用于收集样品槽7之前翻转倾倒的冲击初样，并输出给样品筛23。计量筒27开口处设有终样收集斗29，其上开口设置于样品筛23下方，下开口与计量筒27内相对应，避免样品筛23筛落下的终样撒到计量筒27外面。

除此之外，在控制器模块35的控制下，所述筛分气缸25还用于带动所述样品筛23样品筛23进行移动，具体的，样品筛23活动连接与一个移动杆上，筛分气缸25驱动样品筛23在移动杆上沿杆的轴向移动，再倾倒废料时移动至所述废料桶上方，在倾倒完三筛废料后重新移回到计量筒27的上方。

设置于样品筛23下方的废料桶，在筛分气缸25的带动下，样品筛23可以移动至废料桶的正上方，废料桶用于盛放所述样品筛23筛分得到的三筛废料。此处的废料筒10可以是挪用原煤制样部分的，也可以独立设置的。

所述样品筛23连有样筛翻转电机24，在样品筛23完成对终样的筛分后，筛分气缸25带动样品筛23移动至废料桶上方，样筛翻转电机24在所述控制器模块35的控制下翻转所述样品筛23，使得所述三筛废料落入所述废料桶。

所述高度测量机构，包括：

与所述控制器模块35电连接的平移气缸26，用于将样品筛23下方的所述计量筒27移动至测量位置。

测高传感器28，用于检测处于测量位置的所述计量筒27中所述终样的高度，并将检测结果上传给所述控制器模块35。本发明可以采用现有型号的测高传感器28，其具体原理本文不再说明。

值得一提的是，本发明还可以通过图像识别技术获取高度信息，具体的，高度测量机构中采用摄像头作为测高传感器28，根据国标要求，在测量高度时计量筒27内插入具有刻度的活塞尺，传统方式需要人工目测读数，本发明可以通过摄像头采集包含计量筒27和活塞尺的图像，控制器模块35内设有图像识别模型，能够对采集的图像进行处理得到活塞尺的读数，即确定计量筒27中终样的高度。所述图像识别模型可以采用现有的识别模型，具体原理本文不再赘述。

在本发明的一些实施例中，如图4所示，所述煤坚固性系数测定自动实验装置还包括：除尘器30，与所述控制器模块35电连接，所述除尘器30通过管道连有破碎吸尘口和主体集尘罩33，用于吸附包括所述原煤破碎机构、所述初样筛分机构3、所述分装机构、所述冲击机构、所述终样筛分机构所产生的粉尘。如图2所示，除尘器30通过管道连接有：第一破碎吸尘口31，其设置于原煤破碎机构的上方的实验装置外壳9上；第二破碎吸尘口32，其设置于原煤破碎机构的下方的实验装置外壳9上。如图3所示，除尘器30通过管道连有主体集尘罩33，所述主体集尘罩33设置于样品槽支架20与样品筛23之间。

在本发明的一些实施例中，控制器模块35还连有上位机36，上位机36具有人机界面，实验人员可以通过人机界面对控制器模块35下达相应指令、显示实验参数、计算实验结果等，上位机36还连有打印机37，可以通过操作人机界面直接打印各类数据、表格等。

值得一提的是，本发明在使用过程中会与一些现有实验设备或仪器配合使用，例如，重锤15、样品筛23等，这些设备或仪器的结构符合上述国标，本发明不再对其详细说明。

如图5所示，本发明还公开了一种煤坚固性系数测定自动实验测定方法，适用于上述各实施例公开的煤坚固性系数测定自动实验装置，该方法包括：

S1：控制原煤破碎机构运行，用于对原煤进行破碎处理得到混合初样。

S2：控制分装机构运行，用于向样品槽分装标准重量的所述筛分初样；其中，具有标准粒度的所述筛分初样是由初样筛分机构对所述混合初样筛分得到的。

S3：控制冲击机构运行，用于控制重锤冲击所述筛分初样若干次，得到冲击初样。

S4：控制终样筛分机构运行，筛分所述冲击初样得到终样。

S5：获取高度测量机构检测的计量筒中所述终样的高度信息。

下面对上述各步骤进行详细说明。

所述步骤S1之前还包括：控制汽泵开启，以供给各气缸类设备以有压气体；

所述步骤S1包括：控制初样破碎电机启动，以驱动原煤破碎机对原煤进行破碎处理得到混合初样。

所述步骤S2包括：在通过初样筛分机构筛分所述混合初样得到具有标准粒度的筛分初样的情况下，开启初样分装元件，使得所述筛分初样进入样品槽；实时获取所述样品槽中所述筛分初样的重量信息，并与预设的标准重量比较；若所述重量信息的数值达到标准重量，则关闭所述初样分装元件。

所述步骤S3包括：

S301：在所述样品槽处于样品槽支架的情况下，控制电动销以开启冲击筒；

S302：控制电磁铁得电吸附重锤，并控制提升电机牵动所述电磁铁上升；

控制所述电磁铁失电释放所述重锤，使得所述重锤沿所述冲击筒下落，完成一次对所述筛分初样的冲击；

S303：重复所述步骤S302，直至达到预设的第一冲击次数，以得到冲击初样；

S304：控制与所述样品槽支架连接的倒样翻转电机翻转，使得所述样品槽中的所述冲击初样落入样品筛。

所述步骤S4包括：

控制筛分气缸带动所述样品筛以筛分所述冲击初样得到终样，并且所述终样落入所述计量筒中；控制所述筛分气缸带动所述样品筛移动至所述废料桶上方；控制与所述样品筛连接样筛翻转电机进行翻转，使得所述三筛废料落入所述废料桶。

所述步骤S5包括：

控制平移气缸带动所述计量筒移动至测量位置；

获取测高传感器检测的所述高度信息。

在本发明的一些实施例中，所述煤坚固性系数测定自动实验测定方法方法还包括：控制除尘器启动，用于通过所连接的破碎吸尘口和集尘罩吸附包括所述原煤破碎机构、所述分装机构、所述冲击机构、所述终样筛分机构以及筛分所述混合初样所产生的粉尘。

在本发明的一些实施例中，还包括步骤S6：判断所述高度信息的数值是否达到标准高度，若是，则保留所述高度信息；若否，则舍弃所述高度信息，重复实施所述步骤S3至S5；其中，重复实施的所述步骤S3，包括：控制冲击机构运行，用于控制重锤冲击所述筛分初样达到第二冲击次数，得到冲击初样。本发明中提到的第一、第二冲击次数可以是符合上述国标要求的参数，预设在控制器模块内，还可以是实验人员根据实际情况设定的，通过上位机将具体冲击次数传输给控制器模块。

以上述国标要求为例，冲击机构同时对五份样品槽内的筛分初样进行冲击得到冲击初样，通过样品筛对所有冲击初样筛分得到终样并置于计量筒中，对计量筒进行读数，若终样的高度L大于等于30mm，则保留该数据L，其能够用于后续煤的坚固性系数计算；若L小于30mm，则舍弃该数据L以及相关试样，重新取用分装好的样品槽重新进行上述的重锤冲击、样品筛筛分、计量筒读数作业，并再次测量。需要注意的是，对于再次重复的重锤冲击，冲击次数由之前的三次变为五次。

在本发明的一些实施例中，还包括步骤S7：上传所述高度信息至上位机，使得所述上位机基于所述高度信息计算得到包括坚固性系数在内的测定结果；通过所述上位机控制打印机打印包含所述测定结果的数据报表。上位机能够基于高度信息计算得到煤的坚固性系数，表达式为：

其中，f指煤的坚固性系数，n指每份试样的冲击次数，L指每组(包括五份试样)筛下煤粉(终样)的计量高度，单位为毫米。

基于上述的煤坚固性系数测定自动实验装置及测定方法，本发明公开了一个优选实施例，具体如下。

煤坚固性系数测定实验中应用到的30mm样筛、20mm样筛、样品槽、初样称重元件、重锤、冲击筒、样品筛、量筒、测高传感器等元件均按照《GB/T23561.12-2010》中的规定的标准进行制造。

如图1至图4所示，在初样制备阶段，上电后汽泵34在PLC35(控制器模块35)的控制下自动工作，将有压气体供给实验装置使用。实验员打开原煤料斗门板101将原煤煤样加入原煤料斗1中，关闭原煤料斗门板101。在实验装置主体中将五个样品槽7取出，单独取一个样品槽7置于初样称重元件8上。然后实验员操作上位机36的人机界面上的操作菜单，对PLC35发出初样制备开始控制指令，PLC35按编程指令控制相应机构。经原煤破碎机4破碎后的混合初样下落，通过30mm的第一样筛301筛分，大于30mm的煤样落在废料筒10中，小于30mm的煤样落在20mm的第二样筛302上，小于20mm煤样落在废料筒10中，介于20mm～30mm的合格初样收集于初样分装元件6上。PLC35按50g/份计量并分装，依次将五个样品槽7装入合格的筛分初样后，实验员操作人机界面上的操作菜单对PLC35发出初样制备结束控制指令，初样制备结束，多余煤样留存在初样分装元件6中，等待下一步指令。本步骤实现上述国标中试件规格的要求，筛选出粒度20mm～30mm之间的煤块，并按50g/份，每五份为一组准备下一步试验。

在自动测定阶段。实验员操作人机界面上的操作菜单对PLC35发出控制指令，PLC35按程序控制提升气缸12和伸缩气缸21依次动作，样品槽支架20伸出，这时将五个样品槽7依次按位装入样品槽支架20中并固定。首次试验自动按三次冲击进行，也可由实验员手动设置冲击次数。设置完成后实验员在人机界面上操作菜单对PLC35发出控制指令，样品槽支架20携带样品槽7收入试验位置，电磁铁14上电，提升电机13通过钢丝绳1818带动电磁铁14与被吸牢的重锤15共同上升，电动销19上电，销子缩回解锁冲击通道。当重锤15提升至要求高度时电磁铁14断电，提升电机13停止，重锤15与电磁铁14分离并沿冲击筒16做自由落体运动对初样进行锤击。重锤15落底后提升电机13反转将电磁铁14通电并落于重锤15表面，提升电机13停止并再次反转将重锤15与电磁铁14再一次提升至要求高度，再次进行冲击。如此循环当冲击次数达到设定值时提升电机13将电磁铁14和重锤15提升至锁定高度后提升电机13停止，电动销19断电，销插入锁定冲击通道，电磁铁14断电，重锤15回归上部初始位置锁定。PLC35按程序控制提升气缸12上升，控制倒样翻转电机11进行翻转，将锤击后的初样翻入集样斗22中，然后初样集中落于样品筛23中，筛分气缸25工作，将采集的终样筛入终样收集斗29中并落于量筒内。筛分结束后，筛分气缸25带动样品筛23停于废料筒10上方，样筛翻转电机24工作，将样品筛23中的废料倒入废料筒10中。平移气缸26带动量筒至测量位置，测高传感器28工作并将测量好的数据上传至PLC35中进行计算，计算结果在人机界面中显示。一组样品试验结束后PLC35按程序控制伸缩气缸21动作，样品槽支架20伸出，这时将个样品槽7送出实验装置。一组试样测定完成，准备下一次试验。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种煤坚固性系数测定自动实验装置，其特征在于，包括顺序设置的：

原煤破碎机构，用于对原煤进行破碎处理得到混合初样；

初样筛分机构，用于对所述混合初样筛分得到具有标准粒度的筛分初样；

分装机构，用于向样品槽分装标准重量的所述筛分初样；

所述煤坚固性系数测定自动实验装置还包括顺序设置的：

冲击机构，用于控制重锤冲击所述样品槽中分装的所述筛分初样得到冲击初样；

终样筛分机构，用于控制样品筛以筛分所述冲击初样得到终样；

高度测量机构，用于检测计量筒中所述终样的高度；

所述煤坚固性系数测定自动实验装置还包括控制器模块，所述原煤破碎机构、所述分装机构、所述冲击机构、所述终样筛分机构和所述高度测量机构分别与所述控制器模块电连接。

2.根据权利要求1所述的一种煤坚固性系数测定自动实验装置，其特征在于，所述原煤破碎机构包括：

与所述控制器模块电连接的初样破碎电机；

由所述初样破碎电机驱动的原煤破碎机；

所述煤坚固性系数测定自动实验装置还包括：

实验装置外壳，所述原煤破碎机构、所述初样筛分机构和所述分装机构设置于所述实验装置外壳中；

设置于所述原煤破碎机上方的原煤料斗，用于将原煤添加至所述原煤破碎机；

设置于实验装置外壳上的原煤料斗门板，使得在所述原煤料斗门板开启的情况下，能够向原煤料斗添加原煤；

所述初样筛分机构包括：

设置于所述原煤破碎机下方的第一样筛，用于筛分所述混合初样使得其中小于所述标准粒度上限的初筛煤样落入下方的第二样筛；所述第一样筛倾斜向废料桶，使得所述混合初样中大于所述标准粒度上限的初筛废料沿所述第一样筛倾斜方向落入所述废料桶；

设置于所述第一样筛下方的所述第二样筛，用于筛分所述初筛煤样，使得其中小于所述标准粒度下限的二筛废料落入下方的所述废料桶；所述第二样筛倾斜向所述分装机构，使得所述初筛煤样中大于所述标准粒度下限的筛分初样沿所述第二样筛倾斜方向落入所述分装机构；

所述废料桶，设置于所述第二样筛的下方；

所述分装机构包括与所述控制器模块电连接的：

设置于所述第二样筛下方的初样分装元件，用于在开启时控制所述筛分初样进入所述样品槽，并在所述样品槽中所述筛分初样的重量达到标准重量的情况下关闭；

设置于所述初样分装元件下方的初样称重元件，用于检测承载的所述样品槽中所述筛分初样的重量。

3.根据权利要求1所述的一种煤坚固性系数测定自动实验装置，其特征在于，所述冲击机构包括：

样品槽支架，用于支撑所述样品槽；

与所述控制器模块电连接的电磁铁，用于在得电的情况下吸附所述重锤，

与所述样品支架槽对应的冲击筒，使得吸附所述重锤的所述电磁铁失电时，所述重锤沿所述冲击筒下落冲击所述样品槽中的所述筛分初样；

与所述控制器模块电连接的提升电机，通过绳线连接所述电磁铁，用于牵动所述电磁铁下落以吸附所述重锤，以及牵动所述电磁铁上升；

设置于冲击筒的电动销，用于在所述控制器模块的控制下开闭所述冲击筒；

与所述样品槽支架连有倒样翻转电机，用于在所述控制器模块的控制下翻转所述样品槽支架，使得所述样品槽中的通过冲击所述筛分初样得到的所述冲击初样落入所述终样筛分机构。

4.根据权利要求1所述的一种煤坚固性系数测定自动实验装置，其特征在于，所述终样筛分机构包括：

与所述样品筛连接的筛分气缸，用于在所述控制器模块的控制下带动所述样品筛以筛分所述冲击初样，使得所述终样落入所述计量筒中；还用于带动所述样品筛移动至所述废料桶上方；

废料桶，用于盛放所述样品筛筛分得到的三筛废料；

所述样品筛连有样筛翻转电机，用于在所述控制器模块的控制下翻转所述样品筛，使得所述三筛废料落入所述废料桶；

所述高度测量机构，包括：

与所述计量筒连接的平移气缸，用于在所述控制器模块的控制下移动所述计量筒至测量位置；

与所述控制器模块电连接的测高传感器，用于检测处于测量位置的所述计量筒中所述终样的高度，并将检测结果上传给所述控制器模块；

所述煤坚固性系数测定自动实验装置，还包括：与所述控制器模块电连接的汽泵，用于在开启时向所述筛分气缸、所述平移气缸供给有压气体。

5.根据权利要求1所述的一种煤坚固性系数测定自动实验装置，其特征在于，所述煤坚固性系数测定自动实验装置还包括：

所述控制器模块还电连接有除尘器，所述除尘器通过管道连有破碎吸尘口和集尘罩，用于吸附包括所述原煤破碎机构、所述初样筛分机构、所述分装机构、所述冲击机构、所述终样筛分机构所产生的粉尘。

6.根据权利要求1所述的一种煤坚固性系数测定自动实验装置，其特征在于，所述控制器模块还连有上位机，所述上位机连有打印机。

7.一种煤坚固性系数测定自动实验测定方法，其特征在于，包括：

S1：控制原煤破碎机构运行，用于对原煤进行破碎处理得到混合初样；

S2：控制分装机构运行，用于向样品槽分装标准重量的所述筛分初样；其中，具有标准粒度的所述筛分初样是由初样筛分机构对所述混合初样筛分得到的；

S3：控制冲击机构运行，用于控制重锤冲击所述筛分初样若干次，得到冲击初样；

S4：控制终样筛分机构运行，筛分所述冲击初样得到终样；

S5：获取高度测量机构检测的计量筒中所述终样的高度信息。

8.根据权利要求7所述的一种煤坚固性系数测定自动实验测定方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

控制初样破碎电机启动，以驱动原煤破碎机对原煤进行破碎处理得到混合初样；

所述步骤S2包括：

在通过初样筛分机构筛分所述混合初样得到具有标准粒度的筛分初样的情况下，开启初样分装元件，使得所述筛分初样进入样品槽；

实时获取所述样品槽中所述筛分初样的重量信息，并与预设的标准重量比较；

若所述重量信息的数值达到标准重量，则关闭所述初样分装元件；

所述步骤S3包括：

S301：在所述样品槽处于样品槽支架的情况下，控制电动销以开启冲击筒；

S302：控制电磁铁得电吸附重锤，并控制提升电机牵动所述电磁铁上升；

控制所述电磁铁失电释放所述重锤，使得所述重锤沿所述冲击筒下落，完成一次对所述筛分初样的冲击；

S303：重复所述步骤S302，直至达到预设的第一冲击次数，以得到冲击初样；

S304：控制与所述样品槽支架连接的倒样翻转电机翻转，使得所述样品槽中的所述冲击初样落入样品筛；

所述步骤S4包括：

控制筛分气缸带动所述样品筛以筛分所述冲击初样得到终样，并且所述终样落入所述计量筒中；

控制所述筛分气缸带动所述样品筛移动至所述废料桶上方；

控制与所述样品筛连接样筛翻转电机进行翻转，使得所述三筛废料落入所述废料桶；

所述步骤S5包括：

控制平移气缸带动所述计量筒移动至测量位置；

获取测高传感器检测的所述高度信息；

所述步骤S1之前还包括：控制汽泵开启，向所述筛分气缸、所述平移气缸供给有压气体；

所述煤坚固性系数测定自动实验测定方法方法还包括：

控制除尘器启动，用于通过所连接的破碎吸尘口和集尘罩吸附包括所述原煤破碎机构、所述分装机构、所述冲击机构、所述终样筛分机构以及筛分所述混合初样所产生的粉尘。

9.根据权利要求7所述的一种煤坚固性系数测定自动实验测定方法，其特征在于，还包括步骤S6：

判断所述高度信息的数值是否达到标准高度；

若是，则保留所述高度信息；

若否，则舍弃所述高度信息，重复实施所述步骤S3至S5；其中，重复实施的所述步骤S3，包括：控制冲击机构运行，用于控制重锤冲击所述筛分初样达到第二冲击次数，得到冲击初样。

10.根据权利要求7所述的一种煤坚固性系数测定自动实验测定方法，其特征在于，还包括步骤S7：

上传所述高度信息至上位机，使得所述上位机基于所述高度信息计算得到包括坚固性系数在内的测定结果；

通过所述上位机控制打印机打印包含所述测定结果的数据报表。

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