一种采样头及采样车的制作方法

1.本实用新型涉及煤样质检技术领域，尤其涉及一种采样头及采样车。


背景技术：

2.煤炭交易环节中，供货方提供的数以万吨的煤炭本应该表层质量与内部质量完全一致。然而，市场上交易的煤炭来源广，不同批次和产地的煤炭质量差异很大，再加上部分煤炭销售单位出于商业利益考虑，在煤炭中掺杂使假、以次充好。因此，商品煤炭采样检测，是煤炭交易中必不可少的重要环节。为了公正的评判煤炭的品质，需按规定的、科学合理的方法对煤炭进行采样。同时，煤堆表层由于与空气接触充分，其成分已不具代表性，无法作为煤炭样品，故采集时应避免对煤堆的表层进行采取。
3.在现有技术中，对煤炭进行采样时，需要由工人爬上煤堆或车厢随机铲取一份表层煤样。上述方法不仅费力费时，而且由于人工采样能力有限，无法充分地对煤堆的顶部、腰部及底部进行不同深度的采样操作。在一定时间内，上述方法仅能获取到少量煤炭样本，基于获取到的样本无法准确的判断商品煤的质量。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种采样头及采样车，以解决采样失真、采样效率低的问题。
5.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
6.一种采样头，用于采取煤炭样品，所述采样头包括采样管，所述采样管的两端均转动连接有多个刺片，当所述采样头处于第一状态时，所述刺片封闭所述采样管的两端，使多个所述刺片与所述采样管围成采样腔，所述采样腔用于收集所述煤炭样品，且所述采样腔的两端均与外部环境连通。
7.其中，当所述采样头处于第二状态时，所述刺片位于与所述采样管延伸方向相同的位置上。
8.优选地，所述采样管的两端均安装有多个转动铰链，所述刺片的一端通过所述转动铰链与所述采样管转动连接。
9.进一步地，所述刺片远离所述转动铰链的一端设有锥形尖角。
10.优选地，所述采样头还包括第一驱动单元，所述第一驱动单元包括第一采样驱动件和采样传动连杆，所述第一采样驱动件、所述采样传动连杆与所述刺片依次连接，所述第一采样驱动件用于带动所述刺片打开或关闭所述采样腔。
11.一种采样车，所述采样车包括采样车体和上述的采样头；所述采样车体包括车体主体、用于驱动所述车体主体的行走单元、升降臂、机械手及设于所述车体主体上的煤斗，所述车体主体、所述升降臂和所述机械手依次转动连接，所述采样头安装于所述机械手上，所述煤斗用于收纳所述煤炭样品。
12.优选地，所述煤斗设有多个。
13.优选地，所述煤斗包括称量单元，所述称量单元用于称量收纳于所述煤斗内的所述煤炭样品。
14.优选地，所述煤斗包括开闭单元，所述开闭单元用于在所述采样头向所述煤斗输送所述煤炭样品时打开所述煤斗，并在所述采样头向所述煤斗输送所述煤炭样品结束后关闭所述煤斗。
15.优选地，所述行走单元包括车轮。
16.本实用新型的有益效果：
17.采样头借助两端均开口的设置，能使采样头将进入采样腔内不具代表性的煤堆表层煤炭顶出采样腔，从而避免了进入采样腔内混入表层煤炭影响采样准确性的情况发生；利用刺片打开或封闭采样腔，能实现采样头在预定采样位置对煤炭样品进行采取的动作。上述结构在提高了采样操作效率的同时，还保证了采集的煤炭样品具有代表性。
18.采样车利用采样车体上的行走单元、升降臂和机械手能使采样头准确地采集位于不同位置、不同深度的煤炭样品，从而提高了采样的精度，降低了采样的偏差，同时采样车易于与控制系统相连接，从而使得采样车的动作能够自动完成，让采样车的采样操作效率能够进一步地提高。
附图说明
19.图1是本实用新型实施例一提供的采样头第一状态的结构示意图；
20.图2是本实用新型实施例一提供的采样头第二状态的结构示意图；
21.图3是本实用新型实施例一提供的采样车的结构示意图；
22.图4是本实用新型实施例二提供的采样头的结构示意图；
23.图5是本实用新型实施例二提供的采样车的结构示意图；
24.图6是本实用新型实施例提供的煤堆煤炭采样方法的流程图；
25.图7是本实用新型实施例提供的列车煤炭采样方法的流程图；
26.图8是本实用新型实施例提供的摄影装置与工作检测模块的工作流程图；
27.图9是本实用新型实施例提供的定位装置与调速装置的工作流程图；
28.图10是本实用新型实施例提供的故障检测模块与报警模块的工作流程图。
29.图中：
30.100、采样头；110、采样管；120、采样腔；130、转动铰链；140、刺片；150、内筒体；151、内筒体腔；152、内筒体孔；153、锥形件；160、外筒体；161、外筒体孔；162、密封圈；163、外筒齿圈；170、轴承滚珠；180、底板；191、传动齿轮；192、第二采样驱动件；
31.210、车体主体；220、行走单元；230、升降臂；240、机械手；250、煤斗。
具体实施方式
32.为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案做进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
33.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
34.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
35.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
36.实施例一
37.如图1所示，本实用新型提供了一种采样头100，用于采取煤炭样品，采样头100包括采样管110，采样管110的两端均转动连接有多个刺片140，当采样头100处于第一状态时，刺片140封闭采样管110的两端，使多个刺片140与采样管110围成采样腔120，采样腔120用于收集煤炭样品，且采样腔120的两端均与外部环境连通。借助两端均开口的设置，能使采样头100将进入采样腔120内不具代表性的煤堆表层煤炭顶出采样腔120，从而避免了进入采样腔120内混入表层煤炭影响采样准确性的情况发生；利用刺片140打开或封闭采样腔120，能实现采样头100在预定采样位置对煤炭样品进行采取的动作。上述结构在提高了采样操作效率的同时，还保证了采集的煤炭样品具有代表性。
38.如图2所示，当采样头100处于第二状态时，刺片140位于与采样管110延伸方向相同的位置上。采样头100利用第二状态能使刺片140与采样管110朝向相同的方向延伸，通过刺片140先与煤堆进行接触，能够降低采样头100在煤堆中移动时遭受的阻力，从而降低了采样头100在煤堆中移动的难度，提高了采样操作的效率。具体地，通过将采样头100在第一状态与第二状态之间切换，以实现采样腔120的打开与封闭操作。
39.作为优选，采样管110的两端均安装有多个转动铰链130，刺片140的一端通过转动铰链130与采样管110转动连接。转动铰链130与刺片140的转动连接结构简单，且稳定可靠。
40.进一步地，刺片140远离转动铰链130的一端设有锥形尖角。锥形尖角的设置进一步地减少了采样头100与煤堆接触时受到的阻力，使得采样头100在煤堆中移动更加方便，从而更有效地提高了采样操作的效率。
41.在本实施例中，采样管110的每一端均转动连接有四个均布于采样管110开口周向的刺片140，刺片140为四分之一圆型件，刺片140靠近转动铰链130的一端与杠杆和刺片驱动件依次连接，刺片驱动件驱动杠杆带动刺片140转动，既能让采样管110两端的刺片140先后完成开闭动作，又能让位于采样管110一端的每个刺片140先后翻转。上述设置减少了对采样管110内煤炭样品的挤压，规避了采样头100的安全隐患。具体地，刺片驱动件为双向液压缸。
42.作为优选，采样头100还包括第一驱动单元，第一驱动单元包括第一采样驱动件和采样传动连杆，第一采样驱动件、采样传动连杆与刺片140依次连接，第一采样驱动件用于
带动刺片140打开或关闭采样腔120。具体地，第一驱动单元用于带动采样头100在第一状态与第二状态之间切换。第一驱动单元的设置极大地减少了操作人员的工作量，且第一驱动单元易于与控制系统相连接，从而使得刺片140转动的动作能够自动完成，让采样头100的采样操作效率能够进一步地提高。
43.如图3所示，本实用新型还提供了一种采样车，采样车包括采样车体和上述的采样头100；采样车体包括车体主体210、用于驱动车体主体210的行走单元220、升降臂230、机械手240及设于车体主体210上的煤斗250，车体主体210、升降臂230和机械手240依次转动连接，采样头100安装于机械手240上，煤斗250用于收纳煤炭样品。利用采样车体上的行走单元220、升降臂230和机械手240能使采样头100准确地采集位于不同位置、不同深度的煤炭样品，从而提高了采样的精度，降低了采样的偏差，同时采样车易于与控制系统相连接，从而使得采样车的动作能够自动完成，让采样车的采样操作效率能够进一步地提高。具体地，升降臂230为多级液压支架，机械手240由机身、大臂和小臂依次连接组成，机身与多级液压支架连接，小臂与采样头100连接。
44.在本实施例中，煤斗250设有多个。多个煤斗250的设置方便了采样车区分采样操作过程中在不同采样单元中采集的煤炭样品。具体地，煤斗250可以放置于采样车的前端或后端。
45.作为优选，煤斗250包括称量单元，称量单元用于称量收纳于煤斗250内的煤炭样品。称量单元的设置方便了操作人员煤斗250内的煤炭样品重量的及时与准确的把握，有助于操作人员对采样头100每次采取的煤炭样品的重量进行了解，方便操作人员及时发现采样操作过程中存在的问题。
46.在本实施例中，煤斗250包括开闭单元，开闭单元用于在采样头100向煤斗250输送煤炭样品时打开煤斗250，并在采样头100向煤斗250输送煤炭样品结束后关闭煤斗250。上述设置使得煤斗250在非采样头100输送煤炭样品的情况下封闭，规避了人为因素改变内的煤炭样品的情况的发生，在一定程度上杜绝了对采样所得的煤炭样品进行作假的问题从而保证了采样操作的准确性与样品的代表性。具体地，煤斗250的开闭由液压驱动。
47.作为优选，行走单元220包括车轮。在本实用新型的其他实施方式中，行走单元220包括链轨。具体地，行走单元220由电力驱动或内燃机驱动。
48.作为优选，采样头100转动安装于机械手240上，能够进一步地减少采样头100在煤堆中的阻力，避免采样头100卡死的情况发生；采样头100、刺片140与采样车能应用同一动力系统，从而简化了采样车的结构。
49.实施例二
50.如图4所示，本实用新型还提供了另一种采样头100，用于采取煤炭样品，采样头100包括内筒体150和套设于内筒体150上的外筒体160，内筒体150一端凸设有锥形件153，外筒体160与内筒体150转动连接，内筒体150设有用于收集煤炭样品的内筒体腔151，内筒体150侧面开设有连通内筒体腔151的内筒体孔152，外筒体160侧面开设有外筒体孔161，当外筒体孔161与内筒体孔152连通/隔断时，内筒体腔151打开/封闭。通过内筒体150与外筒体160的相对转动的方式能使外筒体孔161与内筒体孔152连通/隔断，从而打开/封闭内筒体腔151，上述设置实现采样头100取样的功能，使采样头100能够在到达预定位置后再进行采样操作，规避了不具代表性煤炭样品进入内筒体腔151中的情况，保证了采集的煤炭样品
具有代表性；锥形件153的设置减少了接触时受到的阻力，方便了采样头100在煤堆中的移动，提高了采样操作的效率。
51.在本实施例中，内筒体150外侧开设有内筒体滑轨环形槽，外筒体160内侧开设有外筒体滑轨环形槽，内筒体滑轨环形槽与外筒体滑轨环形槽相互连通形成轴承滑轨，轴承滑轨内滑设有轴承滚珠170。上述结构利用设置滚动轴承的方式实现了外筒体160与内筒体150的转动连接，结构简单可靠；同时直接在内筒体150上开设有内筒体滑轨环形槽，外筒体160上开设有外筒体滑轨环形槽的方式能够使外筒体160与内筒体150之间的缝隙减小，从而能够降低煤堆中的细小颗粒落入到外筒体160与内筒体150之间缝隙进而导致采样头100故障卡死的风险。
52.作为优选，采样头100还包括第二驱动单元，第二驱动单元用于驱动外筒体160相对内筒体150旋转。借助第二驱动单元的设置，能够极大地减少操作人员的工作量，且第二驱动单元易于与控制系统相连接，从而使得外筒体160的转动动作能够自动完成，让采样头100的采样操作效率能够进一步地提高。
53.进一步地，外筒体160外侧还设有外筒齿圈163，内筒体150未设有锥形件153的一端固连有底板180，底板180上安装有第二驱动单元，第二驱动单元包括传动连接的传动齿轮191和第二采样驱动件192，第二采样驱动件192用于驱动传动齿轮191，传动齿轮191与外筒齿圈163相啮合。啮合连接的结构简单可靠、易于维护，且使用寿命长。
54.再进一步地，底板180上还连接有保护壳，保护壳罩设外筒齿圈163和第二驱动单元。保护壳的设置避免了外筒齿圈163和第二驱动单元与煤堆的接触，降低了采样头100遭受损伤的风险。
55.作为优选，外筒体160靠近锥形件153的一端设有密封圈162，密封圈162抵接于锥形件153上。密封圈162的设置避免了煤堆内位于锥形件153附近的细小颗粒进入内筒体150与外筒体160之间的端面缝隙的情况发生，有效地降低了采样头100故障卡死的风险，保证了采样操作进行的流畅性，延长了采样头100的使用寿命。
56.在本实施例中，内筒体孔152在垂直内筒体150延伸方向上的长度为内筒体150底面周长的一半；外筒体孔161在垂直外筒体160延伸方向上的长度为外筒体160底面周长的一半。具体地，内筒体孔152与外筒体孔161的投影均为矩形；且内筒体孔152能与外筒体孔161完全重合。通过将采样头100在内筒体孔152和外筒体孔161完全重合状态与旋转180
°
之后的内筒体孔152和外筒体孔161完全隔断状态之间切换，能完成内筒体腔151的打开与封闭操作。借助上述对内筒体孔152与外筒体孔161的尺寸优化设置，保证了内筒体腔151向煤斗250输送的煤炭样品排净的同时，还能有效地加快煤炭样品从煤堆进入到内筒体腔151以及从内筒体腔151进入到煤斗250的速度，从而能够大幅的提高取样操作的效率。
57.如图5所示，该实施例二的采样车与上述实施例一基本相同，二者的区别在于，机械手240与该实施例二中采样头100未设有锥形件153的一端相连接。上述连接方式使得内筒体150固连于采样车上，规避了内筒体150因发生相对位移而导致内筒体腔151意外打开的风险。
58.在本实用新型中，上述的第一采样驱动件与第二采样驱动件192为液压马达。在本实用新型的其他实施方式中，第一采样驱动件与第二采样驱动件192为电机。
59.本实用新型还提供了一种煤炭采样方法，应用于上述的采样车，用于对煤堆采样，
包括以下步骤：先获取煤堆的形貌，并确定煤堆的体积；再利用煤堆的密度计算煤堆的重量，再根据煤堆的重量确定采样单元，并在每个采样单元内获取多个子样采集区域坐标；然后采样车移动至一个子样采集区域附近；之后拍摄装置拍摄位于子样采集区域的煤堆；再之后采样头100采取子样采集区域的对应的煤炭样品；最后拍摄装置再次拍摄位于子样采集区域的煤堆。借助上述方法，能够根据煤堆形貌和重量，自动计算确定出采取的采样单元并确定采样子样的数量及子样采集区域坐标，进而确定了采样操作的目标位置，该方法实现了对煤堆顶部、腰部及底部和车辆顶部及不同深度的自动化采样，提高了采样精度，降低了采样系统偏差的同时还降低了工人劳动强度，提高了采样效率，且由于采样方案及执行通过监测系统生成，能够有效地避免人为干扰因素，拍摄装置的设置实现了采样过程全程监测，利于按照国家标准继续精确采样，实现采样问题回查和纠偏，保证采样的正确性。
60.在对堆叠于场地中的煤堆进行采样时，如图6所示，采样车还包括扫描装置和计算设备，获取煤堆的形貌，并确定煤堆的体积的步骤包括利用扫描装置扫描煤堆获得二维图像，利用计算设备对二维图像进行曲面拟合处理与数据计算的步骤。借助上述构件与操作步骤，计算设备能够实现对煤堆形貌和体积的自动识别，不仅能够快速并准确地测得煤堆的形貌与体积，还能获得了煤堆设置位置及其堆垛曲面的坐标，方便了后续采样车行走及采样头100采样位置坐标的选定。
61.在对运载于列车上的煤堆进行采样时，如图7所示，采样车还包括信息识别设备，获取煤堆的形貌，并确定煤堆的体积的步骤包括利用信息识别设备读取煤堆的物料信息，物料信息包括煤堆的形貌、体积和密度的步骤。在本实用新型的其他实施方式中，物料信息能通过操作人员手动输入。借助上述构件与操作步骤，能够实现对运载煤堆的列车车厢物料信息的自动识别，通过识别能够获得车辆信息、车厢节数以及所运载的煤堆的体积与密度，信息识别设备在获取上述信息的同时还能确定各节车厢设置的位置以及煤堆曲面对应的坐标，同样能方便后续采样车行走及采样头100采样位置坐标的选定。
62.在本实施例中，采样车还包括采样校准模块，在采样头100采取子样采集区域的对应的煤炭样品步骤之后包括采样校准模块检测采样头100采取位置是否位于子样采集区域内，当采取位置不位于子样采集区域内时，采样头100卸落煤炭样品，返回采样头100采取子样采集区域的对应的煤炭样品的步骤；否则继续拍摄装置再次拍摄位于子样采集区域的煤堆的步骤。利用采样校准模块，能够测定采样车与煤堆的距离和采样头100与煤面的距离，保证采样头100能准确采集位于子样采集区域的煤炭样品，规避了不具代表性的煤炭样品对采样结果造成的影响。
63.如图8所示，采样车还包括摄影装置和用于检测采样车工作情况的工作检测模块，煤炭采样方法包括：摄影装置先开始摄影采样车；工作检测模块再检测采样车的工作情况；当采样车完成全部采样操作时，摄影装置停止摄影采样车；否则返回工作检测模块检测采样车的工作情况的步骤。具体地，摄影装置包括高速摄像机。借助摄影装置和工作检测模块的设置，能够实现采样过程的全程监控，进一步的保障了采样过程的正确性，使得采样过程能够极大地规避了人为因素的干扰，使得采样过程能够获取真实且具代表性的煤炭样品。
64.如图9所示，采样车还包括用于调节采样车的速度的调速装置和用于发送采样车的坐标的定位装置，煤炭采样方法包括：定位装置先检测采样车之间间距；再对比两个采样车的坐标的间距与间距安全阈值的大小，当两个采样车的坐标的间距小于或者等于间距安
全阈值时，调速装置调节采样车的速度，然后返回定位装置检测采样车之间间距的步骤；否则直接返回定位装置检测采样车之间间距的步骤。上述设置通过连锁控制的方式规避了因采样车之间间距过近而导致采样车彼此动作相互干扰等情况的发生，降低了采样过程中发生意外的风险，延长了采样车的使用寿命。
65.作为优选，定位装置还能测量采样车与煤堆堆垛环境中障碍物的间距，进而控制采样车规避障碍物进行动作，从而避免了事故的发生，保障了采样过程的安全性。
66.如图10所示，采样车还包括用于检测采样车的工作状态的故障检测模块及与故障检测模块通信连接的报警模块，煤炭采样方法包括：故障检测模块检测采样车的工作状态；当采样车故障时，报警模块发出报警；否则返回故障检测模块检测采样车的工作状态的步骤。利用故障检测模块与报警模块的设置，使得采样车的故障状态能够迅速且及时地被操作人员接收，规避了因采样车故障带来的安全隐患，降低了采样车损伤的风险。具体地，报警模块包括指示灯和蜂鸣器。指示灯与蜂鸣器的设置保证了灯光与声音反馈的效果，使得报警信号更易被操作人员接收。
67.作为优选，采样车采用plc控制系统，设有人机交互操作屏，可实现采样车行走、液压升降平稳可控，使得升降臂230与机械手240操作准确灵活，刺片140与煤斗250等结构能及时开启与关闭，称重数据及时储存，监测系统图像清晰、数据传输快捷准确、采样车及采样头100定位准确、煤堆形貌及重量估算接近真值，并可根据需要及时更改操作程序及控制参数。
68.显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。