球磨機(jī)裝球率自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng).pdf

1、磨機(jī)是礦物加工工藝過(guò)程中的主要設(shè)備。近百年來(lái)，它廣泛應(yīng)用于水泥、冶金、礦山、建材、耐火材料、化工和火電等工業(yè)部門，隨著各行各業(yè)的蓬勃發(fā)展，磨機(jī)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。影響磨機(jī)工作效果的因素有很多，其中磨機(jī)介質(zhì)充填率是磨礦回路中的一個(gè)主要參數(shù)。在磨礦工藝過(guò)程中，磨礦機(jī)主要是靠介質(zhì)的作用來(lái)完成磨礦任務(wù)的，介質(zhì)充填率是否合理是影響磨機(jī)生產(chǎn)率的首位因素。對(duì)磨機(jī)裝球率進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)可使磨機(jī)生產(chǎn)能力和能源效率得到明顯提高。 對(duì)于球磨機(jī)，載荷的檢測(cè)

2、通常是待磨機(jī)停下后，打開(kāi)磨機(jī)筒體的人孔蓋，人進(jìn)入磨機(jī)測(cè)量并計(jì)算其充填系數(shù)從而獲得。這些工作如果與磨機(jī)的檢修計(jì)劃不一致的話，那么將嚴(yán)重影響磨機(jī)運(yùn)行的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。在磨機(jī)工作過(guò)程中，磨機(jī)介質(zhì)的補(bǔ)加是根據(jù)工作計(jì)劃預(yù)先進(jìn)行的，而這個(gè)工作計(jì)劃是按已知的被磨物料的介質(zhì)消耗指標(biāo)來(lái)編制的。由于原料力學(xué)性質(zhì)和介質(zhì)質(zhì)量的不穩(wěn)定性，破碎介質(zhì)的單位消耗在廣泛的范圍內(nèi)也是變化著的，不可能是穩(wěn)定的。因此，在較長(zhǎng)的磨機(jī)工作時(shí)間中按原先工作計(jì)劃來(lái)維持簡(jiǎn)體內(nèi)介質(zhì)充填率數(shù)

3、值將是困難的，其結(jié)果不是介質(zhì)充填率不足就是介質(zhì)充填率過(guò)大。由于磨機(jī)內(nèi)介質(zhì)充填率對(duì)磨機(jī)功率及生產(chǎn)率的重大影響，而實(shí)際生產(chǎn)中介質(zhì)充填率又難于在動(dòng)態(tài)中穩(wěn)定。因此，一方面要根據(jù)介質(zhì)的動(dòng)態(tài)磨損情況制定出及時(shí)的、科學(xué)的和合理的補(bǔ)加方法，能使磨內(nèi)的介質(zhì)充填率穩(wěn)定在一個(gè)科學(xué)合理的水平上，另一方面則要研究出對(duì)介質(zhì)充填率這個(gè)動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行經(jīng)常性的、準(zhǔn)確的以及簡(jiǎn)單方便的測(cè)量方法，以指導(dǎo)介質(zhì)的及時(shí)補(bǔ)加，使磨機(jī)功率及生產(chǎn)率保持高水平運(yùn)行。 人工檢測(cè)的主要問(wèn)

4、題在于磨機(jī)載荷的檢測(cè)必須停機(jī)進(jìn)行，這將影響工廠生產(chǎn)的連續(xù)性，導(dǎo)致磨機(jī)作業(yè)率降低及產(chǎn)品質(zhì)量的不穩(wěn)定，磨機(jī)啟動(dòng)頻繁也將導(dǎo)致電耗增加。 因此，研究一種準(zhǔn)確度較高、性價(jià)比較好的磨機(jī)介質(zhì)充填率自動(dòng)檢測(cè)方法，在不停機(jī)的情況下能測(cè)量出磨機(jī)內(nèi)介質(zhì)充填率，這對(duì)于提高磨機(jī)產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量及減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度和降低電耗等均具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，近三、四十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外的科技人員對(duì)磨機(jī)裝球率的自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了廣泛研

5、究。 當(dāng)磨機(jī)由一組小軸承支撐時(shí)，可以通過(guò)測(cè)定潤(rùn)滑油油壓來(lái)估計(jì)磨機(jī)裝球率。 根據(jù)從供電電網(wǎng)上切斷傳動(dòng)電機(jī)后磨機(jī)簡(jiǎn)體的振動(dòng)周期關(guān)系來(lái)測(cè)量磨機(jī)載荷重量的方法是粗測(cè)磨礦介質(zhì)重量的較為簡(jiǎn)單的方法。測(cè)量中，由于振動(dòng)的周期與磨機(jī)的靜阻力數(shù)值無(wú)關(guān)，在這種情況下，裝有載荷的磨機(jī)簡(jiǎn)體就可視為一個(gè)掛在筒體軸線上的簡(jiǎn)單的物理擺錘，決定這個(gè)擺錘振動(dòng)周期大小的唯一因素就是磨機(jī)的載荷。通過(guò)測(cè)量周期值即可獲得磨機(jī)載荷。由于磨機(jī)介質(zhì)充填率是一個(gè)非剛性的參

6、數(shù)，不僅整體形態(tài)會(huì)變化，而且介質(zhì)荷內(nèi)部也存在相對(duì)滑動(dòng)，導(dǎo)致這種檢測(cè)手段在準(zhǔn)確測(cè)量應(yīng)用中受到很大限制。 通過(guò)漏電耳測(cè)量磨機(jī)內(nèi)介質(zhì)打擊礦石產(chǎn)生聲音的分貝數(shù)可以獲得磨機(jī)內(nèi)載荷重量。但由于在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生聲音的生產(chǎn)設(shè)備較多，聲音的可變性也大，因而這種檢測(cè)方法產(chǎn)生誤差較大，只適于粗略測(cè)量，且應(yīng)用范圍不廣。 通過(guò)讀取磨機(jī)電動(dòng)機(jī)的電流表讀數(shù)也可以檢測(cè)磨機(jī)介質(zhì)的重量。但由于電動(dòng)機(jī)電流的數(shù)值與磨礦介質(zhì)的重量不成比例，而且所讀電流值在很大程度

7、上與電動(dòng)機(jī)端電壓的大小及磨機(jī)的功率因素變化有關(guān)。因此，無(wú)論是對(duì)異步電動(dòng)機(jī)還是同步電動(dòng)機(jī)，這種方法的檢測(cè)結(jié)果都是不準(zhǔn)確的。 磨機(jī)載荷的自動(dòng)檢測(cè)還可以借助接通磨機(jī)電動(dòng)機(jī)供電電路的分出刻度的專門瓦特表來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了獲得瓦特表指針的較大偏轉(zhuǎn)，電路中必須選擇帶有2.5安培電流線的瓦特表；為了預(yù)防在磨機(jī)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)儀器的指針超出刻度范圍以及在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的時(shí)間內(nèi)過(guò)載荷的線圈保護(hù)，瓦特表的線圈通常與關(guān)閉式觸點(diǎn)進(jìn)行并聯(lián)。檢測(cè)在簡(jiǎn)體充填系數(shù)等于0.2

8、5以前，可以觀察到磨機(jī)載荷與磨機(jī)從電網(wǎng)上消耗的功率線性關(guān)系較好，當(dāng)載荷進(jìn)一步增加時(shí)，線性關(guān)系影響較大。因此，這種檢測(cè)方法檢測(cè)范圍受到限制，準(zhǔn)確度也不高。 對(duì)于干式球磨機(jī)，通過(guò)測(cè)量磨機(jī)進(jìn)出口壓差也可以獲得磨機(jī)載荷。干式球磨機(jī)一般是在氣流通過(guò)磨機(jī)的情況下操作的。在這種情況下，當(dāng)載荷增加時(shí)，有更多的物料與氣流接觸，使氣流的拖曳力增大，壓差也就增加；當(dāng)磨機(jī)載荷減少時(shí)，情況剛好相反。但壓差測(cè)定由于受到磨機(jī)轉(zhuǎn)速、提升板類型和磨損率以及粒度分

9、布等影響，檢測(cè)精度也受到較大影響。 通過(guò)測(cè)定磨機(jī)的機(jī)械振動(dòng)及靠近磨機(jī)的聲壓變化來(lái)控制磨機(jī)粉料的充填率，是磨機(jī)載荷自動(dòng)檢測(cè)的另一種方法。利用振動(dòng)傳感器獲得三個(gè)通道的振動(dòng)信號(hào)，分別對(duì)應(yīng)于磨機(jī)旋轉(zhuǎn)軸線的平行方向、水平方向和垂直方向，同時(shí)采集磨機(jī)研磨區(qū)中心一個(gè)聲音信號(hào)。在振動(dòng)信號(hào)測(cè)量過(guò)程中用控制系統(tǒng)記錄或手動(dòng)測(cè)量磨機(jī)工作參數(shù)。通過(guò)多變量數(shù)據(jù)分析，可以建立起參數(shù)和信號(hào)模型之間的良好關(guān)系。這樣，振動(dòng)信號(hào)的測(cè)量就可用來(lái)監(jiān)測(cè)磨機(jī)工作參數(shù)。這種檢

10、測(cè)方法的主要優(yōu)點(diǎn)在于可以獲得在線、快速、準(zhǔn)確的信息，以有效的實(shí)現(xiàn)過(guò)程自動(dòng)控制。但由于測(cè)量較復(fù)雜，還涉及到復(fù)雜的信號(hào)處理和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并且振動(dòng)信號(hào)的測(cè)量還取決于機(jī)器的裝配水平和工作環(huán)境(安裝地點(diǎn))，因而應(yīng)用受到限制。目前該項(xiàng)技術(shù)的主要用途是監(jiān)測(cè)過(guò)程控制系統(tǒng)的幾個(gè)輔助運(yùn)行參數(shù)，以便必要時(shí)進(jìn)行調(diào)整。 由于上述檢測(cè)方法的局限性，磨機(jī)操作與最佳充填率要求相差較大。為了改善磨機(jī)回路的性能，提高自動(dòng)檢測(cè)的準(zhǔn)確性，同時(shí)降低成本，本文提出了磨機(jī)

11、載荷自動(dòng)檢測(cè)的一種新方法——壓電式傳感器檢測(cè)法。 壓電式傳感器是以具有壓電效應(yīng)器件為核心組成的傳感器。壓電式傳感器體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、工作可靠、適用于動(dòng)態(tài)壓力的測(cè)量。除此之外，由于壓電傳感器是一個(gè)典型的機(jī)-電轉(zhuǎn)換元件，它在超聲波、拾音器、傳聲器等方面的應(yīng)用也很普遍。 高靈敏度的壓電式傳感器的開(kāi)發(fā)打開(kāi)了對(duì)工業(yè)型磨機(jī)進(jìn)行測(cè)定的全新領(lǐng)域。在本研究中采用了能測(cè)定磨機(jī)簡(jiǎn)體重量變化的壓電式應(yīng)變傳感器。測(cè)量中將傳感器安裝在磨機(jī)

12、兩端機(jī)座的四個(gè)軸承座上，通過(guò)測(cè)試不同的數(shù)值就可以精確調(diào)試出與磨機(jī)載荷成比例的荷重應(yīng)變變化值。壓電式應(yīng)變式傳感器將檢測(cè)到的反映磨機(jī)載荷變化的信息轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，經(jīng)干擾抑制及前期信號(hào)處理后，電壓轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)，經(jīng)再次放大和標(biāo)度變換后送至計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。顯示結(jié)果設(shè)計(jì)為磨機(jī)載荷數(shù)值。 所謂信號(hào)處理就是對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析、變換、綜合、識(shí)別等加工處理，以達(dá)到使用信息和便于利用的目的。信號(hào)可分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)在時(shí)間上和幅度上是連

13、續(xù)的，數(shù)字信號(hào)在時(shí)間上和幅度上是離散的，且可以用有限字長(zhǎng)表示。對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行處理，既可以使用模擬系統(tǒng)，也可以使用數(shù)字系統(tǒng)。在使用數(shù)字系統(tǒng)處理時(shí)，需要先將模擬信號(hào)數(shù)字化，使之成為數(shù)字，使之成為數(shù)字信號(hào)，然后用數(shù)字系統(tǒng)處理，得到一個(gè)處理后的數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換得到所需要的模擬信號(hào)。對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理是將數(shù)字化的序列輸入到數(shù)字系統(tǒng)，例如計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)預(yù)定算法的程序處理，得到數(shù)字輸出信號(hào)。 在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國(guó)防建設(shè)中，要處理的各種物理、

14、化學(xué)和生物量大多數(shù)是以連續(xù)的模擬信號(hào)形式出現(xiàn)的。對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理均要采用計(jì)算機(jī)，而計(jì)算機(jī)內(nèi)部參與運(yùn)算的信號(hào)是二進(jìn)制的離散數(shù)字信號(hào)。所以，在運(yùn)用信號(hào)處理技術(shù)之前要解決兩個(gè)問(wèn)題。一是把數(shù)據(jù)采集進(jìn)計(jì)算機(jī)，二是將連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字信號(hào)，即數(shù)據(jù)采集和模擬信號(hào)的數(shù)字化。 論文對(duì)檢測(cè)過(guò)程中所涉及到的各項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了理論研究、電路設(shè)計(jì)和試驗(yàn)，匹配銜接后組裝成球磨機(jī)裝球率自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)模擬生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了試驗(yàn)，