一种球磨机负荷参数检测方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种球磨机负荷参数的检测方法及装置，属于自动检测领域。融合负荷体的测量电阻值、球磨机筒体的测量重量、球磨机筒体转速，并通过多个数学模型精确计算球磨机的充填率、装载量、球料比的复合式技术方法。装置的球磨机筒体悬空固定在机架上并通过称重传感器测重，球磨机筒体的底部安装有电极，位置传感器和旋转编码器固定在机架的底端，位置传感器和旋转编码器采集的信号通过DI模块传送到计算机，电极采集的与球磨机筒体之间的电阻值信号通过电阻A/D模块、无线发送器和无线接收器传送到计算机，称重传感器采集的球磨机筒体重量信号传送至计算机。本发明是实现球磨机优化控制的前提，对于提高球磨机效率、降低能耗等具有重要的作用。
【专利说明】一种球磨机负荷参数检测方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种球磨机负荷参数检测方法及装置，具体地说是融合负荷体的测量电阻值、球磨机筒体的测量重量、球磨机筒体转速，并通过多个数学模型精确计算球磨机的充填率、装载量、球料比的复合式技术方法，属于自动检测领域。
【背景技术】
[0002]球磨机广泛应用于矿山、冶金、化工、建材、电力、陶瓷等行业，特别是在矿山的选矿过程中更是占有重要地位。湿式球磨机是选矿工业最为常用的粉碎设备。湿式球磨机内部负荷体由钢球、物料和水组成。充填率是指球磨机筒体内部负荷体所占空间的比率，球料比是指球磨机筒体内部装载的钢球质量与物料质量的比值，充填率和球料比是反映球磨机负荷的两个最为重要的参数，直接关系到粉碎效率。实践表明，保持球磨机在合理的充填率和球料比状态下运行，不但能大幅度提高球磨机的处理能力，降低单位处理量的消耗，而且对于提高整个选矿厂的生产指标都具有十分重要的作用。
[0003]传统的单因素负荷参数检测法主要包括:电流法、声响法、有用功率法、振动法等。这些方法虽然简单易行，但由于检测原理的局限性，只能间接反映球磨机的单个负荷量参数，都不能单独在整个过程中精确检测球磨机的负荷参数。
[0004]考虑单一检测方法各自存在的优点和不足，组合两种或三种具有互补性的检测方法进行负荷参数的检测，先后出现了声响一功率双信号检测法、声响一振动双信号检测法、声响一功率一振动三信号检测法等多因素检测法。这些方法计算很复杂，适应性差，而易受磨矿浓度、物料粒度、物料硬度、钢球尺寸等因素影响。
[0005]力传感器法是利用力传感器对与球磨机负荷有关的作用力进行直接测量从而检测球磨机负荷参数的技术方法。目前主要有衬板压力检测法、筒体应力检测法、筒体称重检测法等。衬板压力检测法是在球磨机筒体内部衬板下面安装一个能测定径向压力和切向压力的传感器，测量信号引入计算机进行处理，得到受力图谱，从图谱中可以判断球磨机负荷体的脱离角和接触角，由此可以算出球磨机的充填率，再分析径向压力的大小，可以计算球料比。称重法能精确检测球磨机的装载量，受影响因素少，适应性强，但不能检测充填率和球料比。
[0006]从有关报道来看，现有的球磨机负荷参数检测方法都或多或少地存在不足，有的因素单一无法实现精确检测，有的计算过于复杂或条件要求苛刻难以应用，有的检测参数不太全面，难以适用于球磨机的优化控制。
【发明内容】
[0007]为了克服现有的球磨机负荷参数检测方法检测精度低、计算过于复杂、检测参数不全面等不足，本发明提供一种球磨机负荷参数的检测方法及装置，该方法及装置不仅能同时检测球磨机筒体内负荷体的充填率、装载量和球料比，而且适应性强、便于实现。
[0008]本发明的技术方案是: (1)检测球磨机的空载质量，然后检测磨料时需要加入负荷体后球磨机的总质量，计算得到球磨机的装载量；
(2)在球磨机的筒体安装电极，球磨机的运行过程中测量每个电极与筒体之间的电阻、每个电极的位置角度，以每个电极位置角度为横坐标、以每个电极的电阻值为纵坐标，分别建立电极的电阻值图谱，根据电阻值的变化规律判断负荷体电极位置的脱离角eA与接触角％，根据脱离角0八和接触角eB分别计算每个电极位置的局部负荷体的充填率，采用加权平均法计算球磨机的总体充填率；
(3)根据球磨机的总体填充率、装载量，以及结合矿石密度、矿石加水后的矿浆密度，通过球料比数学模型计算负荷体的球料比，即为球磨机的负荷参数。填充率和球料比是影响球磨机粉碎效率的重要参数。填充率太低，可供粉碎的矿石少，因此粉碎效率低；填充率太高，球磨机内部的钢球打击矿粒的运动变弱，粉碎效率也低；另外，球磨机是依靠钢球的相互碰撞和磨剥而产生磨矿作用的，如果钢球多矿石少，则电能主要消耗在钢球的相互作用上，如果钢球少矿石多，则矿石受到钢球的碰撞或磨剥的机会少，电能主要消耗在负荷体的圆周运动上。因此，球磨机的填充率和球料比必须控制在最佳状态才能获得最佳的磨矿效果。而本发明检测填充率和球料比是球磨机实现优化控制的前提。
[0009]所述球磨机的装载量的计算方法是:首先检测球磨机的空载质量，然后检测球磨时加入矿浆和钢球后的总质量，总质量减去空载质量即为球磨机的装载量。
[0010]所述负荷体为球磨机筒体内的钢球、矿石和水的混合物。
[0011]所述球磨机筒体安装电极至少为三个，安装在筒体的不同位置。
[0012]所述球磨机筒体安装电极为三个或五个，安装在球磨机筒体底部的前端、中间和后端，安装的位置连线与球磨机筒体的轴线平行，电极随球磨机筒体一起转动。
[0013]所述球磨机筒体的电机位置角度的测量的方法为:在球磨机的筒体表面安装旋转编码器来检测球磨机的转速、在球磨机的筒体下方安装位置传感器，当电极经过位置传感器时即产生一个电脉冲，由此确定电极的零角度(以位置传感器所处位置为零角度)，通过筒体角速度和电极经过零角度的时间可算出电极位置角度。
[0014]所述球料比的数学模型的建模方法为:根据总体充填率计算球磨机内部负荷体的体积，再结合装载量、矿石密度、钢球密度、矿浆浓度，通过机理分析法推导出球料比的初步数学模型，然后根据实验结果修正数学模型的系数。
[0015]本发明的球磨机负荷参数检测装置的结构:如图1和2所示，包括机架、球磨机筒体1、电极、采集电极位置信息的位置传感器13、称重传感器、采集球磨机筒体I筒体转速的旋转编码器14和用于处理和计算负荷参数的计算机20，球磨机筒体I悬空固定在机架上并通过称重传感器测重，球磨机筒体I的底部安装有电极，位置传感器13和旋转编码器14固定在机架的底端，位置传感器13和旋转编码器14采集的信号通过DI模块16传送到计算机20，电极采集的与球磨机筒体I之间的电阻值信号通过电阻A/D模块11、无线发送器12和无线接收器19传送到计算机20，称重传感器采集的球磨机筒体重量信号传送至计算机20。
[0016]所述电极至少为三个，安装在球磨机筒体I底部的前端、中间和后端，安装的位置连线与球磨机筒体I的轴线平行。如图1所示，前端电极8、中间电极9和后端电极10。
[0017]所述电极为螺栓型，中间为金属线24，周围为硬质绝缘材料22，电极穿过衬板安装孔后通过紧固螺母23固定在衬板21和筒体I上。
[0018]所述球磨机筒体I的前空心轴2和后空心轴3分别固定在机架的前机座4和后机座5上保持球磨机筒体I悬空，前机座4上安装有前端称重传感器组6，后机座5上安装有后端称重传感器7组。
[0019]所述前端称重传感器组6连接前机座称重变送器17，后端称重传感器组7连接后机座称重变送器15，前机座称重变送器17和后机座称重变送器15将放大调理的信号通过Al模块18传送至计算机20。
[0020]本发明的基本检测原理为:在球磨机的筒体的两端和中部分别安装电极以测量筒体与各电极之间的电阻，通过对电极位置角度与电极电阻值关系的图谱进行分析，获得球磨机筒体内负荷体的脱离角和接触角，将脱离角、接触角输入数学模型可计算出负荷体的充填率。在筒体上安装有旋转编码器以测量球磨机筒体的转速，并由转速确定电极的位置。在球磨机两端的机座上安装称重传感器，用于测量球磨机筒体的重量，总重减去空载重量即可获得负荷体的重量(装载量)，将充填率、装载量、钢球密度、矿石密度、矿浆浓度输入计算球料比的数学模型，即可得到负荷体的球料比。
[0021]本发明的有益效果是，能够实时精确检测球磨机的充填率、装载量、球料比等负荷量参数，而且便于实现，适应性强，可为球磨机优化控制提供相关检测数据，对于提高球磨机效率、降低能耗等具有重要的作用。目前，用于检测球磨机负荷量参数的电流法、声响法、振动法，或者是这几种方法的联合法都不能同时检测充填率、装载量、球料比这三个参数，只能检测其中的一个或两个参数，是一种间接检测方法，很容易受到矿石性质、矿浆浓度、电网波动、环境条件等因素的影响，不仅检测精度差而且不能在检测的全过程中精确测量。而本发明不受矿石性质、矿浆浓度、环境条件等因素的影响，属于直接检测方法，能在检测的全过程中实现精确检测。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本发明的检测系统结构原理图；
图2是本发明球磨机筒体内部确定电机位置角度示意图。
[0023]图中:1-球磨机筒体、2-前空心轴、3-后空心轴、4-前机座、5-后机座、6-前端称重传感器组、7-后端称重传感器组、8-前端电极、9-中间电极、10-后端电极、11-电阻A/D模块、12-无线发送器、13-位置传感器、14-旋转编码器、15-后机座称重变送器、16-DI模块、17-前机座称重变送器、18-AI模块、19-无线接收器、20-计算机、21-衬板、22-硬质绝缘材料、23-紧固螺母、24-金属线、25-负荷体。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和【具体实施方式】，对本发明作进一步说明。
[0025]实施方式一:如图1所示，本实施方式是用于格子型球磨机的检测，格子型球磨机的规格为0 2700X3600，由给料部、出料部、回转部、传动部(减速机、小传动齿轮、电机、电控)等主要部分组成。转速为50r/min，装球量为45t，电机功率为355kw，供电为380VAC。处理矿石为黄铜矿，密度为3.lg/cm3。
[0026]本实施例的元件选型为:前端称重传感器组6和后端称重传感器组7分别由2个型号为CYT-2002的辐轮式称重传感器组成，每个称重传感器测量范围为0-50t，接线方法为两个传感器分别并接后连到各自的称重变送器；后机座称重变送器15和前机座称重变送器17的型号为DYDS-OOl，变送器为24 VDC供电，输出4_20mA ;称重变送器信号经Al模块DTE3216转换后通过USB 口输入计算机20 ;旋转编码器14和位置传感器13的信号接A DI模块16，DI模块16的型号为USB-4751L，由USB与计算机20连接；位置传感器13的型号为LJ12A3-4-Z，电感式，24VDC供电，NPN型输出；旋转编码器14的型号为E6B2-CW26C，分辨率为20个脉冲/转，24VDC供电，NPN型输出；无线发送器12和无线接收器19的型号为EK1-6351 (I对);计算机20为DELL OptiPlex 3010台式机；前端电极8、中间电极9、后端电极10选用的硬质绝缘材料22为硬质陶瓷，金属丝24为金属钛丝。所有部件按上述介绍的方法进行安装和连接。
[0027]检测方法的具体步骤为:
(I)检测球磨机的空载质量，然后检测磨料时需要加入负荷体后球磨机的总质量，计算得到球磨机的装载量；装载量W的计算公式为:W=K1 ? (Nl-NlO)+K2 ? (N2-N20),其中，Kl为前端传感器组的重量系数(可通过重量对比标定)，NI为前端传感器组的采样值，NlO为空载时前端传感器组的采样值，K2为后端传感器组的重量系数(可通过重量对比标定)，N2为后端传感器组的采样值，N20为空载时后端传感器组的采样值。经实验得到K1=L 105， 54155, N10=25120 ；K2=1.091，N2=53345, N2(l=24620。则球磨机的装载量 ff=55.67t。
[0028](2)在球磨机的筒体安装电极，球磨机的运行过程中测量每个电极与筒体之间的电阻、每个电极的位置角度，以每个电极位置角度为横坐标、以每个电极的电阻值为纵坐标，分别建立电极的电阻值图谱，根据电阻值的变化规律判断负荷体电极位置的脱离角eA与接触角0B，根据脱离角04和接触角eB分别计算每个电极位置的局部负荷体的充填率，采用加权平均法计算球磨机的总体充填率；
筒体角速度《的计算公式为:
?=Kw*P，其中，Kw为角速度系数(可通过标定获得)，P为每秒的脉冲数。经实验得到Kw =0.00385，实时测得P=680，则球磨机筒体角速度《 =2.62/s负荷体位置角度的判断计算方法为:
通过实验得到，电极离开负荷体后，其电阻值约为Ra=20k ;电极进入负荷体后其电阻值为Rb=L lk。由于电极随球磨机筒体而转动，可以根据电极电阻值与Ra、Rb的阻值比较，估计负荷体的脱离角和接触角。
[0029]前端电极的脱离角与接触角计算:当t=0.507s时，电阻值R大于Ra，此电极位置角度即为负荷体的脱离角，脱离角9a=2.62 X 0.507s=1.33;当t=0.931s时，电阻值R小于Rb，此电极位置角度即为负荷体的接触角，接触角0b=2.62 X 0.931s=2.44。
[0030]中端电极的脱离角与接触角计算:当t=0.5s时，电阻值R大于Ra，此电极位置角度即为负荷体的脱离角，脱离角9a=2.62 X 0.5s=1.31;当t=0.92s时，电阻值R小于Rb，此电极位置角度即为负荷体的接触角，接触角0b=2.62 X 0.92s=2.41。
[0031]后端电极的脱离角与接触角计算:当t=0.49s时，电阻值R大于Ra，此电极位置角度即为负荷体的脱离角，脱离角ea=2.62 X 0.498=1.29;当t=0.91s时，电阻值R小于Rb，此电极位置角度即为负荷体的接触角，接触角0b=2.62 X 0.91s=2.39。
[0032]取权重u 1=0.97，U2=I, U 3=1.03。实验测得Kf=0.97，填率F的计算方法F = I+Kf [ U ! ( 0 al - 9 bl) +y 2 ( 0 a2 - 0 b2) +u 3 ( 0 a3- 0 b3)] /3 3i
=1+0.98*[0.97*(1.33-2.44) + (1.31-2.41)+1.03*(1.29-2.39)]/3*3.14
=0.644
(3)根据球磨机的总体填充率、装载量，以及结合矿石密度、矿石加水后的矿浆密度，通过球料比数学模型计算负荷体的球料比，即为球磨机的负荷参数。
[0033]根据机理分析法，负荷体球料比G为:
【权利要求】
1.一种球磨机负荷参数检测方法，其特征在于具体包括如下步骤: (1)检测球磨机的空载质量，然后检测磨料时需要加入负荷体后球磨机的总质量，计算得到球磨机的装载量； (2)在球磨机的筒体安装电极，球磨机运行过程中测量每个电极与筒体之间的电阻、每个电极的位置角度，以每个电极位置角度为横坐标、以每个电极的电阻值为纵坐标，分别建立电极的电阻值图谱，根据电阻值的变化规律判断负荷体电极位置的脱离角9八与接触角eB，根据脱离角9八和接触角eB分别计算每个电极位置的局部负荷体的充填率，采用加权平均法计算球磨机的总体充填率； (3)根据球磨机的总体填充率、装载量，以及结合矿石密度、矿石加水后的矿浆密度，通过球料比数学模型计算负荷体的球料比，即为球磨机的负荷参数。
2.根据权利要求1所述的球磨机负荷参数检测方法，其特征在于:所述负荷体为球磨机筒体内的钢球、矿石和水的混合物。
3.根据权利要求1所述的球磨机负荷参数检测方法，其特征在于:所述球磨机筒体安装电极至少为三个，安装在筒体的不同位置。
4.根据权利要求1或3所述的球磨机负荷参数检测方法，其特征在于:所述球磨机筒体安装电极为三个或五个，安装在球磨机筒体底部的前端、中间和后端，安装的位置连线与球磨机筒体的轴线平行。
5.根据权利要求1所述的球磨机负荷参数检测方法，其特征在于:所述球磨机筒体的电极位置角度的测量的方法为:在球磨机的筒体表面安装旋转编码器来检测球磨机的转速、在球磨机的筒体下方安装位置传感器，当电极经过位置传感器时即产生一个电脉冲，由此确定电极的零角度，通过筒体角速度和电极经过零角度的时间可算出电极位置角度。
6.根据权利要求1所 述的球磨机负荷参数检测方法，其特征在于:所述球料比的数学模型的建模方法为:根据总体充填率计算球磨机内部负荷体的体积，再结合装载量、矿石密度、钢球密度、矿浆密度，通过机理分析法推导出球料比的初步数学模型，然后根据实验结果修正数学模型的系数。
7.—种如权利要求1所述的球磨机负荷参数检测装置，其特征在于:结构包括机架、球磨机筒体(I)、电极、采集电极位置信息的位置传感器(13)、称重传感器、采集球磨机筒体(I)转速的旋转编码器(14)和用于处理和计算负荷参数的计算机(20)，球磨机筒体(I)悬空固定在机架上并通过称重传感器测重，球磨机筒体(I)的底部安装有电极，位置传感器(13)和旋转编码器(14)固定在机架的底端，位置传感器(13)和旋转编码器(14)采集的信号通过DI模块(16)传送到计算机(20)，电极采集的与球磨机筒体(I)之间的电阻值信号通过电阻A/D模块(11)、无线发送器(12)和无线接收器(19)传送到计算机(20)，称重传感器采集的球磨机筒体重量信号传送至计算机(20 )。
8.根据权利要求7所述的球磨机负荷参数检测装置，其特征在于:所述电极至少为三个，安装在球磨机筒体(I)底部的前端、中间和后端，安装的位置连线与球磨机筒体(I)的轴线平行。
9.根据权利要求7所述的球磨机负荷参数检测装置，其特征在于:所述球磨机筒体(I)的前空心轴(2)和后空心轴(3)分别固定在机架的前机座(4)和后机座(5)上保持球磨机筒体(I)悬空，前机座(4 )上安装有前端称重传感器组(6 )，后机座(5 )上安装有后端称重传感器组(7)。
10.根据权利要求9所述的球磨机负荷参数检测装置，其特征在于:所述前端称重传感器组(6 )连接前机座称重变送器(17)，后端称重传感器组(7 )连接后机座称重变送器(15)，前机座称重变送器(17)和后机座称重变送器(15)将放大调理的信号通过Al模块(18)传送至计算机(20)。.
【文档编号】B02C17/10GK103438934SQ201310377730
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月27日 优先权日:2013年8月27日
【发明者】黄宋魏, 童雄, 肖庆飞, 和丽芳, 黄靖惠, 韩中园, 黄斌 申请人:昆明理工大学