一种自动调节最佳效率的颚式破碎机及其控制方法与流程

1.本发明涉及工程机械技术领域，具体涉及一种自动调节最佳效率的颚式破碎机及其控制方法。


背景技术：

2.颚式破碎机俗称颚破，又名老虎口。由动颚和静颚两块颚板组成破碎腔，模拟动物的两颚运动而完成物料破碎作业的破碎机。广泛运用于矿山冶炼、建材、公路、铁路、水利和化工等行业中各种矿石与大块物料的破碎。颚式破碎机工作时，活动颚板对固定颚板作周期性的往复运动，时而靠近，时而离开，当靠近时，物料在两颚板间受到挤压、劈裂、冲击而被破碎；当离开时，已被破碎的物料靠重力作用而从排料口排出，实现破碎过程。
3.在颚式破碎机工作过程中，随着部件的运动，轮轴等部件会产生摩擦升热，再加上通电产生的热量，破碎机内部的温度会升高，从而影响机器的运行。因此每个破碎机在运行过程中都存在一个有效的温度范围。但是因为破碎机应用广泛，引用环境多样，外部环境会影响机器的散热情况，因此有效温度范围并不确定，无法获得一个最佳的温度范围运行破碎机，使其效率最大化。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种自动调节最佳效率的颚式破碎机及其控制方法所采用的技术方案具体如下：本发明提出了一种颚式破碎机，包括颚式破碎机本体，颚式破碎机本体包括活动颚板、弹簧和固定颚板，所述弹簧与所述固定颚板固定装配连接，所述颚式破碎机还包括颚式破碎机控制系统，所述颚式破碎机控制系统包括控制器，以及与所述控制器的信号连接的弹簧张紧程度检测器、颚式破碎机偏心轴旋转频率检测器和颚式破碎机机体温度检测器；所述弹簧张紧程度检测器用于检测所述弹簧的张紧程度，所述颚式破碎机偏心轴旋转频率检测器用于检测颚式破碎机偏心轴主轮的旋转频率，所述颚式破碎机机体温度检测器用于检测颚式破碎机机体的温度；所述控制器根据预设采样时间获得每个档位下不同工作环境中正常运行的弹簧的张紧程度序列、偏心轴的旋转频率序列、和轴承的温度序列；根据所述张紧程度序列和所述旋转频率序列获得破碎效率序列；根据所述破碎效率序列获得最大破碎效率；统计每个工作环境下能够达到所述最大破碎效率的温度，获得最佳运行温度序列；根据不同所述工作环境的所述最佳运行温度序列之间的相似性对所述工作环境进行分组，获得同类工作环境组；在所述同类工作环境组中，保持所述温度序列中的温度不变，获得每个温度下的破碎效率变化序列；获得每个温度对应的所述破碎功率变化序列之间的差异距离；根据每个所述温度与其他温度之间差异距离之和获得数据置信度；以所述数据置信度与所述破碎变化序列中最大破碎效率的乘积作为所述温度下的最佳破碎效率；根据每个所述温度以及对应
的所述最佳破碎效率获得整体最佳破碎效率及其对应的最佳温度；根据所述最佳温度和所述整体最佳破碎效率控制颚式破碎机运行。
5.本发明还提出了一种自动调节最佳效率的颚式破碎机的控制方法，所述方法包括：根据预设采样时间获得不同工作环境中正常运行的弹簧的张紧程度序列、偏心轴主轮的旋转频率序列和轴承的温度序列；根据所述张紧程度序列和所述旋转频率序列获得破碎效率序列；根据所述破碎效率序列统计每个工作环境下能够达到最大破碎效率的温度，获得最佳运行温度序列；根据不同所述工作环境的所述最佳运行温度序列之间的差异程度对所述工作环境进行分组，获得同类工作环境组；获得预设参考温度序列；在所述同类工作环境组中，保持所述参考温度序列中的参考温度不变，获得每个所述参考温度下的破碎效率变化序列；获得每个所述参考温度对应的所述破碎功率变化序列之间的差异距离；根据每个所述参考温度与其他参考温度之间差异距离的累加和获得数据置信度；以所述数据置信度与所述破碎变化序列中最大破碎效率的乘积作为所述参考温度下的最佳破碎效率；根据每个所述同类工作环境组中每个所述参考温度以及对应的所述最佳破碎效率获得整体最佳破碎效率及其对应的最佳参考温度；根据所述最佳参考温度和所述整体最佳破碎效率控制颚式破碎机运行。
6.进一步地，所述根据所述张紧程度序列和所述旋转频率序列获得破碎效率序列包括：在每个所述采样时间内根据预设采样频率获得每个所述采样时间下的所述张紧程度序列和所述旋转频率序列；以所述张紧程度序列中最大值与最小值的极差和所述旋转频率序列的平均值的乘积作为破碎效率指数，获得所述破碎效率序列。
7.进一步地，获得轴承的温度序列后还包括：根据所述温度序列拟合温度曲线；以所述温度曲线中最大斜率的倒数作为工作环境指标。
8.进一步地，获得不同所述工作环境的所述最佳运行温度序列之间的差异程度包括：根据差异程度公式获得所述差异程度；所述差异程度公式包括：其中，为所述差异程度，为皮尔逊系数计算公式，为工作环境的所述最佳运行温度序列，为工作环境的所述最佳运行温度序列，为的极差，为的极差，为的标准差，为的标准差。
9.进一步地，所述根据不同所述工作环境的所述最佳运行温度序列之间的差异程度对所述工作环境进行分组，获得同类工作环境组包括：根据所述差异程度利用密度聚类算法对所述工作环境进行分组，获得多个同类工
作环境组。
10.进一步地，所述获得每个所述参考温度对应的所述破碎功率变化序列之间的差异距离包括：根据动态时间规整算法获得每个所述参考温度对应的所述破碎功率变化序列之间的所述差异距离。
11.进一步地，所述根据每个所述参考温度与其他参考温度之间差异距离的累加和获得数据置信度包括：根据数据置信度公式获得所述数据置信度；所述数据置信度公式包括：其中，为所述数据置信度，为归一化后的所述差异距离的累加和。
12.进一步地，所述根据每个所述同类工作环境组中每个所述参考温度以及对应的所述最佳破碎效率获得整体最佳破碎效率及其对应的最佳温度包括：根据每个所述同类工作环境组中每个所述参考温度以及对应的所述最佳破碎效率构建参考温度-破碎效率曲线；所述参考温度-破碎效率曲线横轴为所述参考温度，纵轴为所述最佳破碎效率；获得所述参考温度-破碎效率曲线的极值点，以所述极值点预设选取范围内的所述参考温度和所述最佳破碎效率作为所述最佳参考温度和所述整体最佳破碎效率。
13.本发明实施例至少具有如下有益效果：1.本发明实施例通过获得破碎机的运行数据，确定每个工作环境下的最大破碎效率。根据每个工作环境下能够达到最大破碎效率的最佳运行温度序列对工作环境进行分组，获得同类工作环境组。分组可以将同等工作特征的工作环境联合分析，减少了计算量，方便后续破碎机的控制。
14.2.本发明实施例根据每个同类工作环境组中每个参考温度下的破碎效率变化序列与其他参考温度的的破碎效率变化序列的差异距离获得数据置信度。因为在工作过程中破碎机的温度会随着破碎效率升高而升高，但是温度在达到一个程度后破碎效率不会再升高，为了保证机器安全，反而会降低破碎效率。因此差异距离可以表示破碎机对于每个参考温度的适应度，即在合适并且稳定的温度范围内，破碎效率变化序列的变化趋势相同，因此根据数据置信度可以对每个参考温度对应的效率进行调整，获得参考性强的指标，用于获得后续最佳参考温度和整体最佳破碎效率，以及对破碎机的控制。
附图说明
15.图1是本发明提供的一种一种自动调节最佳效率的颚式破碎机的控制原理图；图2是本发明提供的一种自动调节最佳效率的颚式破碎机的控制方法流程图。
具体实施方式
16.为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种基于图像多维分析的边缘检测方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
17.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。
18.一种自动调节最佳效率的颚式破碎机，包括颚式破碎机本体和颚式破碎机控制系统。
19.颚式破碎机本体可以为常规的颚式破碎机设备，本实施例中，颚式破碎机本体包括活动颚板、弹簧和固定颚板，弹簧与固定颚板固定装配连接。弹簧为弹簧拉杆中的弹簧。由于颚式破碎机设备为常见的颚式破碎机设备，对于其结构组成、工作原理以及工作过程不再赘述。
20.如图1所示，颚式破碎机控制系统包括控制器101，以及与控制器的信号连接的弹簧张紧程度检测器102、颚式破碎机偏心轴旋转频率检测器103和颚式破碎机机体温度检测器104。
21.弹簧张紧程度检测器102用于检测弹簧的张紧程度，可以为常规的用于检测弹簧张力的传感器。颚式破碎机偏心轴旋转频率检测器103用于检测颚式破碎机偏心轴的旋转频率，颚式破碎机机体温度检测器104用于检测颚式破碎机机体的温度。控制器101可以为常规的控制芯片以实现计算和控制目的，比如单片机等。
22.需要说明的是，颚式破碎机在后续描述过程中简称为破碎机。且破碎机通常包括多种档位，每种档位对应不同的破碎效率，因为每种档位的分析过程相同，在后续过程中默认为仅对该破碎机一种档位下的运行过程进行分析，在其他实施过程中可根据相同的分析算法对每个档位进行分析。
23.控制器根据接收到的各个数据信息，执行如图2所示的一种自动调节最佳效率的颚式破碎机的控制方法。该颚式破碎机的控制方法具体步骤如下：步骤s1：根据预设采样时间获得不同工作环境中正常运行的弹簧的张紧程度序列、偏心轴主轮的旋转频率序列和轴承的温度序列。
24.不同的工作环境会影响破碎机的散热，导致破碎机的温度变化过程不同。例如大风环境下随着物料进入破碎机，导致破碎机内空气流通量增大，使得破碎机升温变慢；在寒冬环境下因为外部温度的影响，破碎机的热量传导快，也会使破碎机升温变慢。因此需要分析每个工作环境下的工作数据，以选取最合适的温度工作。在本发明实施例中，为了获得不同工作环境下的运行数据，可根据气压、风速、温度等参数模拟各种工作环境并进行数据采集。
25.在本发明实施例中弹簧张紧程度检测器选用应变式传感器，弹簧张紧程度检测器与弹簧相连接，可在预设采样时间内根据采样频率获得大量的弹簧张紧程度数据，构成张紧程度序列。
26.在本发明实施例中，采样时间设置为3分钟，即三分钟统计一次数据，采样频率设置为1秒，即在一个采样时间内一共获得180个弹簧张紧程度数据，构成一个张紧程度序列中的一个元素。
27.根据同样的采样时间和采样频率获得偏心轴的主轮的旋转频率序列。即旋转频率序列中每个元素为180个主轮旋转频率数据。
28.因为破碎机在运行过程中温度上升变化不会急剧上升，因此在本发明实施例中对于温度数据的采集过程中，采样时间和采样频率相同，都为3分钟，即3分钟采样一次，获得破碎机的温度序列。
29.需要说明的是，数据序列的元素数量，即序列长度，表示了破碎机运行过程的时间。可根据具体任务设置运行时间，可保持破碎机中无物料空转的过程采集数据，也可保持破碎机中物料材质大小相同，进行不同运行环境的多次数据采集，在此不做限定。
30.因为温度变化的趋势可以反映当前工作环境的特征，因此可根据温度序列拟合温度曲线；以温度曲线中最大斜率的倒数作为工作环境指标，即工作环境指标越大说明温度变化越慢，越可能为破碎机适宜工作环境。
31.需要说明的是，工作环境指标仅用于对当前工作环境的简单评估，目的在于对当前工作环境的简单量化，将文本形式的工作环境类别转换为数据形式的指标，可方便控制器中的数据存储。因为本发明实施例要解决的问题需要考虑工作过程中的破碎效率，工作环境指标仅基于温度变化分析的，因此不用于对工作环境的分类。
32.步骤s2：根据张紧程度序列和旋转频率序列获得破碎效率序列；根据破碎效率序列获得最大破碎效率；统计每个工作环境下能够达到最大破碎效率的温度，获得最佳运行温度序列；根据不同工作环境的最佳运行温度序列之间的差异程度对工作环境进行分组，获得同类工作环境组。
33.破碎机的破碎效率越大说明活动颚板与固定颚板的挤压程度越大，即弹簧张紧程度越大且主轮旋转频率越大，导致材料被破碎的越精细。因此可根据张紧程度序列和选择频率序列获得破碎效率序列，具体包括：以张紧程度序列中最大值与最小值的极差和旋转频率序列的平均值的乘积作为破碎效率指数，获得破碎效率序列，即：，其中，为第个采样时间的破碎效率，为旋转频率序列中第个元素，为平均值计算函数，为张紧程度序列中第个元素中最大的弹簧张紧程度，张紧程度序列中第个元素中最小的弹簧张紧程度。破碎效率序列与张紧程度序列、旋转频率序列和温度序列的长度相等，且一一对应，每个元素的位置代表当前状态的时间。
34.需要说明的是，破碎效率序列中的破碎效率为一个程度值，没有具体物理意义，仅代表破碎效率的程度大小，为了方便数据分析，在本发明实施例中，将破碎效率序列中的破碎效率归一化处理，将值域限制为[0,1]，破碎效率越靠近1则说明破碎效率越大。
[0035]
对于破碎机而言，破碎机在运行过程中会存在一个当前档位的最大破碎效率，将最大破碎效率经过张紧程度和旋转频率量化后可获得相应的最大破碎效率指标。通过破碎效率序列对每个工作环境下的运行数据进行统计，可获得每个工作环境下能够达到最大破碎效率的温度，获得最佳运行温度序列。需要说明的是，最佳运行温度序列默认从大到小排列。即每个工作环境都对应一个最佳运行温度序列，代表了当前工作环境能够维持最大破碎效率的机体温度数据。可根据不同工作环境的最佳运行温度序列之间的差异程度对工作环境进行分组，具体包括：根据差异程度公式获得差异程度；差异程度公式包括：
其中，为差异程度，为皮尔逊系数计算公式，为工作环境的最佳运行温度序列，为工作环境的最佳运行温度序列，为的极差，为的极差，为的标准差，为的标准差。
[0036]
差异程度公式中利用皮尔逊系数表示两个序列的线性相关关系，即变化趋势相似性。两个序列的变化趋势越相似皮尔逊系数越大。进一步结合极差和标准差表示了两个序列中数值的差异，获得参考性强的差异程度。
[0037]
根据差异程度利用密度聚类算法对工作环境进行分组，获得多个聚类簇，每个聚类簇为一个同类工作环境组，获得多个同类工作环境组。一个同类工作环境组中的工作环境对破碎机的效率和温度的影响是相同的，因此可归为一类进行分析，方便控制器的后续控制过程。
[0038]
步骤s3：获得预设参考温度序列；在同类工作环境组中，保持参考温度序列中的参考温度不变，获得每个参考温度下的破碎效率变化序列；获得每个参考温度对应的破碎功率变化序列之间的差异距离；根据每个参考温度与其他参考温度之间差异距离的累加和获得数据置信度；以数据置信度与破碎变化序列中最大破碎效率的乘积作为温度下的最佳破碎效率。
[0039]
预设参考温度序列可根据固定步长将温度进行从大到小排列，在本发明实施例中以10度为起始参考温度，步长为5度，终止温度设置为70度。
[0040]
在同类工作环境组中，可根据调整弹簧和主轮的参数控制破碎机，使得保持参考温度不变，获得每个参考温度下的破碎效率变化序列，即参考温度要求的越低，则越放慢主轮的旋转即弹簧的张紧，参考温度要求的越高越加快主轮的旋转和张紧。破碎效率变化序列为破碎机在固定温度随着时间变化而变化的破碎效率序列。在初始温度范围中破碎效率应与温度成正比且线性的关系，即破碎效率越大，初始温度越大；随着上升到一个平衡温度后，破碎效率不会再升高，且随着运行时间继续推进平衡温度会继续升高达到危险温度，而此时破碎机为了保证机器安全会将破碎效率降低以降低设备受热负担，因此初始温度、平衡温度和危险温度所对应的破碎效率序列存在差异，其中位于平衡温度范围内的温度较多，即平衡温度范围内的破碎效率序列存在相似特征，因此可根据破碎效率的差异距离获得每个参考温度下的数据置信度，具体包括：根据动态时间规整算法获得每个参考温度对应的所述破碎功率变化序列之间的所述差异距离，根据每个参考温度与其他参考温度之间差异距离的累加和获得数据置信度，具体包括：根据数据置信度公式获得数据置信度；数据置信度公式包括：其中，为数据置信度，为归一化后的差异距离的累加和。即差异距离的累加和越大，说明数据之间相似性越小，则数据置信度越小。数据置信度越大，说明当前参考温度
位于平衡温度范围中，相似数据较多。
[0041]
以数据置信度与破碎变化序列中最大破碎效率的乘积作为参考温度下的最佳破碎效率。
[0042]
需要说明的是，因为同类工作环境组中的工作环境对破碎效率和温度的影响相似，因此在分析数据置信度时，可在同类工作环境组中任选一个工作环境进行数据采集。
[0043]
步骤s4：根据每个同类工作环境组中每个参考温度以及对应的最佳破碎效率获得整体最佳破碎效率及其对应的最佳参考温度；根据最佳参考温度和整体最佳破碎效率控制颚式破碎机运行。
[0044]
通过步骤s3的处理后，每个参考温度对对应一个最佳破碎效率，根据每个同类工作环境组中每个参考温度以及对应的最佳破碎效率构建参考温度-破碎效率曲线。参考温度-破碎效率曲线横轴为参考温度，纵轴为最佳破碎效率。获得参考温度-破碎效率曲线的极值点，以极值点预设选取范围内的参考温度和最佳破碎效率作为最佳参考温度和整体最佳破碎效率。
[0045]
在本发明实施例中，预设选取范围为极值点前5度的温度范围作为最佳参考温度。
[0046]
通过获得每个同类工作环境组中的最佳参考温度和整体最佳破碎效率，使得控制器可以针对工作环境控制破碎机的设备，以使得破碎机的效率达到整体最佳效率且机体温度稳定在最佳参考温度中。本发明实施例中，控制器可用于控制偏心轴主轮的旋转频率以实现控制破碎效率。
[0047]
综上所述，本发明实施例获得不同工作环境下的破碎机运行数据，并根据破碎机运行数据获得每个工作环境下的最佳运行温度序列，根据最佳运行温度序列将工作环境分组获得同类工作环境组。在同类工作环境组中保持参考温度不变获得破碎效率变化序列。根据每个破碎效率变化序列之间的差异距离获得每个参考温度的数据置信度。根据数据置信度获得对应参考温度的最佳破碎效率。根据每个参考温度和最佳破碎效率进行选取，获得整体最佳破碎效率及其对应的最佳参考温度。利用控制器控制颚式破碎机使其以整体最佳破碎效率和最佳参考温度下运行。
[0048]
以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。