CN102175424A - 一种跳汰床层动态特性的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种跳汰床层动态特性的检测方法，解决现有的检测手段存在放射性辐射危险、可靠性差和结构复杂等问题。本发明包括四连杆机构、浮标和测量分析系统，所述的四连杆机构包括固定杆、转动杆、移动杆和配重，移动杆与所述的浮标连接，浮标为聚氨酯圆柱体，所述的测量分析系统包括传感器组、采集板、RS-485适配器和计算机，传感器组包括安装于四连杆机构的1个角位移传感器、浮标侧面呈螺旋分布的9个压力传感器和浮标底面中心的1个压力传感器，所述的计算机包括数据采集和分析软件。本发明能实时检测床层的运动参数，通过数据分析获得床层松散度信息，具有简单、安全、可靠和取代人工探杆的优点，可适用于跳汰选矿的床层状态检测。

Description

一种跳汰床层动态特性的检测方法

技术领域

本发明属于选矿自动化技术领域，涉及一种床层状态的检测方法，尤其涉及一种基于机械、传感器技术、计算机技术和数据分析技术的对床层在跳汰生产过程中物料和脉动水流的运动特性进行检测和分析的方法。

背景技术

跳汰是指在垂直方向上物料依给定频率和振幅在脉动的交变介质流中，按密度分选的过程，它是选矿和选煤等矿物加工主要的方法之一。物料经过多次的脉动后，发生了许多变化，床层从无序到有序排列，最终达到主要按密度分层。跳汰过程是一个复杂的过程，分选效果受许多因素的影响。跳汰选矿的优势是不可忽视的，它是一种古老的物料分选方法，迄今有100多年的历史，而且人们一直没有停止对它的研究。虽然随着原煤可选性的恶化，跳汰法的应用受到限制，但它仍然是一种不可或缺的选矿方法。

跳汰理论研究及生产实践表明，跳汰床层的状态尤其是床层松散情况是影响分选效果的主要因素，也是实现跳汰机自动化的关键。保持良好的床层松散状况，就能够使跳汰分选效果得到保证。

床层松散状况用松散度来表示，松散度的测量到目前为止还是个难题。目前的检测方法有电极法、γ射线检测法，浮标间接检测法等，这些方法一般只适用于在实验室跳汰机中作为测量分析的手段。用于跳汰选矿生产中，存在可靠性差、放射性辐射危险、结构复杂和安装维护困难等问题；而且很难反映脉动水流和物料在跳汰过程中的运动状态，这些状态决定床层的分层换位空间和时间，是操作和控制的唯一根据。在实际生产中，由于没有自动检测工具，不得不由操作者用木质探杆去感觉，再以此凭借操作经验调整跳汰周期和风水制度。

发明内容

为了解决现有床层状态检测方面存在的问题，本发明在跳汰分选理论的基础上，结合跳汰操作经验，应用智能传感测量、计算机和数据分析技术发明跳汰床层动态特性的检测方法。本发明的目的是提供一种能用于实际生产中在线实时测量和可靠性高的床层状态动态特性检测系统。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种跳汰床层动态特性的检测方法，其特征是：包括四连杆机构、浮标和测量分析系统，所述的四连杆机构包括固定杆、两根转动杆、移动杆和配重，移动杆通过转动杆与固定杆相连，移动杆还与所述的浮标连接，所述的测量分析系统包括传感器组、采集板、RS-485适配器和计算机，所述的传感器组连接采集板，所述的采集板通过RS-485适配器与计算机连接，所述的计算机还包括数据采集和床层状态特性分析软件。

所述的四连杆机构中的固定杆和转动杆、移动杆和转动杆之间均采用活动连接，配重置于移动杆顶部，固定杆与跳汰机的横梁焊接。在生产过程中，通过增减配重来调节四连杆和浮标在跳汰床层中的“视密度”，从而调节浮标在跳汰过程中的运动特性以及浮标在休止期所处的层位。

所述的浮标为圆柱体，采用聚氨脂材料，它是一种新兴的有机高分子材料，被誉为“第五大塑料”，用其作为浮标，优点是加工简单，耐磨耐用，同时也易于在其表面安装传感器。

所述的传感器组包括1个角位移传感器和10个压力传感器，二者相互配合，由计算机分析得到跳汰床层的动态特性参数。角位移传感器安装于所述四连杆机构的A点，用于检测转动杆的转动角度，通过换算得到浮标的上升高度和浮标的初始位置。压力传感器分布在浮标体的外表面，其中9个压力传感器位于浮标体的侧面，呈螺旋分布，1个压力传感器位于浮标体的底面中心。浮标体的中间为空心柱，其半径与移动杆的半径相等、高度略小于浮标体的高度(底部不打通)。压力传感器的安装点与空心柱相通，用于传感器的布线。

所述的采集板包括信号调理与多路切换模块、A/D转换模块、微处理器、RS-485驱动模块、5V直流电源和接线端子，所述的微处理器为单片机，内部包括模拟量采样模块、数字滤波模块、传感器标定模块和与计算机通信模块等程序代码。

所述的计算机还包括数据采集和床层状态特性分析软件，负责从采集板读取并保存角位移传感器和压力传感器的数据，生成数据文件，并以数值和曲线方式显示跳汰床层各层位的压强变化，建立压强与各层位密度的关系，拟合数学方程，求算水流运动特性和物料运动特性参数。该软件由VB编程实现，具体包括通信配置模块、数据采集模块、数据分析模块、床层状态显示模块、打印模块、传感器标定模块、系统诊断模块和帮助模块。

本发明用于检测跳汰床层的动态特性，本发明涉及机械、智能传感器技术、计算机技术、数据分析技术和跳汰分选理论知识，是机-电一体化、硬件-软件-工艺的有机结合。与现有技术相比，其优点在于：

(1)在线实时检测每个跳汰周期的脉动水流特性参数和物料的运动特性参数；

(2)以数值和图形方式显示床层动态特性曲线；

(3)静态和动态检测床层逐层压强变化，反映了各层位的容积浓度，获得床层在跳汰过程中松散度的信息，定量地为跳汰分层理论研究、实际生产的操作与控制提供依据；

(4)通过信号检测、数据分析和处理获得颗粒(浮标)在跳汰周期各个阶段的运动情况：速度、加速度、上升高度和脉动水流在下降期的吸啜力等指标；

(5)实现跳汰床层的可视化和跳汰分层的自动控制，提升跳汰机的自动化程度；

(6)取代人工用探杆探测床层，从而大大降低跳汰司机的劳动强度；

附图说明

图1为本发明跳汰床层动态特性检测的四连杆-浮标结构示意图；

图2为本发明跳汰床层动态特性检测的测量分析系统原理框图；

图3为本发明跳汰床层动态特性检测的浮标立体示意图；

图4为本发明跳汰床层动态特性检测的浮标俯视图；

图5为本发明跳汰床层动态特性检测的浮标侧面展开图；

图6为本发明跳汰床层动态特性检测的浮标上升高度与转动角度关系图；

图中，1为固定杆，2、3为转动杆，4为移动杆，5为浮标，6为配重，7为传感器组，8为采集板，A、B、C、D为连接点，R_w为角位移传感器，P₁、P₉、P₁₀为压力传感器，a、b、c、d、e、f、g、h、i、j为压力传感器的安装示意点，x为相邻两个压力传感器的水平距离，y为相邻两个压力传感器的垂直距离，L为转动杆的长度，θ₀为转动杆初始角度，m₀为转动杆初始角度对应的垂直高度，θ为转动杆任一角度位置，m为转动杆为θ角度时对应的垂直高度。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的详细说明。

图1为本发明跳汰床层动态特性检测的四连杆-浮标结构示意图。一种跳汰床层动态特性的检测方法，其特征是：包括四连杆机构、浮标(5)和测量分析系统，所述的四连杆机构包括固定杆(1)、转动杆(2、3)、移动杆(4)和配重(6)，移动杆(4)与所述的浮标(5)连接，所述的测量分析系统包括传感器组(7)、采集板(8)、RS-485适配器和计算机，所述的传感器组(7)连接采集板(8)，所述的采集板(8)通过RS-485适配器与计算机连接，所述的计算机还包括数据采集和床层状态特性分析软件。

所述的四连杆机构中的固定杆和转动杆、移动杆和转动杆之间均采用活动连接，配重置于移动杆顶部，固定杆与跳汰机的横梁焊接。在生产过程中，通过增减配重来调节四连杆和浮标在跳汰床层中的“视密度”，从而调节浮标在跳汰过程中的运动特性以及浮标在休止期所处的层位。

所述的浮标(5)为圆柱体，采用聚氨脂材料，它是一种新兴的有机高分子材料，被誉为“第五大塑料”，用其作为浮标，优点是加工简单，耐磨耐用，同时也易于在其表面安装传感器。

图2为本发明跳汰床层动态特性检测的测量分析系统原理框图。所述的测量分析系统包括传感器组(7)、采集板(8)、RS-485适配器和计算机。

所述的传感器组(7)包括1个角位移传感器(R_w)，安装于所述的四连杆机构中的固定杆和转动杆的连接点(A)，和10个压力传感器(P₁～P₁₀)。

所述的采集板(8)包括信号调理与多路切换模块、A/D转换模块、微处理器、RS-485驱动模块、5V直流电源和接线端子，所述的微处理器为单片机，内部包括模拟量采样模块、数字滤波模块、传感器标定模块和与计算机通信模块等程序代码。所述的采集板(8)为长条形电路板，安装于所述的浮标(5)的中间空心柱中。

所述的计算机包括数据采集和床层状态特性分析软件，负责从采集板(8)读取并保存角位移传感器和压力传感器的数据，生成数据文件，并以数值和曲线方式显示跳汰床层各层位的压强变化，建立压强与各层位密度的关系，拟合数学方程，求算水流运动特性和物料运动特性参数。该软件由VB编程实现，具体包括通信配置模块、数据采集模块、数据分析模块、床层状态显示模块、打印模块、传感器标定模块、系统诊断模块和帮助模块。

图3为本发明跳汰床层动态特性检测的浮标立体示意图。所述的浮标(5)为圆柱体，浮标体的中间为空心柱，其半径与移动杆(4)的半径相等、高度略小于浮标体的高度(底部不打通)。压力传感器(P₁～P₉)安装于浮标体的侧面，安装点对应为(a、b、c、d、e、f、g、h、i)。压力传感器(P₁₀)安装于浮标体的底面，安装点为底面的中心(j)。这些安装点(a～j)与空心柱相通，用于传感器的布线。所述的浮标(5)的空心柱中还包括一长条形采集板(8)。

图4为本发明跳汰床层动态特性检测的浮标俯视图。所述的9个压力传感器(P₁～P₉)位于相邻为90°的四条垂直线上，安装点为(i、e、a)、(f、b)、(g、c)、(h、d)，1个压力传感器(P₁₀)在安装点(j)，位于浮标体底面的中心。

图5为本发明跳汰床层动态特性检测的浮标侧面展开图。所述的压力传感器(P₁～P₉)的安装点位于所述浮标(5)外表面展开图的对角线上，并且均匀分布。设浮标(5)的半径为R，高度为H，则相邻两个压力传感器的水平距离x和垂直距离y分别为：

$x=\frac{2\mathrm{\πR}}{8}=\frac{\mathrm{\πR}}{4}$ $y=\frac{H}{8}$

图6为本发明跳汰床层动态特性检测的浮标上升高度与转动角度关系图。所述转动杆(2)或(3)的转动角度与电压信号呈线性关系，但是所述转动杆(2)或(3)的转动角度θ与浮标垂直运动高度Δm的关系为：

Δm＝m₀-m＝L(cosθ₀-cosθ)

本文中所描述的具体实施例只是对本发明精神作举例说明，显然本发明不限于以上实施例，所属技术人员对所描述的具体实施例所做的各种形式的修改、补充或替代，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种跳汰床层动态特性的检测方法，其特征是：包括四连杆机构、浮标和测量分析系统，所述的四连杆机构包括固定杆、转动杆、移动杆和配重，移动杆与所述的浮标连接，所述的测量分析系统包括传感器组、采集板、RS-485适配器和计算机，所述的传感器组连接采集板，所述的采集板通过RS-485适配器与计算机连接。

2.根据权利要求1所述的一种跳汰床层动态特性的检测方法，其特征在于：所述的浮标为聚氨脂圆柱体，浮标的中间为空心柱，空心柱的半径与移动杆的半径相等、高度略小于浮标的高度。

3.根据权利要求1所述的一种跳汰床层动态特性的检测方法，其特征在于：所述的传感器组包括安装于所述的四连杆机构中固定杆和转动杆连接处的1个角位移传感器、所述的浮标侧面呈螺旋分布的9个压力传感器和所述的浮标底面中心的1个压力传感器。

4.根据权利要求1所述的一种跳汰床层动态特性的检测方法，其特征在于：所述的采集板包括信号调理与多路切换模块、A/D转换模块、微处理器、RS-485驱动模块、5V直流电源和接线端子。

5.根据权利要求4所述的一种跳汰床层动态特性的检测方法，其特征在于：所述的微处理器为单片机，内部包括模拟量采样模块、数字滤波模块、传感器诊断模块和与计算机通信模块。

6.根据权利要求1所述的一种跳汰床层动态特性的检测方法，其特征在于：所述的采集板为长条形电路板，安装于所述的浮标的空心柱里。

7.根据权利要求1所述的一种跳汰床层动态特性的检测方法，其特征在于：所述的计算机包括数据采集和床层状态特性分析软件，更进一步的，包括通信配置模块、数据采集模块、数据分析模块、床层状态显示模块、打印模块、传感器标定模块、系统诊断模块和帮助模块。

8.根据权利要求1所述的一种跳汰床层动态特性的检测方法，其特征在于：所述的RS-485适配器为RS-485/RS-232或RS-485/USB接口转换模块。

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