CN103379962A - 球磨机的驱动系统和运行球磨机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于由具有绕线转子的电机（12）驱动的球磨机（2）的驱动系统（10），其中电机（12）配有将其转矩（M）与其他特征参数（D）相关联的特性曲线族（36），特性曲线族（36）具有至少两个不同的特性曲线（40a-e,42），并且驱动系统具有使驱动系统（10）在特征参数（D）为恒定值时在两个特性曲线（40a-e,42）之间跳跃式转换的开关元件（20）。在一种运行带有驱动系统（10）的球磨机（2）的方法中：在激活第一特性曲线（40a-e）时球磨机（2）的滚筒（6）从停止状态（R）开始运动；在球磨机（2）的滚筒（6）中结块（34）的情况下，球磨机运行到结块（34）处于倾斜位置（S1-2）中为止；通过操作开关元件（20）转换到第二特性曲线（42）。

Description

球磨机的驱动系统和运行球磨机的方法

技术领域

本发明涉及了球磨机的驱动系统和运行球磨机的方法。

背景技术

球磨机是一种用于粗粉碎、精粉碎以及最精细粉碎或均匀化碾磨材料的装置。该装置包括通常由可转入旋转状态的滚筒的内腔构成的碾磨室，在碾磨室中通过碾磨体粉碎碾磨材料。球磨机既被使用在湿式碾磨又被使用在干式碾磨中。概念球磨机尤其涉及翻转式碾磨机、滚筒式碾磨机和管式碾磨机。在球磨机中不仅使用了球形的碾磨体，还使用了以其他形式的，如圆柱形的碾磨体等作为碾磨体。

球磨机例如在采矿企业中被用来碾磨矿石。在其他制造业中为此可以将陶瓷材料或材料混合物作为待碾磨的材料进行细磨。例如，在陶瓷业中使用球磨机来制造铸造刮刀（Gieβschlickern）。

对于这种碾磨机而言存在多种不同的驱动方案。公知的是使用环形电机形式的无齿轮的直接驱动装置。更简单和费用低廉的是借助绕线转子电机来运行球磨机。

在球磨机的停止状态下，松散的待碾磨的物料可能会固化在碾磨机中。例如，当出于保养目的将碾磨机停止多小时或天时会出现以上情况。碾磨物料由此会凝固和粘附在滚筒的内壁上。这种情况被称为“结块（Anbackung）”或“冻结料（frozen charge）”。如果球磨机的滚筒在出现这种结块时重新转入旋转状态，那么几乎全部待碾磨的材料，包括附带的碾磨体，作为整体在固定体状态中粘附在碾磨壁上，并且以这种状态从近似水平的位置中旋转出来。当碾磨机的滚筒然后达到临界的旋转角，也就是说当结块到达临界的倾斜位置时，通常大部分结块会突然瓦解。由于掉落下来的结块的质量很大，可能对球磨机造成严重的损伤或甚至损毁球磨机。

对于较小的、通常利用绕线转子电机进行驱动的碾磨机而言，例如，以Fa.SDG技术的“Mill Safety Start System（碾磨机安全起动系统）”形式来自动识别结块是众所周知的。但该公知的系统无法使结块瓦解。为了使这种结块瓦解，向结块输送水并且-还有在使用机械装置的条件下-使结块瓦解是众所周知的。

在公知的“Mill Safety Start System”中，也仅仅是检测或识别出“冻结料”-状态，即，存在结块。关断碾磨机同样是自动实现的。然而，必须进一步手动地通过，例如灌水或机械溶解来瓦解结块。然后同样重新手动地重启碾磨机。

为了通过有针对性地控制碾磨机的电机来使结块松散，由DE102004015057A1公知了一种尤其是用于较大的带有环形电机的碾磨机的方法。所公知的方法在带有环形电机的碾磨机中容易实施，其原因在于：在此仅仅对电机调节装置进行了编程。与绕线转子电机相比存在相应的调节装置。这种方法例如由西门子公司的“Frozen Charge Shaker（冻结料摇床）”产品所公知。在此，基本上仅仅涉及了环形电机调节装置的调节装置编程，其原因在于：系统中已经具有了相应的调节装置。对于环形电机而言公知的系统不能够应用在绕线转子电机中的原因在于：它只能控制绕线转子电机形式的驱动装置，而无法对其进行调节。由此，正如公知的方法中所应用的那样，利用标准驱动装置，也就是说利用绕线转子电机是无法使结块在碾磨机中来回运动或摇动的。

发明内容

本发明的目的在于改进由绕线转子电机驱动的球磨机的驱动系统，并且提供一种用于运行这种球磨机的改进方法。

在驱动系统方面，该目的通过根据权利要求1的、由绕线转子电机驱动的球磨机用的驱动系统实现。此时，特性曲线群对应于电机或由电机和碾磨机构成的整个系统。特性曲线族通过特性曲线使得电机的转矩与其他特征参数相关联。根据本发明，特性曲线族具有至少两个不同的特性曲线。另外，驱动系统具有在特征参数值恒定时在两个特性曲线之间跳跃式转换驱动系统的开关元件。

特性曲线描述的是转矩与其他特征参数、例如电机的转数之间的相应关系。如果现在该特征参数值恒定、也就是说例如在转数恒定的条件下，从一个特性曲线跳跃地转换成到另一个特性曲线上，由此在转换过程中在球磨机的电机或滚筒上也出现了转矩跳跃。其原因在于：特性曲线-至少在转换点上-并不是全等的，并且由此在特征参数值相等的条件下特性曲线在转矩方面有所区别。基于该特性曲线跳跃，在由碾磨机、电机和功率供应装置构成的系统中，球磨机的滚筒上出现了转矩冲击。在球磨机的滚筒的适合的负载或转动位置条件下或由此在结块的适合的转动或倾斜位置条件下实现转换。因此，正如公知的、用于具有环形电机的碾磨机的方法那样，由球磨机的滚筒摇散结块。通过转矩冲击还实现了碾磨机的滚筒的摇动，由此瓦解了结块，其中，通过在绕线转子电机的两个特性曲线之间进行突然的跳跃来实现该摇动并且由此搅动起碾磨机的装载料。

根据本发明，这通过电机的特性曲线族中的两个特性曲线的简单转换来实现。球磨机由此无需配备成本高昂的控制装置或调节装置，而仅仅需要将根据本发明的、影响特性曲线的开关元件-通常与并联电阻相连接-集成到碾磨机的驱动系统中。另外，为了在转换特性曲线时引起前述转矩跳跃，仅仅需要实施特性曲线族中的相应的两个特性曲线，其相应的转矩在特征参数恒定的条件下尽可能地明显不同。不再需要为了瓦解结块而在球磨机中进行耗费时间的注水以及机械地干预结块。由此大概能够在80%的情况下瓦解结块。

正如已经述及的那样，在驱动系统的一个优选的实施方式中，另一个特征参数是电机的转数。将球磨机的绕线转子电机的转数和转矩彼此相互关联的特性曲线族是尤其普遍的。

通常，驱动系统具有用于电机的馈电线，该馈电线为电机供应驱动电流。在一个优选的实施方式中，随后在馈电线中-通常也就是在电机和转子起动电阻之间-接入确定电机的特性曲线的电阻。开关元件是跳跃式改变电阻或其欧姆电阻值的开关元件。可以尤其简单地实施该跳跃式改变电阻或电阻值的开关元件，例如，将其以电源保护器和可转换的固定电阻的形式设计。通过改变馈电线中的电阻值可以尤其简单地改变电机的特性曲线族中的特性曲线。

通常无论如何都要将一个起动电阻接入到通向电机或转子的馈电线中作为电阻。该起动电阻通常是可变化的，并且例如以带有短路保护器的液体起动器的形式设计该起动电阻。该起动电阻用于以不同的电阻值或特性曲线启动碾磨机。用于跨接起动电阻的短路保护器被用于在球磨机正常运行时、也就是说在开始运行或启动之后使起动电阻短路，并且由此不再继续加载。换言之，电机随后绕过起动电阻直接与功率供应装置相连接。虽然这种起动电阻是变化的，但并不是跳跃式变化的，由此不能够单独地通过使用起动电阻或通过起动电阻的变化来实现根据本发明的驱动系统或方法。虽然由此也能够实现转矩的变化，但却不能实现跳跃式的转矩转换或转矩冲击。

在前述实施方式的一个优选的变型中，开关元件与前述电阻串联。在此，开关元件与附加电阻并联连接，由此在可能时根据短路开关方式跨接该附加电阻。在此，尤其简单的是将与起动电阻串联的用于电机的馈电线断开，并且在此装配开关元件和附加电阻。由此，开关元件被尤其简单地设计成跨接并联的附加电阻的短路开关。在该短路开关闭合时，由此在球磨机中只有通常的起动电阻是有效的。通过断开短路开关来突然地将附加电阻接入到馈电线中，从而跳跃式地改变了馈电线中的总电阻，并且由此还相对于起动特性曲线或起动特性曲线群跳跃式地改变了特性曲线族中的特性曲线，或再次选出与其明显偏移的特诊曲线。换言之，在转子和液体起动器之间的附加电阻实现了到另一个、例如“更长的”特性曲线的突然跳跃，并且由此实现了转矩卸载。

在另一个优选的实施方式中，驱动系统包括控制评估单元，其这样被设计，即该控制评估单元能够识别出球磨机中的结块，并且根据结块识别控制开关元件。换言之，由此可以通过控制评估单元自动地识别结块的出现，以及自动地操作开关元件并且由此通过摇动球磨机的滚筒来实现自动地瓦解结块。

在这个实施方式的一个优选的变型中，控制评估单元根据测定球磨机滚筒的旋转角和供应给电机的驱动电流来识别结块。由于在旋转角已知时，在结块的情况下，驱动电流明显偏离于正常运行的球磨机的驱动电流，所以能够尤其简单地实施这种结块探测。

换言之，要在公知的球磨机中引入两个部件，即，位于馈电线中的可短接的附加电阻，以及相应的集成控制装置，其能够由角度和电路测定情况探测出结块并且能够促使结块瓦解。

在方法方面，通过根据权利要求7的、用于运行配备有前述驱动系统的球磨机的方法来实现本发明的目的。根据本发明，在使用或激活第一特性曲线时，球磨机的滚筒从其停止状态开始运动。这个特性曲线通常是驱动系统或球磨机的标准工作特性曲线或是起动特性曲线的群。在球磨机启动过程中要检测其中是否存在结块。在这种情况下，球磨机的滚筒从停止位置开始运行或转动，直至由其停止状态、即结块的水平走向出发的结块位于例如45°的倾斜位置中为止。在这种倾斜位置中，通常，除非不存在结块，待碾磨的材料连同碾磨体已经运动到球磨机的内部，也就是说沿着重力方向向下滚动。在这种倾斜位置中，随后操作开关元件以将电机转换到第二特性曲线。由此跳跃式地改变了球磨机的滚筒上的转矩，从而使得滚筒以及还有结块经历转矩冲击，由此通常使得结块瓦解。

在该方法的一个优选的实施方式中，在结块的相应倾斜位置中，通过操作开关元件而多次跳跃式地在特性曲线之间进行转换。由此不是只实现一次性的转矩冲击，而是在结块的相同的或不同的倾斜位置中在球磨机的滚筒上实现摇动运行。换言之，也就是这样运行开关元件，即，通过断开和闭合例如前述短路开关，激活摇动球磨机滚筒的运行模式。

在该方法的另一个优选的实施方式中，借助控制评估单元来监测结块，并且在确定结块时自动地通过操作开关元件来在特性曲线之间进行转换。换言之，在此例如，如上所述的那样，在球磨机启动时全自动地识别结块的存在，以及通过球磨机的滚筒的摇动运行来全自动地瓦解结块。

尤其优选的是使用根据本发明的驱动系统来碾磨矿石。另外，该驱动系统适用于例如，用来制造铸造刮刀的物料碾磨机。

附图说明

参阅附图的实施例来进一步描述本发明。在相应的示意性的原理图中示出：

图1  在启动过程中具有结块的根据本发明的球磨机，

图2  图1中的球磨机的驱动系统，

图3  在球磨机没有结块时，转矩和转数之间的启动曲线，

图4  图1中的球磨机的特性曲线族，

图5  第一转矩冲击之后的图1的球磨机。

具体实施方式

图1示出了球磨机2，该球磨机主要具有壳体4和可旋转地设置在其中的滚筒6。在滚筒6的内部存在待碾磨的物料，在此是矿石8的形式。通常在碾磨物料中附带有碾磨体，但在此没有单独示出该碾磨体。由此，在应用矿石的概念时，理论上包括了存在的碾磨体。球磨机2具有驱动系统10，该驱动系统包括驱动滚筒6的电机12。该电机通过馈电线14与功率供应装置16（见图2）相连接。电机12的驱动电流I通过馈电线流动。驱动系统10另外包括接入到馈电线14中的、起动电阻形式的电阻18以及与该电阻串联的、接入到馈电线14中的开关元件20。

图2补充性地示出了图1的驱动系统10的细节，该驱动系统带有电机12以及接入到馈电线14中的电阻18，该电阻设计为可变的电阻，也就是说液体起动器。电阻18额外地具有短路保护器K3，其用于将电阻18朝向转子电路跨接，也就是说，使其并不连接在馈电线14中。为了接通或断开整个球磨机2，电机12另外配备有主开关22。至今在图2中阐述的结构是常规的、已知的球磨机2。

现在根据本发明，将附加电阻24在驱动系统10中扩展地作为开关元件20接入到馈电线14中，该附加电阻与另一个短路保护器K4并联，以便跨接和由此去激活附加电阻24。换言之，通过开关元件20实现了球磨机2的滚筒6的根据本发明的摇动或晃动功能。其原因在于：馈电线14中的总电阻值的变化改变了电机12的转矩-转数-特性曲线。在此这样确定附加电阻24的大小，即，在转数给定的条件下，该附加电阻的大小使得转矩的两个特性曲线-至少在工作点处-明显不同。在两个特性曲线之间可以通过断开或接通短路保护器K4出现跳跃。

图3示出了在无干扰地、也就是说在球磨机2的滚筒中不存在结块的条件下运行球磨机2时的所谓启动曲线26。如坐标中所绘制的那样，参照与球磨机2正常工作时的额定转矩M₀按照百分比来计算滚筒6或电机12上出现的转矩M。转矩在额定转数D₀的条件下产生。根据横坐标中所绘制的那样，转数D参照100%的电机12的额定转数D₀。启动曲线26的区域B3由此示出了在大约为额定转数D₀和额定转矩M₀的条件下的球磨机2的正常运行。于此相反，区域B1示出了在大约40%的M₀时，球磨机2从停止状态开始启动时，电机12的起动转矩。区域B2另外示出了转矩峰值，根据所示出的线条，与球磨机2的起动时间无关，转矩峰值可能大概出现在额定转数D的20%和80%的范围之间。

在此，图1示出了球磨机的起动过程，其中，在第一时间点t0滚筒静止，矿石8由此位于水平的位置或静止位置R中，例如，在较长的碾磨机停止状态之后。在时间点t0，通过闭合主开关22来激活驱动系统10。短路保护器K3被接通，由此使得电阻18失效。短路护器K4被断开，由此使得附加电阻24发挥作用。滚筒6此时开始沿着箭头28的方向转动，矿石8由此从其水平停止位置R在时间点t1到达第一倾斜位置S1。通过例如，参照水平线的角α来确定滚筒6的旋转角。矿石8在此情况下基于内部的静摩擦还没有相对于滚筒6运动。

图1另外示出处在更晚一些的时间点t2具有矿石8的另一个更陡峭的倾斜位置S2的另一个球磨机2。仅仅基于矿石8在滚筒6中的结块34而出现该倾斜位置S2。也就是说，在时间点t2，矿石8同样仍旧没有相对于滚筒6运动。没有相应的结块，通过虚线30示出，矿石8在时间点t2将继续仅仅处在倾斜位置S1中，其中在这种情况下矿石8在此期间可能在箭头32方向上不断滚动，并且矿石8此时持续地重组且由此会被碾磨。

图4示出了电机12的特性曲线族36，其中，转矩或力矩M被绘制在横坐标上，而电机12的转数D则绘制在纵坐标上。可以看出所谓的0k-特性曲线38，当两个短路保护器K3，K4接通时适用该特性曲线。其还示出了在馈电线14中不存在附加电阻时的纯电机特性曲线。另外可以看出设计为特性曲线群的特性曲线40a-e，这些特性曲线适用于短路保护器K3断开并且短路保护器K4接通的情况。不同的特性曲线40a-e用于可变化的起动电阻18的不同电阻值。它们用于球磨机2的启动。特性曲线40a是0.7k-特性曲线，特性曲线40e是0.9-特性曲线。

另外可以看出3k-特性曲线42，其适用于两个短路保护器K3，K4均断开，也就是无论是起动电阻18还是附加电阻24均在馈电线14中发挥作用的情况。

图4中另外示出了球磨机2在特性曲线族36中的相应工作点的各种运行状态A至G。

球磨机2在运行状态A中开始运行，其中，短路保护器K4被接通并且短路开关K3被断开。起动电阻18与其电阻值相关地这样设定调整，即激活特性曲线40e。在此情况下，在现在朝向运行状态B的随后过渡中-如正常的启动过程那样-电阻18发生变化，从而经历特性曲线40d至40a，由此球磨机2最终到达运行状态B，其中在时间点t2将出现前述结块34。

出于这个原因，在此情况下要应用根据本发明的方法，并且断开短路保护器K4。实际上，在没有时间延迟时、也就是说在时间点t2，球磨机2由于此时跳跃式地转换到3k-特性曲线42中而由此到达运行状态C。由此，在电机12的瞬间的转数D1时，进行从转矩M1到较弱的转矩M2的转矩跳跃。由此滚筒6也经历了转矩卸载。基于该明显较弱的转矩M2，滚筒6结束了其沿着箭头28的方向的转动，进入到停止状态中并且反向于箭头28的方向往回旋转，直至根据图5在时间点t3返回到处在此处所示出的旋转位置中为止。图5由此在时间点t3示出了运行状态D。在此情况下，根据本发明要重新接通短路保护器K4，从而瞬间跳跃回到特性曲线40a-根据图4朝向运行状态E。转矩瞬间从值M3跳跃到值M4，由此球磨机2的转筒6以及尤其是滚筒6中的矿石8经历了转矩冲击，从而使得矿石变得松散。球磨机2的滚筒6此时基于急剧增大的转矩而结束了其反向于箭头28的方向的旋转，进入到停止状态中且再次沿着箭头28的方向继续旋转，直至它在时间点Tt重新到达运行状态B为止。如图5中所示看，结块34仍没有瓦解，由此要再次经历运行状态B，C，D，E。在相应的之后的时间点，球磨机2随后再次从运行状态E到达根据图5的运行状态B。在图5中在此虚线地示出：在此期间矿石8完全被滚筒6瓦解，也就是说，结块34消失了。其中执行以虚线示出的滚动运行，在矿石的倾斜位置S1中通过箭头32表明。在此情况下球磨机2的启动状态已结束，由此要通过接通短路开关器K3来最终关闭电阻18。球磨机2此时到达运行状态G，也就是说，正常运行状态中。

在本发明的一个变型中，根据图1驱动系统10还具有控制评估单元44，其测定出转角α和电机12的驱动电流I，从中探测出结块34并且如上所述相应地运行短路保护器K3和K4，从而自动地执行前述方法。

碾磨机当然也可以装载其他的、易于在滚筒的内部上产生结块的碾磨物料来代替矿石。另外，原则上每种由具有绕线转子的电机驱动且具有其中构成结块的滚筒的碾磨机均可以结合根据本发明的驱动系统进行使用。

Claims (9)

1.一种用于由具有绕线转子的电机（12）驱动的球磨机（2）的驱动系统（10），其中，所述电机（12）配有将所述电机的转矩（M）与其他的特征参数（D）相关联的特性曲线族（36），其中所述特性曲线族（36）具有至少两个不同的特性曲线（40a-e,42），所述驱动系统具有使得所述驱动系统（10）在所述特征参数（D）为恒定值时在两个所述特性曲线（40a-e,42）之间跳跃式转换的开关元件（20）。

2.根据权利要求1所述的驱动系统（10），其中，其他的所述特征参数（D）是所述电机（12）的转数。

3.根据前述权利要求中任一项所述的驱动系统（10），所述驱动系统具有通向所述电机（12）的、为所述电机供应驱动电流的馈电线（14），并且将确定所述特性曲线（40a-e，42）的电阻（18，24）接入到所述馈电线（14）中，其中，所述开关元件（20）是跳跃式改变所述电阻（18，24）的值的开关元件（20）。

4.根据权利要求3所述的驱动系统（10），其中，所述电阻（18，24）包括接入到所述馈电线（14）中的、与附加电阻（24）串联的起动电阻（18），作为跨接所述附加电阻的短路开关（K4）的开关元件（20）与所述附加电阻并联。

5.根据前述权利要求中任一项所述的驱动系统（10），所述驱动系统具有识别所述球磨机（2）的滚筒（6）中的结块（34）、并取决于对所述结块（34）的所述识别来控制开关元件（20）的控制评估单元（44）。

6.根据权利要求5所述的驱动系统，所述驱动系统具有根据测定所述球磨机（2）的所述滚筒（6）的旋转角（α）和供应给所述电机（12）的驱动电流（I）来识别所述结块（34）的控制评估单元（44）。

7.一种用于运行带有根据权利要求1至6中任一项所述的驱动系统（10）的球磨机（2）的方法，其中：

-在激活第一特性曲线（40a-e）时，所述球磨机（2）的滚筒（6）从静止状态（R）开始运动，

-在所述球磨机（2）的所述滚筒（6）中出现结块（34）时，所述球磨机运行直至所述结块（34）处于倾斜位置（S1-2）中为止，

-通过操作所述开关元件（20）转换到所述第二特性曲线（42）。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述结块的相应的倾斜位置（S1-2）中，通过操作所述开关元件（20）在所述特性曲线（40a-e，42）之间进行多次转换。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，借助控制评估单元（44）来监测所述结块（34），并且在发现所述结块（34）的情况下自动地通过操作开关元件（20）在特性曲线（40a-e，42）之间进行转换。

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