CN103492079B - 用于调节辊压机的辊缝压力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于调节辊压机（1）的辊缝压力的方法和一种与此对应的辊压机。根据本发明，辊缝压力根据至少一种在辊压机（1）上测到的振动运动来调节。其优点在于：辊压机（1）可始终以其最大效率运行，并且辊压机（1）不会进入过载范围。

Description

用于调节辊压机的辊缝压力的方法

技术领域

本发明涉及一种用于调节辊压机的辊缝压力的方法和一种与此对应的辊压机。

背景技术

为了粉碎或压实颗粒材料而常常使用辊压机，辊压机包括两个反向运行的、通常大小相等的可转动地支承的轧辊，所述轧辊以相同的圆周速度旋转并且在其间形成一个狭窄的辊缝。待粉碎或待压实的材料通过该辊缝，在此颗粒材料在存在于辊缝中的高压下被粉碎或压实。这种处理(即粉碎或压实)的结果在很大程度上取决于待粉碎颗粒材料的材料特性。在此所描述的在辊缝中的粉碎最初由等人在德国专利申请文献DE2708053A1中作为高压粉碎被说明并且从此被认为是除了基于剪切的碾磨以及破碎外的一种粉碎方式。

除辊缝压力外，在高压粉碎中最佳的、节能且低磨损的粉碎还取决于所使用的辊压机中的多个要维持的参数。例如重要的是，所使用的辊压机的轧辊不相互打滑地旋转，由此轧辊不通过碾磨材料的剪切运动来碾磨，而只是挤压。另外已发现，每单位时间对所使用的辊压机辊缝的正确的新鲜材料供应量对于所使用的辊压机的最佳功能也有重要影响。如果每单位时间对辊缝供应过少的新鲜材料，则尤其是在使用具有硬质加固体的轧辊时辊压机作为破碎机工作，在此待粉碎的颗粒材料作为新鲜材料因点负荷而被破碎。这种粉碎方式的能效比高压粉碎低并且这种粉碎方式不会带来所希望的精细产品。相反，如果每单位时间对辊缝供应过多的颗粒材料作为新鲜材料，则由新鲜材料和循环的材料构成的碾磨材料在辊缝中被过强地压实，存留的空气不能再排出并且所使用的辊压机的辊缝往往正好被堵塞。可退让地支承的轧辊在此情况下避让，过量存在的新鲜材料未经粉碎地通过辊缝并且辊压机在此之后再次在之前的状态中工作直至其必须重复避让，以便允许过多存在的新鲜材料通过辊缝。辊压机因此进入除其它振动运动外的第一种振动运动中并且辊压机开始机械振动。

除了这种机械振动外(该机械振动通过轧辊在其可退让的支承中以相对于移动质量较高的频率往复移动而产生)，在辊压机内还存在呈轧辊振动运动形式的另一种振动运动，该另一种振动运动通过过满辊缝对旋转的轧辊反复的制动作用而产生。基于过满辊缝的有节奏的制动以及驱动装置的重新加速，轧辊进入一种旋转振动，即在该旋转振动中轧辊的力矩和角速度均匀变化。在轧辊被驱动时，当辊压机仅具有一个被驱动的轧辊并且其具有一个同步轧辊时情况尤其如此。

当仅在一部分辊缝中出现过多新鲜材料的过载时，可产生振动运动的特殊方式。轧辊可显示出复合振动，其包括轧辊沿垂直于辊缝延伸方向的水平方向的往复运动以及旋转运动。在此轧辊也可发生少许的振动的位置变化，在其中相应轧辊围绕垂直轴线旋转极小的角度值。在该运动中，轧辊并非均匀地随着支承其的两个轴承座移动，而是两个轴承座分别相对于轧辊的一个端部交替改变其位置。

即使在过于大块的新鲜材料通过时或在不能通过辊缝中的高压处理粉碎的部件(如金属件、即不希望地处于新鲜材料中的锤头、大的钢制铆钉或钢制螺栓、挖土机齿或其它不希望的在分解原材料时意外进入新鲜材料中的金属件)通过时也产生冲击形式的持续时间极短并且频率和振幅较高的机械振动运动。

此外，在辊压机的启动过程中，当碾磨材料尚未以平衡方式处于循环中时或者循环材料具有尚未处于平衡中的组成时，在辊压机内也产生机械振动运动。最后在使用潮湿的且呈细粒状的新鲜材料时也产生机械振动运动。

如果上述机械振动运动的频率偶然达到辊压机的固有振动频率，则这种振动运动向辊压机的整个系统传递更多的能量，由此可在辊压机的轴承、轧辊表面和其它构件上作为整体造成严重的损坏，这尤其因为轧辊自重可超过70顿并且这种数量级的振动质量使即使是很稳定的机器框架也面临极大的挑战。

当然，辊压机的整个系统由于其结构而被机械减振。减振一方面通过液压系统实现，其方式是，液压油以高速往返通过与液压支柱或液压气缸的直径相比较细的管路并且由此极强地减振。另外，轴承座在浮动轧辊滑轨上的移动也以摩擦形式吸收高的机械能，由此阻尼振动运动。

但如果辊压机进入不希望的振动模式，则显示辊压机不再高能效地工作并且还承受强烈的机械负荷。

为了避免或甚至防止辊压机内形成因辊缝被新鲜材料过载而产生的机械振动运动，可调节每单位时间新鲜材料的供应量，其方式例如是：在检测到辊压机内不希望的振动运动时减少每单位时间通过给料装置对辊缝供应的新鲜材料。但这样做的缺点在于：需忍受从受控的给料装置直至检测到的振动运动的调节对象的相对长的复回时间。在改变对辊缝的新鲜材料供应并且最终振动运动由此减小之前已经经过一定的时间。至此可能已经在辊压机上出现严重的损坏，或者当更加频繁地需要这种调节干预时损坏可积累。

为了监控粉碎装置的功能由现有技术已知下述措施：

在文献US2010/0102152A1中描述了圆锥破碎机，其装有接近传感器(如超声波或激光传感器)。通过测量出射狭缝的宽度，可通过升高或降低锥体使辊缝宽度适配工艺条件，从而避免了可破坏锥体的不均匀的旋转。

在US2004/0255679A1中描述了一种用于粉碎矿物的滚筒磨机，其在滚筒中具有声学传感器，借助该声学传感器可检测例如岩石块对滚筒造成的过强负荷。

DE10132067A1公开了一种用于声学监测轧机机架中危险的运行状态、如打滑的方法。为此借助麦克风检测轧机机架中出现的噪声或声级并且分析频谱。

但没有一个文献公开了如何避免或最小化这些不希望的运行状态。

发明内容

因此希望辊压机可以这样受控地运行，使得不出现机械振动运动。因而本发明的任务在于，使这种辊压机这样运行，使得不出现机械振动运动。

本发明任务通过一种用于调节辊压机的方法得以解决，其中，根据至少一种在辊压机上测到的振动运动进行调节，其中，通过辅助值间接测量至少一种振动运动，并且通过轧辊驱动装置的电流消耗的时间曲线进行所述调节。

根据本发明规定，根据在辊压机内检测到的振动运动调节辊缝压力。

在该方法的一种优选实施方式中，辊压机内的调节对象包括表示检测振动运动的信号作为调节输入值，在此在简单的实施方式中检测振动运动可以指确定频率的振动运动的普通检测、频率范围或小于确定频率具有最小振幅的振动运动，并且在该方法的一种优选实施方式中也可检测所选的辊压机振动模式。振动模式是整个辊压机内的振动运动的一种运动模型，其独立于同一辊压机内同时的另一种振动模式，在最简单的情况下这是指辊压机的沿纵向的振动运动和沿横向的振动运动。由于辊压机可具有多种振动模式，其数量和形式在很大程度上取决于辊压机的结构和几何形状，因此——根据辊压机的结构——有利的是，在调节时格外注重特征振动模式。为了检测各种振动模式，规定：不止一个检测器检测振动运动，而是多于一个检测器设置在所选的辊压机位置上，并且检测呈模型形式的典型的振动运动。只有典型的振动运动的模型才被调节装置作为调节输入值传输到调节回路中。当检测到的振动运动的强度超过最小值时，才减小辊缝压力。辊压机内的调节可构造为开关式调节，但也可构造为连续调节，其随着振动强度的增加而成比例地或者至少连续地减小辊缝压力。

调节对象中的测量值是测到的振动运动的频率、测到的振动运动的振幅或这两个测量值一起，其中例如被测信号通过分频器过滤出希望的频率，并且过滤出的数据值被转换为调节对象强度值的形式。振动运动因此通过分频器的信号来测量。

在此振动运动可直接测量也可间接测量。直接测量例如可通过跟踪辊压机所选位置上的应变片的信号来进行。在极重的轧辊的有节奏的往复运动中，机架支架在其长度的弹性范围内同步式或推挽式地一同运动。机架中支架的即使极小的长度变化(μm范围的长度变化)仍可通过应变片较好地检测到。然而应变片在典型使用时在辊压机的极恶劣的运行中必须被相应的封装保护以防受到外部的有害影响。为了能够检测垂直于机架元件延伸的振动运动而非长度变化，极小的半机械或半导体加速度传感器或摆式传感器也是适合的，在所述摆式传感器中被阻尼的摆针(其通过机械弹簧具有相应的复位力)一同振动并且该振动电感地或以其它方式被记录。在检测振动运动、尤其是检测各个振动运动的模型时应注意，加速度传感器产生的信号超前应变片信号约π/2或四分之一的振动运动。技术人员熟知振动运动的检测，但要注意使振动检测方式或所使用的检测器类型适合于辊压机的极恶劣的运行环境。传感器越小，该传感器通常相对于机械影响就越灵敏。

代替通过应变片的机械振动检测或半机械振动检测(在应变片内机械、半导体或压电式片的电阻随着片的应变而变化或者随着片的应变而建立电压)，也可测量间接值作为辅助值，以避免必须在机架上设置灵敏的传感器。例如适合的是测量产生辊缝压力的液压系统中的压力的时间曲线。压力传感器可安装在受保护的位置上并且产生辊缝压力的液压系统中的压力的变化尤为适合于检测轧辊在浮动轧辊滑轨上的轧辊运动自由度内的往复运动。另一检测振动的可能性在于测量轧辊驱动装置的电流消耗。由此测到的振动伴随轧辊的旋转总振动或者也用于测量轧辊的或者说驱动装置中的轴的扭转振动。扭转振动和旋转运动可通过其频率、其复位时间或可能情况下也通过被测信号关于时间的典型谐波的形式加以区分。在旋转振动中，整个传动系直至轧辊处于同步中，而在扭转振动中辊压机的整个旋转部件的一部分与辊压机的同一旋转部件的另一部分处于推挽中。

简单的振动测量适合用于避免辊压机的损坏，并且也可使辊压机以如此高的压力运行，以致刚好不出现不希望的振动运动。由此辊压机可始终以其最大效率运行，并且辊压机不会因过载而以较低效率工作并且甚至有可能受到损坏。借助选择典型振动模型的振动运动测量或借助测到的振动运动的谐波分析的频率分析，也可使辊压机在相对于振动形成临界的辊缝压力范围附近运行。由于振动运动或冲击或可能情况下有节奏变化的负荷条件的出现有许多原因，所以通过微处理器运行的调节来选择振动模型实现如下优点：过滤出可忽略的振动运动或无害的振动运动的原因，使得辊压机不经常因错误检测暂时或长期以比所需的辊缝压力更低的辊缝压力运行，这会使辊压机关于时间的平均粉碎效率降低并且在极端情况下可通过不希望的振动检测使循环粉碎设备中的循环始终处于稳定的平衡状态之外，从而引起大量不必要的针对辊压机的调节干预，这最终可导致辊压机过早的磨损或故障。

辊压机各元件在辊压机内产生的振动运动表现出不同的振动形式。首先可能是几乎任何长形元件的弯曲振动、例如支架或任何形式的长形连接装置的弯曲振动。这种振动最好可借助集成的具有加速度测量功能的半导体形式的加速度传感器全机械或半机械地来测量。所有在辊压机内较长距离上延伸的元件在其长度的弹性范围内都可具有振动，即使振幅非常小。这种纵向振动可通过将运动传感器定位于长形元件的端部上或者通过将应变片安装在长度变化的元件的中心来测量。

旋转元件、例如从马达到轧辊的传动系可产生旋转振动，其中整个传动系有节凑地改变其同步的旋转速度；但也可产生扭转振动，在其中传动系的不同部件反向或相位偏移地振动，在此旋转元件在弹性极限内有节凑地扭转。

一种简单的调节装置可选择地仅测量所述振动运动之一作为一种振动运动的信号，但也可测量多于一种振动运动并将各信号彼此关联或从检测到的振动模型中过滤出典型的模型，以便忽略循环碾磨系统中不可避免的振动运动。可过滤出用于检测可忽略的振动模型的原因，其可以是：将新鲜材料有节凑地倾倒在辊压机上的斗式输送机、有节凑地输送或本身进行振动的输送带、液压系统中因有可能冲击的泵而产生的振动、或电流消耗中的振动，该电流消耗中的振动有可能通过相邻辊压机的振动运动出现在电力供应中并且因此与传动系构成不希望的电振动回路。调节装置的一种特殊实施方式进行频率分析，在此将测到的振动运动的频谱计算地分解为各个频谱分量。测到的频谱通过实时回归分析被分解为振动元件的组合，所述组合是由总振动的不同线性因子构成的矢量。然后从该矢量中选取一个不希望的振动运动的线性因子并且借助该线性因子或基于不同线性因子的关联产生用于调节装置的调节输入值。根据所产生信号的强度增大或减小辊缝压力的阻尼，在此辊缝压力的阻尼随着增强的振动运动也增大，或者换言之，检测到的振动越强(不管是哪种形式)，辊缝压力就被调节得越小，反之亦然。

在通过应变片测量驱动轴的扭转振动时问题在于如何将信号从运动的轴传送到静止的调节装置。由于所述轴并不以高速旋转，所以应变片可与电子器件连接，所述电子器件固定地设置在轧辊上并且其数据借助无线电装置或借助RFID芯片被发送给静止的调节装置。由于轧辊上的电子器件需要电流，所以可为电子器件提供蓄电池，所述蓄电池持续通过线圈/磁体组合再充电。线圈为此静止地位于轴上并且磁体静止地位于机架上，并且这两个元件这样定位，使得位于轴上的线圈在轴每次旋转时从磁铁旁经过并且因此在位于轧辊上的线圈中电感地产生电流，该电流根据测量电子器件的电流需求为蓄电池或电容器再充电。

根据要求，作为调节回路适合使用一种简单的电子器件，所述电子器件根据测到的振动运动的强度减小辊缝压力，或者使用一种更为复杂的、微处理器控制的调节装置，其优点在于，作为副作用可从辊压机的振动状态推导出关于辊压机状态的信息。

明显低于旋转的轧辊的旋转频率的频率例如指示新鲜材料装载的调节功能不正常。达到轧辊旋转频率的一倍或整数倍的频率可指示辊缝的过载，该过载通过暂时减小液压压力(这相对快地进行)来消除。并非为在传动系中发现的转速之一的旋转频率的整数倍并且较小或者处于轧辊转速范围内的频率指示外部的振动运动，例如以不希望的节奏输送的输送带或冲击式地卸载其货物的斗式输送机。检测到的短暂且频率高的振动可被推断为不可粉碎的材料的通过，这种材料有可能在循环中多次通过辊压机并因此损坏辊压机。这可用作辊压机停止或至少循环碾磨设备的循环停止的报警指示。最后，明显高于轧辊循环频率、但与轧辊循环频率同步的频率指示轴承损坏。最后，更高的频率可指示电力供应中的逆变器故障。因此可通过频率分析获得许多信息，这些信息可在调节台被读取并且为操作人员提供了有用和有价值的关于辊压机运行状态的指示。

附图说明

下面借助流程图和实施例详细说明本发明的方法技术。附图如下：

图1为根据本发明的辊压机的视图，其具有多个作为用于检测振动运动的传感器的应变片；

图2为调节回路的流程图。

具体实施方式

图1示出这类的辊压机1，该辊压机具有两个反向旋转的轧辊2，这两个轧辊被容纳在机架3上，该机架自身在不同的位置安装有用于检测振动运动的传感器4。辊压机1的两个轧辊2通过实施为液压支柱的压力气缸5相互压紧，但在此并不相互接触，在此只有一个液压支柱标有附图标记。通过在此未示出的给料装置将待粉碎的新鲜材料输送给辊压机1的辊缝6，并且在此通过存在于两个旋转的轧辊2之间的压力将所述新鲜材料粉碎。在辊压机1的机架3的不同位置上安装有应变片作为用于检测振动运动的传感器4。由应变片测到的振动被传输给在此未示出的分析装置，在那里将测到的振动运动的振幅和/或频率与在先确定的规定值进行比较。当振幅在给定的频率下超过临界值时，则相应减小压力气缸5中的压力，由此降低辊缝6内的压力。当振动运动的强度基于辊缝压力的减小而再次下降到在先确定的临界范围以下时，则通过优选根据PID方法的调节策略缓慢地再次提高压力，以便使辊压机1始终在紧邻临界范围的压力范围内工作。

在图2中示出本发明方法的调节回路的流程图。从步骤1开始测量应变片、加速度传感器、产生辊缝压力的液压系统中的压力或辊压机中轧辊驱动装置的电流消耗的信号的时间曲线。处理所述数据(例如进行滤波或频谱处理)并将其减少为不同频谱分量的几个线性因子并且将其在步骤3中与规定值进行比较。如达到规定值，则在步骤2中决定是否应进行调节干预并且在“是”的情况下在步骤3中减小辊缝压力。在此第一回路闭合。再次到达该步骤，在未达到规定值时进入另一路径，该路径使辊缝压力持续增大直到达到辊缝压力的临界值并且再次减小。为了避免由此产生的调节振动，使用已知的调节策略、如PID调节策略，通过该调节策略调节值缓慢逼近一个值并且调节回路不振动。

附图标记列表

1辊压机

2轧辊

3机架

4传感器

5压力气缸

6辊缝

Claims (12)

1.一种用于调节辊压机的辊缝压力的方法，其特征在于，根据至少一种在辊压机上测到的振动运动进行调节，其中，通过辅助值间接测量至少一种振动运动，并且通过轧辊驱动装置的电流消耗的时间曲线进行所述调节。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，频率和/或振幅被用作调节对象中的测量值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过辅助值间接测量至少一种作为机械振动运动的振动运动。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过应变片随时间变化的信号或通过被阻尼的摆针测量所述至少一种振动运动中的至少一种振动运动。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过产生辊缝压力的液压系统中的压力的时间曲线测量所述至少一种振动运动中的至少一种振动运动。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，测量：

－机架支架的弯曲振动，

－机架支架的呈长度变化形式的线性振动，

－轧辊和驱动装置之间的轴的扭转振动，和/或

－轧辊和驱动装置之间的轴的旋转振动，

作为振动运动。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在测量多于一种振动运动时根据振动模式的线性因子进行调节。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过分频器的信号进行所述调节。

9.一种具有两个反向运行的轧辊的辊压机，包括用于调节辊缝压力的调节装置，其特征在于，设置至少一种在辊压机上测到的振动相对于与该振动对应的辊缝压力的反馈作为调节对象，通过轧辊驱动装置的电流消耗的时间曲线进行所述反馈。

10.根据权利要求9所述的辊压机，其特征在于，所述调节装置根据权利要求1至8之任一项所述的方法测量至少两种振动运动作为调节输入值。

11.根据权利要求9所述的辊压机，其特征在于，

－在辊压机机架的支架上设置应变片，

－在辊压机的任意位置上设置摆式传感器，

－在辊压机的驱动装置和轧辊之间的轴上设置应变片，

－在产生辊缝压力的液压系统中设置压力传感器，和/或

－设置用于测量辊压机轧辊的驱动装置的当前电流消耗的传感器，

作为用于直接或间接测量所述至少一种振动的传感器。

12.根据权利要求9所述的辊压机，其特征在于，通过分频器的信号进行所述反馈。