CN104069917A - 球磨机冲击力检测装置及冲击力检测和球磨机调速方法 - Google Patents

Abstract

球磨机冲击力检测装置及冲击力检测和球磨机调速方法，涉及球磨机检测装置及技术领域。其特征在于：球磨机盖（2）下部设有可塞入球磨机（1）开口的保护头（3），球磨机盖（2）和保护头（3）同轴开有上下贯穿的通孔，通孔内下方通过下空心螺杆（5）安装底端接触球磨机（1）内部的检测杆（4），下空心螺杆（5）上端通过上空心螺杆（12）连接球磨机盖（2），检测杆（4）顶端安装电磁感应装置，电磁感应装置与球磨机盖（2）之间的空间安装弹簧（6）；球磨机冲击力检测装置的冲击力检测方法通过模拟实验并获得数据关系曲线，并检测得出球磨机内壁所受冲击力大，为调整球磨机转速提供数据支持，保证球磨机内球石研磨效率和使用寿命。

Description

球磨机冲击力检测装置及冲击力检测和球磨机调速方法

技术领域

球磨机冲击力检测装置及冲击力检测和球磨机调速方法，涉及球磨机检测装置及技术领域。

背景技术

球磨机是被研磨物质被破碎之后，再进行粉碎研磨的关键设备，是工业生产企业中最重要的高细磨生产设备。在球磨机工作过程中，球磨机内部主要工作介质是球石，球磨机内的物料是通过球石的冲击力实现研磨的。然而球石在研磨物料的同时也在冲击着球磨机内壁，球磨机在设计制造时，明确规定了其内部承受冲击力的数值，如果球磨机工作时，其内部球石冲击力高于这个数值，则不仅影响物料研磨粒度大小，而且会大大降低球磨机的使用寿命。不难发现，球石冲击力大小与球磨机转速是成正比的，球磨机转速越高，球石冲击力越大；球磨机转速越低，球石冲击力越小。所以，球磨机保持合适的转速进行工作，对于球磨机内部冲击力有直接的影响，如果球磨机能在最合适的转速下转动，不仅能够提高研磨效率，保证研磨颗粒度，而且还能确保球磨机的使用寿命。然而，现有技术下，对于怎样检测球磨机转速和球磨机内部冲击力大小，却没有专门的检测设备，也没有相应的行之有效的检测手段。研发一种专门用于球磨机内部冲击力检测的装置来进行科学的检测，并建立一套行之有效的方法，成为摆在科研人员面前的一项急需解决的难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种能对球磨机内部冲击力进行检测，并且能实时调整球磨机调整转速，保证球磨机研磨效率，提高球磨机使用寿命的检测装置及检测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该球磨机冲击力检测装置，包括安装在球磨机开口处的球磨机盖，球磨机内放置球石群，球磨机通过变频电机驱动转动，所述的球磨机盖下部设有可塞入球磨机开口的保护头，球磨机盖和保护头同轴开有上下贯穿的通孔，通孔内下方通过下空心螺杆安装底端接触球磨机内部的检测杆，下空心螺杆上端通过上空心螺杆连接球磨机盖，检测杆顶端安装电磁感应装置，电磁感应装置与球磨机盖之间的空间安装弹簧；保护头可以保护内部装置不被球磨机内的球石损坏，检测杆受到球磨机内球石冲击可以发生轴向移动，弹簧能使检测杆在不受球石作用时恢复原位。

所述的电磁感应装置包括永磁体、感应线圈和电流检测传感器，永磁体安装在检测杆顶端，随检测杆一起轴向运动，感应线圈通过线圈支架固定在永磁体外圈，感应线圈串联负载电阻和电流检测传感器形成闭环回路，电流检测传感器连接信号处理装置，信号处理装置连接变频电机的变频器，变频器中设置感应芯片，感应芯片能够接受信号处理装置发出的信号。检测杆带动永磁体发生移动，永磁体产生磁场，感应线圈能感应磁场变化从而产生感应电动势，闭环回路产生感应电流并传输给电流检测传感器，电流值通过信号处理装置进行记录和存储。变频电机安装在球磨机转动轴一端并通过传动装置带动球磨机转动，变频电机采用“专用变频感应电动机+变频器”的交流调速方式，使机械自动化程度和生产效率大为提高，变频电机内设有变频器，变频器中安装感应芯片，信号处理装置能够将平均电流值传输给感应芯片，感应芯片通过感应平均电流值进行变频调速。

在球磨机转动过程中，该球磨机冲击力检测装置随球磨机一起转动，当该球磨机冲击力检测装置由非球石区域进入球石区域时，球石有冲击力产生，可以检测到的球石冲击，并产生感应电动势进而产生感应电流；该球磨机冲击力检测装置在非球石区域或者在球石区域时，球石不产生冲击力；该球磨机冲击力检测装置在离开球石区域进入非球石区域时候，产生反向的感应电动势和感应电流。

优选的，所述的电流检测传感器上安装无线发射模块，所述的信号处理装置为无线传输电流互感器，无线传输电流互感器安装在球磨机外部，无线传输电流互感器可接受无线发射模块发出的无线信号。无线传输电流互感器将电流信号转化为数字信号，以数字形式进行记录并存储。

所述的上空心螺杆上部从球磨机盖的通孔内伸出，并通过螺母进行螺纹连接固定，上空心螺杆下部与下空心螺杆上部螺纹连接。上空心螺杆利用螺母紧固，可以调整上空心螺杆的位置，并可以带动下空心螺杆同时调整位置，从而改变检测杆的伸出长度。调整时，只需松开螺母即可，调整后，将螺母紧固。而且连接方式均为螺纹连接，方便安装拆卸。

所述的检测杆下端外壁与下空心螺杆内孔之间空隙内安装隔离橡胶圈。隔离橡胶圈内圈嵌入安装在检测杆外圈凹槽内，外圈嵌入安装在下端空心螺杆内圈凹槽内，避免泥浆、水、粉尘等进入到下端空心螺杆内，保障其他机构的正常运行，材质富有弹性，不影响检测杆的运动。

所述的保护头采用具有弹性的橡胶或塑料材质制作。保护头采用弹性材质制作可以缓冲球石、矿石原料对球磨机盖的冲击。

利用球磨机冲击力检测装置的冲击力检测方法，包括如下步骤：

1.模拟实验并获得冲击力和电流数据关系曲线过程：

a．模拟冲击检测试验：将该球磨机冲击力检测装置安装在冲击检测机上，使检测杆底端朝向受冲击部位，对冲击检测机设定初始冲击力，启动冲击检测机，使冲击检测机在设定的初始冲击力下对将该球磨机冲击力检测装置进行模拟冲击检测，检测杆在受到初始冲击力的冲击下，产生电流，电流值通过电流检测传感器传输给信号处理装置输出并记录；

b．获得数据特性曲线：不断增加冲击力大小，按照a步骤的方法，得出多个冲击力下，该球磨机冲击力检测装置输出的电流值，以冲击力数值为横轴，以其相对应的电流数值为纵轴，建立冲击力和电流的数据关系曲线；

2.检测过程：

a．对球磨机进行检测：将球磨机冲击力检测装置安装在待检测的球磨机上，启动球磨机在设定速度下进行工作，转动多圈，实时通过信号处理装置读取转动多圈的平均电流值以及转动多圈中产生的最大电流值；

b．对比冲击力和电流数据关系曲线，得出冲击力平均值和冲击力最大值：对比冲击力和电流数据关系曲线，在坐标轴的纵轴上找到平均电流值，然后读取与纵轴相对应的横轴的数据，该数据即为球磨机内部冲击力平均值；在坐标轴的纵轴上找到最大电流值，然后读取与纵轴相对应的横轴的数据，该数据即为球磨机内部冲击力最大值。

球磨机转动多圈是因为检测杆体积小，不能确保球磨机转动每圈都能够被球石打到，或者，球磨机转动每圈中，不能确保打到检测杆的就是最大冲击力，所以需要转动多圈，使检测结果更准确。

优选的，所述的冲击检测机的初始冲击力为100N，球磨机的设定速度为10转/分钟。

在进行球磨机的研发或检测时，球磨机内部冲击力最大值可以用于分析、判断球磨机内壁的耐冲击、疲劳度等参数，并可以作为球磨机内壁设计、加工、选材的参考数据，具有极大科研价值。

利用球磨机冲击力检测装置的球磨机调速方法，包括如下步骤：

a．在待检测的球磨机上安装该球磨机冲击力检测装置，启动球磨机在设定速度下进行工作，转动多圈，实时通过电流检测传感器输出电流，并通过信号处理装置检测转动多圈的平均电流值；

b．变频电机的变频器接受信号处理装置输出的平均电流值，通过感应芯片的判断，实时调整变频电机的转动频率，从而改变球磨机转速。

所述通过感应芯片的判断，实时调整变频电机的转动频率的具体方法为：

当电流检测传感器输出的电流值高于感应芯片的设定电流值时，变频电机的转动频率降低，使球磨机转速降低，以降低球石冲击力，直至电流检测传感器输出的电流值等于感应芯片的设定电流值；

当电流检测传感器输出的电流值等于感应芯片的设定电流值时，变频电机的转动频率不变，球磨机转速不变；

当电流检测传感器输出的电流值低于感应芯片的设定电流值时，变频电机的转动频率提高，使球磨机转速加快，以提高球磨机工作效率；直至电流检测传感器输出的电流值等于感应芯片的设定电流值。 

与现有技术相比，该球磨机冲击力检测装置及冲击力检测和球磨机调速方法的上述技术方案所具有的有益效果是：

1、该球磨机冲击力检测装置能对球磨机内壁所受冲击力大小进行检测，可以用于分析、判断球磨机内壁的耐冲击、疲劳度等参数，为球磨机设计提供数据支持：在球磨机盖设置保护头，并在保护头内安装检测杆和电磁感应装置，电磁感应装置包括永磁体、感应线圈和电流检测传感器，感应线圈串联负载电阻和电流检测传感器形成闭环回路，电流检测传感器的无线发射模块通过无线传输连接外设的信号处理装置，检测时，球石冲击检测杆，检测杆运动并带动永磁体产生位移，永磁体产生磁场，感应线圈能感应磁场变化从而产生感应电动势，闭环回路产生感应电流并传输给电流检测传感器，电流值通过信号处理装置进行记录和存储。球磨机转速越大，球石抛起速度也越快，则球石冲击力越大，检测杆和永磁体的速度越快，则感应电动势越大，电流值越大，相反也是如此。建立球磨机内壁所受冲击力大小与电流值之间的数据关系曲线，检测实际生产过程中的球磨机内壁所受冲击力时，只需要读取信号处理装置记录的平均电流值和最大电流值，对应数据关系曲线即可得出此时球磨机内壁所受平均冲击力大小和最大冲击力大小。

2、可以利用该球磨机冲击力检测装置实现球磨机实施调速，保证球磨机所受冲击力在承受范围内，提高研磨效率和球磨机使用寿命：变频电机的变频器可以实时接受电流检测传感器输出的电流值，通过感应芯片的判断，实时调整变频电机的转动频率，从而改变球磨机转速。当电流检测传感器输出的电流值高于感应芯片的设定电流值时，变频电机的转动频率降低，使球磨机转速降低，以降低球石冲击力；当电流检测传感器输出的电流值等于感应芯片的设定电流值时，变频电机的转动频率不变，球磨机转速不变；

当电流检测传感器输出的电流值低于感应芯片的设定电流值时，变频电机的转动频率提高，使球磨机转速加快，以提高球磨机工作效率。

3、利用该装置的球磨机调速方法，不仅能将球磨机转速控制在研磨效率最佳状态，保证研磨效率和研磨颗粒度，而且可以防止球石冲击力过大对球磨机造成的伤害，提高球磨机使用寿命。

4、结构合理，提高使用寿命和检测精度：首先，上空心螺杆上部通过螺母与球磨机盖螺接固定，上空心螺杆下部与下空心螺杆上部螺纹连接；连接方式均为螺纹连接，方便安装拆卸；其次，检测杆下端外壁与下空心螺杆内孔之间空隙内安装隔离橡胶圈，隔离橡胶圈能避免泥浆、水、粉尘等进入到下端空心螺杆内，保障其他机构的正常运行，材质富有弹性，不影响检测杆的运动；再者，保护头采用橡胶或塑料等具有弹性材质制作，采用弹性材质制作可以缓冲球石、矿石原料对球磨机盖的冲击。

附图说明

图1为该球磨机冲击力检测装置的优选实施例的结构主视图。

图2为图1的A-A剖视图。

图3为优选实施例的球磨机冲击力检测装置检测时结构示意图。

图4为优选实施例的球磨机冲击力检测装置连接示意图。

其中：1、球磨机  2、球磨机盖  3、保护头  4、检测杆  5、下空心螺杆  6、弹簧  7、永磁体  8、感应线圈  9、隔离橡胶圈  10、线圈支架  11、电流检测传感器  12、上空心螺杆  13、螺母  14、变频电机  15、无线传输电流互感器。

具体实施方式

图1~4是该球磨机冲击力检测装置的最佳实施例，下面结合附图1~4对该球磨机冲击力检测装置及冲击力检测和球磨机调速方法做进一步说明。

参照附图1-3：该球磨机冲击力检测装置，安装在球磨机1的开口中，球磨机1通过变频电机14驱动转动。包括球磨机盖2、保护头3和检测杆4，球磨机盖2下部设有可塞入球磨机1开口的保护头3，保护头3为外圈带有锥度的柱状结构，以便能好的塞入球磨机1的开口内，保护头3采用具有弹性的橡胶或塑料材质制作，可以缓冲球石、矿石原料对球磨机盖2的冲击。球磨机盖2和保护头3同轴开有上下贯穿的通孔，通孔内下方通过下空心螺杆5安装底端接触球磨机1内部的检测杆4，上空心螺杆12上部通过螺母13与球磨机盖2螺接固定，上空心螺杆12下部与下空心螺杆5上部螺纹连接。检测杆4下端外壁与下空心螺杆5内孔之间空隙内安装隔离橡胶圈9，检测杆4顶端安装永磁体7，永磁体7随检测杆4一起轴向运动，永磁体7与球磨机盖2之间的空间安装弹簧6。感应线圈8通过线圈支架10固定在永磁体7外圈，感应线圈8串联负载电阻和电流检测传感器11形成闭环回路。

参照附图4：附图4为该球磨机冲击力检测装置的连接示意图，但并不代表安装中各部件的真实安装位置，实际安装中以有利于无线信号发射、接收的原则为基础进行设计布置。该球磨机冲击力检测装置内部的电流检测传感器11上安装无线发射模块，无线发射模块通过无线传输连接设置在外部的信号处理装置，信号处理装置采用无线传输电流互感器15，无线传输电流互感器15可以无线接收电流检测传感器11产生的电流值并转化为数字信号。无线传输电流互感器15同时连接变频电机14的变频器，变频器中设置感应芯片。

上述实施例中的无线传输电流互感器15也可以改用无数据采集卡。其作用均是将电流信号转化为数字信号，以数字形式进行记录并存储。

球磨机冲击力检测装置的冲击力检测方法，包括如下步骤： 

1.模拟实验并获得冲击力和电流数据关系曲线过程：

a．模拟冲击检测试验：将该球磨机冲击力检测装置安装在冲击检测机上，使检测杆4底端朝向受冲击部位，对冲击检测机设定初始冲击力为100N，启动冲击检测机，使冲击检测机在设定的初始冲击力下对将该球磨机冲击力检测装置进行模拟冲击检测，检测杆4在受到初始冲击力的冲击下，产生电流，电流值通过电流检测传感器11传输给无线传输电流互感器15输出并记录；

b．获得数据特性曲线：不断增加冲击力大小，按照a步骤的方法，得出多个冲击力下，该球磨机冲击力检测装置输出的电流值，以冲击力数值为横轴，以其相对应的电流数值为纵轴，建立冲击力和电流的数据关系曲线；

2.检测过程：

a．安装装置进行检测：在待检测的球磨机1上安装该球磨机冲击力检测装置，启动球磨机1在设定速度下进行工作，设定速度为10转/分钟，转动多圈，实时通过无线传输电流互感器15读取转动多圈的平均电流值以及转动多圈中产生的最大电流值；

b．对比冲击力和电流数据关系曲线，得出冲击力平均值和冲击力最大值：对比冲击力和电流数据关系曲线，在坐标轴的纵轴上找到平均电流值，然后读取与纵轴相对应的横轴的数据，该数据即为球磨机1内部冲击力平均值；在坐标轴的纵轴上找到最大电流值，然后读取与纵轴相对应的横轴的数据，该数据即为球磨机1内部冲击力最大值。

球磨机冲击力检测装置的球磨机调速方法，包括如下步骤：

a．在待检测的球磨机1上安装该球磨机冲击力检测装置，启动球磨机1在设定速度下进行工作，转动多圈，实时通过电流检测传感器11输出电流，并通过无线传输电流互感器15检测转动多圈的平均电流值；

b．变频电机14的变频器接受无线传输电流互感器15输出的平均电流值，通过感应芯片的判断，实时调整变频电机14的转动频率，从而改变球磨机1转速。。

通过感应芯片的判断，实时调整变频电机14的转动频率的具体方法为：

当电流检测传感器11输出的电流值高于感应芯片的设定电流值时，变频电机14的转动频率降低，使球磨机1转速降低，以降低球石冲击力，直至电流检测传感器11输出的电流值等于感应芯片的设定电流值；

当电流检测传感器11输出的电流值等于感应芯片的设定电流值时，变频电机14的转动频率不变，球磨机1转速不变；

当电流检测传感器11输出的电流值低于感应芯片的设定电流值时，变频电机14的转动频率提高，使球磨机转速加快，以提高球磨机1工作效率；直至电流检测传感器11输出的电流值等于感应芯片的设定电流值。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.球磨机冲击力检测装置，包括安装在球磨机（1）开口处的球磨机盖（2），球磨机（1）内放置球石群，球磨机（1）通过变频电机（14）驱动转动，其特征在于：所述的球磨机盖（2）下部设有可塞入球磨机（1）开口的保护头（3），球磨机盖（2）和保护头（3）同轴开有上下贯穿的通孔，通孔内下方通过下空心螺杆（5）安装底端接触球磨机（1）内部的检测杆（4），下空心螺杆（5）上端通过上空心螺杆（12）连接球磨机盖（2），检测杆（4）顶端安装电磁感应装置，电磁感应装置与球磨机盖（2）之间的空间安装弹簧（6）；

  所述的电磁感应装置包括永磁体（7）、感应线圈（8）和电流检测传感器（11），永磁体（7）安装在检测杆（4）顶端，随检测杆（4）一起轴向运动，感应线圈（8）通过线圈支架（10）固定在永磁体（7）外圈，感应线圈（8）串联负载电阻和电流检测传感器（11）形成闭环回路，电流检测传感器（11）连接信号处理装置，信号处理装置连接变频电机（14）的变频器，变频器中设置感应芯片，感应芯片能够接受信号处理装置发出的信号。

2.根据权利要求1所述的球磨机冲击力检测装置，其特征在于：所述的电流检测传感器（11）上安装无线发射模块，所述的信号处理装置为无线传输电流互感器（15），无线传输电流互感器（15）安装在球磨机（1）外部，无线传输电流互感器（15）可接受无线发射模块发出的无线信号。

3.根据权利要求1所述的球磨机冲击力检测装置，其特征在于：所述的上空心螺杆（12）上部从球磨机盖（2）的通孔内伸出，并通过螺母（13）进行螺纹连接固定，上空心螺杆（12）下部与下空心螺杆（5）上部螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的球磨机冲击力检测装置，其特征在于：所述的检测杆（4）下端外壁与下空心螺杆（5）内孔之间空隙内安装隔离橡胶圈（9）。

5.根据权利要求1所述的球磨机冲击力检测装置，其特征在于：所述的保护头（3）采用具有弹性的橡胶或塑料材质制作。

6.利用权利要求1-5任一项所述的球磨机冲击力检测装置的冲击力检测方法，其特征在于，包括如下步骤： 

模拟实验并获得冲击力和电流数据关系曲线过程：

a．模拟冲击检测试验：将该球磨机冲击力检测装置安装在冲击检测机上，使检测杆（4）底端朝向受冲击部位，对冲击检测机设定初始冲击力，启动冲击检测机，使冲击检测机在设定的初始冲击力下对将该球磨机冲击力检测装置进行模拟冲击检测，检测杆（4）在受到初始冲击力的冲击下，产生电流，电流值通过电流检测传感器（11）传输给信号处理装置输出并记录；

b．获得数据特性曲线：不断增加冲击力大小，按照a步骤的方法，得出多个冲击力下，该球磨机冲击力检测装置输出的电流值，以冲击力数值为横轴，以其相对应的电流数值为纵轴，建立冲击力和电流的数据关系曲线；

检测过程：

a．对球磨机（1）进行检测：将球磨机冲击力检测装置安装在待检测的球磨机（1）上，启动球磨机（1）在设定速度下进行工作，转动多圈，实时通过信号处理装置读取转动多圈的平均电流值以及转动多圈中产生的最大电流值；

b．对比冲击力和电流数据关系曲线，得出冲击力平均值和冲击力最大值：对比冲击力和电流数据关系曲线，在坐标轴的纵轴上找到平均电流值，然后读取与纵轴相对应的横轴的数据，该数据即为球磨机（1）内部冲击力平均值；在坐标轴的纵轴上找到最大电流值，然后读取与纵轴相对应的横轴的数据，该数据即为球磨机（1）内部冲击力最大值。

7.根据权利要求6所述的球磨机冲击力检测装置的冲击力检测方法，其特征在于：所述的冲击检测机的初始冲击力为100N，球磨机（1）的设定速度为10转/分钟。

8.利用权利要求1-7任一项所述的球磨机冲击力检测装置的球磨机调速方法，其特征在于：包括如下步骤：

a．在待检测的球磨机（1）上安装该球磨机冲击力检测装置，启动球磨机（1）在设定速度下进行工作，转动多圈，实时通过电流检测传感器（11）输出电流，并通过信号处理装置检测转动多圈的平均电流值；

b．变频电机（14）的变频器接受信号处理装置输出的平均电流值，通过感应芯片的判断，实时调整变频电机（14）的转动频率，从而改变球磨机（1）转速。

9.根据权利要求8所述的球磨机冲击力检测装置的球磨机调速方法，其特征在于：所述通过感应芯片的判断，实时调整变频电机（14）的转动频率的具体方法为：

当电流检测传感器（11）输出的电流值高于感应芯片的设定电流值时，变频电机（14）的转动频率降低，使球磨机（1）转速降低，以降低球石冲击力，直至电流检测传感器（11）输出的电流值等于感应芯片的设定电流值；

当电流检测传感器（11）输出的电流值等于感应芯片的设定电流值时，变频电机（14）的转动频率不变，球磨机（1）转速不变；

当电流检测传感器（11）输出的电流值低于感应芯片的设定电流值时，变频电机（14）的转动频率提高，使球磨机转速加快，以提高球磨机（1）工作效率；直至电流检测传感器（11）输出的电流值等于感应芯片的设定电流值。