CN105396681A - 压电式多仓管磨机胀肚检测装置及预胀肚调控方法 - Google Patents

Abstract

压电式多仓管磨机胀肚检测装置及预胀肚调控方法，涉及管磨机检测装置及技术领域。其特征在于：所述的检测口（12）上部通过管磨机顶盖（2）密封，检测口（12）内安装检测装置，所述检测装置包括空心筒体（5），空心筒体（5）内部底端安装接触管磨机内部的检测头（4），检测头（4）上方设有压电感应组件，检测头（4）可以挤压压电感应组件。利用该装置及预胀肚调控方法能检测管磨机胀肚状态，并能对管磨机工作进行实时调整，使管磨机工作在胀肚前期的预胀肚状。

Description

压电式多仓管磨机胀肚检测装置及预胀肚调控方法

技术领域

压电式多仓管磨机胀肚检测装置及预胀肚调控方法，涉及管磨机检测装置及技术领域。

背景技术

管磨机是近代工业上很重要的细磨设备，广泛用于建材、冶金、选矿、电力及化工行业粉磨生产领域。大型管磨机一般有多个仓室，其生产能力很高，当用隔仓板将磨机筒体分为二、三或四个不同长度的仓室时，称为多仓管磨机。多仓管磨机和短筒管磨机不同的地方仅在于它的长度比直径大2-7倍，物料在管磨机中经历的时间较长，产品细度均匀，粉碎比较大。在多仓管磨机中，隔仓板将磨机筒体分隔成若干仓室，在每一个仓内，根据物料细磨情况配合研磨体，这样就使物料的细磨逐仓分阶段进行，因而获得较高的研磨效率。

在管磨机生产过程中，最重要故障就是胀肚现象，管磨机胀肚，指的是由于某种原因（如返砂量大、原矿量变大等）使给入管磨机的物料量变大，超过了管磨机本身允许的最大通过能力而排不出来，使管磨机排出的量少于进入管磨机的物料量，矿料在管磨机内逐渐积累，使管磨机失去磨矿作用，这种现象称为管磨机的胀肚。管磨机胀肚的危害非常大，胀肚不仅使管磨机失去（或降低）对矿石的磨碎作用，破坏了磨矿的稳定工作，而且处理胀肚也将给后续作业造成给矿浓度和细度的波动，影响了后续作业的正常进行；另外，严重胀肚会导致管磨机、给矿器、返砂箱、轴承、齿轮等受冲击载荷而损坏。管磨机胀肚后，一般采取停止矿料供给、增加给矿水的方式进行处理，当胀肚现象比较严重时，还要采用高压水、人工卸磨等更加复杂的方式。胀肚现象严重影响了管磨机的生产效率。而如果设计一种胀肚检测装置，实现管磨机在胀肚前的检测，并依据检测数据实现管磨机工作的实时调整，使管磨机实时工作在胀肚前期的预胀肚状态，则可以有效避免管磨机胀肚故障的产生，保证管磨机正常运行，实现管磨机工作效率的最大化，实现企业节能降耗目的。

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，提供一种能检测管磨机胀肚状态，并能对管磨机工作进行实时调整，使管磨机工作在胀肚前期的预胀肚状态的多仓管磨机胀肚检测装置及预胀肚调控方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该压电式多仓管磨机胀肚检测装置，包括开设在管磨机机壳上的检测口，检测口为向外突出的圆柱孔，管磨机的每个仓室均对应设有一个检测口，管磨机通过支架支撑安装并通过变频电机驱动转动，管磨机同时配备有风机和矿料输送皮带，风机和矿料输送皮带均通过控制系统进行控制，所述的检测口上部通过管磨机顶盖密封，检测口内安装检测装置，所述检测装置包括空心筒体，空心筒体内部底端安装接触管磨机内部的检测头，检测头上方设有压电感应组件，检测头和压电感应组件之间可以相对移动，压电感应组件连接检测电路，检测电路连接外部的信号处理模块，信号处理模块连接控制系统。

所述的检测头下部为圆柱体，检测头上部为圆锥体，检测头下端穿过空心筒体底部，圆锥体顶部设有连接薄片，连接薄片圆周与空心筒体内壁固定连接，连接薄片上部安装压电感应组件；圆柱体顶部设计为圆锥体，是当圆柱体下端受球石压力后，利用上部的圆锥体能将压力传递给连接薄片的中心点，连接薄片能产生变形。

所述的压电感应组件包括压电式传感器和挡块，挡块与空心筒体固定在一起，压电式传感器安装在挡块与连接薄片之间，压电式传感器上下部均设有缓冲垫，压电式传感器连接检测电路，检测电路连接外部的信号处理模块，信号处理模块连接控制系统。压电式传感器是基于压电效应的传感器，是一种自发电式和机电转换式传感器，它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。压电式传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量。它的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。正常状态下，压电式传感器不受到压力，检测电路检测不到电流，信号处理模块无信号输出，当检测头受到球石压力后，连接薄片中心位置承受压力而凸起变形，压电式传感器受到连接薄片的压力并产生电流，检测电路检测到电流并将电流信号传递给信号处理模块并转化成数字信号，信号处理模块发出信号并输送至控制系统，控制系统对变频电机和风机发出相应指令。

优选的，所述的空心筒体上部圆周通过固定台阶安装在检测口中，空心筒体上部圆心通过堵头进行封堵，空心筒体下部内圈与检测头连接。

优选的，所述的检测头与空心筒体连接处设有弹性垫圈，弹性垫圈外侧通过同轴的外压环和内压环压紧固定，外压环和弹性垫圈通过多个紧固螺钉与下端空心筒体连接，内压环和弹性垫圈通过另一组紧固螺钉与检测头连接。弹性垫圈不仅可以降低检测头受冲击力冲击强度，防止损坏检测头，而且可以确保管磨机内部的泥浆等杂质无法进入检测头内部，提高检测精度。

所述的检测电路通过无线方式连接信号处理模块。无线方式安装方便，无需复杂的连接，简化整套装置安装程序，并且不妨碍管磨机转动，是保证管磨机顺利运转并传输信号的关键装置。

一种利用压电式多仓管磨机胀肚检测装置进行预胀肚调控方法，包括如下步骤：

第一步、设备安装：安装管磨机至工作位置并固定调试设备，在管磨机的检测口内安装检测装置；

第二步、模拟管磨机工作并标定管磨机胀肚状态，得出管磨机胀肚状态下检测头处在物料中的时间T0：通过管磨机检测口向管磨机内部加入少量球石，启动变频电机带动管磨机以正常工作速度转动，启动矿料输送皮带以正常工作速度向管磨机内部输送物料，使管磨机正常工作，同时，操作员人工监测管磨机内部状况，若运行正常则提高矿料输送皮带速度，提高矿料添加速度，继续监测，直至管磨机其中任一仓室进入胀肚状态，记录各个仓室中的检测头处在物料中的时间T0，则T0为在该型号管磨机在研磨该物料时，发生胀肚状态时检测头处在物料中的时间；

第三步、正常工作，并对管磨机旋转一周输出的信号和时间进行实时采集，记录各个仓室中的检测头分别处在物料中的时间T；

第四步、根据时间T数据调控管磨机在预胀肚状态运转：控制系统接受信号处理模块反馈的数字信号，并判断数字信号时间长度T，根据时间T的数值大小，发出相应指令控制矿料输送皮带以及风机工作，使管磨机保持预胀肚状态运转。

操作员人工监测管磨机内部任一仓室进入胀肚状态的方法包括主要包括以下几个方面：

1）、管磨机主电机电流表指示电流在不断下降；

2）、管磨机运转声音沉闷，噪音变小，几乎听不见钢球的冲击与泻落的声音；

3）、管磨机给矿端有矿浆向外溢出；

4）、出口矿料开始变粗，返砂量在逐渐加大，溢流浓度增加、粒度变粗；

5）、浮选泡沫有明显变化，浮选药剂作用失调，矿化现象减弱等。

所述的根据时间T数据调控管磨机在预胀肚状态运转的判断方法为：

1）、当管磨机中所有仓室的时间T数值小于该仓室的T0*80%时，管磨机低于预胀肚状态运行，控制系统发出指令，逐步加大风机和矿料输送皮带的运行速度，逐步加大第一仓室的矿料输入；

2）、当管磨机中任一仓室的时间T数值等于该仓室的T0*80%时，管磨机保持预胀肚状态运行，控制系统发出指令，使风机转速保持稳定，矿料运输皮带的速度保持稳定；

3）、当管磨机中任一仓室的时间T数值大于该仓室的T0*80%时，管磨机突破预胀肚状态控制系统发出指令，减少矿料运输皮带的速度，逐步减少仓室的矿料输入量，并保持风机转速不变；

4）、当管磨机中任一仓室的时间T数值大于该仓室的T0*90%时，管磨机即将进入胀肚状态，控制系统控制风机以最大速度转动，同时停止矿料运输皮带的运行，停止第一仓室的矿料输入，直至时间T数值等于80%*T0，使管磨机在预胀肚状态运行。

所述的记录检测头处在物料中的时间T的具体方法为：当没有物料施加压力到检测头下端时，检测头的连接薄片中心没有压力，连接薄片均不产生位移，压电式传感器不受到压力，压电式传感器无电流产生，检测电路检测不到电流，信号处理模块无信号产生；当有物料施加压力到检测头下端圆柱体上时，检测头下端圆柱体把压力通过顶部圆锥体传递到连接薄片的中心位置，连接薄片中心位置承受压力而凸起变形，压电式传感器受到连接薄片的压力并产生电流，检测电路检测到电流将电流信号传递给信号处理模块并转化成数字信号输出，同时记录有数字信号产生的时间为T，则T为检测头处在物料中的时间。

与现有技术相比，该压电式多仓管磨机胀肚检测装置及预胀肚调控方法的上述技术方案所具有的有益效果是：

1、该发明提能检测管磨机胀肚状态，并能对管磨机工作进行实时调整，使管磨机工作在胀肚前期的预胀肚状态：在管磨机的检测口内安装检测装置，检测装置能够实现对管磨机内部物料的检测，检测到的信号通过检测电路传输至信号处理模块，信号处理模块将信号转换并传输至控制系统，控制系统根据信号的不同对变频电机或者风机发出不同的指令，从而使管磨机持续保持在预胀肚状态运行，防止管磨机出现胀肚现象。

2、检测装置包括检测头和压电感应组件，管磨机工作时，利用管磨机内部物料旋转产生的力来碰撞检测头使其改变位移，检测头的轻微移动，可以使压电感应组件产生电流，从而产生信号并传递至信号处理模块进行输出。经过发明人反复多次试验，将检测头设计为圆柱体和圆锥体相结合的结构，圆锥体顶端设置连接薄片，该设计可以使圆柱体下端受球石压力后，利用上部的圆锥体能将压力传递给连接薄片的中心点，连接薄片能够变形产生位移，经多次试验发现，这样的设计使检测头更加灵敏精确，提高检测准确度。该压电式多仓管磨机胀肚检测装置及预胀肚调控方法是首次将推力电机技术应用于管磨机内部检测，填补了该领域的技术空白，对于管磨机在线检测领域具有十分重要的意义。

3、可以使球磨机持续在预胀肚状态运行，可以有效避免管磨机胀肚故障的产生，保证管磨机正常运行，保证了后续作业的正常进行；防止管磨机、给矿器、返砂箱、轴承、齿轮等设备受冲击载荷而损坏，有效保护设备安全；而且可以使管磨机工作效率的最大化，实现企业节能降耗目的。

4、结构合理，提高使用寿命和检测精度：检测头与空心筒体连接处设有弹性垫圈，弹性垫圈不仅可以降低检测头受冲击力冲击强度，防止损坏检测头，而且可以防止管磨机内部的泥浆等杂质进入检测头内部，大大提高了检测精确度。

附图说明

图1为该压电式多仓管磨机胀肚检测装置的装配示意图。

图2为检测装置的结构主视图。

图3为图2的A-A向结构剖视图。

图4为图3中B处的局部放大图。

其中：1、管磨机机壳2、管磨机顶盖3、支架4、检测头5、空心筒体6、连接薄片7、物料8、缓冲垫9、外压环10、检测电路11、压电式传感器12、检测口13、弹性垫圈14、内压环15、堵头16、挡块。

具体实施方式

图1~4是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~4对本发明做进一步说明。

参照附图1-4：压电式多仓管磨机胀肚检测装置，包括开设在管磨机机壳1上的检测口12，检测口12为向外突出的圆柱孔，管磨机的每个仓室均对应设有一个检测口12，管磨机通过支架3支撑安装并通过变频电机驱动转动，管磨机同时配备有风机和矿料输送皮带，风机和矿料输送皮带均通过控制系统进行控制。检测口12上部通过管磨机顶盖2密封，检测口12内安装检测装置，检测装置包括空心筒体5，空心筒体5上部圆周通过固定台阶安装在检测口12中，空心筒体5上部圆心通过堵头15进行封堵，空心筒体5下部内圈与检测头4连接。空心筒体5内部底端安装接触管磨机内部的检测头4，检测头4上方固定安装压电感应组件，检测头4可以挤压压电感应组件，压电感应组件连接检测电路10，检测电路10连接外部的信号处理模块，信号处理模块连接控制系统。

具体的，信号处理模块采用无线传输电流互感器，无线传输电流互感器可以无线接收检测电路10发出的电信号并转化为数字信号。无线传输电流互感器连接控制系统，控制系统可以控制变频电机内的的变频器以及外部的风机。

上述实施例中的无线传输电流互感器也可以改用无数据采集卡。其作用均是将电信号转化为数字信号，并发送给控制系统。

检测头4下部为圆柱体，圆柱体可接触管磨机内部，圆柱体上部为圆锥体，圆锥体顶部设有可连接空心筒体5内壁的连接薄片6，连接薄片6上部安装压电感应组件；压电感应组件包括压电式传感器11和挡块16，挡块16与空心筒体5固定在一起，压电式传感器11安装在挡块16与连接薄片6之间，压电式传感器11上下部均设有缓冲垫8，缓冲垫8可以起到缓冲的作用。压电式传感器11连接检测电路10，检测电路10连接外部的信号处理模块，信号处理模块连接控制系统。

检测头4与空心筒体5连接处设有弹性垫圈13，弹性垫圈13外侧通过同轴的外压环9和内压环14压紧固定，外压环9和弹性垫圈13通过多个紧固螺钉与下端空心筒体5连接，内压环14和弹性垫圈13通过另一组紧固螺钉与检测头4连接。

一种利用压电式多仓管磨机胀肚检测装置进行预胀肚调控方法，包括如下步骤：

第一步、设备安装：安装管磨机至工作位置并固定调试设备，在管磨机的检测口12内安装检测装置；

第二步、模拟管磨机工作并标定管磨机胀肚状态运行时检测头4处在物料7中的时间T0：通过管磨机检测口12向管磨机内部加入少量球石，启动变频电机带动管磨机以正常工作速度转动，启动矿料输送皮带以正常工作速度向管磨机内部输送物料，使管磨机正常工作，同时，操作员人工监测管磨机内部状况，若运行正常则继续添加定量球石，继续监测，直至检测至管磨机进入胀肚状态，此时记录检测头4处在物料7中的时间T0，则T0为在该型号管磨机在研磨该物料时，发生胀肚状态时检测头4处在物料7中的时间；

第三步、正常工作，并对管磨机旋转一周输出的信号和时间进行实时采集，记录检测头4处在物料7中的时间T；

第四步、根据时间T数据调控管磨机在预胀肚状态运转：控制系统接受信号处理模块反馈的数字信号，并判断数字信号时间长度T，根据时间T的数值大小，发出相应指令控制矿料输送皮带以及风机工作，使管磨机保持预胀肚状态运转。

记录检测头4处在物料7中的时间T的具体方法为：当没有物料7施加压力到检测头4下端时，检测头4的连接薄片6中心没有压力，连接薄片6均不产生位移，压电式传感器11不受到压力，压电式传感器11无电流产生，检测电路10检测不到电流，信号处理模块无信号产生；当有物料7施加压力到检测头4下端圆柱体上时，检测头4下端圆柱体把压力通过顶部圆锥体传递到连接薄片6的中心位置，连接薄片6中心位置承受压力而凸起变形，压电式传感器11受到连接薄片6的压力并产生电流，检测电路10检测到电流将电流信号传递给信号处理模块并转化成数字信号输出，同时记录有数字信号产生的时间为T，则T为检测头4处在物料7中的时间。

根据时间T数据调控管磨机在预胀肚状态运转的判断方法为：

1）、当时间T数值小于80%*T0时，管磨机低于预胀肚状态运行，控制系统发出指令，逐步加大风机和矿料输送皮带的运行速度，逐步加大第一仓室的矿料输入；

2）、当时间T数值等于80%*T0时，管磨机保持预胀肚状态运行，控制系统发出指令，使风机转速保持稳定，矿料运输皮带的速度保持稳定；

3）、当时间T数值大于80%*T0时，管磨机突破预胀肚状态控制系统发出指令，使风机转速逐渐提高，加大风量，同时，减少矿料运输皮带的速度，逐步减少第一仓的矿料输入；

4）、当时间T数值大于90%*T0时，管磨机进入胀肚状态，控制系统控制风机以最大速度转动，同时停止矿料运输皮带的运行，停止第一仓室的矿料输入，直至时间T数值等于80%*T0，使管磨机在预胀肚状态运行。

在控制系统连续多次对风机发出提速指令，管磨机还在胀肚状态下运行时，还应同时减少供给物料数量，直至时间T数值等于80%*T0，使管磨机在预胀肚状态运行。

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 (7)

1.压电式多仓管磨机胀肚检测装置，包括开设在管磨机机壳（1）上的检测口（12），检测口（12）为向外突出的圆柱孔，管磨机的每个仓室均对应设有一个检测口（12），管磨机通过支架（3）支撑安装并通过变频电机驱动转动，管磨机同时配备有风机和矿料输送皮带，风机和矿料输送皮带均通过控制系统进行控制，其特征在于：所述的检测口（12）上部通过管磨机顶盖（2）密封，检测口（12）内安装检测装置，所述检测装置包括空心筒体（5），空心筒体（5）内部底端安装检测头（4），检测头（4）上方设有压电感应组件；

所述的检测头（4）下部为圆柱体，检测头（4）上部为圆锥体，检测头（4）下端穿过空心筒体（5）底部，圆锥体顶部设有连接薄片（6），连接薄片（6）圆周与空心筒体（5）内壁固定连接，连接薄片（6）上部安装压电感应组件；

所述的压电感应组件包括压电式传感器（11）和挡块（16），挡块（16）与空心筒体（5）固定在一起，压电式传感器（11）安装在挡块（16）与连接薄片（6）之间，压电式传感器（11）上下部均设有缓冲垫（8），压电式传感器（11）连接检测电路（10），检测电路（10）连接外部的信号处理模块，信号处理模块连接控制系统。

2.根据权利要求1所述的压电式多仓管磨机胀肚检测装置，其特征在于：所述的空心筒体（5）上部圆周通过固定台阶安装在检测口（12）中，空心筒体（5）上部圆心通过堵头（15）进行封堵，空心筒体（5）下部内圈与检测头（4）连接。

3.根据权利要求1所述的压电式多仓管磨机胀肚检测装置，其特征在于：所述的检测头（4）与空心筒体（5）连接处设有弹性垫圈（13），弹性垫圈（13）外侧通过同轴的外压环（9）和内压环（14）压紧固定，外压环（9）和弹性垫圈（13）通过多个紧固螺钉与下端空心筒体（5）连接，内压环（14）和弹性垫圈（13）通过另一组紧固螺钉与检测头（4）连接。

4.根据权利要求1所述的压电式多仓管磨机胀肚检测装置，其特征在于：所述的检测电路（10）通过无线方式连接信号处理模块，信号处理模块连接一无线发射装置，无线发射装置将检测电路（10）检测的信号通过无线的方式发射给控制系统。

5.利用权利要求1-4任一项所述的一种利用压电式多仓管磨机胀肚检测装置进行预胀肚调控方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步、设备安装：安装管磨机至工作位置，在管磨机的检测口（12）内安装检测装置；

第二步、模拟管磨机工作并标定管磨机胀肚状态，得出管磨机胀肚状态下检测头（4）处在物料（7）中的时间T0：向管磨机内部加入少量球石，启动变频电机带动管磨机以正常工作速度转动，启动矿料输送皮带以正常工作速度向管磨机内部输送物料，使管磨机正常工作，同时，操作员人工监测管磨机内部状况，若运行正常则提高矿料输送皮带速度，提高矿料添加速度，继续监测，直至管磨机其中任一仓室进入胀肚状态，记录各个仓室中的检测头（4）处在物料（7）中的时间T0，则T0为在该型号管磨机在研磨该物料时，发生胀肚状态时检测头（4）处在物料（7）中的时间；

第三步、正常工作，并对管磨机旋转一周输出的信号和时间进行实时采集，记录各个仓室中的检测头（4）分别处在物料（7）中的时间T；

第四步、根据时间T数据调控管磨机在预胀肚状态运转：控制系统接受信号处理模块反馈的数字信号，并判断数字信号时间长度T，根据时间T的数值大小，发出相应指令控制矿料输送皮带以及风机工作，使管磨机保持预胀肚状态运转。

6.根据权利要求5所述的一种利用压电式多仓管磨机胀肚检测装置进行预胀肚调控方法，其特征在于：所述的根据时间T数据调控管磨机在预胀肚状态运转的判断方法为：

1）、当管磨机中所有仓室的时间T数值小于该仓室的T0*80%时，管磨机低于预胀肚状态运行，控制系统发出指令，逐步加大风机和矿料输送皮带的运行速度，逐步加大第一仓室的矿料输入；

2）、当管磨机中任一仓室的时间T数值等于该仓室的T0*80%时，管磨机保持预胀肚状态运行，控制系统发出指令，使风机转速保持稳定，矿料运输皮带的速度保持稳定；

3）、当管磨机中任一仓室的时间T数值大于该仓室的T0*80%时，管磨机突破预胀肚状态控制系统发出指令，减少矿料运输皮带的速度，逐步减少仓室的矿料输入量，并保持风机转速不变；

4）、当管磨机中任一仓室的时间T数值大于该仓室的T0*90%时，管磨机即将进入胀肚状态，控制系统控制风机以最大速度转动，同时停止矿料运输皮带的运行，停止第一仓室的矿料输入，直至时间T数值等于T0*80%，使管磨机在预胀肚状态运行。

7.根据权利要求5所述的一种利用压电式多仓管磨机胀肚检测装置进行预胀肚调控方法，其特征在于：记录检测头（4）处在物料（7）中的时间T的具体方法为：当没有物料（7）施加压力到检测头（4）下端时，检测头（4）的连接薄片（6）中心没有压力，连接薄片（6）均不产生位移，压电式传感器（11）不受到压力，压电式传感器（11）无电流产生，检测电路（10）检测不到电流，信号处理模块无信号产生；当有物料（7）施加压力到检测头（4）下端圆柱体上时，检测头（4）下端圆柱体把压力通过顶部圆锥体传递到连接薄片（6）的中心位置，连接薄片（6）中心位置承受压力而凸起变形，压电式传感器（11）受到连接薄片（6）的压力并产生电流，检测电路（10）检测到电流将电流信号传递给信号处理模块并转化成数字信号输出，同时记录有数字信号产生的时间为T，则T为检测头（4）处在物料（7）中的时间。