CN107597313B - 适用于旋转磨机筒体的接触式测试分析系统及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于旋转磨机筒体的接触式测试分析系统，包括磨机外部的磨机筒体，滚动式监测装置，所述滚动式监测装置与磨机筒体呈滚动式接触，所述磨机筒体的运动信号通过滚动式监测装置依次与所述在线监测分析系统的磨机数据处理装置、单片机、功率谱分析仪、特征识别仪连接，所述特征识别仪的输出端分别与磨机参数调节器、记录/显示装置连接，所述磨机参数调节器与单片机相连。本发明能够适应于回转工作状态的球磨机内部的工作状态监测原理；预测球磨机工作状态，以克服现有球磨机状态监测存在的问题。

Description

适用于旋转磨机筒体的接触式测试分析系统及其测试方法

技术领域

本发明属于磨机工作状态与磨矿负荷的测试与分析仪器，是一种直接从旋转状态的磨机筒体上测取振动信号，判断磨机内部磨矿浓度高低、料球比与填充率大小、衬板磨损程度等状态的测试与分析仪器，具体的说，是涉及一种适用于旋转磨机筒体的接触式测试分析系统，同时公开了其测试方法。

背景技术

磨矿是借助于球磨机旋转筒体内的介质(钢球、钢棒、砾石)和矿石本身的冲击和磨剥作用，使矿石粒径不断变小，直至有用矿物和脉石矿物得到充分解离的过程。磨矿工序产品质量与球磨机内部的填充率、料球比、矿浆浓度、衬板磨损量、筒体转速等状态参数高度相关。然而，由于传统离心磨矿原理和球磨机的结构特点等因素，目前主要是通过测取轴承座的振动信号和磨机外部的音频信号，预测球磨机的工作状态。

与本技术有关的专利有专利主要有：一种球磨机负荷参数监测方法及装置（ZL201310377730.9）公开了一种通过融合负荷体的测量电阻值、球磨机筒体的测量重量、球磨机筒体转速，根据所建立的若干数学模型分别计算球磨机的充填率、装载量、球料比的复合式技术方法；它是在球磨机不同部位安装称重传感器、位置传感器、旋转编码器和电极等，获取重量信息、位置信息等，传送到上位机进行计算处理，根据处理结果预测磨机的工作状态。因加速度传感器和电极跟随筒体旋转，如磨机偏离正常工作状态，则通过测定脱离角、接触角的方法获取筒体内物料提升高度和抛落点位置也存在误差，将导致球磨机负荷参数监测结果有误。

球磨机冲击力监测装置及冲击力监测和球磨机调速方法（ZL 20141 0308498.8）公开了一种通过永磁铁与感应线圈之间的轴向位置重合度的大小，预测筒内介质对筒体冲击力的方法。该专利可以获得较为直接冲击信号，但因监测装置随筒体旋转，获取非连续有效信号，通过比对这种分段信号，预测磨机工作状态的数据处理过程复杂；由于磨矿过程中，料球容易形成料拱，而监测杆横截面积大小有限，在填充率相同的情况下，筒体每旋转一周，监测杆被埋入料球时受到的压力也不同；此外，采用这种方法时，需在球磨机的筒体衬板上开孔安装该监测装置，监测装置的磨损寿命也会低于衬板的寿命，现场实施的可行性不高。

气囊式球磨机内部球石监测装置及监测方法（ZL 201410308226.8）公开了一种通过监测气囊内部气体压力来确定磨机筒体内的球料量的装置。该装置的安装方式、负荷计算原理以及信号采集装置的结构与专利（ZL 201410308498.8）基本相同；因此，该专利也同样存在与专利（ZL 201410308498.8）的相同问题。

球磨机运动状态监测系统及方法（ZL 201110099894.0）公开了一种利用声频信号原理，通过监测磨机筒体内的球石与共鸣箱、球石与球石、球石与球磨机主体内壁的撞击噪音和摩擦噪音，来确定球磨机筒体内部球料运动状态（静止、正常、压超速、超速）的一种监测装置。该专利也同样存在与专利（ZL 201410308498.8）的相同问题。

球磨机内部物理量在线监测系统及泥浆浓度监测方法(ZL 2011100 99616.5)公开了一种通过测量电机负荷的方法，来确定磨机筒体内矿浆浓度的监测装置和浓度监测方法。但如矿浆浓度变化范围不明显，旋转测头的阻力扭矩变化也不明显；如与球料接触，测头受到的阻力将陡然升高；叶片式测头也容易磨损；此外，还存在与专利（ZL201410308498.8）的相同问题。

以上公开的专利技术来看，从测点的选取有三种方法，一是选择从远离筒体的轴承座上测取振动信号或重力信号；这种方法获取的信号不能直接、全面反映筒内的实际工况。二是将传感监测装置装在筒体上，该传感监测装置随筒体的旋转，周期性获取筒体内部的有效信号；如磨矿工况偏离正常状态，难于准确判断磨机的工作状态（如球料的脱离点、抛落点、衬板磨损量等）。三是在远离筒体之外，采用声音传感器测取磨机磨矿过程中，筒体内部球料之间、球料与衬板之间碰撞和摩擦产生的音频信号，这种非接触式音频测量法得到的是一种综合信号，需建立和求解复杂的磨机负荷特征模型，才能获得磨机能够真实反映磨机工作状态的有关特征参数。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，适应现实的需要，提供一种适用于旋转磨机筒体的接触式测试分析系统及其测试方法。

为了实现本发明的目的，本发明采用的技术方案为：

一种适用于旋转磨机筒体的接触式测试分析系统，包括磨机外部的磨机筒体，滚动式监测装置，所述滚动式监测装置与磨机筒体呈滚动式接触，所述磨机筒体的运动信号通过滚动式监测装置依次与所述在线监测分析系统的磨机数据处理装置、单片机、功率谱分析仪、特征识别仪连接，所述特征识别仪的输出端分别与磨机参数调节器、记录/显示装置连接，所述磨机参数调节器与单片机相连。

所述滚动式监测装置的内部设有传感器，所述传感器外固定有圆筒状的定子，传感器的前端与定子内壁之间设有弧形垫块，定子外设有绕其转动的转子，所述转子的外部为圆柱面且此圆柱面与磨机筒体呈滚动式接触，二者的线速度相同。

所述定子的一端设有沉降槽，且通过沉降槽与台阶轴的台阶匹配插接嵌合，所述台阶轴外套装有与其间隙配合的定子支座，所述定子支座外设有锁紧螺母。

所述台阶轴分为三段，其中部为大台阶，两端分别为用于安装定子支座的支座安装段和用于安装传感器抱持机构的连接段，所述连接段的端面设有两个彼此呈180°夹角的的凹槽，所述两个凹槽与所述两个抱持臂的一端进行插接嵌合，所述定子支座通过弹簧与连接杆连接。

所述传感器的两端分别支撑于定子的内壁之间，且传感器外设有Y形的抱持机构，所述抱持机构为两个合围在一起的抱持臂，所述抱持臂包括三段，两端为平板段，中间为圆弧段且两个圆弧段方向相对，两个抱持臂合在一起后，分叉端分别与台阶轴的内侧连接，中部为半圆筒段，另一端形成互相贴合的连接段，采用紧固件将传感器抱紧。

所述定子外与设有定子支座相对的一侧设有端盖，端盖与定子外壳之间设有密封垫圈，所述抱持臂的外端贯穿端盖且外部通过锁紧螺母锁紧。通过调节锁紧螺母的松紧度，既能通过抱持臂将传感器夹紧，又能实现传感器在定子中的轴向定位。

所述传感器的底部与定子的内壁之间依次设有可调支座、减震垫；所述可调支座包括底座、支撑杆和调节螺母，所述底座支撑于定子的内壁，调节螺母位于支撑杆的上方且支撑于传感器的底部。

所述定子与转子之间的结合面为圆台面，二者之间为间隙配合，在所述定子的外端套装有位于转子一侧的调节螺母、锁紧螺母，在定子的侧壁上设有若干贯通的径向注油孔。

所述滚动式监测装置设置在磨机筒体中脱离区、抛落区以及提升区的外部。

一种适应于旋转磨机筒体的接触式测试分析系统的测试方法，包括以下步骤：

第一步，测定有关参数：测定磨机工作参数、磨矿工艺参数、物料力学特性参数，标定钢球—衬板、钢球—钢球、物料—衬板、物料—钢球、物料—物料之间的摩擦系数；

第二步，确定最佳测点：利用EDEM、ADAMS计算机耦合模拟磨矿实验和现场磨矿实验相结合的方法，分别在脱离区、抛落区以及提升区选取若干最佳测点，用于安装滚动式监测装置；

第三步，结合磨矿实验建立特征库：分别依次改变填充率、料球比、矿浆浓度、料球提升高度、衬板磨损量等参数值，在第二步所确定的测点位置的滚动式监测装置，获取磨机筒体在欠负荷、正常负荷、过负荷工作状态对应的振动信号，并按数据处理流程分别提取对应的时域/频域振动特征信号，据此建立填充率、料球比、矿浆浓度、料球提升高度和衬板磨损量的标准特征库；

第四步，磨矿状态特征识别：在实际磨矿过程中，按照第二步、第三步，可以从筒体上获取磨机在某一特定实际工作状态参数对应的特征信号，将该实际特征信号与标准特征信号进行比较，即可判断磨机的工作状态及负荷状态。

本发明的有益效果在于：

1.能够适应于回转工作状态的球磨机内部的工作状态监测原理；预测球磨机工作状态，以克服现有球磨机状态监测存在的问题。

2.采用纯滚动式监测装置，在旋转筒体上获取真实、全面振动信号，使有效监测磨机工作状态和预测磨矿负荷成为可能；

3.采用球磨机外的定点监测，可避免有效振动信号的被湮灭和失真，提高了磨矿负荷预测结果的准确性；

4.可以根据需要布置不同监测点，可以满足磨机状态监测和负荷监测的灵活性和多样性；四是这种监测装置是在球磨机外部安装，不需要破坏球磨机筒体和衬板结构。

附图说明

图1为本发明适用于旋转磨机筒体的接触式测试分析系统的整体结构示意图；

图2为滚动式监测装置的结构示意图‘

图3为图2中台阶轴103的右视图；

图4为台阶轴103与抱持臂1151、1152一端的连接结构示意图；

图5为台阶轴103与抱持臂1151、1152连接的整体结构示意图；

图6为注油孔与油膜的细部结构示意图。

图中，1为滚动式监测装置，101为锁紧螺母，102为定子支座，103为台阶轴，1031为支座安装段，1032为大台阶，1033为连接段，1034、1035为凹槽，104为弧形垫块，105为传感器，106为定子，1061为注油孔，107为调节螺母，108为锁紧螺母，109为锁紧螺母，110为端盖，111为密封垫圈，112为转子，113为可调支座，114为减震垫，115为抱持器，1151、1152为抱持臂，1153为螺栓紧固件，116为密封垫圈，117为弹簧，118为连接杆，119为油膜，2为磨机筒体，3为数据处理装置，4为AT89C51单片机，5为功率谱分析仪，6为特征识别仪，7为磨机参数调节器，8为记录/显示装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

实施例：参见图1——图6。

本发明公开了一种适用于旋转磨机筒体的接触式测试分析系统，包括磨机外部的磨机筒体2，滚动式监测装置1，所述滚动式监测装置1与磨机筒体2呈滚动式接触，所述磨机筒体2的运动信号通过滚动式监测装置1依次与所述在线监测分析系统的磨机数据处理装置3、AT89C51单片机4、功率谱分析仪5、特征识别仪6连接，所述特征识别仪6的输出端分别与磨机参数调节器7、记录/显示装置8连接，所述磨机参数调节器7与AT89C51单片机4相连。

所述滚动式监测装置1的内部设有传感器105，所述传感器105外固定有圆筒状的定子106，传感器105的前端与定子106内壁之间设有弧形垫块104，定子106外设有绕其转动的转子112，所述转子112的外部为圆柱面且此圆柱面与磨机筒体2呈滚动式接触，二者的线速度相同。

本发明属于磨机状态监测系统，是一种通过直接获取磨机筒体振动信号，对磨机工作状态监测和磨矿特征预测的在线测量系统，通过磨机筒体2的滚动，将其运动参数传递至滚动式监测装置1，使之能够在给定位置直接与旋转的磨机筒体2接触，球磨机内部的振动信号通过筒体2，从监测装置1依次传递到传感器105，从而实现实时、连续监测球磨机内部的工作状态，监测装置1中的传感器105将振动信号经数据处理装置3进行前置放大、A/D转换、数字滤波后，送入AT89C51单片机4进行数据处理；将数据处理结果输出到功率谱分析仪5，可得到各测点的振动信号功率随着频率的变化情况，据此提取磨机时域/频域振动特征信号；将该特征信号与标准特征信号进行比较，判断磨机的工作状态和预测磨机的工作负荷；当工作状态和预测磨机的工作负荷与设定值吻合，保持磨机的工作参数和磨矿工艺参数不变；当工作状态和预测磨机的工作负荷偏离设定值，则通过参数调节器7对磨机工作参数进行调整；记录仪/显示器8对磨机工作状态参数和负荷参数进行存贮、统计汇总和显示。

所述定子106的一端设有沉降槽，且通过沉降槽与台阶轴103的台阶匹配插接嵌合，嵌合处设有密封垫圈116，所述台阶轴103外套装有与其间隙配合的定子支座102，所述定子支座102外设有锁紧螺母101。

所述台阶轴103分为三段，其中部为大台阶1032，两端分别为用于安装定子支座102的支座安装段1031和用于安装传感器抱持机构的连接段1033，所述连接段1033的端面设有两个彼此呈180°夹角的的凹槽1034、1035，所述两个凹槽1034、1035与所述两个抱持臂1151、1152的一端进行插接嵌合，所述定子支座102通过弹簧117与连接杆118连接。连接杆118的一端插入定子支座102下方的凹槽内，由于弹簧117的作用，使得定子支座102与连接杆118的距离可调。连接杆118用于固定在其他支架等辅助结构上，使得转子和磨机筒体的转动相对稳定而连续。

所述传感器105的两端分别支撑于定子106的内壁之间，且传感器105外设有Y形的抱持机构115，所述抱持机构115为两个合围在一起的抱持臂1151、1152，所述抱持臂包括三段，两端为平板段，中间为圆弧段且两个圆弧段方向相对，两个抱持臂合在一起后，分叉端分别与台阶轴的内侧连接，中部为半圆筒段，另一端形成互相贴合的连接段，采用紧固件即螺栓1153将传感器105抱紧。

所述定子106外与设有定子支座102相对的一侧设有端盖110，端盖110与定子106外壳之间设有密封垫圈111，所述抱持臂的外端贯穿端盖110且外部通过锁紧螺母109锁紧。通过调节锁紧螺母109的松紧度，既能通过抱持臂将传感器105夹紧，又能实现传感器105在定子106中的轴向定位。

所述传感器105的底部与定子106的内壁之间依次设有可调支座113、减震垫114；所述可调支座113包括底座、支撑杆和调节螺母，所述底座支撑于定子106的内壁，调节螺母位于支撑杆的上方且支撑于传感器105的底部。旋转该可调支座上部的调节螺母，可以使传感器105上下移动，从而与定子106的内壁贴紧或松开。

所述定子106与转子112之间的结合面为圆台面，二者之间为间隙配合，在所述定子106的外端套装有位于转子112一侧的调节螺母107、锁紧螺母108，在定子106的侧壁上开出若干径向注油孔1061，使润滑油能够定时通过该径向注油孔1061孔注油到定子106与转子112的接触面之间，并通过保压装置使定子106和转子112之间的油膜119具有一定的刚度。

所述调节螺母107、锁紧螺母108同时旋合在定子16右端的外螺纹上；定子106和转子112采用圆锥结合形式，转子112与定位螺母107之间留有一定的间隙，该间隙是保证定子106和转子112圆锥结合面之间产生相对运动的最小配合间隙；在确定该最小配合间隙后，将锁紧螺母108旋紧在调节螺母107的右端面。

所述滚动式监测装置1设置在磨机筒体2中脱离区、抛落区以及提升区的外部。

本发明所述的适应于旋转磨机筒体的接触式在线测试分析系统的测试方法，包括以下步骤：

第一步，测定有关参数：测定磨机工作参数、磨矿工艺参数、物料力学特性参数，标定钢球—衬板、钢球—钢球、物料—衬板、物料—钢球、物料—物料之间的摩擦系数；

第二步，确定最佳测点：利用EDEM、ADAMS计算机耦合模拟磨矿实验和现场磨矿实验相结合的方法，分别在脱离区、抛落区以及提升区选取若干最佳测点，用于安装滚动式在线滚动式监测装置1；

第三步，结合磨矿实验建立特征库：分别依次改变填充率、料球比、矿浆浓度、料球提升高度、衬板磨损量等参数值，在第二步所确定的测点位置的滚动式监测装置1，获取磨机筒体在欠负荷、正常负荷、过负荷工作状态对应的振动信号，并按图1所示的数据处理流程建立填充率、料球比、矿浆浓度、料球提升高度和衬板磨损量的标准特征库；

第四步，磨矿状态特征识别：在实际磨矿过程中，按照第二步、第三步，可以从筒体上获取磨机在某一特定实际工作状态参数对应的特征信号，将该实际特征信号与标准特征信号进行比较，即可判断磨机的工作状态及负荷状态。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种适用于旋转磨机筒体的接触式测试分析系统，其特征在于：包括磨机外部的磨机筒体(2)，滚动式监测装置(1)，所述滚动式监测装置(1)与磨机筒体(2)呈滚动式接触，所述磨机筒体(2)的运动信号通过滚动式监测装置(1)依次与在线监测分析系统的磨机数据处理装置(3)、单片机(4)、功率谱分析仪(5)、特征识别仪(6)连接，所述特征识别仪(6)的输出端分别与磨机参数调节器(7)、记录/显示装置(8)连接，所述磨机参数调节器(7)与单片机(4)相连；所述滚动式监测装置(1)的内部设有传感器(105)，所述传感器(105)外固定有圆筒状的定子(106)，传感器(105)的前端与定子(106)内壁之间设有弧形垫块(104)，定子(106)外设有绕其转动的转子(112)，所述转子(112)的外部为圆柱面且此圆柱面与磨机筒体(2)呈滚动式接触，二者的线速度相同；所述传感器(105)的两端分别支撑于定子(106)的内壁之间，且传感器(105)外设有Y形的抱持机构(115)，所述抱持机构(115)为两个合围在一起的抱持臂(1151、1152)，所述抱持臂包括三段，两端为平板段，中间为圆弧段且两个圆弧段方向相对，两个抱持臂合在一起后，分叉端分别与台阶轴的内侧连接，中部为半圆筒段，另一端形成互相贴合的连接段，采用紧固件将传感器(105)抱紧；所述定子(106)外与设有定子支座(102)相对的一侧设有端盖(110)，端盖(110)与定子(106)外壳之间设有密封垫圈(111)，所述抱持臂的外端贯穿端盖(110)且外部通过锁紧螺母(109)锁紧；通过调节锁紧螺母(109)的松紧度，既能通过抱持臂将传感器(105)夹紧，又能实现传感器(105)在定子(106)中的轴向定位。

2.根据权利要求1所述的适用于旋转磨机筒体的接触式测试分析系统，其特征在于：所述定子(106)的一端设有沉降槽，且通过沉降槽与台阶轴(103)的台阶匹配插接嵌合，所述台阶轴(103)外套装有与其间隙配合的定子支座(102)，所述定子支座(102)外设有锁紧螺母(101)。

3.根据权利要求2所述的适用于旋转磨机筒体的接触式测试分析系统，其特征在于：所述台阶轴(103)分为三段，其中部为大台阶(1032)，两端分别为用于安装定子支座(102)的支座安装段(1031)和用于安装传感器抱持机构的连接段(1033)，所述连接段(1033)的端面设有两个彼此呈180°夹角的的凹槽(1034、1035)，所述两个凹槽(1034、1035)与所述两个抱持臂(1151、1152)的一端进行插接嵌合，所述定子支座(102)通过弹簧(117)与连接杆(118)连接。

4.根据权利要求3所述的适用于旋转磨机筒体的接触式测试分析系统，其特征在于：所述传感器(105)的底部与定子(106)的内壁之间依次设有可调支座(113)、减震垫(114)；所述可调支座(113)包括底座、支撑杆和调节螺母，所述底座支撑于定子(106)的内壁，调节螺母位于支撑杆的上方且支撑于传感器(105)的底部。

5.根据权利要求4所述的适用于旋转磨机筒体的接触式测试分析系统，其特征在于：所述定子(106)与转子(112)之间的结合面为圆台面，二者之间为间隙配合，在所述定子(106)的外端套装有位于转子(112)一侧的调节螺母(107)、锁紧螺母(108)，在定子(106)的侧壁上设有若干贯通的径向注油孔(1061)。

6.根据权利要求1所述的适用于旋转磨机筒体的接触式测试分析系统，其特征在于：所述滚动式监测装置(1)设置在磨机筒体(2)中脱离区、抛落区以及提升区的外部。

7.根据权利要求1所述的适用于旋转磨机筒体的接触式测试分析系统的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，测定有关参数：测定磨机工作参数、磨矿工艺参数、物料力学特性参数，标定钢球—衬板、钢球—钢球、物料—衬板、物料—钢球、物料—物料之间的摩擦系数；

第二步，确定最佳测点：利用EDEM、ADAMS计算机耦合模拟磨矿实验和现场磨矿实验相结合的方法，分别在脱离区、抛落区以及提升区选取若干最佳测点，用于安装滚动式监测装置(1)；

第三步，结合磨矿实验建立特征库：分别依次改变填充率、料球比、矿浆浓度、料球提升高度、衬板磨损量等参数值，在第二步所确定的测点位置的滚动式监测装置(1)，获取磨机筒体在欠负荷、正常负荷、过负荷工作状态对应的振动信号，并按数据处理流程分别提取对应的时域/频域振动特征信号，据此建立填充率、料球比、矿浆浓度、料球提升高度和衬板磨损量的标准特征库；

第四步，磨矿状态特征识别：在实际磨矿过程中，按照第二步、第三步，能够从筒体上获取磨机在某一特定实际工作状态参数对应的特征信号，将该实际特征信号与标准特征信号进行比较，即可判断磨机的工作状态及负荷状态。