CN111359729B - 一种磨机物料板结检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磨机物料板结检测系统，包括慢驱驱动单元，用于驱动磨机筒体旋转；测距仪单元，测量测距仪到磨机筒体内壁上多个测量点的距离；安装驱动单元，用于安装测距仪单元并带动测距仪单元旋转移动测量测距仪到测量点的距离；磨机筒体角度检测单元，用于检测磨机筒体的转动角度。有益效果在于：本发明提供的磨机物料板结检测系统适用于不同规格、配置的磨机，可高效、准确、快速地完成磨机物料板结情况的判定，自动化程度高，不仅克服了变频驱动磨机较小板结检测不准确的缺点；同时为非变频驱动的磨机的板结情况提供了可靠、高效的检测手段，有效提升磨机运行效率。

Description

一种磨机物料板结检测系统

技术领域

本发明涉及矿山磨矿机领域，具体涉及一种磨机物料板结检测系统。

背景技术

磨机利用能量对矿石进行挤压、滚压、冲击和研磨，使矿石中有用矿物单体解离以便于进行选别。当磨机带料停机时间较长或非计划停机时，磨机筒体内细料和水形成的矿浆将充当粘合剂的作用将局部区域大块矿石或钢球粘结在一起形成一个重量很大的物料块。该物料块对磨机的安全启动会产生潜在的危险。比如有些物料块在磨机筒体启动并旋转40°到70°的过程中沿磨机筒体内壁滑落，这没问题，然而有些物料块在磨机筒体旋转40°到70°的过程中未发生泻落，此时，该物料块会被提升至磨机筒体上方，一旦此时物料块掉落，则其坠落对磨机筒体底部产生的冲击能量将是磨机筒体正常工作时所承受的载荷的数倍，磨机很难承受住，故经常造成位于磨机筒体两端的起支撑作用的轴承损坏，严重的造成磨机端盖或者磨机筒体相对薄弱处产生裂纹，同时把合螺栓也发生变形损坏等严重后果，继而使整条生产线长期瘫痪。国内外矿山厂中该类事故时有发生，造成巨大的经济损失。所以对于磨机物料板结的检测相当重要。

通常情况下，变频驱动的磨机物料板结情况通过角度、电流以及力矩的关系进行分析判定。但是存在以下问题：

1、对于物料板结较小的情况，判定不准确。

2、对于非变频驱动的磨机，通过移开进料装置，慢速驱动磨机筒体旋转同时配合人工查看磨机筒体内壁是否产生板结，存在耗时耗力及一定的危险性，效率和自动化程度较低，影响设备智能化以及企业运行效率。因此，有必要对现有的磨机物料板结检测方法加以改进。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种磨机物料板结检测系统，以解决现有技术中磨机物料板结检测需要人工配合检测，费时费力，人力检测成本高，检测效率低，检测精准度差，而且人工检测存在一定的危险性等问题。本发明提供的磨机物料板结检测系统能够自动对各种型号的磨机的物料板结情况进行检测判定，无需人工检测，安全性高，检测成本低，可高效、准确、快速地完成磨机物料板结情况的判定，自动化程度高，不影响企业正常生产，实用性好，详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种磨机物料板结检测系统，包括慢驱驱动单元，用于驱动磨机筒体旋转；

测距仪单元，测量测距仪单元到磨机筒体内壁上多个测量点的距离；

安装驱动单元，用于安装测距仪单元并带动测距仪单元旋转移动测量测距仪单元到测量点的距离；

磨机筒体角度检测单元，用于检测磨机筒体的转动角度；

以及磨机控制单元，与慢驱驱动单元、测距仪单元、安装驱动单元、磨机筒体角度检测单元信号连接，用于控制慢驱驱动单元、测距仪单元、安装驱动单元工作并根据测距仪单元、磨机筒体角度检测单元测量到的数据信息判定磨机筒体内壁是否产生物料板结，若测距仪单元测得的距离值小于测距仪单元到磨机筒体内壁的距离，则判定板结发生。

作为本案的优化设计，所述慢驱驱动单元包括慢驱电机、减速器；磨机控制单元控制慢驱电机转动，慢驱电机转动通过减速器带动磨机筒体旋转。

作为本案的优化设计，所述测距仪单元为非接触类测距仪，其包括超声波测距仪、激光测距仪。

作为本案的优化设计，所述安装驱动单元包括移动步进电机单元，用于驱动测距仪单元移动；

以及转动步进电机单元，用于驱动测距仪单元旋转。

作为本案的优化设计，移动步进电机单元包括第一步进电机、丝杠和第一步进电机驱动器，转动步进电机单元安装在丝杠上，磨机控制单元通过第一步进电机驱动器控制第一步进电机转动，第一步进电机转动通过丝杠带动转动步进电机单元移动。

作为本案的优化设计，转动步进电机单元包括第二步进电机和第二步进电机驱动器，测距仪单元安装在转动步进电机单元的第二步进电机上。

作为本案的优化设计，转动步进电机单元的第二步进电机的步距角为0.45°，转动速度为150rpm。

作为本案的优化设计，磨机控制单元包括PLC控制器、上位机，PLC控制器控制慢驱驱动单元、测距仪单元、安装驱动单元工作并根据测距仪单元、磨机筒体角度检测单元测量到的数据信息判定磨机筒体内壁是否产生物料板结，同时将判定结果通过上位机显示出来。

作为本案的优化设计，磨机筒体内径所在的圆内过测量点的半径与竖直线的夹角为α，60°≤α≤70°。

作为本案的优化设计，多个测量点连接形成一条直线，该直线与磨机筒体的中心轴线平行。

有益效果在于：本发明提供的磨机物料板结检测系统适用于不同规格、配置的磨机，可高效、准确、快速地完成磨机物料板结情况的判定，自动化程度高，不仅克服了变频驱动磨机较小板结检测不准确的缺点；同时为非变频驱动的磨机的板结情况提供了可靠、高效的检测手段，有效提升磨机运行效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的磨机物料板结检测系统组成示意图；

图2是本发明一实施例中步进电机驱动连接示意图；

图3是本发明一实施例中安装驱动单元在初始位置的结构示意图；

图4是图3中的A-A剖视图；

图5是本发明一实施例中安装驱动单元在工作位置的结构示意图；

图6是图5中的B向视图;

图7是本发明一实施例中磨机筒体的旋转示意图；

图8是本发明一实施例中测距仪单元的工作示意图；

图9是本发明一实施例中磨机物料板结检测流程图。

附图标记说明如下：

0、第二步进电机；1、第一步进电机；2、安装支架；3、滑架；4、导杆；5、磨机筒体；6、丝杠；7、限位开关；8、测距线；9、板结；10、测距仪单元；11、测量点。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

针对传统板结9检测方法要么检测精准度差，要么需要依靠人工检测，而人工检测又存在危险性高，耗时耗力，人力成本高的问题，本发明提供了一种采用新方法检测板结9的磨机物料板结检测系统，该系统通过测距仪单元10测量测距仪单元10到磨机筒体5内壁各处的距离来判断磨机筒体5内壁是否产生板结9，因为测距仪单元10到磨机筒体5内壁各处的距离是已知的，这些已知的距离数据会提前被存储在磨机控制单元，当磨机筒体5的内壁产生板结9时，测距仪单元10测得的距离值肯定小于已知值，也就是说，如果测量值与已知的距离值相等，说明磨机筒体5内壁该测量点11没有板结9，如果测量值小于已知的距离值，说明磨机筒体5内壁该测量点11有板结9，基于此，便可高效、快速地完成磨机物料板结9情况的判定，检测速度快，效率高，不仅适合变频驱动磨机较小板结9的检测，同时也适用于非变频驱动的磨机，此外，整个检测过程无需人工辅助检测，自动化程度高，省时省力，有效提升企业生产效率，具有非常广阔的市场价值，具体的，参见图1所示，本发明提供的磨机物料板结检测系统，包括慢驱驱动单元，用于驱动磨机筒体5旋转；

测距仪单元10，测量测距仪单元10到磨机筒体5内壁上多个测量点11的距离；

安装驱动单元，用于安装测距仪单元10并带动测距仪单元10旋转移动测量测距仪单元10到测量点11的距离；

磨机筒体角度检测单元，用于检测磨机筒体5的转动角度；

以及磨机控制单元，与慢驱驱动单元、测距仪单元10、安装驱动单元、磨机筒体角度检测单元信号连接，用于控制慢驱驱动单元、测距仪单元10、安装驱动单元工作并根据测距仪单元10、磨机筒体角度检测单元测量到的数据信息判定磨机筒体5内壁是否产生物料板结9。

参见图7所示，慢驱驱动单元可驱动磨机筒体5慢速旋转，因为当磨机筒体5内有板结9产生时负载较重，故启动时宜慢速平稳旋转，而且这样也能使板结9沿着磨机筒体5内壁平稳、慢速下滑至筒底，不至于造成板结9还没来得及下滑便被磨机筒体5快速带到高处然后掉落砸坏磨机筒体5，具体的，慢驱驱动单元包括慢驱电机和减速器；慢驱电机转动通过减速器带动磨机筒体5慢速旋转。

测距仪单元10在工作中只伸到磨机筒体5的出料口内部边沿处，如图8所示，因此测距仪单元10宜选择非接触类测距仪，包括超声波测距仪、激光测距仪等，优选的，选择超声波测距仪，其测量精度为厘米级。

考虑到板结9一般呈长条状，且板结9的长度方向与磨机筒体5的中心轴线平行，故为了提升板结9检测速度、效率和精准度，缩短检测时间，可将多个测量点11设置在一条直线上，即多个测量点11连接可形成一条直线，而且该直线与磨机筒体5的中心轴线平行；

考虑到磨机筒体5开始旋转后板结9还未被提升至高处，板结9可能会沿着磨机筒体5内壁平稳、慢速下滑至筒底，这样，尽管磨机筒体5内产生板结9，但是板结9不会被磨机筒体5带到高处然后掉落砸向筒底，此时产生的板结9是无害的，故为了避免检测到上述无害的板结9而停机耽误企业生产，提高板结检测系统的检测精准度，可将测量点11设置在磨机筒体5两侧内壁的下方，即磨机筒体5内径所在的圆内过测量点11的半径与竖直线的夹角为α，60°≤α≤70°，如图7所示，图7中的箭头表示磨机筒体5的旋转方向，这样设计的理由是，磨机筒体5旋转60度后，若检测到板结9，则该板结9是有害的，因为该板结9在60°这个位置很难沿着磨机筒体5内壁平稳、慢速下滑至筒底，也就是说，该板结9不管在此位置快速滑落撞击筒底还是随着磨机筒体5继续旋转掉落撞击筒底，该板结9都会对磨机造成伤害，只不过板结9掉落撞击筒底对磨机的伤害程度更大；而在磨机筒体5刚开始旋转且旋转角度没有到达50度的过程中，即便发生板结9滑落，该板结9也是沿着磨机筒体5内壁平稳、慢速下滑至筒底，不会对磨机造成伤害；当磨机筒体5旋转超过70度后还未检测到板结9，说明磨机停机过程中筒体内没有产生板结9或在磨机筒体5旋转过程中板结9已经沿着磨机筒体5内壁平稳、慢速下滑至筒底，也就是说，后续旋转过程中，不会再有板结9被磨机筒体5带至高处掉落砸坏筒体，因此当磨机筒体5旋转超过70度后便可终止检测；而在磨机筒体5旋转至50度-60度的过程中，板结9若发生滑落，其滑落速度虽然较快，但是还不足以对磨机造成任何实质损害，一般情况下，板结9在这一角度区间滑落至筒底后会引起磨机筒体5晃动，尽管筒体晃动不会对磨机造成任何实质损害，但是晃动会使螺栓等紧固件松动，从而降低磨机的可靠性，缩短其使用寿命，因此为了保险起见α的取值范围宜更大些，即50°≤α≤70°，在实际使用过程中，有些企业一般取α为50度就是为了尽可能的延长磨机的使用寿命，但是这样一来，检测精准度必然下降，有些无害的板结9也会被检测到，势必影响企业生产，故优选的α的取值范围为60°≤α≤70°；

安装驱动单元包括移动步进电机单元，用于驱动测距仪单元10移动；

以及转动步进电机单元，用于驱动测距仪单元10旋转；

工作过程中，测距仪单元10先被移动步进电机单元从初始位置推动至工作位置，即磨机筒体5的出料口内部边沿处，如图3-图5所示，然后再由转动步进电机单元带动测距仪单元10旋转辅助测距仪单元10测量自身到多个测量点11的距离，如图6和图8所示，最后，测距仪单元10将测量数据传至磨机控制单元进行分析处理，移动步进电机单元、转动步进电机单元和测距仪单元10均在磨机控制单元的控制下协同配合工作。

为了方便测距仪单元10进行测距工作，缩短板结9检测耗时，同时也避免安装驱动单元影响磨机筒体5的出料口排料，测距仪单元10的移动方向宜与磨机筒体5的中心轴线方向平行，这样不检测时，测距仪单元10和转动步进电机单元远离磨机筒体5的出料口，不影响磨机正常工作。

具体的，移动步进电机单元包括第一步进电机1、丝杠6和第一步进电机驱动器，第一步进电机1和丝杠6都安装在安装支架2上，安装支架2位于磨机筒体5的出口处，丝杠6上旋套有滑架3，第一步进电机1转动带动丝杠6旋转驱动滑架3沿着丝杠6移动，丝杠6与磨机筒体5的中心轴线平行，如图3-图6所示，转动步进电机单元包括第二步进电机驱动器和固定安装在滑架3上的第二步进电机0，滑架3上的第二步进电机0的输出轴上安装测距仪单元10，磨机控制单元通过第二步进电机驱动器控制第二步进电机0转动带动丝杠6旋转，继而推动滑架3移动，当滑架3带着测距仪单元10移动至磨机筒体5的出料口内部边沿处后，磨机控制单元通过第二步进电机驱动器控制滑架3上的第二步进电机0转动带动测距仪单元10旋转检测自身到多个测量点11的距离，如图6所示。

为了实现高效、快速、精准检测，滑架3上的第二步进电机0的步距角取0.45°，转动速度取150rpm，工作过程中，每当滑架3上的第二步进电机0旋转0.45°，测距仪单元10便测量一次，并将测量值传回磨机控制单元进行分析处理，具体的，参见图9所示，当磨机筒体5需要进行板结9检测时，先通过慢驱驱动单元驱动磨机筒体5旋转50度，停止，之后移动测距仪单元10来到磨机筒体5的出料口内部边沿处进行测距，当然，慢驱驱动单元驱动磨机筒体5旋转和移动测距仪单元10到磨机筒体5的出料口内部边沿处可同时进行，测距时磨机控制单元控制滑架3上的第二步进电机0每旋转0.45°，测距仪单元10便测量一次距离，同时将测量值传回磨机控制单元进行分析，当测距仪单元10从图6中的开始位置（实线位置）旋转至终止位置（虚线位置）后，图6中的箭头表示测距仪单元10的旋转方向，图6中的限位开关7控制滑架3上的第二步进电机0停止转动，然后磨机控制单元控制慢驱驱动单元继续驱动磨机筒体5旋转3°-7°（优选5°）后停止，接着磨机控制单元控制滑架3上的第二步进电机0反向旋转，即测距仪单元10从图6中的终止位置（虚线位置）启动并旋转至开始位置（实线位置），然后由图6中的限位开关7控制滑架3上的第二步进电机0停止转动，接着磨机控制单元再次控制慢驱驱动单元继续驱动磨机筒体5旋转3°-7°（优选5°）后停止，优选5度，然后磨机控制单元控制滑架3上的第二步进电机0正向旋转带动测距仪单元10进行测距工作，如此循环往复，直至磨机筒体5累计旋转超过70度后终止，磨机筒体5的旋转角度由磨机筒体角度检测单元进行测量并将检测数据实时传回磨机控制单元，具体的，磨机筒体角度检测单元包括增量型编码器，当磨机筒体角度检测单元检测到磨机筒体5的旋转角度超过70度后，磨机控制单元控制慢驱驱动单元、安装驱动单元和测距仪单元10停止工作，然后控制安装驱动单元带动测距仪单元10返回初始位置。

上述磨机筒体5自动旋转3°-7°（优选5°）后停止和测距仪单元10往复旋转测距可通过编程来实现二者自动交替进行，即通过磨机控制单元编写相应的控制程序来控制慢驱驱动单元、转动步进电机单元和测距仪单元10自动工作，测距结束后，通过移动步进电机单元带动测距仪单元10返回至初始位置。

之所以在磨机筒体5自动旋转3°-7°中优选5°，是因为度数选择太大的话容易漏检，度数选择太小的话检测时间太长，而选择5°不仅不易漏检，而且检测时间不长，能够保证较高的检测效率；当磨机筒体5自动旋转5°一检测时，磨机筒体5在旋转至50°、55°、60°、65°、70°各检测一次，一共5次。

为了使滑架3平稳移动，安装支架2上安装有多根与丝杠6平行的导杆4，滑架3滑套在导杆4上，安装支架2上位于丝杠6的两端上方设置有限位开关7，用于当滑架3滑动至丝杠6两端时及时控制第一步进电机1停止转动，避免丝杠6继续转动带动滑架3撞击安装支架2。

磨机控制单元包括PLC控制器、上位机，PLC控制器通过程序对磨机系统内主电机、润滑站、干油站、慢驱驱动单元、磨机筒体角度检测单元、测距仪单元10、安装驱动单元等进行信号采集、数据处理和控制，完成磨机系统的自动控制和连锁保护，具体的，PLC控制器控制慢驱驱动单元驱动磨机筒体5旋转、控制安装驱动单元带动测距仪单元10移动或旋转以及控制测距仪单元10进行测距作业，同时，PLC控制器根据测距仪单元10、磨机筒体角度检测单元传回的测量数据判断磨机筒体5内壁是否产生物料板结9并将判定结果通过上位机显示出来供工作人员查看。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种磨机物料板结检测系统，其特征在于：包括慢驱驱动单元，用于驱动磨机筒体（5）旋转；

测距仪单元（10），测量测距仪单元（10）到磨机筒体（5）内壁上多个测量点（11）的距离；

安装驱动单元，用于安装测距仪单元（10）并带动测距仪单元（10）旋转移动测量测距仪单元（10）到测量点（11）的距离；

磨机筒体角度检测单元，用于检测磨机筒体（5）的转动角度；

以及磨机控制单元，与慢驱驱动单元、测距仪单元（10）、安装驱动单元、磨机筒体角度检测单元信号连接，用于控制慢驱驱动单元、测距仪单元（10）、安装驱动单元工作并根据测距仪单元（10）、磨机筒体角度检测单元测量到的数据信息判定磨机筒体（5）内壁是否产生物料板结（9），若测距仪单元（10）测得的距离值小于测距仪单元（10）到磨机筒体（5）内壁的距离，则判定板结发生。

2.根据权利要求1所述的一种磨机物料板结检测系统，其特征在于：所述慢驱驱动单元包括慢驱电机和减速器；磨机控制单元控制慢驱电机转动，慢驱电机转动通过减速器带动磨机筒体（5）旋转。

3.根据权利要求1所述的一种磨机物料板结检测系统，其特征在于：所述测距仪单元（10）为非接触类测距仪，其包括超声波测距仪、激光测距仪。

4.根据权利要求1所述的一种磨机物料板结检测系统，其特征在于：所述安装驱动单元包括移动步进电机单元，用于驱动测距仪单元（10）移动；

以及转动步进电机单元，用于驱动测距仪单元（10）旋转。

5.根据权利要求4所述的一种磨机物料板结检测系统，其特征在于：移动步进电机单元包括第一步进电机（1）、丝杠（6）和第一步进电机驱动器，转动步进电机单元安装在丝杠（6）上，磨机控制单元通过第一步进电机驱动器控制第一步进电机（1）转动，第一步进电机（1）转动通过丝杠（6）带动转动步进电机单元移动。

6.根据权利要求5所述的一种磨机物料板结检测系统，其特征在于：转动步进电机单元包括第二步进电机（0）和第二步进电机驱动器，测距仪单元（10）安装在转动步进电机单元的第二步进电机（0）上。

7.根据权利要求6所述的一种磨机物料板结检测系统，其特征在于：转动步进电机单元的第二步进电机（0）的步距角为0.45°，转动速度为150rpm。

8.根据权利要求1所述的一种磨机物料板结检测系统，其特征在于：磨机控制单元包括PLC控制器、上位机，PLC控制器控制慢驱驱动单元、测距仪单元（10）、安装驱动单元工作并根据测距仪单元（10）、磨机筒体角度检测单元测量到的数据信息判定磨机筒体（5）内壁是否产生物料板结（9），同时将判定结果通过上位机显示出来。

9.根据权利要求1所述的一种磨机物料板结检测系统，其特征在于：磨机筒体（5）内径所在的圆内过测量点（11）的半径与竖直线的夹角为α，60°≤α≤70°。

10.根据权利要求1所述的一种磨机物料板结检测系统，其特征在于：多个测量点（11）连接形成一条直线，该直线与磨机筒体（5）的中心轴线平行。

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