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Bereich der Technologie
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Die vorgeschlagene Gruppe der Erfindungen betrifft Steuerungs- und Überwachungsvorrichtungen zur Überwachung des Betriebs von Anlagen, die feste Bestandteile zerkleinern, insbesondere Trommelmühlen oder ähnliche Geräte, die Mineralien, Bauwerkstoffen und andere Materialien unter Fabrik- oder Laborbedingungen verarbeiten.
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Stand der Technik
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Seit der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts werden Gummimaterialien anstelle von Metall als Auskleidungsschutz für Konstruktionselemente von Maschinen zur Zerkleinerung von Mineralien und Bauwerkstoffe verwendet. Gummi hat die Fähigkeit zu großen reversiblen Verformungen, eine hohe Beständigkeit gegen hydroabrasiven und Ermüdungsverschleiß sowie gegen Korrosion.
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Auskleidungen aus Gummimaterialien in Trommel-Kugelmühlen sind heute in der Bergbau- und Aufbereitungsindustrie weit verbreitet, da sie eine Reihe von Vorteilen bieten, wie zum Beispiel eine höhere Ausbeute des Produkts einer bestimmten Größe, geringeren Verschleiß von Schutzteilen, einen niedrigeren Energieverbrauch für Zerkleinerungs- bzw. Mahlprozesse, ein längeres Intervall zwischen den Reparaturen von Auskleidungssätzen, einen geringeren Lärmpegel usw.
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Neben Gummimaterialien haben sich auch andere elastische Materialien wie Polyurethan, Polyethylen sowie verschiedene Kombinationen aus Gummi, Polyurethan und Keramik für die Auskleidung von Zerkleinerungsanlagen bewährt.
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Es ist zu beachten, dass die Hauptaufgabe des Schutzauskleidungsmaterials darin besteht, die Beschädigung von Strukturelementen zu verhindern und die Anlagenlebensdauer zu erhöhen sowie die Ausfallzeiten der Ausrüstung im Zusammenhang mit der Wartung und Reparatur zu reduzieren. Von großer Bedeutung für die Umsetzung dieser Aufgaben sind die Betriebsbedingungen, Zerkleinerungsmodi, die physikalischen Eigenschaften der Zerkleinerungs- und Mahlgüter sowie Überwachungsvorrichtungen, die eine Überwachung und Steuerung dieser Prozesse ermöglichen.
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Aus dem Stand der Technik sind einige Technologien bekannt, die schwingungsdiagnostische Verfahren nutzen, um Probleme der Erhöhung der Zerkleinerungsgeschwindigkeit und der Verlängerung von Wartungsintervallen für die Wartung und Reparatur zu lösen, allerdings weisen solche Verfahren keine hohe Analysegenauigkeit auf.
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Aus dem Stand der Technik ist eine Technologie zur Diagnose der Auskleidungsschicht einer Zerkleinerungsanlage bekannt, die moderne intelligente Systeme zur Verarbeitung eingehender Informationen nutzt (siehe
CN111715354 , Klasse B02C17/18, veröffentlicht 29.09.2020 [1]).
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Die bekannte technische Lösung [1] ist in der Lage, Signale über den Zustand der Auskleidungsoberfläche in Echtzeit zu übertragen.
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Bei dieser Technologie handelt es sich um eine Überwachungsmethode, die die unmittelbare Bestimmung des Verschleißzustands der Schutzoberfläche der Zerkleinerungskomponenten von Zerkleinerungsanlagen ermöglicht. Erreicht wird dies durch die Durchführung von Untersuchungen zur Überprüfung des Betriebszustands des elastischen Auskleidungsmaterials der Zerkleinerungsanlagen mittels Integration eines Kontroll- und Messgeräts in dem Körper des besagten Auskleidungsmaterials.
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Das Funktionsprinzip beruht auf der Unterteilung der Auskleidung in mehrere Schichten und der Einbettung von Sensoren in jede der Schichten, die mit Hilfe von ölbasierten Füllstoffen Messwerte erfassen. Außerdem wird eine direkt über dem Arbeitsbereich angebrachte Kamera eingesetzt, sodass über eine Bildverarbeitungseinheit Echtzeitinformationen über den Zustand der Auskleidung an einen intelligenten Steuerungsserver übermittelt werden.
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Die Verwendung von Ölfüllern in den verwendeten Kontroll- und Messsensoren ist unerwünscht, da beim Zerkleinern Ölpartikel in die gemischten Komponenten gelangen können, die die Qualität der Zusammensetzung der Beladung beeinträchtigen und zu Ungenauigkeiten bei der Ermittlung der Parameter der Schutzoberflächen führt.
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Die Aufgabe des intelligenten Steuerungsservers besteht darin, den Verschleißzustand der Schutzoberfläche auf der Grundlage der Belastungsbilder und ihres anschließenden analytischen Vergleichs mit „normalen“ Bildern zu bestimmen. Eine fehlerfreie Analyse kann hierbei nicht garantiert werden, da die Bilder Fremdkörper enthalten können, die für das zerkleinerte Material nicht charakteristisch sind und von der Automatisierung fälschlicherweise als Marker wahrgenommen werden können, die weitere Arbeitsschritte bedingen. Hinzu kommt, dass das Vorhandensein großer Mengen von Staub oder anderer Partikel in der Luft während der Zerkleinerung der meisten Materialien den Einsatz optischer Überwachungswerkzeuge völlig unmöglich macht.
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Aus dem Stand der Technik ist ein System bekannt, das Berührungen (Stöße) des zerkleinerten Materials an den Wänden der Schutzbeschichtungen der Zerkleinerungskörper aufzeichnet (siehe CA2456566, Kl. B02C17/04, veröffentlicht 31.07.2004 [2]).
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Die bekannte Lösung [2] betrifft den Bereich der Materialvermahlung und insbesondere die Steuerung des Betriebs von Mahlkomponenten von Trommel-Kugelmühlen und ähnlichen Industrieanlagen. Dieses System ermöglicht es, die Mahlweise der Beladung durch analytische Überwachung der Eigenschaften der gemahlenen Masse zu steuern.
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Die Funktionsweise des vorgestellten Systems [2] basiert darauf, Kontaktereignisse zu erkennen und zu klassifizieren, wobei die geschätzte Aufprallkraft des Materials berücksichtigt wird. Die Kontaktereignisse werden nach einem kartesischen Diagramm klassifiziert und getrennt, wobei die vertikale Achse den Kontakt zwischen Gesteinsmaterialien und die horizontale Achse den Kontakt zwischen metallischen Materialien anzeigt.
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Der Betrieb des bekannten Systems [2] erfolgt nicht automatisiert, da die Regelung der Betriebsweise durch das Bedienpersonal erfolgt, das die Anzeige überwacht und je nach Farbe des Informationslichtsignals die Intensität, die Zeit und die Geschwindigkeit der Zerkleinerungskomponenten manuell einstellt, sodass die Qualität des zerkleinerten Materials direkt von den Fähigkeiten und der Verantwortung des Bedienpersonals abhängt.
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Ein charakteristisches Merkmal der Anlage [2] ist die bedingte Aufteilung der Bearbeitungszonen der Mahlkammer und die Aktivierung nur bestimmter Gruppen von Messsensoren, deren Betrieb unter Berücksichtigung der Drehrichtung der Mühle erforderlich ist, was einerseits die Zeit für die Übermittlung von Messsignalen verkürzt und andererseits zu Ungenauigkeiten der Messungen führen kann, die mit der Wahrscheinlichkeit einer mechanischen Beschädigung der Geräte einer Gruppe verbunden sind.
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Dem beanspruchten Verfahren zur Steuerung der Betriebsweise von Zerkleinerungskomponenten in Zerkleinerungsanlagen kommt in Bezug auf das technischen Wesen das aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren zur Steuerung des Verschleißes der Schutzschicht der Zerkleinerungsanlage am nächsten (siehe
CN110142084 , Kl. B02C2/00, veröffentlicht 20.08.2019 [3]).
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Die bekannte Lösung [3] bezieht sich auf das Gebiet der Zustandsüberwachung von Zerkleinerungsanlagen, insbesondere auf ein Verfahren zur Überwachung des Verschleißes des Mahlraumes in Zerkleinerungsanlagen.
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Die bekannte Lösung [3] sieht vor, in den Körper des Schutzauskleidungsmaterials ein Messgerät zu integrieren, das die Möglichkeit hat, im Betrieb die Eigenschaften des Auskleidungsmaterials zu bestimmen und diese dann an ein analytisches Informationssystem zu senden.
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Der Funktionsweise des bekannten Systems ist durch drei Verfahrensschritte gekennzeichnet.
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In einem ersten Schritt werden die gemessenen Eigenschaften an jedem Überwachungspunkt an das Informationssystem gesendet, um sie mit vordefinierten Regelungsbedingungen zu vergleichen.
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Im nächsten Schritt werden die Merkmale der Schutzauskleidung eines bestimmten Bereichs unter Berücksichtigung der Merkmale des aktuellen Bereichs und des benachbarten Bereichs sowie der vom Informationssystem aus beiden Bereichen erfassten Signale bestimmt.
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Im letzten Schritt wird, sofern die erhaltenen lokalen Merkmale des untersuchten Bereichs mit der zweiten ursprünglich festgelegten Regelungsbedingung übereinstimmen, zum vorangehenden Schritt zurückgekehrt und eine zyklische Regelung eingerichtet.
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Zu den Mängeln der bekannten Technologie [3] gehören mögliche Ungenauigkeiten und Fehler beim Betrieb der Software des Informationssystems, welches die durch Rückmeldung erfassten Signale überprüft, die die tatsächlichen Eigenschaften verfälschen und dann zu einem fehlerhaften zyklischen Regelungsalgorithmus führen.
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Als weiterer Nachteil ist die Notwendigkeit einer regelmäßigen Wartung des Informationssystems, die eine regelmäßige Aktualisierung der Software und eine ständige Modernisierung der Hardwaresysteme zur Anpassung an die immer komplexer werdenden Betriebsabläufe erfordert.
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Der beanspruchten Vorrichtung zur Steuerung der Betriebsbeanspruchung von Zerkleinerungskomponenten in Zerkleinerungsanlagen kommt vom technischen Wesen her eine Vorrichtung am nächsten, die den Verschleiß der Auskleidung von Kugelmühlen bestimmen kann (siehe
CN107297253 , Klasse B02C17/18, veröffentlicht 27.10.2017 [4]).
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Die bekannte Lösung [4] bezieht sich auf Überwachungsvorrichtungen, die zur Überwachung der Eigenschaften von Schutzbeschichtungen bei Betrieb von Mahlanlagen für die Verarbeitung fester Materialien eingesetzt werden.
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Die bekannte Vorrichtung [4] ermittelt die Eigenschaften des Auskleidungsmaterials und verfügt über eine in den Auskleidungskörper integrierte Gehäusekonstruktion, wodurch es ermöglich ist, die Eigenschaften des Auskleidungsmaterials zu erfassen und die entsprechenden Signale in Echtzeit an eine Regelungseinheit zu übermitteln.
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Die bekannte Vorrichtung [4] enthält ein Prozessormodul, ein drahtloses Kommunikationsmodul, ein Stromversorgungsmodul und intelligente Stäbe, deren Inneres hohl ist und zur Abdichtung dient.
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Die Vorrichtung ist eingerichtet, in Echtzeit mit der Regelungseinheit zu kommunizieren, was es ermöglicht, aktuelle Informationen über den Zustand der Auskleidung zu erhalten und somit die optimale Betriebsweise der Anlage zu wählen, einschließlich der Vermeidung unnötiger Abschaltungen zur Überprüfung des Zustands der Schutzkomponenten.
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Als Nachteil ist zu erwähnen, dass es sich bei den verwendeten intelligenten Stäben um unabhängige, komplexe Diagnose- und Sendegeräte handelt, die viel Energie verbrauchen und Funksignale zur Übertragung nutzen, was eine komplexe Regelungseinheit, Systeme für den Empfang und den Schutz vor Störungen, die Synchronisierung sowie die Signalverarbeitung erforderlich macht. Der Bedarf an einer Regelungseinheit ist unweigerlich mit erhöhten Betriebskosten verbunden, insbesondere für die Wartung und Reparatur der Geräte sowie für die Aufrechterhaltung der aktiven Funktionalität im Zusammenhang mit der Aktualisierung von System- und Softwarekomponenten.
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Es sei ferner darauf hingewiesen, dass die Vorrichtung recht schwierig zu installieren und in Betrieb zu nehmen ist, da die Konstruktion nicht standardisiert ist und eine spezielle Ausbildung des Bedienpersonals erfordert. Darüber hinaus ist es notwendig, mehrere intelligente Stäbe zur deren gemeinsamen Betrieb korrekt zu integrieren und Hilfsgeräte zur Unterstützung der laufenden Überwachungsprozesse einzurichten.
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Offenbarung der Erfindung
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Die technische Aufgabe der vorgeschlagenen Gruppe von Erfindungen ist die Schaffung einer effektiven, zuverlässigen und ökonomischen Diagnosetechnologie, mit der es in Echtzeit möglich ist, Daten zur Steuerung der Betriebsweise von mit Mineralien, Bauwerkstoffen und anderen Materialien beladenen Zerkleinerungsanlagen zu sammeln.
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Das technische Ergebnis der vorgeschlagenen Gruppe der Erfindungen, welches eine Lösung für das vorhandene technische Problem darstellt, besteht in der Bereitstellung von Elementen von Steuerungs- und Betriebssystemen, die es ermöglichen, ohne die Anlage anzuhalten, mit hoher Genauigkeit den Zustand der schützenden Auskleidungsschichten von Zerkleinerungsanlagen zu bestimmen und dadurch die optimale, ressourcenschonende Betriebsweise anzuwenden, die eine maximale Nutzung des Auskleidungsmaterials bis zum Erreichen der Verschleißgrenze erlaubt.
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Das beschriebene technische Ergebnis und die bezeichnete technischen Aufgabe werden dadurch erreicht, dass das Verfahren zur Steuerung des Zerkleinerungsprozesses eines Materials durch Zerkleinerungskomponenten von Zerkleinerungsanlagen Überwachungsaktionen umfasst, die sich auf die Diagnose des Betriebszustands des elastischen Auskleidungsmaterials und Analysen der Parameter des zerkleinerten Material beziehen, die durch Integration eines in Form eines Kontrollsensors ausgebildeten Messmittels in dem Auskleidungsmaterial erreicht werden. Die damit ausgeführte Aktion basiert auf der Messung der achsensymmetrischen Auslenkung des elastischen Auskleidungsmaterials unter dem Einfluss einer bekannten Kraft und der nachfolgenden Echtzeitübertragung der aufgezeichneten Daten an ein Informationssystem zu deren analytischen Verarbeitung. Die Diagnostik des Betriebszustandes des elastischen Auskleidungsmaterials zeichnet sich durch Bestimmung des Verschleißes, einschließlich der Überwachung des Erreichens einer maximal zulässigen Dicke, aus. Die Analyse der Parameter des zerkleinerten Materials basiert auf aufgezeichnete Daten des Aufpralls auf die Oberfläche der Auskleidung mit der Bestimmung der Anzahl und Masse der zerkleinerten Materialfragmente sowie des möglichen Vorhandenseins von Fremdkörpern als Ergebnis.
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Es wurde theoretisch festgestellt, dass die Größe der achsensymmetrischen Auslenkung eines elastischen Auskleidungsmaterials unter dem Einfluss einer bekannten Kraft durch das folgende Verhältnis bestimmt wird:
- W
- = Pd2/64 D(s), wobei
- P
- - die angewandte Kraft ist,
- d
- - der Durchmesser des beweglichen Teils des Auskleidungsmaterials (d. h. Durchmesser der Begrenzung der starren Befestigung des elastischen Auskleidungsmaterials) ist;
- D(s)
- - die Biegesteifigkeit der Auskleidung, abhängig von Material und Dicke s der Auskleidung, ist.
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Vorzugsweise und in geeigneter Weise reicht die Größe der momentanen Änderungen in der Auslenkung des elastischen Auskleidungsmaterials, auf das die zerkleinerten Materialfragmente beim Zerkleinern auftreffen, aus, um Informationen über die Massenverteilung der Fragmente des zerkleinerten Materials zu analysieren.
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Im Regelfall erfolgt die Integration des Kontrollsensors in das elastische Auskleidungsmaterial während des Thermoformens der Auskleidungselemente oder durch die Herstellung von Befestigungsbohrungen.
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Das angestrebte technische Ergebnis und die benannte technische Aufgabe werden auch durch die konstruktive Ausführung der Diagnosemessvorrichtung zur Überwachung der Betriebsweise der Zerkleinerung von Materialien durch Zerkleinerungskomponenten von Zerkleinerungsanlagen erreicht. Die Diagnosemessvorrichtung umfasst ein Gehäuseelement, das in das elastische Auskleidungsmaterial integriert werden kann, und ein bewegliches Sensorelement, das mittels eines elastischen Druckmittels permanent anschlagend in Richtung der Abriebfläche des elastischen Auskleidungsmaterials angedrückt ist, wobei das bewegliche Sensorelement, das die Werte der axialsymmetrischen Auslenkungen des elastischen Auskleidungsmaterials feststellt, gleichzeitig die Daten an ein Übertragungselement überträgt, dessen elektrische Signale es ermöglichen, den Grad des Verschleißes des elastischen Auskleidungsmaterials, einschließlich der Überwachung seiner maximal zulässigen Dicke, und die Parameter des auf die Oberfläche des Auskleidungsmaterial aufprallenden zerkleinerten Materials zu bestimmen und in Echtzeit an ein externes Informationssystem zur weiteren analytischen Verarbeitung zu übermitteln.
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Das elastische Druckmittel besitzt in der Regel die Form einer Druckfeder.
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Das Übertragungselement, das mit dem Sensorelement zusammenwirkt, kann die Form eines Induktions-, Wirbelstrom- oder anderen Bewegungssensors haben, der eine ähnliche Aufgabe erfüllen kann.
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Das Übertragungselement kann in Form eines Stromversorgungselements, eines Licht-, eines Schall- oder eines anderen Indikators ausgebildet sein, der im Falle eines Versagens des elastischen Auskleidungsmaterials Signale sendet.
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Das Sensorelement kann die Form eines Stabes haben.
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Der Endabschnitt des Stabes kann glatt, konisch oder anderweitig geformt sein, um eine Bewegung des Stabes zu ermöglichen, wenn das Auskleidungsmaterial abgeschert oder gebrochen wird.
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Gemäß dem angegebenen Erfindungskonzept dieser Gruppe von Erfindungen wird eine neue Technologie zur Überwachung des Betriebs von Anlagen offenbart, mit denen Material zerkleinert wird, wozu Trommel-Kugelmühlen oder ähnlich aufgebaute Maschinen gehören, die hauptsächlich Mineralien, Bauwerkstoffe oder andere Materialien verarbeiten.
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Die vorgestellte Technologie bietet eine effiziente, zuverlässige und kostengünstige Möglichkeit, in Echtzeit Daten über den Zustand von Zerkleinerungskomponenten und der Auskleidung zu sammeln und den Betrieb von Zerkleinerungsanlagen zu steuern.
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Die Grundlage der vorgeschlagenen Technologie ist eine Diagnosemessvorrichtung in Form eines Überwachungssensors, dessen Wirkung auf der Messung des Wertes der achsensymmetrischen Auslenkung des Auskleidungsmaterials und der anschließenden unterbrechungsfreien Echtzeitübertragung der aufgezeichneten Daten an ein externes Informationssystem basiert, in dem die Daten verarbeitet und - ohne die Notwendigkeit von Anlagenstopps - eine optimale Betriebsweise der Anlagen entwickelt werden kann. Hierdurch können die Betriebskosten gesenkt, die Effizienz erhöht und die Wartungsintervalle verlängert werden. Ferner kann die Betriebsweise durch Auswahl der Zerkleinerungsgeschwindigkeit, der Zerkleinerungsintensität und anderer Betriebsparameter so angepasst werden, dass die Anlage optimal ressourcenschonend betreibbar ist.
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Wie bereits erwähnt, besteht das Wesen der Technologie in der Messung des Wertes der achsensymmetrischen Auslenkung des elastischen Auskleidungsmaterials beim Aufprall des zerkleinerten Materials, die aufgrund der eingehausten Diagnosemessvorrichtung ins Innere des Auskleidungsmaterials integrierbar ist, wobei das elastische Druckmittel ein konstantes Anliegen des beweglichen Stabes in Richtung der Abriebfläche des elastischen Auskleidungsmaterials bewirkt. Hierdurch können die Verformungscharakteristiken des Auskleidungsmaterials mit hoher Genauigkeit aufgezeichnet, die Daten an das Übertragungselement weitergegeben und von diesem die Daten an das Informationssystem übermittelt werden. Hiermit werden unter Berücksichtigung der empfangenen Informationen des aktuellen Zustands des Auskleidungsmaterials Entscheidungen zur Betriebsweise der Zerkleinerungsanlage getroffen, die es erlauben, die optimale, ressourcenschonende Betriebsweise einzustellen.
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Somit bildet die Implementation der vorgeschlagenen Technologie, die eine Überwachung der Betriebsweise von Zerkleinerungsanlagen unter Berücksichtigung ihrer Eigenschaften und Merkmale ermöglicht, eine Gruppe von Erfindungen mit einer Reihe von Merkmalen, die ausreichend und notwendig sind, um das angestrebte technische Ergebnis zu erreichen, das in der Bereitstellung einer Reihe von Überwachungs- und Steuerungssystemen besteht, die es ermöglichen ohne das Anhalten der Anlagen mit hoher Genauigkeit die Parameter des Zerkleinerungsbetriebs und den Zustand der schützenden Auskleidungsschichten von Zerkleinerungsanlagen zu bestimmen und dadurch eine optimale, ressourcenschonende Betriebsweise zu entwickeln und den Einsatz von Auskleidungsmaterial unter bestmöglicher Ausnutzung der Verschleißgrenze zu ermöglichen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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- 1 zeigt eine Variante der Messung der Größe der achsensymmetrischen Auslenkung des elastischen Auskleidungsmaterials unter einer bekannten Kraft;
- 2 zeigt verschiedene Arten der Zerkleinerung des zu zerkleinernden Materials in der Trommel der Zerkleinerungsanlage;
- 3 zeigt eine allgemeine Ansicht der Kurven des gemittelten Signals für die Auslenkung der Auskleidung für einen Drehzyklus der Trommel der Zerkleinerungsanlage bei verschiedenen Betriebsarten;
- 4 zeigt mögliche Positionen der Diagnosemessvorrichtung im Auskleidungsmaterial;
- 5 zeigt den konstruktiven Aufbau der Diagnosemessvorrichtung.
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Ausführung der Erfindung
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Die vorgeschlagene Gruppe der Erfindungen wird durch konkrete Ausführungs- und Realisierungsbeispiele erläutert, die jedoch nicht die einzig möglichen sind, sondern den technischen Gegenstand, mit dem die technische Aufgabe gelöst wird, anhand der beschriebenen Merkmale verdeutlichen.
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Die Figuren zeigen die folgenden Elemente und Komponenten, die von der vorgeschlagenen Diagnosetechnologie umfasst sind, mittels der eine Echtzeit-Diagnose der Betriebszustände der Zerkleinerungsanlage ermöglicht ist:
| 1 | Trommelgehäuse der Zerkleinerungsanlage; |
| 2 | Diagnosemessinstrument; |
| 3 | Gehäuseelement; |
| 4 | Sensorelement; |
| 5 | elastisches Druckmittel; |
| 6 | Übertragungselement; |
| 7 | Kompressionsmutter; |
| 8 | Kontermutter; |
| 9 | elektrischer Kontaktbereich; |
| 10 | zerkleinerte Materialfragmente. |
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Ferner werden die folgenden Bezeichnungen in den Abbildungen üblicherweise verwendet:
- F
- ausgeübte Kraft;
- W
- der Wert der Auslenkung des Auskleidungsmaterials;
- A
- Ablösepunkt der Materialfragmente;
- G
- am weitesten entfernter Punkt entlang der Flugbahn;
- B1,2,3
- Punkte, an denen die Materialfragmente fallen und die maximale Auslenkung des Auskleidungsmaterials verursachen, wobei der Index die fortlaufenden Nummern der Parabeln von der höchsten zur niedrigsten bezeichnet;
- D
- Punkt, an dem die kleinste Auslenkung aufgezeichnet wird;
- M
- Markierung der Trommeldrehung;
- P
- aufgezeichneter Impuls;
- P1
- Höhe des maximalen Impulses;
- t1,2,3
- Zeit der Impulserfassung;
- V
- Drehgeschwindigkeit der Trommel.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die folgende Beschreibung der vorgeschlagenen Gruppe der Erfindungen nicht darauf abzielt, sie auf eine bestimmte Ausführungsform zu beschränken, sondern vielmehr alle möglichen Ausgestaltungen innerhalb des Anwendungsbereichs der Ansprüche abzudecken.
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Das vorgeschlagene Verfahren zur Überwachung des Zerkleinerungsprozesses von Materialien durch Zerkleinerungskomponenten von Zerkleinerungsanlagen umfasst demnach Überwachungsaktionen, die direkt mit der Diagnose des Betriebszustands des elastischen Auskleidungsmaterials und der Analyse der Parameter des zerkleinerten Materials verbunden sind.
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Diese operativen Aktionen werden durch die Integration der in Form eines Überwachungssensors ausgebildeten Diagnosemessvorrichtung 2 innerhalb des Auskleidungsmaterials durchgeführt, dessen Funktionsweise auf der Messung der achsensymmetrischen Auslenkung des elastischen Auskleidungsmaterials unter dem Einfluss einer bekannten Kraft F (siehe 1) und der anschließenden, in Echtzeit erfolgenden Sendung der aufgezeichneten Daten an ein externes Informationssystem zur analytischen Verarbeitung der empfangenen Informationen beruht.
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Hierbei ist die erwähnte Diagnose des Betriebszustands des elastischen Auskleidungsmaterials durch die Bestimmung seines Verschleißes, einschließlich der Überwachung des Erreichens der maximal zulässigen Dicke, gekennzeichnet. Die Analyse der Parameter des zerkleinerten Materials basiert auf aufgezeichneten Daten des Aufpralls auf die Oberfläche des Auskleidungsmaterials, wobei als Ergebnis der Analyse die Anzahl und Masse der zerkleinerten Materialfragmente sowie das eventuelle Vorhandensein von Fremdkörpern bestimmt wird.
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Die Diagnosemessvorrichtung 2 umfasst ein Gehäuseelement 3, das in das elastische Auskleidungsmaterial integriert werden kann, und ein bewegliches Sensorelement 4, das mittels eines elastischen Druckmittels 5 strukturell permanent kontaktierend in Richtung der Oberfläche des elastischen Auskleidungsmaterials angedrückt wird.
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Das bewegliche Sensorelement 4 erfasst den Betrag der Auslenkung des schützenden Auskleidungsmaterials, der sich infolge des Aufpralls auf das Auskleidungsmaterial ergibt, und übermittelt die Daten an das Übertragungselement 6.
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Die elektrischen Signale des genannten Übertragungselements 6 ermöglichen die Ermittlung des Verschleißes des elastischen Auskleidungsmaterials, einschließlich der Überwachung seiner maximal zulässigen Dicke, sowie der Parameter des auf die Oberfläche des Auskleidungsmaterials einwirkenden, zerkleinerten Materials; sie werden außerdem in Echtzeit an ein externes Informationssystem zur weiteren analytischen Verarbeitung übertragen.
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Die vorgeschlagene Gruppe von Erfindungen funktioniert wie folgt.
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Das Verfahren zur Steuerung des Betriebs der Zerkleinerungsanlagen und die Vorrichtung zu seiner Durchführung basieren, wie bereits erwähnt, auf der Messung der Größe der achsensymmetrischen Auslenkung des elastischen (Gummi, Polymer) Auskleidungsmaterials unter dem Einfluss einer bekannten Kraft F (siehe 1).
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Die mittlere Auslenkung des Auskleidungsmaterials der Zerkleinerungskomponenten hängt von der Restdicke des Auskleidungsmaterials ab. Die momentanen Änderungen der Auslenkung des Auskleidungsmaterials durch den Aufprall des zerkleinerten Materials geben Aufschluss über die Massenverteilung des zerkleinerten Materials.
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Ein erster Messwert ist der Verschleiß des Auskleidungsmaterials, der durch den Wert 1 - S/S0 bestimmt wird, wobei S0 die Ausgangsdicke der Auskleidungsschicht und S der aktuelle Wert der Auskleidungsschichtdicke ist. Um den Verschleiß der Auskleidungsschicht zu erfassen, wird das Signal des Sensorelements 4 an das Übertragungselement 6 übertragen, um den aktuellen Wert der Auslenkung der Auskleidungsschicht zu ermitteln. Als Sensorelement 4 wird eine bewegliche Stange und als Übertragungselement 6 ein Induktions-, Wirbelstrom- oder anderer Wegsensor verwendet.
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Ein weiterer Messwert signalisiert, dass die maximal zulässige Dicke des Auskleidungsmaterials erreicht ist. Wenn die maximal zulässige Dicke der Auskleidungsschicht erreicht ist, überschreitet der Wert der unter Einwirkung der durch das elastische Druckmittel 5 aufgebrachten Kraft F im Auskleidungsmaterial auftretenden mechanischen Spannungen die Festigkeitsgrenze des Auskleidungsmaterials und es kommt zu einem Durchbruch im Zentrum der Auslenkung bzw. Durchbiegung, infolgedessen sich das Sensorelement 4 der Diagnosemessvorrichtung 2 über seine Länge bewegt, was sich wiederum in den Messwerten des elektrischen Signals widerspiegelt. In diesem Fall kann die Dicke der Auskleidungsschicht, bei der eine Signalisierung erfolgen soll, über den Wert F der Federkraft des elastischen Druckmittels 5, das in der Regel in Form einer Druckfeder ausgeführt ist, mittels der Position der Kompressionsmutter 7 gewählt werden.
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Die maximal zulässige Dicke kann signalisiert werden, wenn der Signalwert des Übertragungselements 6 den Auslegungsgrenzwert überschritten hat.
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Darüber hinaus ist eine Variante des Diagnosemessgeräts 2 vorgesehen, bei der das Übertragungselement 6 die Form eines Stromversorgungselementes und einer Gruppe elektrischer Kontakte im Bereich 9 hat, die mit einer beliebigen Licht-, Schall- oder sonstigen Anzeigevorrichtung verbunden sind. In diesem Fall wird die Zerstörung der Auskleidungsschicht unter dem Druck des Sensorelements 4 dazu führen, dass dieser sich in die Anschlagposition bewegt, die elektrischen Kontakte in Bereich 9 schließt und dadurch die Anzeige einschaltet.
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Darüber hinaus charakterisiert der Messwert die Parameter der Aufpraller auf die Oberfläche des Auskleidungsmaterials. Das Histogramm der Änderungen der Auslenkung W, insbesondere (3), spiegelt die zeitlich gemittelte Summe der Aufprallimpulse wider und charakterisiert die Massenverteilung der zerkleinerten Materialfragmente. Die Signale des Übertragungselements 6 werden an das Informationssystem übertragen, das die Amplitude der Bewegungen des Sensorelements 4 im Zeitverlauf aufzeichnet.
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Die Diagnosemessvorrichtung 2 überträgt über das Übertragungselement 6 Informationen über den Verschleiß der Auskleidungsschicht, das Erreichen der maximal zulässigen Dicke der Auskleidungsschicht sowie die Parameter Größe und Masse der zerkleinerten Materialfragmente an das Informationssystem, das in der Regel in Form einer Rechenmaschine, eines Computers etc. realisiert ist.
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2 zeigt die verschiedenen Flugbahnen zerkleinerter Materialfragmente 10 in Wasserfalldarstellung von der höchsten Drehzahl (Flugbahn 1) bis zu niedrigeren Drehzahlen (Flugbahnen 2 und 3), wobei die Flugbahn der Materialfragmente 10 jeweils eine Parabel vom Ablösepunkt A über den weitesten entfernten Punkt G entlang der Flugbahn bis zum Kontaktpunkt B (1, 2, 3) mit der Trommel beschreibt.
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Die Drehgeschwindigkeit der Trommel der Zerkleinerungsanlage und der Grad ihrer Befüllung bestimmen die Lage des Punktes B.
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Die Diagnosemessvorrichtung 2 ist auf der Innenfläche der rotierenden Trommel angeordnet und erfasst die Aufprallimpulse, die vom Herabfallen der Materialfragmente 10 ausgehen.
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Die Größe der Aufprallimpulse wiederum variiert je nach Flugbahn der Materialfragmente 10 von größer zu kleiner. Zum Beispiel von einem Maximum (Kontaktpunkt B1), wenn der Aufprallimpuls direkt auf die Diagnosemessvorrichtung 2 übertragen wird, zu abnehmenden Werten B2-B3, wenn ein Teil des Aufprallimpulses auf Zwischenschichten übertragen und abgeleitet wird. Die Minimalwerte der Impulse liegen am Punkt D, wo die aufgezeichneten Impulse die Belastung durch die nacheinander über das Sensorelement 4 der Diagnosemessvorrichtung 2 rollenden Materialfragmente 10 widerspiegeln. Im oberen Teil der Trommel, vom Ablösepunkt A bis zum Kontaktpunkt B, gibt die Diagnosemessvorrichtung 2 ein Signal ab, das Informationen über den Auslenkungswert der Restschicht des Auskleidungsmaterials enthält.
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3 zeigt eine Gesamtansicht des durchschnittlichen Signals der Diagnosemessvorrichtung 2 für einen Zyklus der Trommeldrehung bei verschiedenen Drehzahlen (roter Bereich - Maximum, grün - Minimum), wobei Materialfragmente 10 mit gleicher Masse gewählt werden.
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Die Höhe des maximalen Impulses P1 charakterisiert den Wert der Aufprallbelastung auf das Auskleidungsmaterial bei Zerkleinerung im gemischtem Wasserfall-Kaskaden-Betrieb und ist direkt proportional zur durchschnittlichen Masse der Materialfragmente 10 in der Fraktion bei konstanter Drehgeschwindigkeit V der Trommel.
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An der Trommelrotationsmarkierung M (2) kann der Winkel ϕ des Auftreffpunktes der Materialfragmente 10 auf der Trommeloberfläche bestimmt werden, indem die Differenz des zeitlichen Auftretens der Spitze des Signals und der Markierung ermittelt wird.
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Aufgrund der unterschiedlichen Flugbahnen, die von Materialfragmenten 10 unterschiedlicher Masse beschrieben werden, enthält die tatsächliche Signalkurve der Diagnosemessvorrichtung 2 unterschiedliche Maxima von Impulsen P, die die Aufprallbelastung durch fallende Materialfragmente 10 unterschiedlicher Masse widerspiegeln. Die Analyse der Höhe jedes Peaks in der Zeit ermöglicht es, die Dynamik der Massenänderung in jeder Fraktion zu überwachen und anschließend die Betriebsweise der Zerkleinerung je nach Aufgabe zu steuern.
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Die Daten über den Signalverlauf bei jeder Umdrehung werden statistisch ausgewertet. Werden mehrere Diagnosemessvorrichtungen 2 gleichzeitig eingesetzt, die zum Beispiel entlang der Trommellänge angeordnet sind, kann durch den Vergleich der Signalwerte der verschiedenen Diagnosemessvorrichtungen 2 am gleichen, insbesondere am tiefsten Punkt die Gleichmäßigkeit der Beladung der Zerkleinerungsanlage entlang der Trommellänge und das mögliche Vorhandensein von Fremdkörpern überwacht werden.
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Durch die Steuerung des Winkels ϕ kann die Aufprallbelastung maximiert werden, wobei vermieden werden kann, dass die Materialfragmente 10 auf die Auskleidung in B1 aufprallen und hier einen erhöhten Verschleiß verursachen und die Materialfragmente 10 auf die Punkte B2 und B3 verteilt werden (siehe 2, 3).
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Mögliche Anordnungen der Diagnosemessvorrichtungen 2 sind in 4 dargestellt.
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Mit der Ausführung im linken und rechten Bauteil des in 4 dargestellten Anlagenabschnitts wird der Verschleiß des Auskleidungsmaterials gemessen, das sich oberhalb des Sensorelements 4 in Richtung der Radialachse der Trommel befindet. Der Verschleiß dieses Bauteils führt dazu, dass sich das Sensorelement 4 freiarbeitet, bewegt und bei Verschleiß ausgelöst wird. Die Anordnung der Diagnosemessvorrichtung 2 in dieser Variante (links und rechts im Anlagenabschnitt) kann auch in einem Winkel zur Radialachse erfolgen, wodurch eine Überwachung der Richtung des maximalen Verschleißes ermöglicht ist.
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Bei der Ausführung im mittleren Bauteil des in 4 dargestellten Anlagenabschnitts ist das Sensorelement 4 der Diagnosemessvorrichtung 2 frei beweglich. Hierbei ruht das Sensorelement 4 mit seinem Ende im Auskleidungsmaterial an der Innenseite der Nut. Die Bewegungen des Auskleidungsmaterials durch den Aufprall der zerkleinerten Materialfragmente 10 werden von der Diagnosemessvorrichtung 2 erfasst. Durch den Verschleiß des Auskleidungsmaterials dehnt sich das Sensorelement 4 auf seine maximale Länge aus und erzeugt ein kritisches Verschleißsignal.
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5 zeigt den Aufbau einer Diagnosemessvorrichtung 2, die erfindungsgemäß ein Gehäuseelement 3 aufweist, das durch mechanische Bearbeitung oder im Zuge der Thermoformung der Strukturelemente in das Auskleidungsmaterial integriert wird. Das Sensorelement 4 ist durch ein elastisches Druckmittel 5 in Form einer Druckfeder gefedert, wobei es an der Oberfläche des Auskleidungsmaterials anliegt und einen Druck auf die Oberfläche des Auskleidungsmaterials ausübt, wodurch es sich um den Wert W auslenkt bzw. durchbiegt. Der Betrag der Auslenkung wird von dem Übertragungselement 6 durch Messung des Spalts zwischen dem Sensorelement 4 und dem Sensorteil des Übertragungselements 6 erfasst. Die Druckstärke des Druckmittels 5 wird durch die Kompressionsmutter 7 eingestellt. Die Einstellung des Anfangsspalts des Übertragungselements 6 erfolgt durch Veränderung seiner Position und Arretierung mit der Kontermutter 8.
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Die vorgeschlagene Gruppe von Erfindungen kann eine breite Anwendung in der Industrie finden und erfolgreich im Bergbau und in der Aufbereitung, in der Energiewirtschaft, im Bauwesen und in anderen Industriezweigen als Diagnosemittel für Anlagen zum Zerkleinern von Mineralien, Bauwerkstoffen und anderen Materialien eingesetzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- CN 111715354 [0007]
- CN 110142084 [0018]
- CN 107297253 [0027]