KR101861729B1 - 볼 밀 장치의 진동 스펙트럼 분석방법 - Google Patents

볼 밀 장치의 진동 스펙트럼 분석방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101861729B1
KR101861729B1 KR1020180029047A KR20180029047A KR101861729B1 KR 101861729 B1 KR101861729 B1 KR 101861729B1 KR 1020180029047 A KR1020180029047 A KR 1020180029047A KR 20180029047 A KR20180029047 A KR 20180029047A KR 101861729 B1 KR101861729 B1 KR 101861729B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
vibration
ball mill
spectrum
ball
frequency
Prior art date
Application number
KR1020180029047A
Other languages
English (en)
Inventor
김정윤
유광석
이훈
김관호
Original Assignee
한국지질자원연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국지질자원연구원 filed Critical 한국지질자원연구원
Application granted granted Critical
Publication of KR101861729B1 publication Critical patent/KR101861729B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C17/00—Disintegrating by tumbling mills, i.e. mills having a container charged with the material to be disintegrated with or without special disintegrating members such as pebbles or balls
    • B02C17/18—Details
    • B02C17/1805—Monitoring devices for tumbling mills
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H11/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties
    • G01H11/06—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means
    • G01H11/08—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means using piezoelectric devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crushing And Grinding (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예는 빈 원통형 볼 밀 용기에 구형 분쇄매체가 한 개 낙하하며 투입될 시 충돌에 의해 발생되는 진동을 수집하고, 구형 분쇄매체가 원통형 볼 밀 용기 최하단으로부터 1.4D 내지 1.6D에 해당하는 높이, 2.2D 내지 2.4D에 해당하는 높이, (0.707n + 0.293)D 초과 (0.707n + 1)D 미만에 해당하는 높이로 최밀충전되도록 각각 채워진 상태에서, 상기 분쇄매체가 한 개 낙하하며 상기 볼 밀 용기에 투입될 시 충돌에 의해 각각 발생하는 진동을 수집한 다음, 상기 수집된 진동 아날로그 시그널을 디지털 시그널로 변환하여 주파수-진동가속도 스펙트럼들을 생성하는 단계(단계 1a); 상기 분쇄매체 및 분쇄대상물질이 투입된 볼 밀 용기의 구동 회전에 따라 수집된 진동 아날로그 시그널을 디지털 시그널로 변환하여 분쇄 시간에 따른 주파수-진동가속도 스펙트럼을 생성하는 단계(단계 1b); 상기 단계 1a에서 생성된 스펙트럼들을 정규화하는 단계(단계 2); 상기 정규화된 단계 1a의 스펙트럼들에서 지배적 주파수 대역을 구분하고, 상기 단계 1b의 스펙트럼과 비교하는 단계(단계 3);을 포함하는, 볼 밀 장치의 진동 스펙트럼 분석방법을 제공한다.

Description

볼 밀 장치의 진동 스펙트럼 분석방법{ANALYTICAL METHOD OF VIBRATION SPECTRUM OF BALL MILL MACHINE}
본 발명은 볼 밀 장치의 진동 스펙트럼 분석방법에 관한 것이다.
일반적으로 분쇄 공정은 선광 공정 중 물질의 입도를 감소시키는 단계이다. 분쇄 공정에서 발생하는 분쇄대상물질의 파괴는 대소 입경 입자의 확률적 파괴 현상이며, 이것을 정확히 이해하려면 입도 사이에서의 물질 수지에 기초한 속도론과 확률론적 고찰이 필요하다.
분쇄대상물질의 파괴와 분쇄 자체는 입자의 물성, 외력의 작용 조건 및 분위기에 따라 영향을 받지만, 기본적으로는 외력의 작용에 따라 고체가 변형되고 고체 내의 미소 크랙이 활성화하여 파괴가 진행된다.
미분쇄 단계에서 사용되는 볼 밀(ball mill)은 분쇄매체인 볼 매개체가 채워진 볼 밀 용기가 회전하여 용기 내 볼 매개체의 충격에너지를 이용하여 시료의 분쇄를 유도하게 된다.
그러나, 볼 밀 용기 내부의 분쇄대상물질 상태 및 분쇄산물의 특성을 예측하기는 어려우며, 최적의 분쇄 효율을 나타낼 수 있는 분석방법과 수단이 필요한 실정이다.
관련 선행기술로, 한국 등록특허공보 제10-1620507호에 개시된 "볼 밀 시스템의 진동 모니터링 장치 및 방법"이 있다.
한국 등록특허공보 제10-1620507호
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 볼 밀 분쇄장치의 분쇄 공정 중 발생할 수 있는 유형들의 진동 스펙트럼들을 생성하고, 이를 분쇄물질 및 분쇄매체가 포함된 볼 밀 장치의 진동 스펙트럼과 비교 분석함으로써, 볼 밀 장치 내부의 분쇄 상태 및 분쇄 산물의 특성을 예측하고자 하는 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 양태는 빈 원통형 볼 밀 용기에 구형 분쇄매체가 한 개 낙하하며 투입될 시 충돌에 의해 발생되는 진동을 수집하고, 구형 분쇄매체가 원통형 볼 밀 용기 최하단으로부터 1.4D 내지 1.6D에 해당하는 높이, 2.2D 내지 2.4D에 해당하는 높이, (0.707n + 0.293)D 초과 (0.707n + 1)D 미만에 해당하는 높이로 최밀충전되도록 각각 채워진 상태에서, 상기 분쇄매체가 한 개 낙하하며 상기 볼 밀 용기에 투입될 시 충돌에 의해 각각 발생하는 진동을 수집한 다음, 상기 수집된 진동 아날로그 시그널을 디지털 시그널로 변환하여 주파수-진동가속도 스펙트럼들을 생성하는 단계(단계 1a); 상기 분쇄매체 및 분쇄대상물질이 투입된 볼 밀 용기의 구동 회전에 따라 수집된 진동 아날로그 시그널을 디지털 시그널로 변환하여 분쇄 시간에 따른 주파수-진동가속도 스펙트럼을 생성하는 단계(단계 1b); 상기 단계 1a에서 생성된 스펙트럼들을 정규화하는 단계(단계 2); 상기 정규화된 단계 1a의 스펙트럼들에서 지배적 주파수 대역을 구분하고, 상기 단계 1b의 스펙트럼과 비교하는 단계(단계 3);을 포함하는, 볼 밀 장치의 진동 스펙트럼 분석방법을 제공한다.
(상기 단계 1a의 n은 3 내지 (rc/D) 사이의 정수이고, 상기 rc는 상기 용기의 반경이고, 상기 D는 상기 분쇄매체의 직경이고, 4D<rc 이다)
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 또 다른 일 양태는 상기의 단계 1a, 1b, 2 및 3을 포함하는, 볼 밀 장치의 분쇄대상물질 상태 분석방법을 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 분쇄대상물질과 분쇄매체 간의 충돌 시 발생하는 진동유형의 우위를 파악할 수 있고, 이에 따라 분쇄진행 형태를 예측할 수 있으며, 이를 기반으로 최적의 분쇄 효율을 나타내도록 볼 밀 장치를 구동할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 볼 밀 장치의 진동 스펙트럼 분석방법의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에서 볼-용기 벽 간 충돌에 따른 주파수-진동가속도 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에서 볼-볼(1층) 간 충돌에 따른 주파수-진동가속도 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에서 볼-볼(2층) 간 충돌에 따른 주파수-진동가속도 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에서 볼-볼(n층) 간 충돌에 따른 주파수-진동가속도 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1에서 분쇄매체 및 분쇄대상물질을 투입한 볼 밀 용기의 구동에 따른 시간대 별 주파수-진동가속도 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1에서 볼-볼(1층) 간 충돌에 따른 주파수-진동가속도 스펙트럼의 정규화를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예 1에서 주파수-진동가속도 스펙트럼의 비정상신호 제거를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예 1에서 볼-용기 벽 간 충돌에 따른 주파수-진동가속도 스펙트럼의 지배적 주파수 대역 구분을 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시예 1에서 분쇄매체 및 분쇄대상물질을 투입한 볼 밀 용기의 구동에 따른 시간대 별 주파수-진동가속도 스펙트럼의 정규화 후 분석을 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시예 1에서 분쇄매체 및 분쇄대상물질을 투입한 볼 밀 용기의 구동에 따른 시간대 별 주파수-진동가속도 스펙트럼의 분석을 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실시예 1에서 특정 주파수 대역에서의 시간에 따른 진동가속도 합산한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 발명의 실시예 1에서 다양한 특정 주파수 대역에서의 시간에 따른 진동가속도 합산한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 14는 본 발명의 실시예 1에서 다양한 특정 주파수 대역에서의 시간에 따른 진동가속도 합산한 결과를 일부 확대하여 나타낸 그래프이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 의한 볼 밀 장치의 진동 스펙트럼 분석방법에서 충돌 전 분쇄매체가 볼 밀 용기 내 채워진 상태를 각각 나타낸 개략도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
나아가, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 일 양태는
빈 원통형 볼 밀 용기에 구형 분쇄매체가 한 개 낙하하며 투입될 시 충돌에 의해 발생되는 진동을 수집하고, 구형 분쇄매체가 원통형 볼 밀 용기 최하단으로부터 1.4D 내지 1.6D에 해당하는 높이, 2.2D 내지 2.4D에 해당하는 높이, (0.707n + 0.293)D 초과 (0.707n + 1)D 미만에 해당하는 높이로 최밀충전되도록 각각 채워진 상태에서, 상기 분쇄매체가 한 개 낙하하며 상기 볼 밀 용기에 투입될 시 충돌에 의해 각각 발생하는 진동을 수집한 다음, 상기 수집된 진동 아날로그 시그널을 디지털 시그널로 변환하여 주파수-진동가속도 스펙트럼들을 생성하는 단계(단계 1a)(S11);
상기 분쇄매체 및 분쇄대상물질이 투입된 볼 밀 용기의 구동 회전에 따라 수집된 진동 아날로그 시그널을 디지털 시그널로 변환하여 분쇄 시간에 따른 주파수-진동가속도 스펙트럼을 생성하는 단계(단계 1b)(S12);
상기 단계 1a에서 생성된 스펙트럼들을 정규화하는 단계(단계 2)(S20);
상기 정규화된 단계 1a의 스펙트럼들에서 지배적 주파수 대역을 구분하고, 상기 단계 1b의 스펙트럼과 비교하는 단계(단계 3)(S30);을 포함하는, 볼 밀 장치의 진동 스펙트럼 분석방법을 제공한다.
(상기 단계 1a의 n은 3 내지 (rc/D) 사이의 정수이고, 상기 rc는 상기 용기의 반경이고, 상기 D는 상기 분쇄매체의 직경이고, 4D<rc 이다)
이하, 본 발명의 일 양태에 따른 볼 밀 장치의 진동 스펙트럼 분석방법에 대하여 각 단계별로 설명한다.
본 발명의 일 양태에 따른 볼 밀 장치의 진동 스펙트럼 분석방법에 있어서, 상기 단계 1a(S11)는 빈 원통형 볼 밀 용기에 구형 분쇄매체가 한 개 낙하하며 투입될 시 충돌에 의해 발생되는 진동을 수집하고, 구형 분쇄매체가 원통형 볼 밀 용기 최하단으로부터 1.4D 내지 1.6D에 해당하는 높이, 2.2D 내지 2.4D에 해당하는 높이, (0.707n + 0.293)D 초과 (0.707n + 1)D 미만에 해당하는 높이로 최밀충전되도록 각각 채워진 상태에서, 상기 분쇄매체가 한 개 낙하하며 상기 볼 밀 용기에 투입될 시 충돌에 의해 각각 발생하는 진동을 수집한 다음, 상기 수집된 진동 아날로그 시그널을 디지털 시그널로 변환하여 주파수-진동가속도 스펙트럼들을 생성한다.
상기 단계 1a는 비어있는 볼 밀 용기에 한 개의 분쇄매체를 투입할 시 발생하는 진동을 측정하여, 분쇄매체와 볼 밀 용기의 벽 간 충돌에 의한 진동 데이터를 수집할 수 있도록 하고, 후속 단계를 통해 분쇄대상물질과 분쇄매체가 모두 장입된 볼 밀 장치의 구동 시 발생하는 진동과 비교하여 상태를 분석하는 하나의 자료로 활용될 수 있도록 한다.
상기 단계 1a는 상기 분쇄매체가 1층 적층된 볼 밀 용기에 동일 분쇄매체를 한 개 투입할 시 발생하는 진동을 측정하여, 분쇄매체와 1층 적층된 분쇄매체 간 충돌에 의한 진동 데이터를 수집할 수 있도록 하고, 후속 단계를 통해 분쇄대상물질과 분쇄매체가 모두 장입된 볼 밀 장치의 구동 시 발생하는 진동과 비교하여 상태를 분석하는 하나의 자료로 활용될 수 있도록 한다. 상기 1층 적층은 상기 볼 밀 용기가 원통 형태인 것을 고려하여, 상기 용기 최하단으로부터 상기 분쇄매체 직경의 1.4 내지 1.6배 높이만큼 분쇄매체가 최밀충전되도록 쌓인 상태를 기준으로 할 수 있다.
상기 단계 1a는 상기 분쇄매체가 2층 적층된 볼 밀 용기에 동일 분쇄매체를 한 개 투입할 시 발생하는 진동을 측정하여, 분쇄매체와 2층 적층된 분쇄매체 간 충돌에 의한 진동 데이터를 수집할 수 있도록 하고, 후속 단계를 통해 분쇄대상물질과 분쇄매체가 모두 장입된 볼 밀 장치의 구동 시 발생하는 진동과 비교하여 상태를 분석하는 하나의 자료로 활용될 수 있도록 한다. 상기 2층 적층은 상기 볼 밀 용기가 원통 형태인 것을 고려하여, 상기 용기 최하단으로부터 상기 분쇄매체 직경의 2.2 내지 2.4배 높이만큼 분쇄매체가 최밀충전되도록 쌓인 상태를 기준으로 할 수 있다.
상기 단계 1a는 상기 분쇄매체가 n층 적층된 볼 밀 용기에 동일 분쇄매체를 한 개 투입할 시 발생하는 진동을 측정하여, 분쇄매체와 n층 적층된 분쇄매체 간 충돌에 의한 진동 데이터를 수집할 수 있도록 하고, 후속 단계를 통해 분쇄대상물질과 분쇄매체가 모두 장입된 볼 밀 장치의 구동 시 발생하는 진동과 비교하여 상태를 분석하는 하나의 자료로 활용될 수 있도록 한다. 상기 n층 적층은 상기 볼 밀 용기가 비록 원통 형태이지만, 구형 분쇄매체들이 면심입방격자 구조로 적층되는 것을 기준으로 할 수 있고, 상기 용기 최하단으로부터 (0.707n + 0.293)D 초과 (0.707n + 1)D 미만에 해당하는 높이만큼 분쇄매체가 최밀충전되도록 쌓인 상태를 기준으로 할 수 있다. 상기 n은 3 내지 (rc/D) 사이의 정수이고, 상기 rc는 상기 용기의 반경이고, 상기 D는 상기 분쇄매체의 직경이고, 4D<rc 일 수 있다. 더욱 바람직하게는 10D<rc일 수 있다.
상기 단계 1a의 최밀충전은 상기 용기의 최하단으로부터 기준 높이 간의 공간에 상기 분쇄매채가 가능한 가득 채워지도록 수행하는 것이 좋다.
상기 단계 1a는 상기 비어있는 볼 밀 용기, 상기 분쇄매체가 상기 볼 밀 용기에 각각의 기준 높이로 채워진 볼 밀 용기에 동일한 분쇄매체를 투입 할 시, 투입 높이는 상기 볼 밀 용기 최하단으로부터 상기 용기 직경의 1/3 내지 2/3 높이인 것이 바람직하다. 상기의 높이 범위에서 투입하여 진동데이터를 수집함으로써, 후속 단계를 통해 볼 밀 장치 및 분쇄대상물질의 상태를 분석하는 데 있어 신뢰도를 높일 수 있다.
상기 단계 1a에서 발생하는 진동 아날로그 시그널을 디지털 시그널로 변환하고, 주파수-진동가속도 스펙트럼을 생성하는 것은 하기와 같은 장치를 통해 수행될 수 있다.
구체적으로, 볼 밀 용기의 회전에 따른 진동 아날로그 시그널을 수집하는 복수 개의 진동센서; 상기 수집된 아날로그 시그널을 디지털 시그널로 변환하는 변환부; 상기 변환된 시그널을 토대로 주파수 스펙트럼을 생성하는 스펙트럼 생성부;를 포함하는 볼 밀 장치의 진동스펙트럼 생성 장치를 통해 상기의 주파수-진동가속도 스펙트럼 생성이 수행될 수 있다.
상기 단계 1a의 진동 아날로그 시그널 수집은 더욱 구체적으로 상기 볼 밀 용기를 지지하는 축의 양단 베어링에 구비되는 진동 센서, 상기 볼 밀 용기와 볼 밀 용기에 회전력을 부여하는 모터 사이에 배치된 베어링에 구비된 진동 센서 및 상기 모터와 가속기 사이에 배치된 인버터에 각각 구비되는 진동 센서를 통해 수집될 수 있다. 상기 진동 센서는 압전소자를 이용한 가속도형 센서인 것이 바람직하다.
상기 단계 1a의 주파수-진동가속도 스펙트럼 생성은 노이즈 제거와 주요 스펙트럼을 얻기 위한 목적으로 수집된 진동 시그널의 안티-앨리어싱 필터링을 수행할 수 있다. 안티-앨리어싱 필터는 로우-패스 필터, 하이-패스 필터, 밴드-패스 필터 및 밴드-스탑 필터일 수 있고, 로우-패스 필터인 것이 바람직하다. 상기 안티 앨리어싱 필터링을 거쳐 얻어진 진동 시그널은 시간대(time domain)의 진동 가속도 값을 주파수대(frequency domain)로 변환시키기 위해, 고속 푸리에 변환(fast fourier transform)이 수행될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 볼 밀 장치의 진동 스펙트럼 분석방법에 있어서, 상기 단계 1b(S12)는 상기 분쇄매체 및 분쇄대상물질이 투입된 볼 밀 용기의 구동 회전에 따라 수집된 진동 아날로그 시그널을 디지털 시그널로 변환하여 분쇄 시간에 따른 주파수-진동가속도 스펙트럼을 생성한다.
상기 단계 1b의 볼 밀 용기의 구동에 따라 발생하는 진동 아날로그 시그널을 디지털 시그널로 변환하고, 주파수-진동가속도 스펙트럼을 생성하는 것은 상기 단계 1a에서 사용될 수 있는 볼 밀 장치의 진동스펙트럼 생성 장치를 통해 수행될 수 있다.
상기 단계 1b의 주파수-진동가속도 스펙트럼 생성은 상기 단계 1a에서 행한 바와 동일한 방법으로 수행될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 볼 밀 장치의 진동 스펙트럼 분석방법에 있어서, 상기 단계 2(S20)는 상기 단계 1a에서 생성된 스펙트럼들을 정규화한다.
상기 단계 2의 정규화는 진동가속도의 변동성을 낮추기 위해 수행된다.
상기 단계 2의 정규화는 상기 단계 1a에서 생성된 스펙트럼에서, 일 주파수 ±x Hz 구간의 진동가속도 평균값을 상기 일 주파수 지점의 진동가속도 값으로 사용할 수 있다. 상기 x는 1 내지 100 중 하나의 정수이다. 예를 들어, 3000 Hz 지점이고 x는 50인 경우, 2950-3050 Hz 구간의 평균값을 상기 지점의 값으로 사용할 수 있다.
상기 단계 2의 정규화는 또한 비정상(abnormal) 스펙트럼을 제거할 수 있다.
상기 단계 2는 상기 단계 1b에서 생성된 스펙트럼 또한, 상기와 같은 방법으로 정규화할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 볼 밀 장치의 진동 스펙트럼 분석방법에 있어서, 상기 단계 3(S30)은 상기 정규화된 단계 1a의 스펙트럼들에서 지배적 주파수 대역을 구분하고, 상기 단계 1b의 스펙트럼과 비교한다.
상기 단계 3의 지배적 주파수 대역 구분은 상기 생성된 스펙트럼의 진동가속도 중 최대 피크와, 그보다 작은 피크값들을 진동가속도 크기 순으로 구분한다. 예를 들어, 상기 단계 1a에서 분쇄매체를 볼 밀 용기에 각각의 기준 높이만큼 최밀충진되도록 한 다음, 상기 볼 밀 용기에 분쇄매체를 한 개 투입할 시 형성되는 주파수-진동가속도 스펙트럼을 정규화하고, 각각 정규화된 스펙트럼들의 최대 피크치를 상기 단계 1b의 스펙트럼 또는 정규화된 스펙트럼과 비교하여, 볼 밀 장치의 분쇄시간 별 분쇄매체-벽 진동, 분쇄매체-분쇄매체(1층) 진동, 분쇄매체-분쇄매체(2층) 진동, 분쇄매체-분쇄매체(n층) 진동들의 우위를 파악할 수 있다. 또한, 전반적인 진동가속도 크기가 감소할 경우 분쇄의 효율이 저하되는 것을 의미하며, 이를 사전에 감지할 수 있는 이점이 있다. 이에 따라 최적의 분쇄 시간을 도출할 수 있다.
또한, 상기 단계 1b 에서 생성된 스펙트럼들의 특정 주파수 구간에서 분쇄시간 대비 진동가속도 총합을 도시하고, 이를 분쇄산물의 상태 분석에 활용할 수 있다.
이하, 실시예 및 실험예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
하기 실시예들에서, 볼 밀 용기에서 발생하는 진동을 주파수-진동가속도 스펙트럼으로 변환 생성하기 위해 다음과 같은 방법을 수행하였다.
볼 밀 용기를 지지하는 축의 양단 베어링에 구비되는 진동 센서; 상기 볼 밀 용기와 볼 밀 용기에 회전력을 부여하는 모터 사이에 배치된 베어링에 구비된 진동 센서; 및 상기 모터와 가속기 사이에 배치된 인버터에 각각 구비되는 진동 센서; 상기 진동 센서에서 수집된 아날로그 시그널을 디지털 시그널로 변환하는 변환부; 상기 변환된 시그널을 토대로 주파수 스펙트럼을 생성하는 스펙트럼 생성부;를 포함하는 진동 스펙트럼 생성 시스템을 구비하였다.
상기 진동 센서에 의해 수집된 진동 시그널을 로우-패스 필터를 통해 안티-앨리어싱 필터링하고, 이를 고속 푸리에 변환(FFT)하여 주파수-진동가속도 스펙트럼을 생성하였다.
<실시예 1>
단계 1a : 볼 밀 장치가 정지된 상태에서 불 밀 용기 내부를 완전히 비우고, 용기 지름 정도의 높이에서 1개의 볼을 떨어트려 볼과 용기 벽 간의 충돌에 따른 진동 스펙트럼을 생성하였다(도 2).
볼 밀 장치가 정지된 상태에서 볼 밀 용기 내부를 완전히 비우고 용기 하부에 특정 위치까지 1층(1 layer)의 볼이 위치하도록, 볼 밀 용기 최하단으로부터 볼직경의 1.5배에 해당하는 높이까지 최밀충전되도록 볼을 투입한 후, 볼 밀 용기 지름 정도의 높이에서 1개의 볼을 1층 적층된 볼 위로 떨어트려 볼과 볼(1층) 간의 충돌에 따른 진동 스펙트럼을 생성하였다(도 3).
볼 밀 장치가 정지된 상태에서 볼 밀 용기 내부를 완전히 비우고 용기 하부에 특정 위치까지 2층의 볼이 적층되도록, 볼 밀 용기 최하단으로부터 볼 직경의 2.3배에 해당하는 높이까지 최밀충전되도록 볼을 투입한 후, 볼 밀 용기 지름 정도의 높이에서 1개의 볼을 1층 적층된 볼 위로 떨어트려 볼과 볼(1층) 간의 충돌에 따른 진동 스펙트럼을 생성하였다(도 4).
볼 밀 장치가 정지된 상태에서 볼 밀 용기 내부를 완전히 비우고 용기 하부에 용기 전체 부피의 40 % 가 채워지도록, 용기 최하단으로부터 최밀충전되도록 볼을 투입한 후, 볼 밀 용기 지름 정도의 높이에서 1개의 볼을 하부 볼 층 위로 떨어트려 볼과 볼(n층) 간의 충돌에 따른 진동 스펙트럼을 생성하였다(도 5).
단계 1b : 볼 밀 장치가 정지된 상태에서 볼 밀 용기에 볼과 석회석(분쇄대상물질)을 투입하고, 66 RPM의 속도로 볼 밀 장치를 구동하면서 발생하는 진동 스펙트럼을 생성하였다(도 6).
단계 2 : 단계 1a 및 1b에서 생성된 진동 스펙트럼들의 진동가속도 변동성을 줄이기 위해, 측정된 값 중 이상신호(abnormal) 구간을 도 8과 같이 제거하고, ±50 Hz 구간의 평균값을 해당 지점의 진동가속도 값으로 변환하였다(도 7). 그 다음, 측정된 진동가속도 값 중 최대값을 찾은 후 모든 진동가속도 값을 최대값(100%) 기준으로 백분율 환산하였다.
단계 3 : 상기 단계 2 수행된 진동 스펙트럼에서 지배적 주파수 대역 구간을 찾고, 이를 상기 단계 1b의 진동 스펙트럼 분석에 활용하였다(도 9).
도 10을 참조하면, 분쇄 초반(1 분)에는 볼-볼(2층)의 진동이 우세하며, 그 다음으로는 볼-볼(1층) 상태의 진동이 우세하고, 볼-벽 간의 충돌 진동은 많지 않은 것을 확인하였다. 분쇄가 진행되면서 볼-볼(2층) 충돌이 우세한 상태에서 16 분 까지는 볼-볼(1층) 충돌이 증가하였으며, 이후 다시 감소하고 대신 볼-벽 충돌이 일부 증가하였다.
16 분 까지는 분쇄가 비교적 효율적으로 이루어지나, 그 이후로는 전반적인 진동 크기가 감속하면서 분쇄 효율이 급격히 저하되는 현상이 나타났다. 전체적으로 볼-볼(n층)의 충돌에 따른 진동 스펙트럼은 두드러지게 나타나지 않으나, 볼-볼(2층) 충돌에 따른 진동 스펙트럼과 일부 겹쳐서 나타나는 것으로 분석된다.
한편, 상기 단계 1b의 진동 스펙트럼을 토대로, 특정 주파수 대역에서의 시간에 따른 진동가속도 그래프를 산출하였다(도 12 내지 도 14).
도 12 내지 14를 참조하면, 10 분이 경과하였을 때 4 kHz 내지 6 kHz 구간의 진동가속도 총합이 증가한 것을 알 수 있다. 이는 이 시간에 이전 시간보다 분쇄가 더 효율적으로 이루어지는 것으로 분석 가능하다. 또한, 40 분 이후에는 분쇄가 효율적으로 이루어지지 않으나, 2 kHz 내지 4 kHz 구간의 진동가속도가 감소하는 것으로 보아, 여전히 분쇄가 진행되고 있는 것으로 해석 가능하다.
지금까지 본 발명의 일 양태에 따른 볼 밀 장치의 진동 스펙트럼 분석방법에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.
그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (7)

  1. 빈 원통형 볼 밀 용기에 구형 분쇄매체가 한 개 낙하하며 투입될 시 충돌에 의해 발생되는 진동을 수집하고, 구형 분쇄매체가 원통형 볼 밀 용기 최하단으로부터 1.4D 내지 1.6D에 해당하는 높이, 2.2D 내지 2.4D에 해당하는 높이, (0.707n + 0.293)D 초과 (0.707n + 1)D 미만에 해당하는 높이로 최밀충전되도록 각각 채워진 상태에서, 상기 분쇄매체가 한 개 낙하하며 상기 볼 밀 용기에 투입될 시 충돌에 의해 각각 발생하는 진동을 수집한 다음, 상기 수집된 진동 아날로그 시그널을 디지털 시그널로 변환하여 주파수-진동가속도 스펙트럼들을 생성하는 단계(단계 1a);
    상기 분쇄매체 및 분쇄대상물질이 투입된 볼 밀 용기의 구동 회전에 따라 수집된 진동 아날로그 시그널을 디지털 시그널로 변환하여 분쇄 시간에 따른 주파수-진동가속도 스펙트럼을 생성하는 단계(단계 1b);
    상기 단계 1a에서 생성된 스펙트럼들을 정규화하는 단계(단계 2);
    상기 정규화된 단계 1a의 스펙트럼들에서 지배적 주파수 대역을 구분하고, 상기 단계 1b의 스펙트럼과 비교하는 단계(단계 3);을 포함하는, 볼 밀 장치의 진동 스펙트럼 분석방법.
    (상기 단계 1a의 n은 3 내지 (rc/D) 사이의 정수이고, 상기 rc는 상기 용기의 반경이고, 상기 D는 상기 분쇄매체의 직경이고, 4D<rc 이다)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계 1a 및 1b의 진동 아날로그 시그널 수집은,
    상기 볼 밀 용기를 지지하는 축의 양단 베어링, 상기 볼 밀 용기와 볼 밀 용기에 회전력을 부여하는 모터 사이에 배치된 베어링 및 상기 모터와 가속기 사이에 배치된 인버터에 각각 구비되는 진동 센서를 통해 수집되는 것을 특징으로 하는 볼 밀 장치의 진동 스펙트럼 분석방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 진동 센서는,
    압전소자를 이용한 가속도형 센서인 것을 특징으로 하는 볼 밀 장치의 진동 스펙트럼 분석방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단계 1a 및 1b의 주파수-진동가속도 스펙트럼 생성은,
    안티-앨리어싱과 고속 푸리에 변환을 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 볼 밀 장치의 진동 스펙트럼 분석방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단계 2의 정규화는,
    일 주파수 ±x Hz 구간의 진동가속도 평균값을 상기 일 주파수 지점의 진동가속도 값으로 사용하는 것을 특징으로 하는 볼 밀 장치의 진동 스펙트럼 분석방법(상기 x는 1 내지 100 중 하나의 정수이다).
  6. 제1항에 있어서,
    상기 단계 3의 지배적 주파수 대역 구분은,
    상기 생성된 스펙트럼의 진동가속도 중 최대 피크와, 그보다 작은 피크값들을 진동가속도 크기 순으로 구분하는 것을 특징으로 하는 볼 밀 장치의 진동 스펙트럼 분석방법.
  7. 제1항의 단계 1a, 1b, 2 및 3을 포함하는, 볼 밀 장치의 분쇄대상물질 상태 분석방법.
KR1020180029047A 2017-08-11 2018-03-13 볼 밀 장치의 진동 스펙트럼 분석방법 KR101861729B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20170102132 2017-08-11
KR1020170102132 2017-08-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101861729B1 true KR101861729B1 (ko) 2018-05-29

Family

ID=62452956

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180029047A KR101861729B1 (ko) 2017-08-11 2018-03-13 볼 밀 장치의 진동 스펙트럼 분석방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101861729B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115165081A (zh) * 2022-07-29 2022-10-11 东北大学 一种矿山机械振动信号采集及工况识别的系统和方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101575891B1 (ko) 2015-08-10 2015-12-11 한국지질자원연구원 볼 밀 시스템의 음향 모니터링 장치 및 방법
KR101620507B1 (ko) 2015-10-07 2016-05-13 한국지질자원연구원 볼 밀 시스템의 진동 모니터링 장치 및 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101575891B1 (ko) 2015-08-10 2015-12-11 한국지질자원연구원 볼 밀 시스템의 음향 모니터링 장치 및 방법
KR101620507B1 (ko) 2015-10-07 2016-05-13 한국지질자원연구원 볼 밀 시스템의 진동 모니터링 장치 및 방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115165081A (zh) * 2022-07-29 2022-10-11 东北大学 一种矿山机械振动信号采集及工况识别的系统和方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101620507B1 (ko) 볼 밀 시스템의 진동 모니터링 장치 및 방법
CN102247916B (zh) 振动式研磨机
Behera et al. Experimental analysis of charge dynamics in tumbling mills by vibration signature technique
US6874364B1 (en) System for monitoring mechanical waves from a moving machine
KR101861729B1 (ko) 볼 밀 장치의 진동 스펙트럼 분석방법
JP2013545606A (ja) 複合材料の分離装置
KR101575891B1 (ko) 볼 밀 시스템의 음향 모니터링 장치 및 방법
US20200129986A1 (en) Device for Separating Conglomerates that Consist of Materials of Different Densities
CN103107642A (zh) 一种飞轮储能转子轴
US20030178515A1 (en) System and method of monitoring a crushing device
US9989499B2 (en) Detecting damage in an oilfield mixing device
EP1296767B1 (en) Mill with streamlined space
WO2016156087A1 (en) Centrifugal separator having a system for detecting rotation
CA1191822A (en) Crusher with rotary plates
CN207287518U (zh) 一种大米加工用碾米装置
CN206868607U (zh) 一种建筑机械用感应式物料分级装置
CN207401549U (zh) 干粉研磨机
RU2111687C1 (ru) Устройство для отделения скорлупы орехов
Oishi et al. Investigation of the fragmentation process of clods in a Rod Mill developed for research use
CN214554493U (zh) 碟片式分离机用测速装置
RU2403976C1 (ru) Дисковая мельница
RU88995U1 (ru) Самобалансирующийся барабан центробежного сепаратора
SU715134A1 (ru) Центробежна мельница
KR100974951B1 (ko) 소형화된 원심분리장치
CN107048426A (zh) 一种基于离心力的低损伤山核桃二次破壳取仁机

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant