Способ управления процессом измельчения в промышленных барабанных мельницах Советский патент 1986 года по МПК B02C25/00 

Изобретение относится к управлению процессами помола минерального сырья в барабанных мельницах и может быть использовано в черной и цветной металлургии, строительной и горнохимической промышленности, а также в других отраслях народного хозяйства.

Цепь изобретения - повьшение точности и надежности управления.

Сущность изобретения состоит в том, что при помощи входных управляю- ш;их воздействий обеспечивают такое состояние внутримельничной нагрузки (внутримельничного заполнения и коэффициента внутреннего трения), что собственные фрикционные колебания центра тяжести малоподвижного ядра соответствуют режиму устойчивого параметрического резонанса.

На фиг. 1 показана схема поперечного сечения внутримельничной нагрузки; на фиг. 2 - фрагмент диаграммы Айнса-Стретта для оценки характера параметрического резонанса от

Силы или моменты сил, действующие в области зоны фрикционного контакта, можно экспериментально зафиксировать в определенной области частот, вьще- лив соответствующий сигнал, например, из переменной составляющей активной мощности приводного двигателя мельницы либо из сигнала вибраций элементов электромеханической х;истемы барабан мельницы - синхронный привод. Динамика центра тяжести относительно материала 2 описывается уравнением

dt

где

-:--,

-2Sif

01

dH .

dt

9

U

{.Я

02

Jcoi(Sli)--0 (1), (2)

01

01

20

.

25

состояния внутримельничной нагруз- в плоскости коэффициентов Q и ;

.. ки

на фиг. 3 - зависимость амплитуды AtJ фрикционных колебаний, соответ- ствующих устойчивому параметрическому резонансу на угловой частотеи, , от степени внутримельничного заполнения ч .

Схема поперечного сечения барабана мельницы (фиг. 1) содержит барабан 1 мельницы, материал 2 (или шары) вращающийся совместно с внутренней поверхностью барабана 1 мельницы, рудную (или шаровую) нагрузку 3, обозначающую так называемое, центральное малоподвижное ядро, материал 4, летящий по параболическим траекториям; О/ - центр тяжести ядра J2- угловая скорость вращения барабана мельницы; R - внутренний радиус барабана.

Барабан I., мельницы вращается с постоянной угловой скоростью SZ- , а центр тяжести О, малоподвижного ядра АВО А колеблется с угловой скоростью

tJ

dQ dt

(фиг. 1). Малоподвижное ядро 3 колеблется относительно материала 2, движущегося по круговым траекториям вместе с барабаном мельницы. Это значит, что между ядром 3 и материалом 2 вдоль линии АОJВ имеет место фрикционный контакт.

где т- n t Г

fn - R

угловые колебания центра тя:жести 0 около равновесных значений углаФ;

коэффициент трения; расстояние центра тяжести 0 внутрю1епьнич- ной

нагрузки от центра вращения О барабана мельницы;

Rgj - радиус сегмента условного барабана (для малоподвижного ядра).

Угловая скорость uJo характеризует собственную частоту колебаний центра тяжести малоподвижного ядра. Как видно из выражения (2), uJg определяется, главным образом, степенью внутримельничного заполнения.

Линейное дифференциальное 5фав- нение (1). имеет коэффициент , который периодически меняется во времени. Такого рода дифференциальные уравнения приводятся к уравнению Матье.

Стандартные коэффициенты о и с ypaiB нений Матье определяются по формулам

е

(3)

Ol

грузки от центра вращения О барабана мельницы (при Я 0):

Оценить устойчивость фрикционных колебаний центра тяжести малоподвижного ядра 3 внутримельничной нагрузки (фиг. 1) можно гю значениям коэф- фициентов q и } с использованием диаграммы Айнса-Стретта. На фиг. 2 приведен фрагмент этой диаграммы, характерный для оценки режимов фрикционных колебаний виутримельничной нагрузки барабанных мельниц. Заштрихованные зоны на этой диаграмме характеризуют фрикционные колебания ядра 3, соответствуняцие устойчивому параметрическому резонансу, незаштри хованные зоны - неустойчивому параметрическому резонансу. .

Для того, чтобы воспользоваться диаграммой Айнса-Стретта, нужно знать численные; значения коэффици- ентов q и , которые, ак видно из выр ажений (3) и (4), меняют свои значения при изменении внутримельничнр- го заполнения (Р.,, ,Roj) и величины коэффициента трения fц. Ниже приве- ден алгоритм, который позволяет вычислить эти коэффициенты для любой степени внутримельничного заполнения и любых реальных значений коэффициента трения для всех типов 6apa банных мельниц.

Для выбранного типа барабанной мельницы необходимо задаться данными: внутренним радиусом R барабана мельницы, м; длиной L мельницы, м; угловой скоростью Я вращения бараба-

рад на мельницы, ; удельным весом f

т внутримельничной нагрузки, -,

М

величиной коэффицента f трения,

Требуется также задаться диапазоном изменения центрального углао заполнения мельницы материалом (например, 90-180°) через каждые лЫ- -(например, через 2,5°).

Центральный угол JL переводится в радианы

(5)

Определяется расстояние R центра тяжести Oi внутримельничной на(6)

2

Определяется степень внутримельничного заполнения

-Sin oip

air , ,

ст)

Задаются,диапазоном изменения угла у , характеризующего центральное малоподвижное яДро (например, 5-60 , фиг. 1), и точностью его определения € (например, € 0,005).

Затем определяется угол

Полагая, что малоподвижное ядро представляет собой сегмент условного барабана с радиусом R определяют

Х,.|.5Е - -Ь i. . (8)

.Sin -гОпределяется масса и малоподвижного ядра

,5LVpR o,(A-sinA).

(9)

л

Затем опр.еделяются угол V , по формуле (2) «х о и о по формулам (3) и (4) коэффициенты а и « диаграммы Айнса-Стретта.

Приведенный алгоритм используется для оценки устойчивости фрикционньк колебаний малоподвижного ядра практически для всех типов барабанных мельниц (шаровых и самоизмельчения). Результаты расчетов по.алгоритму и производственных экспериментов пол-- ностью совпадают. Например, на фиг. 2 в верхне левом углу предс- ставлены результаты расчетов для мельницы МРГ 4,Ох 7,5 (рудногалеч- ная мельница) с такими исходными данными:

.884 } ,8 J,; ,( м; ,5 м; 0,3-0,6.

Цифрами 5-10 обозначены соответственно величины внутримельничного заполнения ч в процентах: 20, 25, 30, 35,

40, 45. Из графиков (фиг. 2) видно, что с увеличением степени внутримёль ничного заполнения от 20 до 45% (при изменении f от 0,3. до 0,6) всегда находятся такие значения коэффициентов а и о. , когда рабочая точка пересекает узкий диапазон заштрихованной зоны диаграммы Айнса-Стретта. В зоне пересечения этого диапазона наблюдаются фрикционные колебания, характерные для устойчивого параметрического резонанса. Зона эта не ши рока и соответствует 1,5-3,0% внутри мельничного заполнения, а само заполнение Ч лежит в пределах от. 43 (,3) до 31% (,6). Частота собственных колебанийц в этом случае располагается вблизи значения

foT uJ, 3,51

2Й 3,768 ,36

с

рад с

ДО

).

Качественная характеристика амплитуды АuJo устойчивых фрикционных параметрических колебаний центра тяжести малоподвижного ядра на частоте приведена на фиг. 3.

Когда фрикционные колебания цент- ра тяжести малоподвижного ядра 3 (фиг. 1) соответствуют неустойчивому параметрическому резонансу, их экспериментально зафиксировать практически невозможно. Это можно объяс- нить тем, что в этом случае за один оборот вращения барабана мельницы генерируются нестационарные колебания с широким спектром частот. Картина коренным образом меняется, как только рабочая точка попадает в устойчивую (заштрихованную) зону диаграммы Айнса-Стретта. Здесь четко генерируются фрикционные колебания с частотой U)Q , Их можно выделить, например, из переменной, составляницей сигнала активной мощности приводного двигателя. Для этой цели необходимо создать инфранизкочастотный узкополосный фильтр, который бы про- пускал только эти колебания. Тогда сигнал на выходе такого фильтра является индикатором того, что рабочая точка попала в устойчивую (заштрихованную) зону диаграммы Айнса-Стретта

На основании проведенных исследований можно объяснить физику существенной эффективности фрикционных колебаний ядра 3 в режиме устойчивого параметрического резонанса. Существенная интенсификация процесса измельчения в этом случае должна происходить в зоне контакта ядра 3 с материалом 2 вдоль линии АО В (фиг.1) за счет интенсивной работы составляю5

0

5

0 5 5 0 s

щей 2ftf

входящей в дифdy,

ROI dt

ференциальное уравнение (1) и пропорциональной реверсивному моменту сил трения. По сравнению с односторонним трением реверсивное трение более чем в два раза повьпаает износ трущихся пар как-при сухом контакте, так и при наличии смазки. При устойчивом параметрическом резонансе центра тяжести малоподвижного ядра 3 внутри- мельничной нагрузки (фиг. 1) работа силы реверсивного трения вдоль линии пррявля.етея наиболее явно. Это и способствует интенсификации процесса измельчения истиранием и раздавливанием.

Таким образом, если поддерживаетг ся такое состояние внутримельничной нагрузки, когда собственная частота фрикционных колебаний центра тяжести малоподвижного ядра соответствует устойчивому параметрическому резонансу, то повьппаются точность и надежность вьщеления из низкочастотшлс колебаний полезного сигнала управления на собственной частоте колебаний oJj, и эффективность измельчения реверсивным трением, снижается энергоемкость процесса.

Результаты экспериментальных ис- следований показали, что при поддержании режима устойчивого параметрического резонанса резко (на 6-12%) возрастает производительность мельниц по выходному продукту помола (обычно по помолу класса меньше 0,074 мм). Это явление характерно для любых типов барабанных мельниц, включая шаровые, самоизмельчения и рудногалечные. В этом оптимальном режиме работы мельниц снижается также и энергоемкость процесса помола на 8-13%.

JO

W

AoJo усл.ед.

-/A

Редактор И. Николайчук

Фиг.З

Составитель В. Алекперов

Техред М.Ходанич Корректор М. Пожо

Заказ 3324/3Тираж 582Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г , Ужгород, ул. Проектная, 4

y/A

1,S-2,S%