Способ управления технологией самоизмельчения руд в промышленных барабанных мельницах Советский патент 1988 года по МПК B02C25/00 

4

Изобретение относится к управлению процессом помола минерального сырья в промьшшеннъгх барабанных мельницах и может быть использовано в черной и цветной металлургии, строительной и горнохимической промьгашен- ности, а также в других отраслях народного хозяйства.

Цель изобретения - повышение ка- честна управления за счет увеличения общего времени работы центра масс малоподвижного ядра центральной час ти внутримельничной нагрузки в режиме параметрического фрикционного резонанса.

На фиг.1 приведена схема системы, реализующая способ управления процессом самоизмельчения; на фиг.2 - эпюра поперечного сечения внутримельничной нагрузки по сечению А-А; на фиг.З - диаграмма Айнса-Стретта; на фиг.4 - фрагмент диаграммы Айнса- Стретта и траектории рабочей точки при увеличении внутримельничной загрузки.

Схема реализации способа управления на фиг.1 содержит загрузочное устройство 1 мельницы, барабан 2 мельницы, подшипник 3 с разгрузочным устройством, венцовую шестерню 4, подвенцовую шестерню 5, муфту 6, Соединяющую поДвенцовую шестерню с приводным двигателем 7. Схема упра ления на этой фигуре включает также датчик 8 текущей активной мощности P(t), потребляемой приводным двигателем с источником.9 питания, блок 10 вьщеления переменной составляющей активной мощности

(t) P(t)-P(t).

где P(t) - текущее среднее значе-

ние мощности;

Узкополосные фильтры 11 - и 12, настроенные вблизи угловых частот Q,(j и cOjij, на выходе которых действуют спектры сигналов Sco, и j усредняющие устройства 13 и 14 спектров сигналов SQ,Q , SGO на выходе которых действуют сигналы S со ,0 , логическое устройствь 15, управляемое сигналами Зсо, и Su ; пульт f6 ручного управления, пульт 17 автоматического управления .управляющими устройствами двигателя 18. Эпюра поперечного сечения по А-А

(фиг.1) внутримельничной нагрузки (фиг..) содержит барабан 2 мельницы, материал 19, вращающийся совместно с внутренней поверхностью барабана, центральное малоподвижное ядро 20, летящий материал 21.

На фиг.З незаштрихованная I область - область неустойчивых параметрических колебаний, а II область - область устойчивых колебаний. Ли- НИИ г, (), Г(21Г), Г, (2 н), ) - граничные линии разделяющие области 1 и II.

Сущность способа поясняется следущими теоретическими и экспериментальными результатами.

Будем считать, что барабан 2 мельницы (фиг.2) вращается с постоянной угловой скоростью fZ. , а центр масс О( центрального малоподвижного ядра 20 колеблется с угловой скоростью

dS (А) 7- относительно материала 21,

вращающегося совместно с внутренней поверхностью барабана мельницы. Это значит, что между ядром 20 и материалом 21 вдоль линии (фиг.2) имеет место фрикционный контакт и совершается работа трения. Эту работу трения можно экспериментально зафиксировать в определенной узкой области частот, путем вьщеления соответствующего сигнала, например, из переменной составляющей текущей активной мощности lP(t) приводного двигателя мельницы. Для этой цели необходимо проанализировать дифференциальное уравнение колебаний центра масс О малоподвижного ядра 3 (фиг.2) относительно линии фрикционного контакта с материалом 2. I

Вначале составим дифференциальное уравнение колебаний центра масс О, малоподвижного ядра 3 в неподвижной системе координат XOY. В этом случае работа всех сил, идущая на образование малоподвижного ядра 20 при переходе внутримельничной нагрузки из начального положения (0 О при S2 0) в новое установившееся положение (9 s: ё при Я 0) равна

FH-RO,© - FT-ROI - GcRo,Q, (1)

где F и G mgSinfi - сила инерции и восстанавливающая сила.

производящие работу на дуге R Q ; F fragcos 9 - сила, производящая работу на дуге R. - ; f - коэффициент трения в зоне фрикционного контакта ядра 20 и материала 21 (дуге AOjB); 9 - угол-поворота центра масс О,; расстояния 00j и 00 (фиг,2); U СО RQ, m - масса малоподвижного ядра 20.

Приращение кинетической энергии центра масс О, малоподвижного ядра 3 рассеивается в зоне фрикционного контакта (фиг.2), путем совершения дополнительной работы трения

Ар f rau,du,

где u QRoi.

После ряда преобразований уравнения (1) и (2) можно левую часть дифференциального уравнения колебания центра масс привести к стандартной форме уравнения Матье

г„-

+ (a-2q cos2z)y О (3)

Г i.i..

I dz

стандартные коэффициенты уравнения Матье а и q определяются так

/ t . Ro2.

а - (-5-)

q

2ро а

Па основании (4) можно вычислять текущие значения стандартных коэффициентов а и q при различных внутри- мельничных нагрузках. Следовательно, с использованием коэффициентов а и q на основании диаграммы Айнса-Стретта (фиг.З) можно определять текущую устойчивость фрикционных колебаний центра масс малоподвижного ядра. Так как коэффициент а всегда отрицательный (3), то для анализа устойчивости достаточно использовать фрагмент диаграммы Айнса-Стретта, приведенный на фиг.З.

Необходимо отметить, что неустойчивым колебаниям соответствует неза- ттрихованная зона диаграммы Айнса-С Стретта.-Наоборот - устойчивым колебаниям соответствует заштрихованная зона. Границами областей устойчивости на фиг.З являются линии Г,( й ), Г.г(2 Г), Г,(21Г), ), При попадании рабочей точки на эти линии возникают незатухающие колебания.

47405

Стандартный коэффициент а диаграммы Айнса-Стретта характеризует затухание фрикционных колебаний. Коэффициент q характеризует резонансные свойства фрикционных колебаний. Анализ графиков на фиг.З показьгоает, что в точках А,.А, А,,А имеют место резонансы. В точках Ад, А,, А 10 соответственно поступают резонансы:

-

со.

25

30

40

50

55

0)

W,

--- п ;.° 1. ° - о

О), «7 5 СОГ

Действительно, например, в точке А,

2оЭо

коэффициент q 2 « -ГТ откуда 5 ,

-QT-

В точках A,j и А наступают peso- ° о ° /

нансы: ---- 2 и --- 4. Если ра20

бочая точка попадает на граничные

линии Г, (2(Г), Г, (2ir) , то имеют место 2 fi - периодические решения уравнения Матье.

Если в процессе загрузки мельницы рабочая точка попадает на граничные линии Г, - Г , то в системе воз ника- ют незатухающие фрикционные колебания на соответствующих частотах, определяемых граничной линией и собственной частотой колебаний центра масс малоподвижного ядра.

Приведенные вьш1е результаты теоретических исследований применялись для расчета текущих значений фрикционных 35 колебаний всех типов промьшшенных барабанных мельниц, включая мельницы самоизмельчения руд. Во всех случаях оптимальные режимы внутримельнич- ного заполнения лежали на границах и внутри заштрихованной зоны (зоны II), ограниченной граничными линиями Г (2 |Г) и Г (Ю (фиг.4), В указанной зоне имеют место устойчивые фрикционн 1е колебания между центром масс О, малоподвижного ядра 20, а следовательно возникает дополнительная работа трения из-за этих колебаг НИИ в зоне фрикционного контакта . (фиг.2).При загрузке мапьниц самоизмельчения рудой траектории рабочей точки на диаграмме Айнса-Стретта имеет вид линии 0-1-2-3 (фиг.А), Рабочая зона находится между точками 1 - 2. Эта зона не широка и для различных типов мельниц самоизмельчения руд составляет q) 1,5-3,0% внут- римельничного рудного заполнения, а самозаполнение Cf , соответствующее

расположению точки в центре отрезка 1-2 для различных типов мельниц и свойств исходной руды, колеблется от ,5%-до ср t 43%. В точках 1 и 2 имеют место незатухающие фрикционные колебания на частотах вблизи 4СО, (на линии rg(2 ir)) и 2 tO, (на линии Г ()). Эти сигналы незатз ающих колебаний можно вьщелить из текуще- то сигнала активной мощности P(t), потребляемой приводным двигателем 7 мельницы 2 (фиг.1). Для этой цели используется датчик 8 мощности и

14Д74056

НИИ, Режим интенсифицирующий процесс измельчения трением бУдет в точке А В зависимостн от свойств руды на по- g ложение точки А будут действовать возмущения, связанные со свойствами исходной руды. Если внутримельнич, ное трение уменьшается (например, уменьшалось соотношение крупной и 10 мелкой руды на входе мельницы), то рабочая точка будет двигаться по траектории А - 5-6. Для того, чтобы войти в зону устойчивых фрикционных колебаний необходимо здесь умень

Изобретение относится к управлению процессом минерального сырья в промышленных барабанных мельницах. Может быть использовано в чёрной и цветной металлургии,.строительной и горно-химической промышленности. Позволяет повысить качество управления за счет увеличения общего времени работы центра масс малоподвижного ядра центральной части внутримельничной нагрузки в режиме параметрического фрикционного резонанса. Для достижения этой цели осуществляют за полнение мельницы внутримельничной нагрузкой до 36-43%, анализируют с , помощью двух узкополосных фильтров низкочастотные колебания сигнала тивной мощности приводного двигателя мельницы на угловых частотахс«),/2,0± ±0,1/ и сэ, /4,0±0,2/, где СО, - уг- ловая частота параметрического воз-: буждения на центр масс малоподвижного ядра в центре внутримельничной ; загрузки, и изменяют управляющие воздействия до возникновения параметрического фрикционного резонанса между собственными колебаниями центра масс и параметрическими возбуждениями на центр масс путем поддержания в возбужденном состоянии обоих узко- полосных фильтров, причем знак изме- нения управляющих воздействий определяют по последовательности выхода узкополосных фильтров из возбужденного состояния. 4 ил. (р сл

блок 10, который выделяет переменную 15 шить расход руды на входе мельницы

составляющую мощности P(t). На основании сигнала P(t) при помощи узкополосных фильтров Пи 12, настроенных на частоты Q,o (4 t 0,1 )Q, и Ор -(2iO,l )СО,, можно зафиксировать моменты попадания рабочей точки на граничные линии Г (2Т), Г (ТГ) соответственно в точках I и 2 внутри линии 1-2. Для этой цели сигналы с выходов фильтров 11 и 12 усредняются в устройствах 13 и 14 и поступают в логическое устройство 15, которое .определяет положение рабочей точки на диаграмме Айнса-Стретта (фиг.4) относительно граничных линий Г (2 it ) и Г (It). Сигнал с устройства 15 может поступать либо на пульт 16 ручного управления (совет оператору) либо на пульт 17 автоматического управления. С этих пультов при помощи управляющего устройства 18 двигателя и питателя производится загрузка, что приводит к изменению внутри- мельничного заполнения, .а следовательно и положению рабочей точки на диаграмме Айнса-Стретта. При помощи сигналов фильтров 11 и 12 можно равлять мельницей так, чтобы всегда

обеспечить положение рабочей точки внутри заштрихованной зоны (фиг,4, Например, в процессе загрузки мель- НИЩ.1 рудой рабочая точка двигается по траектории 0-1 (фиг,4). В точке вьщается сигнал, что рабочая точка вошла в зону устойчивых фрикционных колебаний. Здесь следует снижать интенсивность загрузки руды на входе мельницы. Едли все же рабочая точка попала далее на граничную ли

нию Г (ЧГ) (точка 2), то дается коман-55 ть процесса. ,да на Уменьшение нагрузки. В точке 3 нагрузка начинает уменьшаться. В точке 4 вырабатьгеается сигнал о входе в зону устойчивых фрикционных колебаСпособ управл высить производи готовому классу

шить расход руды на входе мельницы

(траектории 6-7 - А ).Если же внут- римельничное трение в зоне фрикционного контакта увеличивалось (например, возросло соотношение крупной

руды в питании мельницы), то траектория движения рабочей точки происходит по линии А - 8-9. Чтобы ввести рабочую точку вновь в зону II по траектории 9-10 - А необходимо увеличивач ь. загрузку руды в мельницу.

Найстройка же фильтров 11 и 12 на диапазон угловых частот С0,д(4±0,1)СО, н С22,о (2±0,l)u, охватьгоает практически весь возможный диапазон возмущеНИИ, когда рабочая точка на диаграмме Айнса-Стретта пересекает граничную линию r,j (2 ir) от q 7,6 до q 8,4, а граничную линию Г, (т) от q 7,8 до q 8,6. Этот возможный

диапазон характерен для всех типов барабанных мельниц самоизмельчения . руд (бесшаровых, рудногалечных и др.).

Таким образом, если поддерживается такое состояние внутримельничной

нагрузки, когда рабочая точка на диаграмме Айнса-Стретта попадает и находится в узкой полосе устойчивых фрикционных колебаний, т.е. между граничными линиями Г (2 ir) и Г4 (Т),

то полностью достигаются поставленные цели, а.именно увеличивается общее время работы центра масс малоподвижного ядра вг утримельничной нагрузки в режиме устойчивых фрикционных колебаний, уменьшается существенно время поиска оптимальных режимов, повьш1ается эффективность измельчения трением в зоне фрикционного контакта, снижается энергоем ть процесса.

Способ управления позволяет повысить производительность мельниц по готовому классу до 8-14% (по клас7

су меньше 0,074 мм) и снизить энергоемкость до 10-15%,

Формула изобретения

Способ управления технологией самоиэмельчения руд в промышленных барабанных мельницах, включающий измерение низкочастотных колебаний сигнала активной мощности приводного двигателя мельницы, и изменение уп-; равляющих воздействий на расход руды и воды на входе мельницы и скорость вращения барабана, отличающийся тем, что, с целью повышеНИН качества управления за счет увеличения общего времени работы центра масс малоподвижного ядра центральной части внутримельничной нагрузки в режиме параметрического фрикционного резонанса, перед измерением низкочастотных колебаний сигнала активной мощности приводного двигателя

S(i}i

осуществляют заполнение мельницы внутримельничной нагрузкой до 36-чЗ%, анализируют с помощью двух узкопо- g лосных фильтров низкочастотные колебания сигнала активной мощности приводного двигателя мельницы на угловых частотах G3, (2,0±0,1) и со, (4,0± ±0,2), где (дЗ, - угловая частота па0 раметрического возбуждения на центр масс малоподвижного ядра в центре внутримельничной загрузки, а изменение управляющих воздействий осуществляют до возникновения параметричес.5 кого фрикционного резонанса между собственными колебаниями центра масс и параметрическими возбуждениями на центр масс путем поддержания в возбужденном состоянии обоих узко0 полосных фильтров, причем знак изменения управляющих воздействий определяют по последовательности выхода узкополосньк фильтров из возбужденного состояния.

Щи-if (

1 IJ

11г.1

11

2S

f9

У1

9

О

Фиг.