球磨機內(nèi)部介質(zhì)動態(tài)分布檢測專利技術(shù)進展

張瀛（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇蘇州 215000）

球磨機內(nèi)部介質(zhì)動態(tài)分布檢測專利技術(shù)進展

張瀛
（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇蘇州 215000）

球磨機工作過程中，球磨機內(nèi)部的介質(zhì)運動狀態(tài)直接影響了球磨機的工作效率和質(zhì)量。球磨機內(nèi)部介質(zhì)運動研究經(jīng)歷了基于超聲波和電磁波連續(xù)測量、利用現(xiàn)代攝影測量技術(shù)的二維跟蹤檢測、內(nèi)部設(shè)置傳感器的動態(tài)檢測以及基于MEMS微傳感器集成技術(shù)的實時檢測四個階段的發(fā)展和技術(shù)革新，本文對球磨機內(nèi)部介質(zhì)動態(tài)分布檢測技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)進行梳理和分析。

球磨機 介質(zhì) 運動 檢測

1　磨球機概述

磨礦作業(yè)是破碎作業(yè)的繼續(xù)，屬于選別前的準備作業(yè)。磨礦作業(yè)中使用最廣泛的是球磨機，其磨礦過程是將物料裝入連續(xù)轉(zhuǎn)動的圓筒中，圓筒內(nèi)裝入一定數(shù)量的不同形狀的研磨體，如球、棒、短圓柱或較大塊的礦石、礫石等。在球磨機工作過程中，球磨機內(nèi)部的介質(zhì)運動狀態(tài)直接影響了球磨機的工作效率和質(zhì)量。由于球磨內(nèi)部復(fù)雜的工作狀況，導(dǎo)致球磨機內(nèi)部的介質(zhì)運動軌跡難以判斷、難以描述，自球磨機誕生以來，球磨機內(nèi)部介質(zhì)的運動研究一直是國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的焦點。

2　球磨機內(nèi)部介質(zhì)動態(tài)分布檢測技術(shù)發(fā)展分析

球磨機內(nèi)部介質(zhì)運動檢測研究經(jīng)歷了基于超聲波和電磁波連續(xù)測量、利用現(xiàn)代攝影測量技術(shù)的二維跟蹤檢測、內(nèi)部設(shè)置傳感器的動態(tài)檢測以及基于MEMS微傳感器集成技術(shù)的實時檢測四個階段的發(fā)展和技術(shù)革新。

2.1利用超聲波和電磁波技術(shù)連續(xù)測量內(nèi)部介質(zhì)

為了能夠連續(xù)地測量球磨機內(nèi)部介質(zhì)的運動，法國GEC阿爾松.斯坦工業(yè)公司的丹尼爾.方丹耶和雅克.巴脖與1994和1995年提出了使用超聲波和電磁波來測量球磨機中煤量的方法（FR2721711、FR2734739）。丹尼爾.方丹耶和雅克.巴脖提出的技術(shù)方案是在球磨機兩側(cè)的旋轉(zhuǎn)軸上設(shè)置超聲波發(fā)射器和接收器，超聲波發(fā)射器在給定的頻率范圍內(nèi)進行頻率掃描，使超聲波的至少一部分穿過球磨機內(nèi)部，同時測量有煤時的吸收峰值頻率和無煤空氣中的吸收峰值頻率，計算兩個峰值吸收頻率之間的差值，同時超聲波接收器與一個測量電路連接，電路根據(jù)接收到的信號與預(yù)先標定過的測量數(shù)據(jù)進行比較而演算出煤量。

這種測量方法所使用的裝置成本比較低廉、隨意使用性比較高，能夠?qū)η蚰C內(nèi)的介質(zhì)進行連續(xù)的測量，同時，裝置的校正即不需要在球磨機內(nèi)進行，也不需要球磨機停機時進行。而不足之處是這種測量裝置受到外界的干擾較大，超聲波在障礙物上容易被反射，從而限制了裝置的測量精度。

2.2利用現(xiàn)代攝影測量技術(shù)的二維跟蹤檢測

為了研究實際中介質(zhì)的運動規(guī)律，使介質(zhì)運動研究更符合粉磨過程的實際工作，現(xiàn)代攝影測量技術(shù)被應(yīng)用在磨球機內(nèi)部介質(zhì)運動規(guī)律的研究中。浙江工業(yè)大學(xué)孫毅教授研究團隊于2010年提出了一種可監(jiān)控內(nèi)部介質(zhì)運動的球磨機（CN2010101074733），孫毅教授研究團隊的發(fā)明構(gòu)思是在球磨機的檢測艙內(nèi)設(shè)置監(jiān)控裝置，監(jiān)控裝置由正對研磨艙的攝像頭、固定攝像頭的固定架組成，固定架通過軸承與保護殼連接，保護殼通過支撐桿與球磨機筒體連接，固定架上設(shè)置有平衡由軸承引起的摩擦力矩、是攝像及其固定架與外部的旋轉(zhuǎn)運動隔離的配重塊。在球磨機的監(jiān)測艙內(nèi)安裝監(jiān)控裝置后，將球磨介質(zhì)和物料按照確定好的參數(shù)充填研磨艙內(nèi)，當球磨機開啟達到穩(wěn)定狀態(tài)后，監(jiān)控裝置可連續(xù)實時地將內(nèi)部介質(zhì)運動狀態(tài)的圖像數(shù)據(jù)傳輸至處理中心進行分析研究。

利用攝影測量技術(shù)觀測和記錄的球磨機內(nèi)部介質(zhì)運動形式為二維運動，而介質(zhì)在實際運動過程中，通常會和球磨機兩邊的端蓋發(fā)生碰撞，如果碰撞嚴重的話，介質(zhì)的實際運動就不能滿足二位運動的條件。

2.3基于球磨機內(nèi)部設(shè)置傳感器的動態(tài)檢測

山東理工大學(xué)馬立修教授研究團隊于2011年又提出了球磨機內(nèi)部球石群及塊狀礦料動態(tài)分布檢測系統(tǒng)（CN2012100602897）。

該發(fā)明的技術(shù)方案是在球磨機上設(shè)有一球磨機蓋，球磨機內(nèi)設(shè)有一動態(tài)分布檢測系統(tǒng)，包括一組位于球磨機內(nèi)的檢測模塊組，檢測模塊組為依次連接的上部檢測模塊、中部檢測模塊、下部檢測模塊，至少三個檢測模塊依次連接，頂部的檢測模塊連接球磨機蓋的底部，檢測模塊組深入到球磨機內(nèi)部，測模塊的內(nèi)部設(shè)有一空腔，空腔的腔壁上設(shè)有應(yīng)力檢測傳感器，應(yīng)力檢測傳感器連接一信號處理模塊，信號處理模塊連接一無線發(fā)射模塊；每一個檢測模塊的應(yīng)力檢測傳感器均連接信號處理模塊。信號處理模塊對應(yīng)力變形信息進行處理，確定球磨機內(nèi)部球石群及塊狀礦料動態(tài)分布情況。

2.4基于MEMS微傳感器集成技術(shù)的實時檢測

為了實現(xiàn)對球磨機內(nèi)部介質(zhì)的三維檢測，浙江理工大學(xué)孫毅教授團隊于2012年又提出了可實現(xiàn)球磨機介質(zhì)運動測量的檢測球（CN102749099）。

該發(fā)明的總體構(gòu)思為設(shè)計一種剛體的檢測球，包括上半球和下半球，上半球和下半球連接，上半球和下半球之間設(shè)有由溫度氣壓傳感器、磁阻傳感器、三維加速度傳感器和三軸佗螺儀組成的數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)保存模塊與上半球之間設(shè)有由控制器組成的單片機控制模塊，單片機控制模由晶體振蕩器及電源開關(guān)構(gòu)成單片機最小系統(tǒng)，單片機控制模塊與數(shù)據(jù)存儲器、RS232接口和通信指示燈連接。

介質(zhì)在筒體內(nèi)部作空間三維運動，根據(jù)空間三維運動分解可將介質(zhì)在筒體內(nèi)的運動分解為空間直線運動和空間轉(zhuǎn)動，經(jīng)傳感器采集得到的載體坐標系下的加速度、角速度數(shù)據(jù)通過上述的兩坐標映射關(guān)系便可得到測量坐標系下的加速度、角速度，根據(jù)檢測球的姿態(tài)信息、位置信息、速度信息就能夠確定內(nèi)部介質(zhì)的姿態(tài)信息、位置信息、速度信息，實現(xiàn)三維的實時檢測。

3　總結(jié)與建議

通過上述分析可以看出，近幾年中國對球磨機內(nèi)部介質(zhì)的運動的檢測技術(shù)進行持續(xù)和深入的研究，技術(shù)不同發(fā)展革新，這和我國現(xiàn)階段的社會發(fā)展有著密不可分的關(guān)系，西方發(fā)達國家自從進入21世紀以來，對能源使用格局進行了調(diào)整，主要依賴石油能源和核電能源，逐漸淘汰礦石能源的應(yīng)用；而當前我國還處在發(fā)展中國家階段，煤炭礦石在能源領(lǐng)域還將是主要的能源原料，采用球磨機選礦將會長期的存在，此外，第三世界國家的發(fā)展都已以煤炭礦石原料為主，因此，我國還需對球磨機內(nèi)部介質(zhì)運動的研究繼續(xù)的開展和深化，來服務(wù)我國和第三世界國家的發(fā)展需要。

［1］段希樣，曹亦俊.球磨機介質(zhì)工作理論與實踐.北京：冶金工業(yè)出版社，1999.

［2］任志宇，朱家瑋.球磨機運動過程的祖態(tài)棋型研究.煤炭學(xué)報，1997.

［3］張彩靛，劉維平.球磨過程中鋼球運動規(guī)律的研究.南方冶金學(xué)院學(xué)報，2000.

張瀛（1986—），男，浙江嵊州人，工作單位：國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心；專利審查協(xié)作江蘇中心光電部計量室，職務(wù)：實質(zhì)審查員，研究方向：遙感測量。