一種跳汰床層動態特性的檢測方法
2024-03-20 01:01:05
專利名稱：一種跳汰床層動態特性的檢測方法
技術領域：
本發明屬於選礦自動化技術領域，涉及一種床層狀態的檢測方法，尤其涉及一種基於機械、傳感器技術、計算機技術和數據分析技術的對床層在跳汰生產過程中物料和脈動水流的運動特性進行檢測和分析的方法。
背景技術：
跳汰是指在垂直方向上物料依給定頻率和振幅在脈動的交變介質流中，按密度分選的過程，它是選礦和選煤等礦物加工主要的方法之一。物料經過多次的脈動後，發生了許多變化，床層從無序到有序排列，最終達到主要按密度分層。跳汰過程是一個複雜的過程， 分選效果受許多因素的影響。跳汰選礦的優勢是不可忽視的，它是一種古老的物料分選方法，迄今有100多年的歷史，而且人們一直沒有停止對它的研究。雖然隨著原煤可選性的惡化，跳汰法的應用受到限制，但它仍然是一種不可或缺的選礦方法。跳汰理論研究及生產實踐表明，跳汰床層的狀態尤其是床層鬆散情況是影響分選效果的主要因素，也是實現跳汰機自動化的關鍵。保持良好的床層鬆散狀況，就能夠使跳汰分選效果得到保證。床層鬆散狀況用鬆散度來表示，鬆散度的測量到目前為止還是個難題。目前的檢測方法有電極法、Y射線檢測法，浮標間接檢測法等，這些方法一般只適用於在實驗室跳汰機中作為測量分析的手段。用於跳汰選礦生產中，存在可靠性差、放射性輻射危險、結構複雜和安裝維護困難等問題；而且很難反映脈動水流和物料在跳汰過程中的運動狀態，這些狀態決定床層的分層換位空間和時間，是操作和控制的唯一根據。在實際生產中，由於沒有自動檢測工具，不得不由操作者用木質探杆去感覺，再以此憑藉操作經驗調整跳汰周期和風水制度。
發明內容
為了解決現有床層狀態檢測方面存在的問題，本發明在跳汰分選理論的基礎上， 結合跳汰操作經驗，應用智能傳感測量、計算機和數據分析技術發明跳汰床層動態特性的檢測方法。本發明的目的是提供一種能用於實際生產中在線實時測量和可靠性高的床層狀態動態特性檢測系統。為了達到上述發明目的，本發明採用的技術方案是一種跳汰床層動態特性的檢測方法，其特徵是包括四連杆機構、浮標和測量分析系統，所述的四連杆機構包括固定杆、 兩根轉動杆、移動杆和配重，移動杆通過轉動杆與固定杆相連，移動杆還與所述的浮標連接，所述的測量分析系統包括傳感器組、採集板、RS-485適配器和計算機，所述的傳感器組連接採集板，所述的採集板通過RS-485適配器與計算機連接，所述的計算機還包括數據採集和床層狀態特性分析軟體。所述的四連杆機構中的固定杆和轉動杆、移動杆和轉動杆之間均採用活動連接， 配重置於移動杆頂部，固定杆與跳汰機的橫梁焊接。在生產過程中，通過增減配重來調節四連杆和浮標在跳汰床層中的「視密度」，從而調節浮標在跳汰過程中的運動特性以及浮標在休止期所處的層位。所述的浮標為圓柱體，採用聚氨脂材料，它是一種新興的有機高分子材料，被譽為 「第五大塑料」，用其作為浮標，優點是加工簡單，耐磨耐用，同時也易於在其表面安裝傳感 ο所述的傳感器組包括1個角位移傳感器和10個壓力傳感器，二者相互配合，由計算機分析得到跳汰床層的動態特性參數。角位移傳感器安裝於所述四連杆機構的A點，用於檢測轉動杆的轉動角度，通過換算得到浮標的上升高度和浮標的初始位置。壓力傳感器分布在浮標體的外表面，其中9個壓力傳感器位於浮標體的側面，呈螺旋分布，1個壓力傳感器位於浮標體的底面中心。浮標體的中間為空心柱，其半徑與移動杆的半徑相等、高度略小於浮標體的高度(底部不打通)。壓力傳感器的安裝點與空心柱相通，用於傳感器的布線。所述的採集板包括信號調理與多路切換模塊、A/D轉換模塊、微處理器、RS-485驅動模塊、5V直流電源和接線端子，所述的微處理器為單片機，內部包括模擬量採樣模塊、數字濾波模塊、傳感器標定模塊和與計算機通信模塊等程序代碼。所述的計算機還包括數據採集和床層狀態特性分析軟體，負責從採集板讀取並保存角位移傳感器和壓力傳感器的數據，生成數據文件，並以數值和曲線方式顯示跳汰床層各層位的壓強變化，建立壓強與各層位密度的關係，擬合數學方程，求算水流運動特性和物料運動特性參數。該軟體由VB編程實現，具體包括通信配置模塊、數據採集模塊、數據分析模塊、床層狀態顯示模塊、列印模塊、傳感器標定模塊、系統診斷模塊和幫助模塊。本發明用於檢測跳汰床層的動態特性，本發明涉及機械、智能傳感器技術、計算機技術、數據分析技術和跳汰分選理論知識，是機-電一體化、硬體-軟體-工藝的有機結合。 與現有技術相比，其優點在於(1)在線實時檢測每個跳汰周期的脈動水流特性參數和物料的運動特性參數；(2)以數值和圖形方式顯示床層動態特性曲線；(3)靜態和動態檢測床層逐層壓強變化，反映了各層位的容積濃度，獲得床層在跳汰過程中鬆散度的信息，定量地為跳汰分層理論研究、實際生產的操作與控制提供依據；(4)通過信號檢測、數據分析和處理獲得顆粒(浮標)在跳汰周期各個階段的運動情況速度、加速度、上升高度和脈動水流在下降期的吸囁力等指標；(5)實現跳汰床層的可視化和跳汰分層的自動控制，提升跳汰機的自動化程度；(6)取代人工用探杆探測床層，從而大大降低跳汰司機的勞動強度；
圖1為本發明跳汰床層動態特性檢測的四連杆-浮標結構示意圖；圖2為本發明跳汰床層動態特性檢測的測量分析系統原理框圖；圖3為本發明跳汰床層動態特性檢測的浮標立體示意圖；圖4為本發明跳汰床層動態特性檢測的浮標俯視圖；圖5為本發明跳汰床層動態特性檢測的浮標側面展開圖；圖6為本發明跳汰床層動態特性檢測的浮標上升高度與轉動角度關係圖中，1為固定杆，2、3為轉動杆，4為移動杆，5為浮標，6為配重，7為傳感器組，8 為採集板，A、B、C、D為連接點，Rw為角位移傳感器，P」 P9> P10為壓力傳感器，a、b、c、d、e、 f、g、h、i、j為壓力傳感器的安裝示意點，χ為相鄰兩個壓力傳感器的水平距離，y為相鄰兩個壓力傳感器的垂直距離，L為轉動杆的長度，θ ^為轉動杆初始角度，Hltl為轉動杆初始角度對應的垂直高度，θ為轉動杆任一角度位置，m為轉動杆為θ角度時對應的垂直高度。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明的技術方案作進一步的詳細說明。圖1為本發明跳汰床層動態特性檢測的四連杆-浮標結構示意圖。一種跳汰床層動態特性的檢測方法，其特徵是包括四連杆機構、浮標( 和測量分析系統，所述的四連杆機構包括固定杆(1)、轉動杆(2、；3)、移動杆(4)和配重(6)，移動杆(4)與所述的浮標(5) 連接，所述的測量分析系統包括傳感器組(7)、採集板(8)、RS_485適配器和計算機，所述的傳感器組(7)連接採集板(8)，所述的採集板( 通過RS-485適配器與計算機連接，所述的計算機還包括數據採集和床層狀態特性分析軟體。所述的四連杆機構中的固定杆和轉動杆、移動杆和轉動杆之間均採用活動連接， 配重置於移動杆頂部，固定杆與跳汰機的橫梁焊接。在生產過程中，通過增減配重來調節四連杆和浮標在跳汰床層中的「視密度」，從而調節浮標在跳汰過程中的運動特性以及浮標在休止期所處的層位。所述的浮標(5)為圓柱體，採用聚氨脂材料，它是一種新興的有機高分子材料，被譽為「第五大塑料」，用其作為浮標，優點是加工簡單，耐磨耐用，同時也易於在其表面安裝傳感器。圖2為本發明跳汰床層動態特性檢測的測量分析系統原理框圖。所述的測量分析系統包括傳感器組(7)、採集板(8)、RS-485適配器和計算機。所述的傳感器組(7)包括1個角位移傳感器(Rw)，安裝於所述的四連杆機構中的固定杆和轉動杆的連接點(A)，和10個壓力傳感器(P1 Pltl)。所述的採集板(8)包括信號調理與多路切換模塊、A/D轉換模塊、微處理器、 RS-485驅動模塊、5V直流電源和接線端子，所述的微處理器為單片機，內部包括模擬量採樣模塊、數字濾波模塊、傳感器標定模塊和與計算機通信模塊等程序代碼。所述的採集板 (8)為長條形電路板，安裝於所述的浮標(5)的中間空心柱中。所述的計算機包括數據採集和床層狀態特性分析軟體，負責從採集板(8)讀取並保存角位移傳感器和壓力傳感器的數據，生成數據文件，並以數值和曲線方式顯示跳汰床層各層位的壓強變化，建立壓強與各層位密度的關係，擬合數學方程，求算水流運動特性和物料運動特性參數。該軟體由VB編程實現，具體包括通信配置模塊、數據採集模塊、數據分析模塊、床層狀態顯示模塊、列印模塊、傳感器標定模塊、系統診斷模塊和幫助模塊。圖3為本發明跳汰床層動態特性檢測的浮標立體示意圖。所述的浮標( 為圓柱體，浮標體的中間為空心柱，其半徑與移動杆的半徑相等、高度略小於浮標體的高度 (底部不打通)。壓力傳感器(Pi P9)安裝於浮標體的側面，安裝點對應為(a、b、c、d、e、 f、g、h、i)。壓力傳感器(Pltl)安裝於浮標體的底面，安裝點為底面的中心(j)。這些安裝點 (a j)與空心柱相通，用於傳感器的布線。所述的浮標(5)的空心柱中還包括一長條形採
5集板⑶。圖4為本發明跳汰床層動態特性檢測的浮標俯視圖。所述的9個壓力傳感器(P1 P9)位於相鄰為90°的四條垂直線上，安裝點為(i、e、a)、(f、b)、(g、c)、(h、d)，1個壓力傳感器(Pltl)在安裝點(j)，位於浮標體底面的中心。圖5為本發明跳汰床層動態特性檢測的浮標側面展開圖。所述的壓力傳感器 (Pi P9)的安裝點位於所述浮標(5)外表面展開圖的對角線上，並且均勻分布。設浮標(5) 的半徑為R，高度為H，則相鄰兩個壓力傳感器的水平距離χ和垂直距離y分別為
InR nR H _7] χ = 丁 = 7產 j圖6為本發明跳汰床層動態特性檢測的浮標上升高度與轉動角度關係圖。所述轉動杆( 或(3)的轉動角度與電壓信號呈線性關係，但是所述轉動杆( 或(3)的轉動角度θ與浮標垂直運動高度Am的關係為Am = m0-m = L(cos θ 0-Cos θ )本文中所描述的具體實施例只是對本發明精神作舉例說明，顯然本發明不限於以上實施例，所屬技術人員對所描述的具體實施例所做的各種形式的修改、補充或替代，均應認為是本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種跳汰床層動態特性的檢測方法，其特徵是包括四連杆機構、浮標和測量分析系統，所述的四連杆機構包括固定杆、轉動杆、移動杆和配重，移動杆與所述的浮標連接，所述的測量分析系統包括傳感器組、採集板、RS-485適配器和計算機，所述的傳感器組連接採集板，所述的採集板通過RS-485適配器與計算機連接。
2.根據權利要求1所述的一種跳汰床層動態特性的檢測方法，其特徵在於所述的浮標為聚氨脂圓柱體，浮標的中間為空心柱，空心柱的半徑與移動杆的半徑相等、高度略小於浮標的高度。
3.根據權利要求1所述的一種跳汰床層動態特性的檢測方法，其特徵在於所述的傳感器組包括安裝於所述的四連杆機構中固定杆和轉動杆連接處的1個角位移傳感器、所述的浮標側面呈螺旋分布的9個壓力傳感器和所述的浮標底面中心的1個壓力傳感器。
4.根據權利要求1所述的一種跳汰床層動態特性的檢測方法，其特徵在於所述的採集板包括信號調理與多路切換模塊、A/D轉換模塊、微處理器、RS-485驅動模塊、5V直流電源和接線端子。
5.根據權利要求4所述的一種跳汰床層動態特性的檢測方法，其特徵在於所述的微處理器為單片機，內部包括模擬量採樣模塊、數字濾波模塊、傳感器診斷模塊和與計算機通信模塊。
6.根據權利要求1所述的一種跳汰床層動態特性的檢測方法，其特徵在於所述的採集板為長條形電路板，安裝於所述的浮標的空心柱裡。
7.根據權利要求1所述的一種跳汰床層動態特性的檢測方法，其特徵在於所述的計算機包括數據採集和床層狀態特性分析軟體，更進一步的，包括通信配置模塊、數據採集模塊、數據分析模塊、床層狀態顯示模塊、列印模塊、傳感器標定模塊、系統診斷模塊和幫助模塊。
8.根據權利要求1所述的一種跳汰床層動態特性的檢測方法，其特徵在於所述的 RS-485 適配器為 RS-485/RS-232 或 RS-485/USB 接口轉換模塊。
全文摘要
本發明涉及一種跳汰床層動態特性的檢測方法，解決現有的檢測手段存在放射性輻射危險、可靠性差和結構複雜等問題。本發明包括四連杆機構、浮標和測量分析系統，所述的四連杆機構包括固定杆、轉動杆、移動杆和配重，移動杆與所述的浮標連接，浮標為聚氨酯圓柱體，所述的測量分析系統包括傳感器組、採集板、RS-485適配器和計算機，傳感器組包括安裝於四連杆機構的1個角位移傳感器、浮標側面呈螺旋分布的9個壓力傳感器和浮標底面中心的1個壓力傳感器，所述的計算機包括數據採集和分析軟體。本發明能實時檢測床層的運動參數，通過數據分析獲得床層鬆散度信息，具有簡單、安全、可靠和取代人工探杆的優點，可適用於跳汰選礦的床層狀態檢測。
文檔編號G01M10/00GK102175424SQ201110055038
公開日2011年9月7日 申請日期2011年3月9日 優先權日2011年3月9日
發明者楊小平 申請人:中國礦業大學(北京)