СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РАБОТОЙ ДРОБИЛКИ, УСТАНОВКА ДЛЯ ОБРАБОТКИ МИНЕРАЛЬНОГО МАТЕРИАЛА И УПРАВЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА
METHOD FOR CONTROLLING CRUSHER OPERATION, INSTALLATION FOR MINERAL MATERIAL PROCESSING AND CONTROL SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу управления работой дробилки и к установке для обработки минерального материала.
Уровень техники
Минеральный материал, такой как камень, извлекают для дробления из земли при помощи взрывных или земляных работ. Минеральный материал может также представлять собой естественный камень, гравий или строительные отходы. При дроблении применяются как передвижные дробилки, так и стационарные дробильные устройства. Подлежащий дроблению материал подают при помощи экскаватора или колесного погрузчика в питательный бункер дробилки, откуда материал, подлежащий дроблению, может попадать в щеки дробилки, или каменный материал перемещают к дробилке при помощи питателя или питательного устройства.
Установка для обработки минерального материала содержит одну или более дробилок и/или грохотов и, возможно, другие устройства, такие как транспортеры. Обрабатывающая установка может быть стационарной или передвижной. В частности, передвижные обрабатывающие установки применяются в городской среде при обработке перерабатываемого материала, такого как строительные отходы.
Установка для обработки минерального материала предпочтительно работает при полной производительности, т.е. количество обрабатываемого минерального материала поддерживается на как можно более высоком уровне, но без выхода за пределы безопасности и другие пределы используемого оборудования. Это требует приемлемых параметров процесса обработки, таких как однородность и тип подлежащего дроблению материала. Как правило, дробилка имеет верхний предел для величины, такой как давление, представляющей нагрузку и механические напряжения в дробильной камере.
Из патентной публикации US8540175 известен способ, при котором задают референсное значение механического напряжения. Статистическую величину, представляющую максимальное напряжение, вычисляют по среднему напряжению и среднеквадратичному отклонению от него. Если эта величина превышает референсное значение напряжения, то дробилку регулируют с целью уменьшения напряжения, и наоборот. Иными словами, «запас прочности», вычисляемый по среднеквадратичному отклонению, добавляют к среднему значению напряжения, а результирующее значение удерживают ниже предельного напряжения.
В описанном выше способе мало внимания уделяется воздействию профиля напряжений на процесс дробления, но лишь учитывается статистическая максимальная величина, которую необходимо удерживать в определенных пределах. Соответственно, цель настоящего изобретения состоит в обеспечении способа управления установкой для обработки минерального материала, который учитывает профиль напряжений при данной рабочей ситуации и обеспечивает эффективное использование полной мощности обрабатывающей установки.
Сущность изобретения
Согласно первому аспекту настоящего изобретения предлагается способ управления работой дробилки, включающий в себя следующие шаги:
измеряют величину, связанную с напряжением, которому подвергается дробилка при дроблении материала;
определяют значение отклонения величины, связанной с напряжением;
сравнивают определяемое значение отклонения с референсным значением отклонения;
и
в случае отличия значения отклонения от референсного значения отклонения, регулируют задаваемую по умолчанию величину, связанную с напряжением.
Способ может дополнительно включать в себя, перед измерением величины, связанной с напряжением, предварительное задание задаваемой по умолчанию уставки и верхнего предела для величины, связанной с напряжением, которому подвергается дробилка при дроблении материала, и начального референсного значения отклонения.
Референсное значение отклонения может представлять собой начальное референсное значение отклонения и/или предварительное заданное значение отклонения.
Регулирование задаваемой по умолчанию уставки может выполняться посредством вычитания значения отклонения, умноженного на константу, из верхнего предела величины, связанной с напряжением, которому подвергается дробилка при дроблении материала.
Сравнение определяемого значения отклонения с референсным значением отклонения может включать в себя первоначальное добавление предварительно заданной величины к значению отклонения.
Значение отклонения может представлять собой среднеквадратичное отклонение.
Способ может дополнительно включать в себя регулирование задаваемой по умолчанию уставки величины, связанной с напряжением, в ответ на пусковой сигнал от управляющей системы.
Величина, связанная с напряжением, которому подвергается дробилка при дроблении материала, может представлять собой давление, натяжение, нагрузку, мощность, крутящий момент или вибрацию.
Дробилка может представлять собой, в частности, жираторную дробилку, конусную дробилку, щековую дробилку, валковую дробилку высокого давления (ВДВД), ударную дробилку с вертикальным валом (УДВВ) или ударную дробилку с горизонтальным валом (УДГВ).
Согласно второму аспекту настоящего изобретения предлагается установка для обработки минерального материала, содержащая:
дробилку; и
управляющую систему, выполненную с возможностью управления установкой для обработки минерального материала в соответствии со способом согласно первому аспекту изобретения.
Дробилка может представлять собой, в частности, жираторную дробилку, конусную дробилку, щековую дробилку, валковую дробилку высокого давления (ВДВД), ударную дробилку с вертикальным валом (УДВВ) или ударную дробилку с горизонтальным валом (УДГВ).
Установка для обработки минерального материала может являться передвижной установкой.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предлагается управляющая система для управления дробилкой, причем указанная управляющая система выполнена с возможностью управления системой в соответствии со способом согласно первому аспекту изобретения.
Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения предлагается компьютерная программа, содержащая исполняемый на компьютере программный код, который при выполнении обусловливает работу компьютера для реализации способа согласно первому аспекту изобретения.
Различные варианты осуществления настоящего изобретения будут или были проиллюстрированы только в связи с некоторыми аспектами изобретения. Специалисту ясно, что любой вариант осуществления одного аспекта изобретения может применяться к тому же аспекту изобретения, а также к другим аспектам.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение будет теперь раскрыто в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 показан схематический вид сбоку установки для обработки минерального материала в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
На фиг. 2 показан график значений напряжения дробилки в двух различных рабочих ситуациях.
На фиг. 3 показан график распределения значений напряжения дробилки в двух различных рабочих ситуациях.
На фиг. 4 показана блок-схема способа в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
На фиг. 5а показан график, представляющий значения величины, связанной с напряжением дробилки в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
На фиг. 5b показан график, представляющий значения величины, связанной с напряжением дробилки в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
Подробное раскрытие изобретения
В нижеследующем описании сходные номера обозначают сходные элементы. Следует понимать, что приведенные чертежи не полностью показаны в реальном масштабе, и что они служат, главным образом, для иллюстрации вариантов осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 1 показана установка 100 для обработки минерального материала в соответствии с примером осуществления. Установка 100 для обработки минерального материала содержит в одном варианте осуществления жираторную и конусную дробилку 120. В еще одном примере изобретения установка для обработки минерального материала содержит щековую дробилку, валковую дробилку высокого давления (ВДВД), ударную дробилку с вертикальным валом (УДВВ) или ударную дробилку с горизонтальным валом (УДГВ). Дробилка может применяться в качестве дробилки для первичного дробления или, например, дробилки для промежуточного или вторичного дробления, кроме того, дробилка может применяться при мелком дроблении. Установка 100 для обработки минерального материала, кроме того, содержит питатель 110 и транспортеры 111, 130. Установка для обработки минерального материала в соответствии с примером осуществления представляет собой передвижную установку для обработки минерального материала и содержит, например, гусеничную базу 140. В другом примере установка для обработки минерального материала представляет собой стационарную установку. Кроме того, установка 100 для обработки минерального материала содержит блок управления или управляющую систему 150, выполненную с возможностью управления процессом дробления в соответствии со способом согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Специалисту ясно, что блок 150 управления может быть встроенным в установку для обработки минерального материала или располагаться отдельно от нее, например, быть встроенным в более масштабную автоматическую систему. Кроме того, специалисту ясно, что установка для обработки минерального материала может содержать другие части и/или блоки, не показанные на фиг. 1, такие как двигатель и гидравлические контуры, и/или что части, показанные на фиг. 1, могут отсутствовать.
На фиг. 2 показан график значений напряжения дробилки в двух различных рабочих ситуациях. На вертикальной оси графика отложено значение величины, связанной с напряжением, которому подвергается дробилка при дроблении материала. В примере варианта осуществления величина, связанная с напряжением, которому подвергается дробилка при дроблении материала, представляет собой любую колеблющуюся величину, для которой может быть вычислено значение отклонения, такое как среднеквадратичное отклонение, дисперсия или аналогичный показатель, известный специалисту. В варианте осуществления эта величина представляет собой, например, нагрузку, натяжение, такое как сила натяжения в станине дробилки, которая может быть измерена тензометрическим датчиком или датчиком POWERCELL, дробящее усилие, мощность, такую как электрическая или среднеквадратичная мощность, крутящий момент, вибрацию, такую как резонансная частота дробилки, или давление, такое как давление в цепи регулировки ширины разгрузочной цепи дробилки. Измеряемую величину, например, нагрузку, мощность или крутящий момент, в варианте осуществления выбирают в соответствии с применяемым источником питания, таким как электродвигатель, гидравлический двигатель или дизельный двигатель. На горизонтальной оси графика отложено время. В первой рабочей ситуации 210 напряжение колеблется и имеет среднее значение 215. Колебание напряжения может быть связано с несколькими факторами, такими как неоднородность материала, подлежащего дроблению, присутствие недробящегося материала или неравномерный износ поверхностей износа дробилки. Во второй рабочей ситуации 220 напряжение колеблется меньше, например, вследствие однородности материала, подлежащего дроблению. Однако в рабочей ситуации 220 среднее значение 225 напряжения выше.
На фиг. 3 показан график распределения значений напряжения дробилки в двух различных рабочих ситуациях, т.е. ситуациях 210 и 220, показанных на фиг. 2. На вертикальной оси графика отложены плотность вероятности, а на горизонтальной оси графика отложено значение напряжения, в данном случае - давление в барах. Несмотря на высокое среднее значение, вторая рабочая ситуация 220 является менее тяжелой для дробилки, например, вызывающей меньший износ у ее деталей и, соответственно, предпочтительной, поскольку дробилка может работать с более высокой производительностью. На отклонение напряжения во время работы дробилки влияют некоторые аспекты, например, свойства подлежащего дроблению материала, такие как неравномерная дробимость, влагосодержание, гранулометрический состав и разделение по крупности материала в дробильной камере; мощность подачи; уровень материала в системе подачи дробилки; износ, или неравномерный износ дробильных ножей; и недробящийся материал, содержащийся в подлежащем дроблению материале, такой как случайные куски железа.
На фиг. 4 показана блок-схема способа в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
На шаге 400 задают начальные или стартовые значения напряжения. Снова отметим, что величина, связанная с напряжением, которому подвергается дробилка при дроблении материала, представляет собой, как описано выше, например, давление, силу или нагрузку, но в дальнейшем в этом документе имеется в виду давление. Эти начальные значения, связанные с напряжением, включают в себя верхний предел давления Plimit, т.е. давление, которое нельзя превышать, и задаваемое по умолчанию высокое давление Phigh, т.е. уставку давления или целевое значение, при котором работает дробилка. Специалисту ясно, что задаваемое по умолчанию высокое давление Phigh используется в качестве уставки в блоке управления, и что управление дробилкой осуществляется традиционным способом, так, чтобы рабочее давление Р соответствовало задаваемому по умолчанию высокому давлению Phigh. Кроме того, начальные значения напряжения в варианте осуществления включают в себя также максимальное напряжение Рmах, превышающее задаваемое по умолчанию высокое давление, и еще более высокое избыточное значение Рехс напряжения. Эти значения применяются в качестве пределов безопасности при управлении дробилкой традиционным способом, например, если значение Рmах превышено, питатель дробилки останавливается, и вся дробилка останавливается, если превышено значение Рехс. На шаге 400 задают также начальное референсное значение отклонения dev_ini на основании, например, накопленных данных или предположения о работе дробилки. В другом варианте осуществления процесс дробления функционирует в течение некоторого времени перед заданием начальных значений с целью приема достаточного количества данных для определения характеристик текущей рабочей ситуации. В одном варианте осуществления все или некоторые начальные значения сбрасывают во время работы дробилки в соответствии с ситуацией.
Значения Phigh, Рmах и Рехс показаны на фиг. 5а и 5b. Как видно из Фиг. 5а и 5b, значение Рmах и Рехс в одном варианте осуществления также изменяется в зависимости от значения отклонения, такого как среднеквадратичное отклонение, как описано выше со ссылкой на фиг. 4, как и задаваемое по умолчанию высокое давление Phigh. Как показано на фиг. 5b, в соответствии с вариантом осуществления, значения Phigh, Рmах и Рехс масштабированы при помощи соответствующей константы так, чтобы при приближении значения отклонения, такого как среднеквадратичное отклонение, к нулю значения Phigh, Рmах и Рехс могли быть ближе друг к другу и, соответственно, все значения приближались к верхнему пределу Plimit. Начальное референсное значение отклонения также может быть масштабировано аналогичным образом.
На шаге 410 измеряют напряжение дробилки, например, давление в дробильной камере. Чтобы в дальнейшем вычислить значение отклонения напряжения, такого как среднеквадратичное отклонение, в течение некоторого времени собирают результаты замеров при определенной частоте взятия замеров. Измерение выполняют традиционным способом при помощи традиционных датчиков, обработки данных и соединений с управляющей системой. Специалисту ясно, что измерение напряжения в варианте осуществления включает в себя взятие замеров мгновенных значений и/или взятие замеров средних значений, которые были, например, усреднены при помощи определенного фильтра или временного окна с использованием обычных методик измерительной техники.
На шаге 420 определяют значение отклонения dev, такого как среднеквадратичное отклонение, ранее замеренного напряжения. Это определение осуществляется традиционным способом в управляющей системе, т.е. в блоке управления.
На шаге 430 значение отклонения dev, такого как среднеквадратичное отклонение, сравнивают с референсным значением отклонения dev_ref. В одном варианте осуществления значение отклонения сравнивают с начальным референсным значением отклонения dev_ini, т.е. определяют, отличается ли значение отклонения от предварительно заданного начального референсного значения отклонения dev_ini. В другом варианте осуществления в качестве референсного значения отклонения dev_ref используют предыдущее определение значения отклонения, т.е. определяют, изменилось ли значение отклонения dev, такого как среднеквадратичное отклонение, по сравнению с его предыдущим определением. В одном варианте осуществления значение отклонения должно отличаться вместе с предварительно заданной величиной от референсного значения отклонения dev_ref, прежде чем изменение будет идентифицировано в качестве такового, т.е. перед сравнением к значению отклонения dev добавляют предварительно заданную величину. В другом варианте осуществления значение отклонения сравнивают как с начальным референсным значением отклонения dev_ini, так и с ранее определенным значением отклонения, и в примере варианта осуществления, если установлено, что значение отклонения отличается от одного или обоих из них, идентифицируют изменение.
При отсутствии изменения значения отклонения, задаваемое по умолчанию высокое давление Phigh не изменяется, и работа дробилки, т.е. регулирование напряжения относительно задаваемого по умолчанию высокого давления Phigh осуществляется традиционным способом на шаге 470, т.е. блок управления стремится поддерживать среднее напряжение на уровне задаваемого по умолчанию высокого давления Phigh.
При изменении значения отклонения, значение отклонения, определенное на шаге 420, сравнивают с предварительно заданным значением или значениями, чтобы определить, является ли распределение значений напряжения узким или широким, на шаге 450. Предварительно заданное значение, с которым сравнивают значение отклонения, предварительно задают исходя из текущей ситуации, и оно зависит, например, от типа дробилки и/или принятой величины значений напряжения, превышающей верхний предел напряжения Plimit.
В случае узкого распределения, т.е. при значении отклонения меньшем, чем предварительно заданное значение, на шаге 460 значение задаваемого по умолчанию высокого давления Phigh увеличивают. Увеличение возможно вследствие того, что рабочая ситуация с менее колеблющимся напряжением более благоприятна для дробилки и, соответственно, задаваемое по умолчанию высокое давление Phigh, используемое в качестве уставки для управления дробилкой, может быть ближе к верхнему пределу давления Plimit. В случае широкого распределения, т.е. при значении отклонения большем, чем предварительно заданное значение, на шаге 460 значение задаваемого по умолчанию высокого давления Phigh уменьшают. В одном варианте осуществления задаваемое по умолчанию высокое давление Phigh определяют посредством вычитания значения отклонения, умноженного на константу, из верхнего предела давления Plimit, т.е. при помощи формулы Phigh = Plimit - A*dev, где А - константа, выбранная в зависимости, например, от типа дробилки и рабочей ситуации. В примере варианта осуществления константа А имеет значение 1,96, а значение отклонения представляет собой среднеквадратичное отклонение.
В другом примере варианта осуществления задаваемое по умолчанию высокое давление в случае обнаружения блоком управления дисбаланса или другого типа колебания уровней напряжения, даже если значение отклонения не изменилось. Например, если блок управления содержит систему для измерения напряжения на различных частях дробильной камеры, обнаруженный в ней дисбаланс используют для запуска регулировки задаваемого по умолчанию высокого давления Phigh.
Специалисту ясно, что несколько величин, связанных с напряжением, которому подвергается дробилка, измеряют одновременно, и способ в соответствии с настоящим изобретением применяют к одной или нескольким величинам. Соответственно, даже если значение отклонения некоторой величины остается неизменным, изменение значения отклонения другой величины может вызывать регулировку высокого значения задаваемого по умолчанию напряжения, как раскрыто выше.
В еще одном примере варианта осуществления, если на шаге 450 установлено, что значение отклонения является крайне высоким или низким, например, если отклонение выше, чем начальное референсное значение отклонения dev_ini, или выше или ниже, чем очередное предварительно заданное значение, в варианте осуществления выполняется регулирование ширины разгрузочной щели дробилки, т.е. ширины разгрузочной щели дробильной камеры. Как правило, при низком или высоком значении отклонения часто стремятся получить меньшую или большую ширину разгрузочной щели дробилки соответственно, например, для повышения эффективности процесса дробления или для уменьшения значения отклонения. Часто требуется определенная ширина разгрузочной щели дробилки, но в некоторых ситуациях эта требуемая ширина разгрузочной щели может вызывать неприемлемое, т.е. слишком высокое или слишком низкое значение отклонения и, соответственно, стремятся получить приемлемое значение отклонения, близкое к требуемой ширине разгрузочной щели дробилки. В одном варианте осуществления ширину разгрузочной щели дробилки изменяют относительно требуемой ширины разгрузочной щели, например, выбирая ряд более низких значений и ряд более высоких значений ширины разгрузочной щели и линейно изменяя эти значения ширины разгрузочной щели дробилки таким образом, чтобы дробилка приводилась в действие с каждой шириной разгрузочной щели в течение заданного периода времени, например, 10 секунд, и значение отклонения определялось для каждой ширины разгрузочной щели. Ширину разгрузочной щели, близкую к требуемой и имеющую приемлемое значение отклонения, например, значение отклонения выше, чем начальное референсное значение отклонения dev_ini, выбирают из группы проверяемых значений ширины разгрузочной щели на основании определения значения отклонения для каждой ширины разгрузочной щели.
Далее приведены несколько примеров ситуации, в которой применяется вышеописанная проверка значений ширины разгрузочной щели дробилки. Дробилку приводят в действие при ширине разгрузочной щели 20 мм и определяют, что значение отклонения уменьшается, например, вследствие неподходящего угла между щеками дробилки, из-за которого дробилка не обрабатывает материал эффективно, и уровень мощности остается таким же или снижается. Как правило, в такой ситуации уменьшение ширины разгрузочной щели увеличивало бы значение отклонения, но в этом случае отклонение продолжало бы уменьшаться вследствие того, что угол между щеками дробилки становится еще более неподходящим. Соответственно, для разрешения ситуации проверку на более подходящую ширину разгрузочной щели, описанную выше, выполняют при значениях ширины разгрузочной щели 20 мм с обеих сторон. Аналогичным образом, если дробилка приводится в действие при ширине разгрузочной щели 20 мм и значение отклонения возрастает, это, как правило, указывает на необходимость увеличения ширины разгрузочной щели. Однако, большая ширина разгрузочной щели необязательно уменьшает значение отклонения и, соответственно, проверку на более подходящую ширину разгрузочной щели, описанную выше, выполняют при значениях ширины разгрузочной щели 20 мм с обеих сторон, чтобы найти наиболее подходящую ширину.
В одном варианте осуществления вышеназванную проверку на ширину разгрузочной щели дробилки с приемлемым значением отклонения выполняют каждый раз, когда устанавливают, что значение отклонения является крайне высоким или низким. В другом варианте осуществления вышеназванную проверку на ширину разгрузочной щели дробилки с приемлемым значением отклонения выполняют в начале работы дробилки и/или периодически во время работы дробилки.
После того как задаваемое по умолчанию высокое давление Phigh было отрегулировано, управление работой дробилки, т.е. регулирование напряжения относительно задаваемого по умолчанию высокого давления Phigh осуществляется традиционным способом на шаге 470, т.е. блок управления стремится поддерживать среднее напряжение на уровне задаваемого по умолчанию высокого давления Phigh. Управление дробилкой осуществляется традиционным способом, в зависимости от типа дробилки, например, посредством регулирования ширины разгрузочной щели дробилки или частоты вращения дробилки.
Не ограничивая каким-либо образом объем, интерпретацию или возможные применения настоящего изобретения, в качестве одного из технических преимуществ различных вариантов осуществления изобретения может рассматриваться повышенная производительность дробилки. Далее, техническим преимуществом различных вариантов осуществления изобретения может считаться более безопасная эксплуатация дробилки при высокой производительности. Далее, техническим преимуществом различных вариантов осуществления изобретения может считаться более продолжительный срок службы деталей дробилки.
Приведенное выше описание содержит неограничивающие примеры некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения. Специалисту понятно, что изобретение не ограничивается приведенными деталями и может быть реализовано с помощью других эквивалентных средств. Некоторые из признаков раскрытых выше вариантов осуществления могут успешно использоваться без применения других признаков.
По существу, приведенное выше описание должно рассматриваться просто в качестве иллюстрации принципов изобретения, но не в качестве его ограничения. Таким образом, объем настоящего изобретения ограничивается только прилагаемой формулой изобретения.