Исследование вибрационных сигналов для определения уровня загрузки шаровой мельницы

Бочков В.С., Бочкова К.В., Бабенко А.Г., Клюкин Д.О.

Уральский государственный горный университет, Екатеринбург

Ключевые слова: шаровая мельница, уровень загрузки, вибрационный сигнал, виброскорость, виброперемещение, статистический анализ, частотный анализ, управление технологическими параметрами.

Аннотация. В настоящей статье рассматривается проблема управления шаровыми мельницами на горно-обогатительных комбинатах, где отсутствие точного метода измерения уровня загрузки приводит к работе в неоптимальных режимах (недогруз или перегруз), что влечет значительные экономические потери не только из-за снижения производительности, но и из-за снижения энергетической эффективности. Проведенные ранее исследования экспериментальных данных выявили неустойчивую корреляционную связь между массой материала в мельнице и давлением в гидроподшипниках и вибрацией на приводном валу. По этой причине принято решение в необходимости разработки средств «прямого» определения границ объема материала в мельнице. Целью исследования являлось выявление зависимостей характеристик вибрационных и акустических сигналов, возбуждаемых в барабане мельницы, от степени и типа ее загрузки. В ходе лабораторных экспериментов на мельнице Бонда регистрировались вибросигналы (виброскорость S, виброперемещение D) при различных комбинациях загрузки (шары, песок, вода) и расстояния между датчиками и местом удара по барабану. Проведен временной, статистический и частотный анализ сигналов. Установлено, что статистические характеристики сигналов (mean, median, max, std) демонстрируют зависимость от угла между датчиком и ударником, которая в большинстве случаев аппроксимируется степенной функцией второго порядка. Выявлено значительное влияние типа загрузки на амплитуду сигналов: добавление песка к шарам приводит к многократному уменьшению сигналов SX, SZ, DX, DZ, что связывается с потерями энергии на трение в материале и между материалом и барабаном. На основании результатов сформулированы рекомендации по проведению дальнейших исследований для разработки метода оперативного контроля загрузки мельницы.

Investigation of vibration signals for determining the load level of a ball mill

Bochkov V.S., Bochkova K.V., Babenko A.G., Klyukin D.O.

Ural State Mining University, Yekaterinburg

Keywords: ball mill, load level, vibration signal, vibration velocity, vibration displacement, statistical analysis, frequency analysis, process parameter control.

Abstract. This article discusses the problem of controlling ball mills at mining and processing plants, where the lack of an accurate method for measuring the load level leads to suboptimal operating conditions (underloading or overloading), which entails significant economic losses not only due to reduced productivity, but also due to reduced energy efficiency. Previous studies of experimental data have revealed an unstable correlation between the mass of the material in the mill and the pressure in the hydraulic bearings and vibration on the drive shaft. For this reason, it was decided that it was necessary to develop means of "direct" determination of the boundaries of the volume of material in the mill. The aim of the study was to identify the dependences of the characteristics of the vibration and acoustic signals excited in the mill drum on the degree and type of its loading. During laboratory experiments at the Bond mill, vibration signals (vibration velocity S, vibration displacement D) were recorded at various loading combinations (balls, sand, water) and the distance between the sensors and the drum impact site. Time, statistical and frequency analysis of the signals is carried out. It is established that the statistical characteristics of the signals (mean, median, max, std) demonstrate a dependence on the angle between the sensor and the impactor, which in most cases is approximated by a second-order power function. A significant effect of the loading type on the amplitude of the signals has been revealed: the addition of sand to the balls leads to a multiple decrease in the signals SX, SZ, DX, DZ, which is associated with energy losses due to friction in the material and between the material and the drum. Based on the results, recommendations are formulated for further research to develop a method for operational control of mill loading.