一种可变道多目标自动加球装置及方法与流程

本发明涉及一种可变道多目标自动加球装置及方法，属于选矿装备与控制领域。

背景技术：

球磨机是目前矿山、冶金、化工、建材、电力等行业常用的研磨设备。球磨机依靠其筒体内的钢球运动来粉碎矿石。球磨机钢球充填率和配比是影响磨矿效率的重要因素，合理的钢球充填率是球磨机高效运行的前提。钢球在研磨过程中不断消耗，需要不断补充钢球。目前，选矿厂的球磨机主要依靠人工定时定量加球，这种加球方式往往出现开始时钢球量过多，研磨效果差，钢耗量加大，随着钢球不断磨损，钢球量逐渐不足，磨矿效率逐渐降低。实践证明，采用加球设备保持球磨机的钢球充填率始终处于合理状态，可以显著提高磨矿处理量和磨矿产品合格率。

目前的自动加球系统功能比较单一还存在许多不足，主要表现在：①每一种规格钢球要求配置一台自动加球机，当需要补加几种规格的钢球时，往往一台球磨机需要配置多台自动加球机，不仅很多生产现场无法满足安装要求，而且成本过高；②要求自动加球机的钢球出口高于球磨机的给矿口，这样钢球才能依靠自身重力进入球磨机，很多情况下需要建造支架来安装加球机，造成总体占用空间过大、现场安装困难、不便于操作和检修等问题；③要求自动加球机安装在球磨机的旁边，造成球磨机的操作与检修不便。很多选矿厂的磨矿作业由于场地和空间限制，无法使用现有的自动加球机。

技术实现要素：

为了克服现有自动加球系统存在的一台加球机只能给一台球磨机加球、需要建造较高的支架、加球机需要安装在球磨机旁边等不足，本发明提出了一种可变道多目标自动加球装置及方法。

本发明通过以下技术方案实现：

一种可变道多目标自动加球装置，包括控制主机1、一个以上的加球设备、一个以上的变道装置4、两个以上的一次球道5和两个以上的二次球道6；

每一个加球设备包括一个供球装置2和一个提升装置3，供球装置2的出口与提升装置3的入口连通，提升装置3的出口与一次球道5连通，供球装置2、提升装置3分别通过导线与控制主机1连接，受控制主机1控制；变道装置4内包括直管8和弯头9，两个一次球道5间通过变道装置4的直管8连通，非末端的一次球道5与二次球道6通过变道装置4的弯头9连通，末端的一次球道5直接与二次球道6连通；每一个二次球道6与一台球磨机给矿口连通；变道装置4与控制主机1通过导线连接，受控制主机1控制。

优选地，当多个加球设备中钢球直径不同时，各加球设备中钢球的直径从靠近球磨机一侧至远离球磨机一侧依次增大，可以利用大球撞击小球实现钢球的快速滚动。

优选地，所有一次球道5均倾斜设置，靠近加球设备一端高于靠近球磨机一端，使钢球可以利用自身重力在球道内滚动。

优选地，对于球磨机多并且空间位置跨度大的情况，加球设备可以安装在中间位置，通过多级变道装置向球磨机加球，每一级变道装置包括一个以上的变道装置4，上一级变道装置通过球道与下一级变道装置连接。

所述提升装置3为本技术领域内可以实现将物体高度进行提升的常规装置。

所述变道装置4包括直行程电动执行机构、直管8、弯头9、直管对接件10和弯头对接件11；直管对接件10和弯头对接件11焊接在一起，然后再与直行程电动执行机构的推杆连接，由直行程电动执行机构控制其位置，直行程电动执行机构与控制主机1通过导线连接，受控制主机1控制选择直管或弯头导向，通过直行程电动执行机构的推杆伸缩运动，使直管对接件10与直管8连通或使弯头对接件11与弯头9连通。

采用所述可变道多目标自动加球装置加球的方法，控制主机通过控制系统对所述可变道多目标自动加球装置进行控制，控制系统采用变道装置控制表、加球控制表、加球动态控制表进行控制；首先对变道装置控制表和加球控制表中参数进行设定（包括目标球磨机、各目标球磨机所需钢球量、钢球直径及加球控制周期等）；控制系统采用周期性顺序加球的控制方式，在每个加球控制周期内，控制系统将目标球磨机的加球控制表初始数据传送到加球动态控制表，以控制指针为依据，根据变道装置控制表对变道装置的导向进行切换，从而控制各变道装置的球道方向，使球道引向目标球磨机，然后根据加球动态控制表的数据启动相应的供球装置和提升装置，由提升装置将钢球提高到需要的高度，然后钢球通过自身重力沿球道滚动进入球磨机，同时根据给定钢球量控制各种钢球的补加量，当钢球补加量达到给定钢球量时停止该规格供球装置和提升装置，目标球磨机要求的各种钢球补加完毕后自动切换到下一台球磨机进行加球，所有球磨机加球完毕后控制系统进入等待状态，直到下一控制周期开始后进入新一轮加球。

本发明的有益效果：

（1）本发明通过对球磨机按顺序轮流加球实现一套所述可变道多目标自动加球装置为多台球磨机补加各种钢球，避免了目前自动加球机需要一台球磨机配置一套加球机的弊端，不仅节约了宝贵的现场空间，而且大大节省了投资；

（2）通过提升装置将钢球提升到一定高度后，由于输送钢球的球道有一定的坡度，钢球通过自身重力沿球道滚动进入球磨机，无需再外加动力；提升装置的高度可以根据应用场所的实际情况确定，因此自动加球设备不需要建造安装支架，可以不安装在球磨机旁边，可以安装在远离球磨机的任意适当的位置，对应用现场的场地及空间位置要求比较宽松；钢球输送球道可以进行交叉安装，从而确保所有的球磨机球道有足够的坡度，可以通过变道装置进行交叉球道的切换；避免了现有自动加球机需要安装在球磨机旁边和单独建造安装支架的弊端，具有占用空间小、建设成本低、安装位置要求宽松等特点；

（3）实现了球磨机生产过程的自动补球控制，并且能按照工艺要求对各种规格钢球按量、按比例补加，不同球磨机可以根据自身的需要选择钢球的规格以及加球量，实现各种规格钢球的交叉补加，能适用于多种场合和多种规格钢球的补加控制，从而提高球磨机的生产效率和产品合格率；

（4）本发明具有一机多用、结构紧凑、安装灵活、适应性强等特点。

附图说明

图1为本发明流程示意图；

图2为实施例1一球两磨一端供球示意图；

图3为变道装置4结构示意图；

图4为实施例2三球四磨一端供球示意图；

图5为实施例3两球两磨一端供球示意图；

图6为实施例4两球四磨一端供球示意图；

图7为实施例5三球六磨中间供球示意图；

图中：1-控制主机，2-供球装置，3-提升装置，4-变道装置，5-一次球道，6-二次球道，7-球磨机，8-直管，9-弯头，10-直管对接件，11-弯头对接件。

具体实施方式

实施例1：一球两磨一端供球案例

如图2所示，一种可变道多目标自动加球装置，包括控制主机1、一个加球设备、一个变道装置4、两个一次球道5和两个二次球道6；

加球设备包括一个供球装置2和一个提升装置3，供球装置2的出口与提升装置3的入口连通，提升装置3的出口与一次球道5连通，供球装置2、提升装置3分别通过导线与控制主机1连接，受控制主机1控制；变道装置4内包括直管8和弯头9（如图3所示），两个一次球道5间通过变道装置4的直管8连通，非末端的一次球道5与二次球道6通过变道装置4的弯头9连通，末端的一次球道5直接与二次球道6连通；每一个二次球道6与一台球磨机7给矿口连通；变道装置4与控制主机1通过导线连接，受控制主机1控制；所有一次球道5均倾斜设置，靠近加球设备一端高于靠近球磨机7一端；

所述变道装置4包括直行程电动执行机构、直管8、弯头9、直管对接件10和弯头对接件11；直管对接件10和弯头对接件11焊接在一起，然后再与直行程电动执行机构的推杆连接，由直行程电动执行机构控制其位置，直行程电动执行机构与控制主机1通过导线连接，受控制主机1控制选择直管或弯头导向，通过直行程电动执行机构的推杆伸缩运动，使直管对接件10与直管8连通或使弯头对接件11与弯头9连通。

实施例2：三球四磨一端供球案例

如图4所示，一种可变道多目标自动加球装置，包括控制主机1、三个加球设备、三个变道装置4、四个一次球道5和四个二次球道6；

每一个加球设备包括一个供球装置2和一个提升装置3，供球装置2的出口与提升装置3的入口连通，提升装置3的出口与一次球道5连通，供球装置2、提升装置3分别通过导线与控制主机1连接，受控制主机1控制；变道装置4内包括直管8和弯头9（如图3所示），两个一次球道5间通过变道装置4的直管8连通，非末端的一次球道5与二次球道6通过变道装置4的弯头9连通，末端的一次球道5直接与二次球道6连通；每一个二次球道6与一台球磨机7给矿口连通；每一个变道装置4均与控制主机1通过导线连接，受控制主机1控制；所有一次球道5均倾斜设置，靠近加球设备一端高于靠近球磨机7一端。

所述变道装置4包括直行程电动执行机构、直管8、弯头9、直管对接件10和弯头对接件11；直管对接件10和弯头对接件11焊接在一起，然后再与直行程电动执行机构的推杆连接，由直行程电动执行机构控制其位置，直行程电动执行机构与控制主机1通过导线连接，受控制主机1控制选择直管或弯头导向，通过直行程电动执行机构的推杆伸缩运动，使直管对接件10与直管8连通或使弯头对接件11与弯头9连通。

三个加球设备中钢球的直径从靠近球磨机7一侧至远离球磨机7一侧依次为φ40mm、φ60mm和φ90mm。

采用本实施例所述可变道多目标自动加球装置为球磨机加球，1#球磨机和3#球磨机所加钢球直径分别为φ90mm（2.99kg/个）和φ60mm（0.89kg/个），φ90mm钢球补加量为120kg/h，φ60mm钢球补加量为80kg/h；2#球磨机和4#球磨机所加钢球直径分别为φ60mm和φ40mm（0.26kg/个），φ60mm钢球补加量为60kg/h，φ40mm钢球补加量为40kg/h。控制周期为60min。

加球流程如图1所示，具体步骤为：

s01：在控制周期的开始，设定控制指针p=1（控制指针p为1、2、3、4时，分别对应1#、2#、3#、4#球磨机），周期时钟设定值为3600s（当控制指令状态为1时，周期时钟自动计时，当控制指令状态为0时，周期时钟暂停计时，当周期时钟计时值等于设定值3600时，周期时钟计时值被清零，由此确保周期时钟一直处于循环计时状态），三种钢球控制标志的设定值为csφ90mm=0、csφ60mm=0、csφ40mm=1（当控制标志为0时执行加球，当控制标志为1时停止加球，当某种规格钢球补加完毕后，对应的控制标志被置位，如果三种钢球控制标志csφ90mm、csφ60mm、csφ40mm全为1，则目标球磨机加球完毕）；

s02：当控制指针p=1、3时，将表2的初始值传送到表1的加球动态控制表；当控制指针p=2、4时，将表3的初始值传送到表1的加球动态控制表，控制系统将根据加球动态控制表的数据进行控制（如果给定钢球量sp大于等于钢球单重m，则对应的控制标志cs为0，启动该规格钢球的提升装置和供球装置，或保持已有的运行状态；输出钢球量pv=输出钢球个数n*钢球单重m，如果给定钢球量sp-输出钢球量pv＜钢球单重m，则对应的cs变为1，停止该规格钢球的加球设备和提升装置）；

s03：控制系统根据控制指针值p，按照表4的变道装置控制数据控制变道装置（每一台变道装置都有直管和弯头对应的反馈信号（反馈栏中的数值0表示不处于该位置，1表示处于该位置）和设定信号（设定栏中数值0表示变道装置的直道或弯头不能处于该位置，1表示变道装置的直道或弯头必须处于该位置），当变道装置处于直管或弯头位置时，对应的反馈信号为1，否则为0；当控制选择为1时，表示在使用该控制变道装置，要求目标球磨机对应的变道装置的反馈信号必须等于设定信号，否则需要改变变道装置球道的位置），确保球道引向目标球磨机，为目标球磨机加球作好准备。目标球磨机为1#球磨机时，2#、3#、4#变道装置为直管状态；目标球磨机为2#球磨机时，2#变道装置为弯头状态，3#、4#变道装置为直管状态；目标球磨机为3#球磨机时，3#变道装置为弯头状态，4#变道装置为直管状态；目标球磨机为4#球磨机时，4#变道装置为弯头状态；

表4实施例2中变道装置控制表

s04：当控制指针p=1、3时，目标球磨机为1#球磨机和3#球磨机，启动φ90mm钢球加球设备和提升装置以及φ60mm钢球加球设备和提升装置，进行φ90mm钢球和φ60mm钢球的加球控制；当φ90mm钢球的加球量与给定钢球量的差值小于2.99（φ90mm钢球单重）时，φ90mm钢球对应的控制标志cs变为1，停止φ90mm钢球的加球设备，延时5秒后停止φ90mm钢球提升装置；当φ60mm钢球的加球量与给定钢球量的差值小于0.89（φ60mm钢球单重）时，φ60mm钢球对应的控制标志cs变为1，停止φ60mm钢球钢球的加球设备，延时5秒后停止φ60mm钢球提升装置；

当控制指针p=2、4时，目标球磨机为2#和4#球磨机，启动φ60mm钢球加球设备和提升装置以及φ40mm钢球加球设备和提升装置，进行φ60mm钢球和φ40mm钢球的加球控制，当φ60mm钢球的加球量与给定钢球量的差值小于0.89（φ60mm钢球单重）时，φ60mm钢球对应的控制标志cs变为1，停止φ60mm钢球的加球设备，延时5秒后停止φ60mm钢球提升装置；当φ40mm钢球的加球量与给定钢球量的差值小于0.26（φ40mm钢球单重）时，φ40mm钢球对应的控制标志cs变为1，停止φ40mm钢球的加球设备，延时5秒后停止φ40mm钢球提升装置；

由于输出的各种规格钢球量不一定刚好等于给定值，不足或超出部分叠加到下一个控制周期的给定值，也就是将当前目标球磨机的某规格钢球的给定钢球量与其实际加球量的差值作为下一个控制周期该球磨机该规格钢球的给定钢球量的修正值（修正给定量msp=给定钢球量sp-输出钢球量pv）；当目标球磨机的所有规格钢球补加完毕后，结束本控制步骤；

s05：当前目标球磨机加球结束后控制指针值加1，如果控制指针值小于或等于球磨机台数4，则控制指针指向下一台球磨机，继续执行加球控制，否则结束本控制周期加球。

实施例3：两球两磨一端供球案例

如图5所示，一种可变道多目标自动加球装置，与实施例1大体相同，不同之处在于，本实施例所述装置包括两个加球设备。两个加球设备中钢球的直径从靠近球磨机7一侧至远离球磨机7一侧依次为φ30mm和φ70mm。

采用本实施例所述可变道多目标自动加球装置为球磨机加球，1#球磨机和2#球磨机所加钢球直径分别为φ70mm（1.41kg/个）和φ30mm（0.11kg/个），φ70mm钢球补加量为60kg/h，φ30mm钢球补加量为20kg/h。控制周期为60min。

加球流程如图1所示，具体步骤为：

s01：在控制周期的开始，设定控制指针p=1，周期时钟设定值为3600s，两种钢球控制标志的设定值为csφ70mm=0、csφ30mm=0；

s02：当控制指针p=1或2时，将表5的初始值传送到表1的加球动态控制表，控制系统将根据加球动态控制表的数据进行控制；

表5实施例3中1#、2#球磨机加球控制表

s03：控制系统根据控制指针值p，按照表6的变道装置控制数据控制变道装置，目标球磨机为1#球磨机时，1#变道装置为弯头状态；目标球磨机为2#球磨机时，1#变道装置为直管状态；

表6实施例3中变道装置控制表

s04：当控制指针p=1时，目标球磨机为1#球磨机，启动φ70mm钢球加球设备和提升装置以及φ30mm钢球加球设备和提升装置，进行φ70mm钢球和φ30mm钢球的加球控制，当φ70mm钢球的加球量与给定钢球量的差值小于1.41时，停止φ70mm钢球的加球设备，延时5秒后停止φ70mm钢球提升装置；当φ30mm钢球的加球量与给定钢球量的差值小于0.11时，停止φ30mm钢球的加球设备，延时5秒后停止φ30mm钢球提升装置；不足或超出部分叠加到下一个控制周期的给定值，当目标球磨机的所有规格钢球补加完毕后，结束本控制步骤；

s05：当前目标球磨机加球结束后控制指针值加1，指向2#球磨机，如果控制指针值小于或等于球磨机台数2，则继续执行加球，否则结束本控制周期加球。

实施例4：两球四磨一端供球案例

如图6所示，一种可变道多目标自动加球装置，与实施例2大体相同，不同之处在于，本实施例所述装置仅有两个加球设备。两个加球设备中钢球的直径从靠近球磨机7一侧至远离球磨机7一侧依次为φ60mm和φ110mm。

采用本实施例所述可变道多目标自动加球装置为球磨机加球，1#球磨机和3#球磨机所加钢球直径为φ110mm（5.47kg/个），φ110mm钢球补加量为130kg/h；2#球磨机和4#球磨机所加钢球直径为φ60mm（0.89kg/个），φ60mm钢球补加量为80kg/h。控制周期为90min。

加球流程如图1所示，具体步骤为：

s01：在控制周期的开始，设定控制指针p=1，周期时钟设定值为5400s，两种钢球控制标志的设定值为csφ110mm=0、csφ60mm=1；

s02：控制指针p=1、3时，将表7的初始值传送到表1的加球动态控制表，当控制指针p=2、4时，将表8的初始值传送到表1的加球动态控制表，控制系统将根据加球动态控制表的数据进行控制；

s03：控制系统根据控制指针值p，按照表9的变道装置控制数据控制变道装置，目标球磨机为1#球磨机时，1#变道装置为弯头状态；目标球磨机为2#球磨机时，2#变道装置为弯头状态，1#变道装置为直管状态；目标球磨机为3#球磨机时，3#变道装置为弯头状态，1#、2#变道装置为直管状态；目标球磨机为4#球磨机时，1#、2#、3#变道装置为直管状态；

表9实施例4中变道装置控制表

s04：当控制指针p=1、3时，目标球磨机为1#、3#球磨机，启动φ110mm钢球加球设备和提升装置，进行φ110mm钢球的加球控制，当φ110mm钢球的加球量与给定钢球量的差值小于5.47时，停止φ110mm钢球钢球的加球设备，延时5秒后停止φ110mm钢球提升装置；

当控制指针p=2、4时，目标球磨机为2#、4#球磨机，启动φ60mm钢球加球设备和提升装置，进行φ60mm钢球的加球控制，当φ60mm钢球的加球量与给定钢球量的差值小于0.89时，停止φ60mm钢球钢球的加球设备，延时5秒后停止φ60mm钢球提升装置；不足或超出部分叠加到下一个控制周期的给定值，当目标球磨机的所有规格钢球补加完毕后，结束本控制步骤；

s05：当前目标球磨机加球结束后控制指针值加1，如果控制指针值小于或等于球磨机台数4，则控制指针指向下一台球磨机，继续执行加球，否则结束本控制周期加球。

实施例5：三球六磨中间供球案例

如图7所示，一种可变道多目标自动加球装置，包括控制主机1、三个加球设备、五个变道装置4、四个一次球道5和六个二次球道6；

每一个加球设备包括一个供球装置2和一个提升装置3，供球装置2的出口与提升装置3的入口连通，提升装置3的出口与球道连通，供球装置2、提升装置3分别通过导线与控制主机1连接，受控制主机1控制；

将其中一个变道装置4（0#变道装置）作为一级变道装置，其余变道装置4作为二级变道装置，三个加球设备的出口通过球道与一级变道装置（0#变道装置）连通，变道装置4内包括直管8和弯头9（如图3所示），一级变道装置（0#变道装置）的直管8与二级变道装置的3#变道装置连通，一级变道装置（0#变道装置）的弯头9与二级变道装置的4#变道装置连通，两个一次球道5间通过变道装置4的直管8连通，非末端的一次球道5与二次球道6通过变道装置4的弯头9连通，末端的一次球道5直接与二次球道6连通，每一个二次球道6与一台球磨机7给矿口连通；每一个变道装置4均与控制主机1通过导线连接，受控制主机1控制；所有一次球道5均倾斜设置，靠近加球设备一端高于靠近球磨机7一端。

所述变道装置4包括直行程电动执行机构、直管8、弯头9、直管对接件10和弯头对接件11；直管对接件10和弯头对接件11焊接在一起，然后再与直行程电动执行机构的推杆连接，由直行程电动执行机构控制其位置，直行程电动执行机构与控制主机1通过导线连接，受控制主机1控制选择直管或弯头导向，通过直行程电动执行机构的推杆伸缩运动，使直管对接件10与直管8连通或使弯头对接件11与弯头9连通。

三个加球设备中钢球的直径从靠近球磨机7一侧至远离球磨机7一侧依次为φ30mm、φ50mm和φ90mm。

采用本实施例所述可变道多目标自动加球装置为球磨机加球，由于球磨机跨度大，自动加球设备安装在球磨机的中间位置，1#～6#球磨机所加的钢球规格和质量全部一样，所加钢球直径分别为φ90mm（2.99kg/个）、φ50mm（0.51kg/个）和φ30mm（0.11kg/个），φ90mm钢球补加量为90kg/h、φ50mm钢球补加量为50kg/h和φ30mm钢球补加量为30kg/h。控制周期为120min。

加球流程如图1所示，具体步骤为：

s01：在控制周期的开始，设定控制指针p=1，周期时钟设定值为7200s，三种钢球控制标志的设定值为csφ90mm=0、csφ50mm=0、csφ30mm=0；

s02：控制指针p=1、2、3、4、5、6，则目标球磨机分别为1#、2#、3#、4#、5#、6#球磨机，将表11的初始值传送到表1的加球动态控制表，控制系统将根据加球动态控制表的数据进行控制；

表11实施例5中1#、2#、3#、4#、5#、6#球磨机加球控制表

s03：控制系统根据控制指针值p，按照表12的变道装置控制数据控制变道装置。目标球磨机为1#球磨机时，0#、2#、3#变道装置都为直管状态；目标球磨机为2#球磨机时，0#、3#变道装置为直管状态，2#变道装置为弯头状态；目标球磨机为3#球磨机时，0#变道装置为直管状态，3#变道装置为弯头状态；目标球磨机为4#球磨机时，0#、4#变道装置为弯头状态；目标球磨机为5#球磨机时，0#、5#变道装置都为弯头状态，4#变道装置为直管状态；目标球磨机为6#球磨机时，0#变道装置为弯头状态，4#、5#变道装置都为直管状态；

表12实施例5中变道装置控制表

s04：目标球磨机为1#～6#球磨机时，启动全部的加球设备及提升装置，进行加球控制，当φ90mm钢球的加球量与给定钢球量的差值小于2.99时，停止φ90mm钢球钢球的加球设备，延时5秒后停止φ90mm钢球提升装置；当φ50mm钢球的加球量与给定钢球量的差值小于0.51时，停止φ50mm钢球钢球的加球设备，延时5秒后停止φ50mm钢球提升装置；当φ30mm钢球的加球量与给定钢球量的差值小于0.11时，停止φ30mm钢球钢球的加球设备，延时5秒后停止φ30mm钢球提升装置；不足或超出部分叠加到下一个控制周期的给定值，当目标球磨机的所有规格钢球补加完毕后，结束本控制步骤；

s05：当前目标球磨机加球结束后控制指针值加1，如果控制指针值小于或等于球磨机台数6，则控制指针指向下一台球磨机，继续执行加球，否则结束本控制周期加球。