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专利名称：跳汰机物料床层松散度变化曲线检测方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种跳汰机物料床层松散度变化曲线检测方法及装置，属于矿山选煤物料床层检测技术领域。
背景技术：
跳汰机是一种传统煤炭分选设备。工作基本原理在槽体结构的跳汰机及其系统联合作用下，具有筛板的跳汰机槽体中产生脉动水流。煤炭等矿物料加入后，随着脉动水流上下波动，密度较大的物料下沉到接近跳汰机筛板较底部；密度较低的轻物料分布于较上部。下沉到接近筛板较底部有一定厚度的重物料，通常被称为跳汰物料床层(简称床层)。以筛板为基准，床层向上延伸的高度称为床层厚度；由于整个物料层随着脉动水流上下波动， 周期性地发生物料颗粒被抛起和回落，从而导致物料颗粒周期性地相互分离和压紧。物料颗粒相互分离，物料床层处于悬浮液状态。目前，跳汰机床层检测都是围绕床层厚度进行检测，经过合理设计和有一定经验现场调整，自由式浮标通常能悬浮在与其相对密度相近的床层位置，再利用位移传感器检测浮标高度，经过信号处理等环节，输出给排料等控制机构，达到对床层厚度的测控目的。存在的问题自由式浮标能够检测比较稳定的床层厚度及厚度变化，不能检测物料颗粒周期性地被分离和压紧过程及程度的床层分离程度。而对于床层分离程度的检测，未见应用，甚至对于床层分离程度检测的研究和论述都很罕见。目前，跳汰选煤业领域公知的技术是跳汰选煤过程中，脉动物料层按密度大小沿着高度方向分配于跳汰机筛板之上。距筛板越低，物料层平均密度越大；距筛板越高，物料层平均密度越小。跳汰机进入正常工作状态后，跳汰物料床层周期性进入(和退出)悬浮液状态。悬浮液状态的跳汰物料层悬浮液单位体积中，固体物料所占体积与固液混合物总体积的比例称为悬浮液固液比。颗粒相互分离程度为床层松散度X=l-Vd/V。Vd/V为悬浮液固液比。 床层松散度数值大小可以衡量悬浮液状态的物料颗粒相互分离程度。床层松散度λ数值越大，悬浮液单位体积中固体物料颗粒越少，颗粒相互分离程度越大；反之，λ数值越小， 颗粒相互分离程度越小。跳汰实践表明颗粒相互分离程度(床层松散度)应该控制在适当范围内。床层松散度偏大，会出现两个结果1、跳汰机透筛严重，精煤(好煤)产品透筛损失增加，给生产带来经济损失；2、细颗粒的重密度物料被过度强行托起，掺杂到跳汰精煤产品中，污染精煤产品造成产品质量不合格。床层松散度偏低，跳汰物料床层发死，物料颗粒分层程度降低甚至不再分层，也往往导致两个结果I、重物料排放过量带走精煤(好煤)；2、重物料污染精煤产品，造成产品质量不合格。因此，及时检测床层松散度变化曲线，并采取一定技术手段使床层松散度稳定在一定范围之内，达到进一步稳定跳汰机选煤过程的目的， 是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容
本发明目的是提供一种跳汰机物料床层松散度变化曲线检测方法及装置，及时、准确检测床层松散度变化曲线，有利于采取一定技术手段，使床层松散度稳定在一定范围之内，稳定跳汰机选煤过程，解决背景技术中存在的上述问题。本发明的技术方案是
一种跳汰机物料床层松散度变化曲线检测方法，包含如下工艺步骤①使球状体周期性地沿着高度方向进入和退出脉动物料的不同床层采集球状体在脉动物料床层中所受悬浮液状态时的浮力信号，送入数据处理器；③数据处理器进行数据处理，将浮力信号所对应的压力值P，从最大值跌落到最小值的整个过程描绘出一条压力变化曲线，这条压力变化曲线就是床层松散度变化曲线。检测床层松散度变化曲线，可以分别或同时结合球状体在脉动物料床层中所处位位置、球状体进入和退出脉动物料周期、跳汰物料床层的跳汰周期三个因素，来得出床层松散度变化曲线。I、单独结合球状体在脉动物料床层中所处位位置，得出不同脉动物料层的床层松散度变化曲线；具体步骤同时采集球状体在脉动物料床层中所处位置的信号，送入数据处理器；球状体在脉动物料床层中所受悬浮液状态时的浮力信号，结合位置信号传感器的信号数值，得出不同脉动物料层的床层松散度变化曲线，球状体在脉动物料床内进行逐层扫描，得出不同脉动物料层的床层松散度变化曲线。2、单独结合跳汰物料床层的跳汰周期，得出每一个跳汰周期不同脉动物料层的床层松散度变化曲线；具体步骤数据处理器在程序设定上，设定跳汰物料床层的跳汰周期， 根据球状体在脉动物料床层中所受悬浮液状态时的浮力信号，得出每一个跳汰周期不同脉动物料层的床层松散度变化曲线。3、结合球状体进入和退出脉动物料和跳汰物料床层的跳汰周期，得出周期性的床层松散度变化曲线；球状体周期性地沿着高度方向从进入到完全退出脉动物料层，完成一个逐层扫描周期Tj，物料颗粒周期性地相互分离和压紧全过程为跳汰物料床层的跳汰周期Tt，Tj大于Tt ;具体步骤数据处理器在程序设定上，Tj包含若干个Tt，每个跳汰周期 Tt检测出一条该周期松散度变化曲线。例如Tj设定为60秒，Tt设定为I秒；Tj=60S，插入持续时间为30S，那么，在一个插入全程就检测得到30条松散度变化曲线λ tl-30，按前面分析，插入过程从λ tl到λ t30—定是逐渐减小的；同样，一个球状体拔出全程也能检测得到30条松散度变化曲线Xtl-30，从Xtl到λ t30—定是逐渐增大的。球状体周期性地沿着高度方向从进入到完全退出脉动物料层，正反行程可以设定不相等，正反行程得到的松散度变化曲线λt的数量也就可以不一样。所述的使球状体周期性地沿着高度方向进入和退出脉动物料的不同床层，采用驱动机构来驱动球状体，在脉动物料床层中往复逐层插入和退出。所述驱动机构通过往复运动机构驱动球状体，在脉动物料床层中往复逐层插入和退出，拉压压力传感器采集球状体在脉动物料床层中所受悬浮液状态时的浮力信号，送入数据处理器；角位移传感器同时采集球状体在脉动物料床层中所处位置的信号，送入数据处理器。浮力信号所对应的压力值P，与床层松散度λ之间的关系式λ=1-(Ρ/ Vq -δ #)八ScrS P; >(P/ Vq) >δ &结合逐层扫描床层松散度变化曲线At的方式，使球状体周期性地沿着高度方向进入脉动物料层，按公式原理得出不同周期同一物料层的床层松散度变化曲线λ t，以及同一周期各物料层床层松散度变化曲线λ t的变化数据；公式中 λ床层松散度；Ρ浮力信号所对应的压力值；VQ球状体的体积；δ #脉动水密度；Stl物料颗粒平均密度；λ t床层松散度变化曲线，VQ、δ 7Κ> δ 0均为已知数值。床层自上至下，δ。范围在I. 4——2.2 (g/cm2)之间。获得了床层松散度变化曲线λ t，可以输出控制信号，调整驱动跳汰机脉动水的风压；床层松散度变化曲线λ t向上偏移，则减小跳汰机脉动水的风压；反之，则加强风压。调整驱动跳汰机脉动水的风压为公知的技术手段。本发明的理论依据按压强原理推导出一定体积的物体在跳汰物料床层处于悬浮液状态时，一定体积的物体受到床层的浮力与床层松散度之间有一定的对应关系。处于跳汰床层中一定体积的球状体Q受到周围床层物料颗粒D及脉动水的包围。球状体所受浮力等于球状体体积与其所处床层悬浮液平均密度的乘积。公式l:P=VQSh;
P:球状体所受浮力；
Vq :球状体体积；
δ h :物料床层悬浮液平均密度；
公式 2 : δ h =M/V V :悬浮液体积；
M :体积V的悬浮液总质量；
公式 3 =M=Vd δ 0+ (V-Vd) δ 水 Vd :体积V的悬浮液中物料颗粒体积总和； δ ^ :物料颗粒平均密度； δ * :脉动水密度；
公式 4 P= Vq [Vd δ 0+ (V-Vd) δ 水]/V 公式 4-1 P = [Vd/V ( δ 0- δ 水)+ δ 水]Vq 固体物料所占固液混合物的比例为Vd/V 床层松散度公式5 λ =1-Vd/V
结合公式4-1和公式5，整理得到悬浮液床层松散度与球状体所受浮力关系式
公式 6 λ =1-(P/ Vtj — δ 水)/ ( δ 0- δ 水)；δ 0 >(Ρ/ VQ) > δ 水
Vq, δ水已知；床层自上至下30范围在1.4—2.2 (g/cm2)之间 λ :床层松散度；
P :球状体所受浮力；
V0 :球状体体积； δ * :脉动水密度； δ ^ :物料颗粒平均密度；
根据公式6得出的结论测出球状体在床层颗粒处于悬浮液状态时所受的浮力，并结合球状体在一定的位置高度的床层颗粒平均密度，就能得出一定密度层在床层颗粒处于悬浮液状态时的床层松散度。由于整个物料层随着脉动水流上下波动，周期性地发生物料颗粒被抛起和回落， 从而导致物料颗粒周期性地相互分离和压紧。物料颗粒相互分离，物料床层处于悬浮液状态。每个波动周期物料颗粒被一定强度的上冲水抛起一定的幅度，球状体在床层波动中，除受到床层颗粒处于悬浮液状态时的浮力Pq，还受到一定强度的上冲水的抛起冲击力Pt。这个抛起冲击力一定是球状体在床层波动中所受力的最大值，而床层颗粒处于悬浮液状态时给球状体的浮力一定是紧随着抛起冲击力后立即出现，检测到球状体受力最大值Pt后，随后得到的压力值P就等于受到床层颗粒处于悬浮液状态时的浮力，这个压力值P是个瞬时变化值，P从最大跌落到最小值的整个过程可以描绘出一条压力曲线，这条压力曲线就是床层松散度变化曲线At。床层松散度变化曲线λ t描述了床层分离程度变化。由于跳汰机进入正常工作后，物料床层按密度分布，脉动物料层按密度大小沿着高度方向分配于跳汰机筛板之上。距筛板越低，物料层平均密度越大；距筛板越高，物料层平均密度越小。脉动物料层按密度大小沿着高度方向分配于跳汰机筛板之上，并不代表能准确确定脉动物料层沿着床层高度方向分布的密度具体数值。为消除这一未知因素的影响，采取逐层扫描床层松散度变化曲线At的方式，使球状体周期性地沿着高度方向进入脉动物料层，按公式及原理得出不同周期同一密度物料层的P从最大值跌落到最小值整个过程的一条压力曲线一床层松散度变化曲线λ t，以及同一周期各密度物料层床层松散度变化曲线λ t的变化数据。一种跳汰机物料床层松散度变化曲线检测装置，包含驱动机构、球状体、拉压压力传感器、角位移传感器、数据处理器、和往复运动机构，往复运动机构由球柄、传导杠杆、驱动臂、辅助杆、支撑架组成，球柄的端部与球状体连接，球柄分别铰接在传导杠杆和辅助杆上，传导杠杆和辅助杆上分别铰接在支撑架上，驱动臂一端连接传导杠杆，另一端与驱动机构连接，拉压压力传感器和角位移传感器设置在往复运动机构上，拉压压力传感器和角位移传感器的输出与数据处理器连接；驱动机构通过往复运动机构驱动球状体，在脉动物料床层中往复逐层插入和退出，拉压压力传感器采集球状体在脉动物料床层中所受悬浮液状态时的浮力信号，送入数据处理器；角位移传感器同时采集球状体在脉动物料床层中所处位置的信号，送入数据处理器；数据处理器进行数据处理，将浮力信号所对应的压力值P， 从最大跌落到最小值的整个过程描绘出一条压力曲线，这条压力曲线就是床层松散度变化曲线，结合位置信号传感器的信号数值，得出不同周期同一脉动物料层的床层松散度变化曲线，及同一周期各脉动物料层的床层松散度变化曲线。球状体在物料床层中受到的浮力经杠杆原理传导给拉压压力传感器，采集球状体在物料床层中受到的浮力信号；拉压压力传感器设置在驱动臂上。拉压压力传感器也可以安装在传导杠杆的另外一侧，与球柄同侧安装，直接传导球状体在物料床层中受到的浮力信号。本发明的积极效果及时、准确检测床层松散度变化曲线，有利于采取一定技术手段，使床层松散度稳定在一个适宜范围之内，稳定跳汰机选煤过程。


附图I是本发明实施例示意附图2是本发明实施例侧视示意图中1、驱动机构；2、球状体；3、拉压压力传感器；4、角位移传感器；5、数据处理器； 6、球柄；7、联接套；8、回转轴；9、支撑轴及轴座；10、传导杠杆；11、压力传感器联接架；12、驱动臂；13、支撑架；14、驱动轴；15、位移传感器传导杆；16、搭杆；17、联接座；18、位移传感器安装座；19、辅助杆；20、跳汰机体；CH、物料床层。
具体实施例方式以下结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。在实施例中，受设定程序控制的驱动机构I驱动球状体2沿物料床层高度CH方向自上至下(反行程自下至上)持续往复逐层插入(退出)床层。球状体2进入物料床层CH后受到周围物料颗粒的包围，并受到床层处于悬浮液状态时的浮力Pq及一定强度的上冲水的抛起冲击力Pt。设置了拉压压力传感器3，测定球状体2所受力；设置了角位移传感器4提供球状体2在物料床层CH所处高度位置。由于整个物料层随着脉动水流上下波动，周期性地发生物料颗粒被抛起和回落， 从而导致物料颗粒周期性地相互分离和压紧。物料颗粒相互分离，物料床层处于悬浮液状态。每个波动周期物料颗粒被一定强度的上冲水抛起一定的幅度，球状体在床层波动中，除受到床层颗粒处于悬浮液状态时的浮力，还受到一定强度的上冲水的抛起冲击力Pt。这个抛起冲击力一定是球状体在床层波动中所受力的最大值，而床层颗粒处于悬浮液状态时给球状体的浮力一定是紧随着抛起冲击力后立即出现，检测到球状体受力最大值Pt后，得到的压力值P就等于受到床层颗粒处于悬浮液状态时的浮力，这个压力值P是个瞬时变化值， P从最大跌落到最小值的整个过程可以描绘出一条压力曲线，这条压力曲线就是床层松散度变化曲线At。床层松散度变化曲线At描述了床层分离程度变化。由于跳汰机进入正常工作后，物料床层按密度分布，脉动物料层按密度大小沿着高度方向分配于跳汰机筛板之上。距筛板越低，物料层平均密度越大；距筛板越高，物料层平均密度越小。脉动物料层按密度大小沿着高度方向分配于跳汰机筛板之上，并不代表能准确确定脉动物料层沿着床层高度方向分布的密度具体数值。为消除这一未知因素的影响，采取逐层扫描床层松散度变化曲线At的方式，使球状体周期性地沿着高度方向进入脉动物料层，按公式原理得出不同周期同一密度物料层的床层松散度变化曲线λ t，以及同一周期各密度物料层床层松散度变化曲线At的变化数据。本发明的装置工作过程驱动机构I将驱动力经驱动轴14、驱动臂12、压力传感器联接架11和拉压压力传感器3传导给支撑在支撑轴及轴座9支撑的传导杠杆10上，经杠杆原理将运动力传导给安装在传导杠杆10另一侧的回转轴8及联接套7，联接套7和球柄 6相联接，球柄6下端联接球状体2。驱动机构I按设定程序作顺逆时针往复运动，在物料床层CH中的球状体2作上下往复运动。安装在联接套7另一端还带有一条辅助杆19，辅助杆19带有和回转轴8、支撑轴及轴座9相同功能的支撑结构，确保动作正常进行。角位移传感器4利用安装座18安装在支撑架13上，角位移传感器4的回转轴上的位移传感器传导杆15搭在搭杆16的一端，搭杆16的另一端联接在回转轴8上，当联接套7作上下往复运动时，角位移传感器4检测信号随之发生相应变化。驱动机构I利用联接座17安装在支撑架13上；支撑轴及轴座9安装在支撑架13上；支撑架13安装在跳汰机体20上。球状体 2在物料床层CH中受到的浮力经杠杆原理传导给拉压压力传感器3，采集球状体2在物料床层CH中受到的浮力信号。当然，也可以将拉压压力传感器3安装在传导杠杆10的另外一侧——与联接套7和球柄6同侧安装，直接传导球状体2在物料床层CH中受到的浮力信号。拉压压力传感器3及角位移传感器4电信号送入数据处理器5。拉压压力传感器3及角位移传感器4多周期采集的电信号送入数据处理器5经处理计算后，按公式原理得出不同周期同一物料层的床层松散度变化曲线λ t，以及同一周期各物料层床层松散度变化曲线At的变化数据。可用于跳汰机的脉动水及跳汰机床层控制系统。常规的跳汰机是多风室结构，在一台跳汰机上一般可配置多套床层松散度检测装置。
权利要求
1.一种跳汰机物料床层松散度变化曲线检测方法，其特征在于包含如下工艺步骤:① 使球状体周期性地沿着高度方向进入和退出脉动物料的不同床层采集球状体在脉动物料床层中所受悬浮液状态时的浮力信号，送入数据处理器；③数据处理器进行数据处理，将浮力信号所对应的压力值P，从最大值跌落到最小值的整个过程描绘出一条压力变化曲线， 这条压力变化曲线就是床层松散度变化曲线。
2.根据权利要求I所述之跳汰机物料床层松散度变化曲线检测方法，其特征在于检测床层松散度变化曲线，分别或同时结合球状体在脉动物料床层中所处位位置、球状体进入和退出脉动物料周期、跳汰物料床层的跳汰周期三个因素，来得出床层松散度变化曲线。
3.根据权利要求2所述之跳汰机物料床层松散度变化曲线检测方法，其特征在于单独结合球状体在脉动物料床层中所处位位置，得出不同脉动物料层的床层松散度变化曲线； 具体步骤同时采集球状体在脉动物料床层中所处位置的信号，送入数据处理器；球状体在脉动物料床层中所受悬浮液状态时的浮力信号，结合位置信号传感器的信号数值，得出不同脉动物料层的床层松散度变化曲线，球状体在脉动物料床内进行逐层扫描，得出不同脉动物料层的床层松散度变化曲线。
4.根据权利要求2所述之跳汰机物料床层松散度变化曲线检测方法，其特征在于单独结合跳汰物料床层的跳汰周期，得出每一个跳汰周期不同脉动物料层的床层松散度变化曲线；具体步骤数据处理器在程序设定上，设定跳汰物料床层的跳汰周期，根据球状体在脉动物料床层中所受悬浮液状态时的浮力信号，得出每一个跳汰周期不同脉动物料层的床层松散度变化曲线。
5.根据权利要求2所述之跳汰机物料床层松散度变化曲线检测方法，其特征在于结合球状体进入和退出脉动物料和跳汰物料床层的跳汰周期，得出周期性的床层松散度变化曲线；球状体周期性地沿着高度方向从进入到完全退出脉动物料层，完成一个逐层扫描周期Tj，物料颗粒周期性地相互分离和压紧全过程为跳汰物料床层的跳汰周期Tt，Tj大于 Tt ;具体步骤数据处理器在程序设定上，Tj包含若干个Tt，每个跳汰周期Tt检测出一条该周期松散度变化曲线。
6.根据权利要求I或2所述之跳汰机物料床层松散度变化曲线检测方法，其特征在于浮力信号所对应的压力值P，与床层松散度λ之间的关系式λ=1-(Ρ/ Vq -δ *)/( δ0-δ>(Ρ/ Vq) >δ &结合逐层扫描床层松散度变化曲线At的方式，使球状体周期性地沿着高度方向进入脉动物料层，按公式原理得出不同周期同一物料层的床层松散度变化曲线λ t，以及同一周期各物料层床层松散度变化曲线λ t的变化数据；公式中λ床层松散度；Ρ浮力信号所对应的压力值；VQ球状体的体积；δ #脉动水密度；δ C1物料颗粒平均密度； At床层松散度变化曲线，VQ、δ 7K> Stl均为已知数值。
7.根据权利要求6所述之跳汰机物料床层松散度变化曲线检测方法，其特征在于床层自上至下，δ。范围在I. 4——2.2 (g/cm2)之间。
8.—种跳汰机物料床层松散度变化曲线检测装置，其特征在于包含驱动机构、球状体、 拉压压力传感器、角位移传感器、数据处理器、和往复运动机构，往复运动机构由球柄、传导杠杆、驱动臂、辅助杆、支撑架组成，球柄的端部与球状体连接，球柄分别铰接在传导杠杆和辅助杆上，传导杠杆和辅助杆上分别铰接在支撑架上，驱动臂一端连接传导杠杆，另一端与驱动机构连接，拉压压力传感器和角位移传感器设置在往复运动机构上，拉压压力传感器和角位移传感器的输出与数据处理器连接；驱动机构通过往复运动机构驱动球状体，在脉动物料床层中往复逐层插入和退出，拉压压力传感器采集球状体在脉动物料床层中所受悬浮液状态时的浮力信号，送入数据处理器；角位移传感器同时采集球状体在脉动物料床层中所处位置的信号，送入数据处理器；数据处理器进行数据处理，将浮力信号所对应的压力值P，从最大跌落到最小值的整个过程描绘出一条压力曲线，这条压力曲线就是床层松散度变化曲线，结合位置信号传感器的信号数值，得出不同周期同一脉动物料层的床层松散度变化曲线，及同一周期各脉动物料层的床层松散度变化曲线。
9.根据权利要求8所述之跳汰机物料床层松散度变化曲线检测装置，其特征在于球状体在物料床层中受到的浮力经杠杆原理传导给拉压压力传感器，采集球状体在物料床层中受到的浮力信号；拉压压力传感器设置在驱动臂上。
10.根据权利要求8所述之跳汰机物料床层松散度变化曲线检测装置，其特征在于球状体在物料床层中受到的浮力经杠杆原理传导给拉压压力传感器，采集球状体在物料床层中受到的浮力信号；拉压压力传感器安装在传导杠杆的另外一侧，与球柄同侧安装，直接传导球状体在物料床层中受到的浮力信号。
全文摘要
本发明涉及一种跳汰机物料床层松散度变化曲线检测方法及装置，属于矿山选煤物料床层检测技术领域。技术方案是①使球状体周期性地沿着高度方向进入和退出脉动物料的不同床层；②采集球状体在脉动物料床层中所受悬浮液状态时的浮力信号，送入数据处理器；③数据处理器进行数据处理，将浮力信号所对应的压力值P，从最大值跌落到最小值的整个过程描绘出一条压力变化曲线，这条压力变化曲线就是床层松散度变化曲线。本发明的积极效果及时、准确检测床层松散度变化曲线，有利于采取技术手段，使床层松散度稳定在一个适宜范围之内，稳定跳汰机选煤过程。
文档编号G01N9/36GK102590025SQ20121003694
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月20日 优先权日2012年2月20日
发明者杨修远, 杨大海 申请人:杨大海