袁 龍，師華東，王 碩，張 旺，田振華

中信重工機械股份有限公司 河南洛陽 471039

在建材和選礦行業(yè)凡是存在破碎、粉磨工藝的地方都會遇到襯板磨損和更換的問題，襯板是否需要更換取決于襯板的磨損情況。目前襯板的磨損檢測采用非在線檢測，需要停機，非在線檢測耗時耗力且影響生產(chǎn)，因此在線檢測是未來襯板磨損檢測的發(fā)展趨勢。

較成熟的襯板磨損檢測方法有人工測量法、超聲波檢測法、三維激光掃描測量法 3 種，都屬于非在線檢測，需要停機[1]。目前在建材和選礦行業(yè)沒有好的襯板磨損在線檢測方法，隨著生產(chǎn)企業(yè)對減人增效的要求，襯板磨損在線檢測成為提高磨機智能化水平的一個難點。中信重工開發(fā)了基于智能螺栓的襯板磨損在線檢測技術，自 2017 年首次投運成功后，已有 30余套應用于國內(nèi)外大型礦山項目，成為中信重工出口大型礦磨設備的標配。

智能螺栓實現(xiàn)襯板磨損在線檢測，無需停機，全程自動控制，減少了停機檢修時間，降低了勞動強度，最終達到了降低經(jīng)營成本，提高生產(chǎn)效率的目的。

1 智能螺栓在線檢測技術介紹

1.1 在線檢測原理

襯板磨損在線檢測系統(tǒng)由智能螺栓、無線信號發(fā)射器、信號接收器及控制柜組成，通過交換機進入DCS 系統(tǒng)與破磨設備 DCS 界面進行融合。襯板磨損在線檢測，將部分普通襯板螺栓替換為智能螺栓，智能螺栓安裝完成后檢測頭與破磨設備襯板平齊，使用過程中檢測頭會與襯板同步磨損，智能螺栓系統(tǒng)可以實時檢測檢測頭的磨損量，檢測頭磨損量與磨機襯板的磨損量相同，因此可以計算出襯板的磨損量。在線檢測原理如圖1 所示。

圖1 在線檢測原理

1.2 在線檢測部件組成

1.2.1 智能螺栓

在螺栓內(nèi)部開孔，將測距傳感器放入螺栓內(nèi)部并固定好，然后密封。工作時用智能螺栓替換普通螺栓，智能螺栓在承擔襯板固定功能的同時實時測量襯板磨損量。智能螺栓的使用條件與普通螺栓相同，無需單獨維護或改造，與普通螺栓相比，智能螺栓的長度更長。智能螺栓為一次性消耗品，襯板更換時智能螺栓也配套更換。普通螺栓與智能螺栓對比如圖2 所示。

圖2 普通螺栓與智能螺栓對比

1.2.2 無線信號發(fā)射器

無線信號發(fā)射器由安裝板固定在智能螺栓尾部，通過專用接頭和信號線將智能螺栓內(nèi)部連接，建立與信號接收器的無線通信連接。無線信號發(fā)射器如圖3所示。

圖3 無線信號發(fā)射器現(xiàn)場實物

1.2.3 信號接收器

信號接收器用于數(shù)據(jù)接收和顯示，通過無線方式保持與無線信號發(fā)射器通信連接。一個信號接收器可同時與多個無線信號發(fā)射器建立通信連接。信號接收器和控制柜采用 Modbus 通信協(xié)議。信號接收器如圖4 所示。

圖4 信號接收器

1.2.4 控制柜

控制柜是按電氣接線要求將開關設備、測量儀表、保護電器和輔助設備組裝在封閉或半封閉金屬柜中或屏幅上的設備?？刂乒裰饕獮樾盘柦邮掌魈峁╇娫床⒖膳c DCS 通信?？刂乒袢鐖D5 所示。

圖5 控制柜

1.3 智能螺栓的優(yōu)缺點

智能螺栓的優(yōu)點是實現(xiàn)了襯板磨損的在線檢測，極大地提高了生產(chǎn)效率，降低了工人勞動強度。智能螺栓的缺點：智能螺栓屬于一次性消耗品，更換襯板的同時也要更換智能螺栓，這會增加企業(yè)的設備維護成本；智能螺栓僅適用于錳鋼襯板，磁性襯板和橡膠襯板不使用螺栓，無法安裝智能螺栓，若強制安裝，磨損不同步，數(shù)據(jù)也不準確，不建議在磁性襯板和橡膠襯板上使用。

2 現(xiàn)場應用情況

應用于江西某金屬礦山的中信重工φ6.4 m×3.3 m 球磨機配套使用了襯板磨損在線檢測系統(tǒng)。該磨機的生產(chǎn)能力為 208～ 292 t/h，正常鋼球充填率為8%，裝機功率為 2 000 kW，筒體襯板共 5 圈，襯板固定用的普通螺栓規(guī)格為 M36；廠區(qū) DCS 采用 AB公司 PLC，型號為 logix5561；現(xiàn)場網(wǎng)絡通信光纖為單模光纖；磨機共布置有 5 圈襯板，每圈襯板上安置2 個智能螺栓，總共 10 個智能螺栓監(jiān)測點。

2.1 現(xiàn)場安裝

磨機安裝調(diào)試完成后，將普通螺栓取出，智能螺栓從磨機內(nèi)襯板孔插入，一端伸出磨機筒體外，由螺母固定。智能螺栓與無線信號發(fā)射器相連，智能螺栓測得的數(shù)據(jù)將通過無線信號發(fā)射器發(fā)射給位于現(xiàn)場電控箱內(nèi)的信號接收器，信號接收器共可同時接收 64個發(fā)射器發(fā)出的信號，即一個信號接收器可同時支持64 根智能螺栓的測量。接收器可以單獨安裝在磨機附件開闊區(qū)域，也可以安裝在現(xiàn)場控制柜內(nèi)。智能螺栓安裝現(xiàn)場如圖6 所示。

圖6 智能螺栓安裝現(xiàn)場

2.2 效果及數(shù)據(jù)展示

智能螺栓可實時在線測量和顯示襯板的磨損情況，為優(yōu)化磨機控制提供依據(jù)。在線測量快捷方便，避免停機檢查，節(jié)省了人力物力，減少了不必要的停機時間。

數(shù)據(jù)展示共有 2 種方式，可選擇將信號接收器中的信號傳輸給 DCS 頁面，顯示當前磨損量和并預計襯板使用壽命，也可選擇上云平臺，通過手機端或PC 端顯示。云數(shù)據(jù) PC 端界面及云數(shù)據(jù)手機端界面如圖7 所示。

圖7 云數(shù)據(jù) PC 端界面及云數(shù)據(jù)手機端界面

2.3 經(jīng)濟效益分析

通過對行業(yè)常用的檢測方法進行對比分析，從測量原理、測量精度、測量時間、測量成本進行綜合分析[1]，不同測量方法成本對比如表1 所列。

表1 不同測量方法成本對比

由表1 可知，三維激光掃描測量精度最高，但用時最長，綜合成本也最高；人工測量和超聲波測量的設備投資偏低，但精度低，測量時間偏長，影響生產(chǎn)；智能螺栓在線檢測精度偏高，能夠?qū)崟r檢測，但檢測設備投資偏高。從提高公司自動化、智能化水平角度來講，采用在線檢測是生產(chǎn)企業(yè)不錯的選擇。

3 結語

襯板磨損在線檢測系統(tǒng)基于智能螺栓的磨損量與襯板的磨損量相同的情況，通過監(jiān)測智能螺栓的實時磨損量來監(jiān)測襯板的磨損量，可實時顯示襯板磨損量。同時該系統(tǒng)可利用網(wǎng)絡通信將數(shù)據(jù)上傳至上位機或云平臺，碎磨設備通過安裝這種襯板磨損在線檢測系統(tǒng)，可以在設備不停機的情況下實時了解襯板磨損情況，避免襯板磨損嚴重損壞設備本體，提高了磨機的運轉(zhuǎn)率，可以用于襯板的優(yōu)化和合理使用。