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基于深度宽卷积残差收缩网络的球磨机负荷状态诊断

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湖南大学学报（自然科学版） 2023年第2期50卷 102-111页

作者：高云鹏孟雪晴张其旺王庆凯杨佳伟董一隆湖南大学电气与信息工程学院湖南长沙410082 矿冶过程自动控制技术国家重点实验室北京100160 矿冶过程自动控制技术北京市重点实验室北京100160

针对磨矿复杂工况下球磨机负荷状态准确诊断的难题,提出一种基于深度宽卷积残差收缩网络(Deep Wide Residual Shrinkage Networks, DWRSNs)的球磨机负荷状态诊断方法.首先采用宽卷积神经网络提取振动信号短时特征,建立三层深度残差收缩... 详细信息

针对磨矿复杂工况下球磨机负荷状态准确诊断的难题,提出一种基于深度宽卷积残差收缩网络(Deep Wide Residual Shrinkage Networks, DWRSNs)的球磨机负荷状态诊断方法.首先采用宽卷积神经网络提取振动信号短时特征,建立三层深度残差收缩网络,利用软阈值函数进行非线性变换,再基于注意力机制模块自主学习阈值提取面向负荷状态的高级特征,通过全连接层、softmax层实现球磨机负荷状态的准确分类与判别.实测结果证明,本文提出的DWRSNs方法的拟合度、收敛速度及学习能力均优于现有DCNNs、ResNets和DRSNs诊断方法,且提取的振动信号特征具有高代表性,经TSNE可视化后簇内紧密度高、簇间分界明显.本文方法诊断测试集的准确率超过99%,交叉熵损失为0.077 2,相较于现有负荷状态诊断方法具有更高的准确率且诊断耗时更短,可实现球磨机负荷状态的准确判别,为选冶磨矿过程优化控制、提高磨矿效率提供有效、可靠的判据.

关键词：球磨机负荷状态深度残差收缩网络注意力机制

球磨机制备超微抹茶粉的生产工艺优化及其理化特性研究

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粮食与油脂 2023年第1期36卷 120-125页

作者：李东唐璇雷雨童凯姜斌四川轻化工大学生物工程学院四川宜宾644000

用球磨机制备超微抹茶粉,在单因素的基础上通过正交试验优化生产工艺,并分析不同粒径抹茶粉的理化特性。结果表明:各因素对抹茶粉粒径的影响依次为球磨时间>球料质量比>装填量>研磨球质量比>转速>球径比;最佳粉碎工艺条件为球磨时间4.0 ... 详细信息

用球磨机制备超微抹茶粉,在单因素的基础上通过正交试验优化生产工艺,并分析不同粒径抹茶粉的理化特性。结果表明:各因素对抹茶粉粒径的影响依次为球磨时间>球料质量比>装填量>研磨球质量比>转速>球径比;最佳粉碎工艺条件为球磨时间4.0 h、球料质量比20∶1、装填量4/9、转速380 r/min、(大、中、小)研磨球质量比10∶30∶60、球径比2∶3∶5,在此条件下制备的超微抹茶粉粒径D90为7.15μm;随着粉体粒径的减小,抹茶粉比表面积、休止角和溶解度明显增大,茶多糖和可溶性糖含量明显增多,游离氨基酸含量无明显差异;在相同的粉碎时间内,随着粒径的减小,茶多酚含量降低。

关键词：超微抹茶粉球磨机正交试验理化特性

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球磨机用永磁同步电机设计及振动研究

球磨机用永磁同步电机设计及振动研究

作者：王海曼沈阳工业大学

学位级别：硕士

球磨机作为矿山机械中最大的耗能设备,在国民经济中起着举足轻重的作用。球磨机采用永磁直驱系统,能够显著提高系统效率,节能效果显著。球磨机采用永磁直驱系统,永磁同步电机体积和重量增加显著,结构形式上也发生了很大改变。本文研究... 详细信息

球磨机作为矿山机械中最大的耗能设备,在国民经济中起着举足轻重的作用。球磨机采用永磁直驱系统,能够显著提高系统效率,节能效果显著。球磨机采用永磁直驱系统,永磁同步电机体积和重量增加显著,结构形式上也发生了很大改变。本文研究的球磨机将转子与辊筒设计成一体,即永磁同步电机转子支架直接安装于球磨机辊筒,辊筒的自重、装载量都直接作用于转子,使转子偏心等机械问题更加突出、更加复杂;同时,定、转子之间无端盖等支撑结构,装配时气隙均匀度难以保证。这些因素极易引起转子偏心,加大球磨机的振动。针对上述问题,本文主要工作如下:首先,对三种偏心定义及成因进行介绍分析,根据本文电机实际结构假定最大偏心率,对本文研究的72槽60极球磨机用永磁同步电机进行建模,对理想状态下以及转子在不同偏心状态下进行电磁力研究,用Ansys软件分别建立静偏心5%、静偏心10%、动偏心20%、动偏心40%以及混合偏心的模型,对径向气隙磁密和径向电磁力密度进行计算,并进行傅里叶分析。其次,使用有限元软件对该电机在不同偏心时的振动加速度进行仿真,通过对比球磨机在无偏心、不同静偏心率、不同动偏心率下的振动加速度,得出无论是静偏心还是动偏心都会引起振动的增大,混合偏心是两者的叠加,此时的振动达到最大。为了抑制电机振动,本文通过车削法抑制偏心以减小混合偏心时电机的振动、通过对定子槽口的优化和通过改变极弧系数的方法,对振动进行优化。最后,以前文为基础,完成了一台额定功率210k W,额定转速24r/min的球磨机用永磁同步电机设计。首先是电磁方案的选择,主要包括:主要尺寸的确定、电机极槽配合、定子槽型选择、气隙长度的选取、定转子铁心材料选择、永磁体材料及尺寸的确定。用Anasys软件对电机进行仿真、对研制的样机进行试验,所得的仿真结果与试验值进行对比,验证电机设计方案的合理性。

关键词：球磨机低速大转矩径向电磁力振动加速度电机设计

球磨机转速率与料球比对矿石颗粒破碎行为影响的研究

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球磨机转速率与料球比对矿石颗粒破碎行为影响的研究

作者：袁文彬中南大学

学位级别：硕士

磨矿是矿物加工过程中不可替代的环节之一,球磨机具有适应性强,粉碎比大等优点,但是球磨机也存在能耗高,效率低等缺点。由于目前对球磨机的研究并不系统,且理论在反映实际情况时误差较大。因此,如何在提高球磨机生产效率的同时降低其能... 详细信息

磨矿是矿物加工过程中不可替代的环节之一,球磨机具有适应性强,粉碎比大等优点,但是球磨机也存在能耗高,效率低等缺点。由于目前对球磨机的研究并不系统,且理论在反映实际情况时误差较大。因此,如何在提高球磨机生产效率的同时降低其能耗成为了众多学者关注的热点话题。大量研究表明:球磨机中研磨介质的运动规律对球磨机的工作效率有着重要的影响。因此,本文通过实验室实验与数值仿真模拟相结合的方法对不同转速率以及料球比工况下进行了研究,主要结论如下:(1)通过研磨介质运动参数在线检测方法对模拟实验与实验室实验进行了定性与定量分析,发现实验误差随着转率的增加而增加,且二者之间角速度误差最大为11%。(2)球磨机的转速率与料球比对磨机内部颗粒运动状态有着非常重要的影响。在不同转速率以及料球比工况下,颗粒群在料球比n=0.6至n=0.8,转速率为65%至70%时,有效碰撞频次最高,且在此时球磨机的功率值相对较低,有助于节能减排。(3)在不同转速率以及料球比工况下进行了磨矿实验,对不同工况下的矿石颗粒进行分析可知:料球比为0.6,转速率65%至70%的工况下,0.1mm以下矿石颗粒的筛下累积产率最高,并且此时的比破碎速度为最大值。通过以上结果可以得知:在料球比n=0.6,转速率为65%至70%下运行磨机不仅可以有效提高其工作效率,而且可以获得较好的粒度分布。图35幅,表5个,参考文献97篇

关键词：球磨机转速率料球比碰撞能量粒径分布

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球磨机模块化永磁直驱电机无传感器控制

球磨机模块化永磁直驱电机无传感器控制

作者：刘宇航沈阳工业大学

学位级别：硕士

现阶段,球磨机的驱动系统仍主要由三相异步机、减速机和大小齿轮构成,这种传统的驱动方式由于其冗长的传动链,其存在传动效率低、维护频繁、起动和调速困难、体积大等缺点。针对以上问题,本项目采用低速大转矩永磁同步电机直接驱动球磨... 详细信息

现阶段,球磨机的驱动系统仍主要由三相异步机、减速机和大小齿轮构成,这种传统的驱动方式由于其冗长的传动链,其存在传动效率低、维护频繁、起动和调速困难、体积大等缺点。针对以上问题,本项目采用低速大转矩永磁同步电机直接驱动球磨机的辊筒,取消了减速环节,利用变频器进行启停和调速。本文主要围绕球磨机的直驱系统展开研究,对电机的控制方式进行分析并设计控制系统,主要研究内容如下:首先要研究球磨机的驱动电机,结合球磨机负载的低速大转矩特性进行电机方案设计,试图总结球磨机用直驱永磁电机的一般设计规律。本文设计的直驱永磁电机结构特殊,定子采用了模块化设计,每个模块即为一台独立的单元电机。根据实际要改造的球磨机用电机的给定转速、功率、和额定电压对直驱电机的尺寸进行预估,确定未分块电机和模块化电机的电磁方案。建立了未分块电机和模块化电机的有限元模型,通过仿真分析对比,验证了定子模块化永磁电机的合理性。永磁电机可利用传感器获得转子的位置信息,但在本文的设计中,传感器安装空间受限,安装同心度难以保证,还受到工作中振动和粉尘影响。基于以上因素,电机的控制方式采用无传感器矢量控制,在低速时采用高频电压信号注入法来实现无传感器控制。阐述了旋转高频电压注入法和脉振高频电压注入法的原理和应用,对比分析它们的优缺点。矢量控制采用PI调节器,建立了基于PI调节器的矢量控制模型并仿真分析。获取转子的位置信息对无传感器控制十分重要,本文使用PI调节器构造PLL系统。最后建立基于PLL的脉振高频电压信号注入的无传感器矢量控制仿真模型,证明无传感器控制方法的准确性和可行性。研究模块化永磁电机的协同控制,为后续驱动系统控制方案提供理论依据。结合河南某装备制造企业研制了一台额定功率80k W,额定转速27r/min的直驱电机样机。为了完成模块化电机的样机测试实验,进行控制系统设计,其系统构成包括上位机(电脑触摸屏)、PLC控制器、变频器和模块化电机。通过编写Lab VIEW程序和PLC控制程序,完成模块化电机的同步控制。通过实验验证测试,证明了控制系统的可行性与本文研究的正确性,对球磨机永磁直驱系统的研究有一定的参考价值。

关键词：球磨机直驱永磁电机无传感器矢量控制控制系统编程

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球磨机盖开闭机器人的设计

球磨机盖开闭机器人的设计

作者：刘科华北理工大学

学位级别：硕士

球磨机研磨物料时会产生大量的粉尘与热量,采用人工进行球磨机盖的开闭,工作环境差、危险性高且盖上螺栓的拧紧程度无法控制,结合某公司球磨机车间实际情况,设计了一款能够自主开闭球磨机盖的机器人,并进行了理论计算和仿真验证。主要... 详细信息

球磨机研磨物料时会产生大量的粉尘与热量,采用人工进行球磨机盖的开闭,工作环境差、危险性高且盖上螺栓的拧紧程度无法控制,结合某公司球磨机车间实际情况,设计了一款能够自主开闭球磨机盖的机器人,并进行了理论计算和仿真验证。主要工作如下:研究球磨机盖上螺栓的预紧力控制方法和拧紧次序。对比了常用螺栓预紧力控制方法,选择同时使用力矩控制法和转角控制法来控制螺栓拧紧,保证螺栓拧紧质量。使用Workbench对螺栓的拧紧次序进行仿真验证,确定并采用了变形量最小的四个螺栓同时拧紧的方式。设计了球磨机盖开闭机器人的机械结构,包括桁架结构、行走系统、六自由度机械臂和末端执行器。着重设计了可实现开启及关闭球磨机盖两种功能的末端执行器,最后使用Solidworks完成机器人机械结构的三维建模。对机械臂进行运动学分析,使用D-H算法建立机械臂运动学方程,并使用Matlab对运动方程进行验证,证明方程的正确性。使用Adams对机械臂进行运动学仿真,获得各个关节位移、速度、加速度曲线,仿真结果表明机械臂各个关节在运动过程中工作平稳。使用蒙特卡洛法求解机械臂工作空间,并在Matlab中进行仿真验证,证明工作空间满足工作要求。为提高机械臂的定位精度,对误差因素进行分析,使用切比雪夫多项式建立误差估计模型表示末端执行器的定位误差分布特性,通过切比雪夫系数辨识找到误差估计模型中的最优解,为后续的误差补偿提供依据。对桁架结构和末端执行器的轴承座进行有限元分析,对桁架进行轻量化和结构优化设计,证明桁架、轴承座工作稳定可靠。图67幅;表14个;参48篇。

关键词：球磨机开闭机器人拧紧顺序正逆运动学分析切比雪夫多项式优化设计

基于自适应VMD和改进功率谱估计的球磨机负荷特征提取

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仪器仪表学报 2020年第5期41卷 234-241页

作者：卿宗胜高云鹏吴聪杨佳伟王庆凯湖南大学电气与信息工程学院长沙410082 矿冶过程自动控制技术国家重点实验室北京100160 矿冶过程自动控制技术北京市重点实验室北京100160

磨矿过程中的球磨机运行实时工况复杂,球磨机内部负荷状态难以准确获取。提出以原始筒体振动信号与本征模态函数的能量差作为自适应变分模态分解(VMD)层数的评价参数,构建新型自相关函数,引入Rife-Vincent自卷积窗结合能量重心法对本征... 详细信息

磨矿过程中的球磨机运行实时工况复杂,球磨机内部负荷状态难以准确获取。提出以原始筒体振动信号与本征模态函数的能量差作为自适应变分模态分解(VMD)层数的评价参数,构建新型自相关函数,引入Rife-Vincent自卷积窗结合能量重心法对本征模态函数进行处理,据此提出一种基于自适应VMD和改进功率谱估计的球磨机负荷特征提取方法,并开发基于LabVIEW的球磨机负荷识别系统。该方法能自适应地确定本征模态函数分解层数,提高算法的抗模态混叠、虚假分量能力,从而提高球磨机负荷检测的准确性。实测结果表明,所提方法可有效提取磨矿过程中球磨机内部负荷特征,实现球磨机负荷状态的准确识别,为磨矿优化控制和效率提高提供准确、可靠的依据。

关键词：球磨机自适应变分模态分解 Rife-Vincent自卷积窗改进功率谱 LabVIEW

基于多尺度模糊熵和改进极限学习机的球磨机负荷状态识别

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吉林大学学报（工学版） 2020年第6期50卷 2055-2067页

作者：蔡改贫刘鑫罗小燕戴聪聪周小云江西理工大学机电工程学院江西赣州341000

针对球磨机振动信号具有非线性、非平稳性特点导致的负荷状态难以识别问题,提出一种基于改进多尺度模糊熵(MMFE)和极限学习机(ELM)的球磨机负荷识别方法。首先,采用自适应频率窗经验小波变换(EWT)对球磨机振动信号进行预处理;其次,利用M... 详细信息

针对球磨机振动信号具有非线性、非平稳性特点导致的负荷状态难以识别问题,提出一种基于改进多尺度模糊熵(MMFE)和极限学习机(ELM)的球磨机负荷识别方法。首先,采用自适应频率窗经验小波变换(EWT)对球磨机振动信号进行预处理;其次,利用MMFE提取能表征原始振动信号的负荷状态特征;最后,利用自适应进化粒子群算法(AEPSO)优化极限学习机,进而建立出球磨机负荷识别模型。试验结果表明:MMFE能够有效区分球磨机三种负荷状态,AEPSO-ELM模型在负荷识别时有较高的精准性,整体识别率高达98.67%。以上结果证明了MMFE能较好地提取负荷状态特征;MMFE特征提取结合AEPSO-ELM的方法可实现对球磨机负荷状态的准确识别。

关键词：仪器仪表技术负荷识别球磨机多尺度模糊熵极限学习机经验小波变换

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球磨机衬板失效原因分析及优化对策研究

有色金属（选矿部分） 2021年第5期 131-139,149页

作者：张谦肖庆飞赵福刚马帅杨森昆明理工大学省部共建复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室昆明650093 昆明理工大学国土资源工程学院昆明650093 中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司安徽马鞍山243000

衬板是影响球磨机工作性能的关键部件,基于资源开发对衬板的需求不断增长,研究衬板失效问题具有重要意义。选取衬板材质、衬板结构、球磨机充填率、介质配比、矿浆浓度、磨机处理量等因素,综述了每种因素对衬板失效的影响过程。在此基础... 详细信息

衬板是影响球磨机工作性能的关键部件,基于资源开发对衬板的需求不断增长,研究衬板失效问题具有重要意义。选取衬板材质、衬板结构、球磨机充填率、介质配比、矿浆浓度、磨机处理量等因素,综述了每种因素对衬板失效的影响过程。在此基础上,从优化衬板力学性能、降低介质对衬板伤害、减少矿浆腐蚀等角度阐述优化方案,分别提出优化衬板材质及改变不同衬板热处理工艺、优化衬板形状、精确介质配比、调整磨机充填率、控制矿浆浓度、球磨机处理量合理化等降低衬板失效的重要对策。最后,对衬板未来可能的研究方向进行展望;为弱化衬板损耗、降低衬板失效发生频率延长衬板使用时间的保护衬板工作提供参考。

关键词：球磨机衬板失效原因分析对策