Викладено результати розробки та дослідження системи автоматичної стабілізації співвідношення руда/вода у кульових млинах, що подрібнюють піски класифікатора. Задачу розв'язано вперше. Наведено нові критерії оцінки регульованої величини, засіб її вимірювання та принцип автоматичного керування процесом, підтверджено високі показники функціонування системи.

Досліджено питання керування розрідженням пульпи під час подрібнення руди у барабанних млинах магнітозбагачувальних фабрик. Розглянуто кульові млини з їх комунікаціями як регульовані об'єкти. Запропоновано алгоритми та засоби ідентифікації співвідношення тверде/рідке та системи комп'ютерного керування розрідженням пульпи, їх програмно-технічну реалізацію. Наведено результати експериментальних досліджень розроблених засобів та показано особливості їх практичної реалізації.

Надано результати теоретичних досліджень і запропоновано алгоритм ідентифікації завантаження кульового млина рудою за параметрами енергетичної ефективності руйнування матеріалу.

Наведено результати дослідження умов ідентифікації співвідношення руда/вода в процесі подрібнення пісків класифікатора. Показано, що даний технологічний параметр можна ідентифікувати за рівнем пульпи та її тиском у донній частині приймального пристрою завиткового живильника.

Наведено результати теоретичних досліджень впливу збурень на показання відкритого знизу гідростатичного перетворювача. Показано, що на результати вимірювання гідростатичним перетворювачем впливають густина контрольованого середовища, атмосферний тиск, температура навколишнього середовища, зміна об'єму повітря в пристрої за рахунок його розчинення чи наповнення. Додатково внесені похибки не дозволяють безпосередньо використовувати гідростатичний перетворювач для вимірювання рівня та тиску рідких середовищ.

Показано, що в конвеєрних вагах точність вимірювання можливо підвищити шляхом застосування аналогового оптимального фільтра Калмана - Б'юсі та цифрового фільтра погонного навантаження з встановленою тривалістю інтегруванням і наступним перемноженням результату й осередненої швидкості стрічки, що зменшує похибку більше, ніж у чотири рази.

Показано, что в конвейерных весах точность измерений можно повысить путем применениея аналогового оптимального фильтра Калмана - Бьюси и цифрового фильтра погонной нагрузки с установленной длительностью интегрирования и последующим перемножением результата и усредненной скорости ленты, что снижает погрешность больше, чем в четыре раза.

It is shown that the conveyor scale measurement accuracy can be improved using an analog optimal Kalman-Bucy filter, and linear load of the digital filter with fixed duration of integration and subsequent multiplication of the results averaged and thetape speed, which reduces the error is more than four times.

Розглянуто умови забезпечення необхідної точності ідентифікації співвідношення тверде/рідке у стохастичній системі автоматичного керування цим параметром.

Викладено результати теоретичних досліджень, спрямованих на зменшення впливу збурювальних факторів на показання відкритого знизу гідростатичного перетворювача. Доведено, що можливо повністю виключити залежність показань гідростатичного перетворювача від стану повітря в ньому, зміни атмосферного тиску, температури навколишнього середовища і густини пульпи. Досягнута часткова інваріантність перетворювача до збурювальних факторів забезпечує високу точність ідентифікації рівня і тиску пульпи.

Бідні залізні руди, які потребують збагачення, є сировинною основою чорної металургії. Їх подрібнення у перших стадіях в наслідок перевитрати електроенергії, сталевих куль і футеровки погіршує конкурентоспроможність продукції. Зменшити перевитрати можливо автоматизацією цих процесів, однак перепоною на цьому шляху є нерозв'язаність задачі одержання інформації про піскове навантаження з необхідною точністю, хоч проводились широкі та тривалі дослідження. Прогресивний віртуальний підхід відкриває перспективи розв'язання даної проблеми. Мета роботи - розробка математичної моделі віртуального визначення характеристик піскового потоку на виході механічного односпірального класифікатора за технологічним параметром, який достатньо просто, точно та безконтактно можливо виміряти порівняно недорогим технічним засобом. Запропоновано метод графоаналітичного моделювання, де розглядається піскове тіло класифікатора (матеріал між двома сусідніми витками спіралі), яке подається горизонтальними та вертикальними шарами, створюючи вздовж висоти та довжини елементи, що надає змогу одержати залежності об'єму пісків у вертикальних шарах від довжини піскового тіла. Дані залежності за будь-якої висоти, кратної, що мають мінімум і максимум, апроксимувалися математичними виразами у вигляді семи членів ряду Фур'є. Вони встановлюють зв'язок між їх конкретними складовими та висотою піскового тіла. Використання даних зв'язків надає змогу знаходити миттєві об'ємні та масові витрати матеріалу в пісковий жолоб за будь-якого значення висоти пісків. Одержана математична модель процесу розвантаження пісків у вигляді трьох основних і 22 додаткових рівнянь надає змогу визначати характеристики піскового потоку за висотою піскового тіла класифікатора. Миттєве значення витрати змінюється за достатньо складною залежністю, яка зберігається за різних висот піскового тіла. У разі зростання висоти закономірно збільшується як середнє, так і миттєве значення масової витрати пісків. Висновки: вперше одержано математичну модель, яка описує значення миттєвої витрати пісків у процесі їх розвантаження у пісковий жолоб односпірального класифікатора за виміряною висотою піскового тіла. Завдяки цьому можливо стабілізувати розрідження пульпи у кульовому млині, підвищити його продуктивність, якість подрібненого твердого та покращити експлуатаційні характеристики технологічного обладнання і, як наслідок, зменшити перевитрати під час подрібнення руд.

Перевитрачання електричної енергії, куль і футеровки при подрібненні вихідної руди у кульових млинах збільшує собівартість магнетитового концентрату, що в значній мірі викликано відсутністю достатньо точних і надійних засобів вимірювання об'ємної витрати дробленого матеріалу і піскового продукту механічного спірального класифікатора. Розв'язання даної задачі складає актуальність цієї роботи. Її метою є теоретичне дослідження активного і пасивного сканування поверхні відкритих матеріальних потоків з визначенням їх особливостей і областей застосування. Сканування поверхні відкритих потоків найбільш ефективно здійснювати променем заданої довжини, закріпленим в певній точці над потоком з можливістю повороту, а вільний кінець якого взаємодіє з рухомим матеріалом. При активному скануванні вільний кінець не торкається поверхні потоку, а при пасивному - ковзає по ній. Пасивний і активний скануючі пристрої забезпечують необхідну в багатьох технологічних умовах точність вимірювання і надійність роботи. Вони можуть успішно використовуватись при контролі витрати матеріалів у збагачувальній галузі промисловості. Пасивний скануючий пристрій, як більш простий, доцільно використовувати в усіх можливих випадках. Областю застосування активних скануючих пристроїв є потоки з сильним налипанням матеріалу, малими густинами, швидкостями та абразивним зносом. Пасивні скануючі пристрої достатньо добре підходять для вимірювання піскових потоків механічних односпіральних класифікаторів.

Подрібнення бідних залізних руд у перших стадіях відрізняється великими витратами, що в значній мірі викликано частковою або повною відсутністю інформації відносно деяких технологічних процесів, до яких можливо віднести і транспортування пульпи у пісковому жолобі механічного односпірального класифікатора, де недостатньо вивчений рівномірний рух пульпи. Розв'язання даної задачі складає актуальність роботи. Її метою є математичне моделювання рівномірного руху пульпи у пісковому жолобі односпірального класифікатора з пошуком залежностей між основними параметрами та встановленням меж їх зміни при експлуатації технологічного обладнання. Одержані аналітичні залежності об'ємної витрати пульпи та швидкості її руху від висоти потоку. Між об'ємною витратою пульпи і висотою потоку спостерігається практично лінійна залежність. Середня швидкість потоку пульпи нелінійно залежить від висоти при будь-якій ширині піскового жолоба. За певних похилів піскового жолоба, матеріалу футеровки та ширини дана залежність є функціональною. Висота потоку, об'ємна витрата пульпи, середня швидкість і час її руху змінюються в достатньо широких межах. Ширину піскового жолоба при проектуванні слід вибирати такою, що дорівнює 0,3 м. Такий канал володіє необхідною пропускною спроможністю і незначною нелінійністю статичної характеристики. Одержані результати являють собою основу для розробки засобів вимірювання об'ємної витрати пульпи у відкритих потоках, встановлення їх меж вимірювання, визначення факторів впливу на точність. Крім того, вони є базою для математичного моделювання хвильового руху пульпи у піскових жолобах механічних односпіральних класифікаторів.

Мета роботи - розробка методу автоматизованого керування подрібненням руди кульовими млинами з оптимізацією динаміки розрідження пульпи та включенням в продуктивну роботу початкової ділянки барабана технологічного агрегата. Поставлена мета досягається автоматизованим керуванням на двох ієрархічних рівнях. Перший ієрархічний рівень керування здійснюється в межах стабілізації загального розрідження пульпи в кульовому млині з заданою точністю. Другий ієрархічний рівень керування реалізовано в межах першого використовуючи загальну витрату води у кульовий млин для досягнення заданого розрідження пульпи. Загальна витрата води розподіляється між адаптивними контурами керування витратою води на поверхню руди, що направляється в млин, в приймальний пристрій завиткового живильника та безпосередньо в технологічний агрегат. Обидва контури виконані оптимальними і реалізують релейний закон керування. Завдання на розрідження пульпи формується автоматично в кожному циклі керування, адаптованому до швидкості руху конвеєрної стрічки. Доведені всі положення і залежності, на які спирається даний метод, зокрема, критерії оптимальності, алгоритми визначення площі поверхні рухомої дробленої руди, витрати води у приймальний пристрій завиткового живильника та середньої крупності дробленого матеріалу. Вперше запропоновані залежності для визначення крупності дробленої руди в потоці, площі поверхні рухомого дробленого матеріалу, а також спосіб автоматизованого керування подрібненням руди з оптимізацією динаміки розрідження пульпи. Реалізація запропонованого методу керування забезпечує включення в продуктивну роботу початкової ділянки барабана млина, що дорівнює 1/4 - 1/3 його довжини. Це гарантує збільшення продуктивності за готовим продуктом до 7 %, зменшення втрат корисного компонента без перевитрати електричної енергії, куль і футеровки.

Мета роботи - розробка підходу автоматизованого керування подрібненням руди кульовими млинами з оптимізацією динаміки вирівнювання розрідження пульпи на початковій ділянці барабана технологічного агрегату. Великі витрати при подрібненні бідних залізних руд у перших стадіях в значній мірі викликані відсутністю інформації відносно певних технологічних процесів, до яких можливо віднести і розрідження пульпи у пісковому жолобі односпірального класифікатора, де недостатньо вивчалися засоби керування цим параметром. Не розглядалося автоматичне керування розрідженням пульпи у пісковому жолобі односпірального класифікатора, яке б сприяло створенню і підтриманню умов розрідження пульпи в технологічному агрегаті, що гарантувало б значне підвищення ефективності роботи куль і не допускало б перевитрати електричної енергії, куль і футеровки з одночасним підвищенням продуктивності по готовому продукту. Розв'язання даної задачі складає актуальність роботи. Її метою є синтез квазіінваріантної слідкуючої системи стабілізації розрідження пульпи в пісковому жолобі односпірального класифікатора з пошуком оптимальної структури та параметрів динамічних ланок з врахуванням меж і характеру зміни вхідних діянь. Показано, що слідкуючу систему доцільно реалізувати на базі виконавчого механізму з асинхронним двофазним електродвигуном змінного струму та тиристорного перетворювача частоти, редуктора, перетворювального механізму, двосідлового клапана, відрізка магістральної труби і витратоміра, які відрізняються високою надійністю. Одержані аналітичні залежності між сигналами та параметрами системи відкривають шляхи реалізації автоматичного регулятора. Недостатня вивченість цих зв'язків стримує розробку ефективних систем автоматичного керування даними процесами, що приводить до значних економічних збитків. Створена квазіінваріантна слідкуюча система стабілізації розрідження пульпи в пісковому жолобі односпірального класифікатора, у якій реалізовано додатковий вплив за задавальним діянням, що за експлуатаційних умов підвищує точність, практично гарантуючи рівність вихідного і вхідного сигналів, забезпечуючи умови ефективної роботи кульового млина.

Мета роботи - розробка підходу динамічної корекції розрідження пульпи і завантаження кульового млина при зміні крупності руди. Задача розв'язувалася теоретичними методами описання процесу подрібнення та експериментальними методами уточнення теоретичних результатів. Наукова новизна полягає в тому, що вперше запропоновано підхід динамічного коректування завантаження кульового млина рудою і розрідження пульпи в ньому в умовах зміни середньої крупності вихідного живлення. Показано, що продуктивність кульового млина можливо визначати за формулою з уточненим в промисловому дослідженні коефіцієнтом, виміряною середньою крупністю руди та відомою середньою крупністю подрібненого матеріалу. Визначена за запропонованою залежністю відповідно середній крупності дробленого матеріалу, погонному навантаженню руди та швидкості руху конвеєрної стрічки рухома площа поверхні дробленого матеріалу, помножена на умовну товщину водяної плівки на новому твердому, встановлену в промисловому експерименті, надає витрату води у кульовий млин. Така витрата води створює за будь-якої середньої крупності подрібнюваного матеріалу оптимальне розрідження пульпи у технологічному агрегаті, що гарантує одержання максимального виходу готового продукту. Практична значимість одержаних результатів вагома, оскільки суттєво зростає продуктивність кульового млина і не допускається перевитрата електричної енергії, куль і футеровки та зменшується втрата корисного компонента. Запропонований підхід динамічної корекції стану рідкого матеріалу в кульовому млині, що подрібнює конкретний технологічний різновид руди, за умов зміни крупності вихідного живлення базується на класичній теорії, що розглядає продуктивність технологічного агрегату у водоспадному режимі роботи, основні положення якої багаторазово підтверджувалися експериментально. Це засвідчує достовірність отриманих результатів. Крім того, зв'язок розрідження пульпи в кульових млинах при зміні середньої крупності неодноразово перевірявся в дослідженнях і на практиці. Зростання площі поверхні дробленого матеріалу при зменшенні його середньої крупності підтверджено теоретично на матеріалі сферичної форми незмінного розміру. Це також доведено і у випадку дробленого матеріалу через коефіцієнт розпушення. Точне значення коефіцієнта залежності продуктивності кульового млина від середньої крупності подрібнюваного матеріалу визначається за даними промислового експерименту.

Мета роботи - створення магнітоелектричної системи з постійними магнітами, що сприймає крупність пісків односпірального класифікатора шляхом встановлення зв'язку вихідного сигналу з вимірюваною величиною, позбавлення впливу збурень на результат та обгрунтування її параметрів. Проведені дослідження виконані на підставі використання методів теорії електротехніки, магнітних систем з постійними магнітами, гальваномагнітних перетворювачів, імовірностей, випадкових процесів, статистики, регресійного аналізу, чутливості, диференційного числення, магнетизму порід, визначення фізичних властивостей матричного матеріалу при включенні в нього домішок з іншими явно вираженими властивостями, класифікації продуктів збагачення. Математично описано процес швидкості зміни об'єму твердого в контрольованому об'ємі простору, через який рухається пісковий матеріал. Визначено межі величини контрольованого об'єму, при яких чутливість ще буде достатньо. Отримано теоретичні залежності швидкості зміни об'єму твердого в контрольованому об'ємі від крупності пісків при різних швидкостях. Встановлено, що стан контрольованого об'єму найкраще оцінювати магнітним методом. Розроблена магнітоелектрична система з постійними магнітами, яка має оптимальні значення параметрів і індукційну обмотку, що містить до 25000 витків, і в одному з полюсних наконечників якої в суцільному прорізі встановлено перетворювач Холла. Магнітна система біля повітряного зазора створює в матеріалі магнітне поле розмірами 5x20x60 мм практично однакової напруженості. Ерс магнітоелектричної системи майже лінійно змінюється при зростанні крупності матеріалу. Вона залежить від вмісту магнітного заліза в твердому, що компенсується використанням сигналу перетворювача Холла. Кореляційний зв'язок між індукованою ерс і крупністю пісків тісний, за характером відповідає теоретичній залежності. Магнітоелектрична система для контролю середньозваженої крупності пісків односпірального класифікатора створена вперше і дозволяє розв'язати актуальну задачу автоматизації перших стадій подрібнення руди. Вперше отримана математична залежність між швидкістю зміни об'єму твердого в контрольованому об'ємі потоку і крупністю пісків, яка покладена в основу створення магнітоелектричної системи. Удосконалено магнітоелектричну систему виконанням конструктивних елементів, що створюють магнітне поле розмірами 5x20x60 мм, і введенням перетворювача Холла, який реагує на вміст магнітного заліза в твердому і дозволяє підвищити точність вимірювання. Практична цінність роботи полягає в тому, що обгрунтовано магнітоелектричну систему, яка дозволяє розробити засіб вимірювання середньозваженої крупності пісків за промислових умов і шляхом автоматизації вплинути на зменшення собівартості залізорудного концентрату.

Мета статті - проведення системного аналізу роботи механічного односпірального класифікатора як керованого об'єкта з тим, щоб намітити шляхи удосконалення керування технологічними процесами в ньому. Використано метод узагальнення результатів попередніх досліджень, аналізу результатів роботи, методи теорії ймовірностей, гідравліки, руху нен'ютонівських рідин, теорії гідравлічної класифікації, теорії перемішування сипких матеріалів, теорії автоматичного керування, теорії чутливості, випадкових процесів та операторний метод. Наукова новизна полягає в тому, що запропоновано шляхи удосконалення теорії класифікації продуктів в односпіральних класифікаторах, а саме: перегляд основних теоретичних передумов теорії механічних односпіральних класифікаторів; описання динамічної рівноваги між перемішуванням і гравітаційним випадінням часток твердого; розвиток обгрунтування теорії перемішування пульпи; обгрунтування параметрів налагодження односпірального класифікатора; розроблення більш ефективного принципу керування механічним односпіральним класифікатором. Полягає в тому, що запропоновано конкретні шляхи удосконалення теорії механічних односпіральних класифікаторів, що дозволить суттєво покращити ефективність їх роботи і зменшити втрати в рудопідготовці в межах першої стадії подрібнення руди. Односпіральні класифікатори порівняно з гідроциклонами потребують менше електроенергії, можуть розділяти більш крупний матеріал, відрізняється більш тривалими міжремонтними періодами, однак мають великі габарити, високу вартість. Оскільки це збільшує капітальні витрати на обладнання і будівництво споруд збагачувальних фабрик, намітилася тенденція їх витіснення гідроциклонами. В Україні цю тенденцію реалізувати не можливо враховуючи те, що збагачувальні фабрики експлуатуються давно, нанесені втрати в початковому періоді, а модернізація буде вимагати нових. Тому єдиним раціональним є шлях удосконалення роботи існуючого обладнання. Теоретики і практики розглядали процес розділення подрібненого матеріалу за крупністю на два продукти - злив і піски достатньо спрощено. Згодом в них виділяють окремі зони, одержують передавальні функції і роблять спроби автоматичного керування процесом, однак задовільних результатів не отримують. Встановлення структурних зв'язків між параметрами пульпи в процесі класифікації показало, що вони занадто складні. З одного боку, продуктивність односпірального класифікатора і крупність розділення залежать від площі дзеркала пульпи, швидкості осідання часток твердого максимальної крупності, що направляється у злив, крупності твердого в пульпі, змучувальної дії механізму класифікатора. З іншого боку, швидкість осідання часток твердого визначається в'язкістю пульпи, яка також залежить від крупності твердого і змучувальної дії механізму класифікатора. Крім того, в'язкість пульпи залежить від її густини, вмісту шламів і глиняних компонентів, температури. Видно, що тут має місце невизначеність. Так же виглядають фактори впливу. Для покращення роботи класифікаторів необхідно удосконалювати їх теорію.