磨礦設備是選礦工藝準備作業(yè)中的關鍵設備，其投資成本占選礦廠全部投資的 60% 以上，運營成本占選礦廠的 65%～70%。襯板是大型自磨機、半自磨機和球磨機的主要耗材，以 φ10.37 m×5.19 m半自磨機為例，襯板總質量超過 400 t，其中筒體襯板及部分排料襯板總質量超過 300 t，每年更換 3 ～ 5次，單臺設備每年的襯板更換費用達數(shù)千萬元。在磨礦生產(chǎn)作業(yè)中，襯板長期與礦石、鋼球等發(fā)生沖擊和研磨，同時還會受到礦漿的腐蝕，當襯板磨損達到一定程度后，磨礦效率降低，襯板本身也會由于厚度變薄而容易碎裂，襯板失效以后，筒體直接受到鋼球和物料的沖擊而損壞，因此襯板的磨損量需要重點監(jiān)控，并做到定期更換襯板。

由于工況惡劣以及技術條件的限制，襯板磨損檢測一直是磨礦行業(yè)的難題。筆者對國內外襯板磨損測量的現(xiàn)狀和存在的問題進行總結，并提出襯板磨損在線測量的技術方案。

1 襯板磨損的傳統(tǒng)測量技術

目前檢測襯板磨損的常用方法有人工測量法、超聲波測量法和激光三維掃描測量法，下面分別對這 3種測量方法的原理和優(yōu)缺點進行闡述。

1.1 人工測量法

人工測量法是在磨機停機后先放置一段時間，待筒體內溫度降低后，工人進入磨機內，通過尺子或者專用的測量工具進行測量 (見圖1)，根據(jù)測量數(shù)據(jù)制定更換襯板時間表和進行看板管理。人工測量耗時耗力，作業(yè)效率低，測量數(shù)據(jù)少，尤其在襯板使用中后期，由于襯板制造工藝的特點，襯板磨損速率會發(fā)生急劇變化，用較少的數(shù)據(jù)來預測變化較大的磨損趨勢，預測誤差大，給生產(chǎn)管理帶來極大的風險，對生產(chǎn)管理人員造成極大的心理壓力，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化企業(yè)的需要。

圖1 人工測量磨機襯板磨損

1.2 超聲波測量法

將超聲波測厚儀放入磨機筒體內，人工測量襯板厚度，通過多次測量的差值來計算襯板磨損量，如圖2所示。超聲波測厚儀 (見圖3) 主要由主機和探頭兩部分組成。主機電路包括發(fā)射電路、接收電路、計數(shù)顯示電路 3 部分。由發(fā)射電路產(chǎn)生的高壓沖擊波激勵探頭，產(chǎn)生超聲脈沖波，脈沖波經(jīng)介質界面發(fā)射后被接收電路接收，通過單片機計數(shù)處理后，經(jīng)液晶顯示器顯示厚度值，現(xiàn)場使用前一般需要先用鋼塊進行標定。被測件厚度

式中：v 為材料聲速；T 為超聲波在試件中往返一次的傳播時間。

圖2 超聲波測厚儀測量襯板磨損

圖3 超聲波測厚儀

由于超聲波處理方便，并有良好的指向性，可用于測量金屬和非金屬材料，所以可用其測量金屬襯板和橡膠襯板，測量厚度一般超過 400 mm，該尺寸可滿足絕大部分磨機的使用要求。

1.3 三維激光掃描測量法

三維激光掃描儀 (見圖4) 按其原理分為三角測量、相位式和脈沖式，在磨機上應用主要采用相位式。如圖5所示，采用無線電波段的頻率對激光束進行幅度調制，并測定調制光往返一次所產(chǎn)生的相位延遲，再根據(jù)調制光的波長，換算此相位延遲所代表的距離，即用間接方法測定出光往返所需要的時間，掃描儀記錄本身在水平和垂直方向的旋轉角度，通過軟件計算出三維數(shù)據(jù)。

可得相移 φ 發(fā)生的時間為，即光傳播 2d 距離所用的時間，則

式中：d 為從激光發(fā)射器到被測物體間距離；c 為光速；fm 為設定的波段頻率。

圖4 三維激光掃描儀

圖5 三維掃描測量原理

中信重工機械股份有限公司 (以下簡稱“中信重工”) ..將該技術用于國內磨機襯板磨損測量，如圖6所示。目前已經(jīng)為生產(chǎn)現(xiàn)場提供襯板磨損分析報告數(shù)十份，并對襯板結構進行了優(yōu)化改進，使襯板的壽命和磨機的工作效率都有了較大的提高。筆者以某礦山大型磨機的應用為例，對基于激光三維掃描技術的襯板磨損測量系統(tǒng)進行簡要說明。

圖6 三維激光掃描儀在磨機內測量襯板磨損及掃描到的點云圖

2 基于激光三維掃描的磨機襯板磨損測量技術

以某現(xiàn)場自磨機進料端襯板磨損量測量為例簡要說明測量結果。從圖7可以看出，進料端襯板總體狀態(tài)較差，尤其中圈襯板磨損..為嚴重。內圈襯板狀態(tài)良好，但與中圈襯板結合處，底板厚度約為 50 mm，提升條厚度約為 155 mm；中圈襯板底板大部分厚度為 35 ～ 50 mm，..薄處約為 25 mm，提升條磨損較為均勻，其厚度為 140 ～ 160 mm；外圈襯板底板大部分厚度為 42 ～ 50 mm，..薄處約為 35 mm，提升條狀態(tài)良好，大部分厚度為 200 ～ 235 mm。

圖7 自磨機進料端襯板磨損云圖和磨損量

如前所述，每次襯板掃描都會得到襯板提升條的高度和襯板截面形狀，經(jīng)過多次掃描后即得到襯板高度和襯板截面形狀隨時間變化的關系模型，如圖8所示；利用關系模型可以制定襯板更換計劃，如圖9所示。

圖8 襯板磨損情況實測數(shù)據(jù)

圖9 襯板更換計劃

激光三維掃描技術的使用，大大提高了襯板磨損檢測的精度和技術水平，但該技術仍然存在一定的局限性，比如數(shù)據(jù)后處理過程十分繁瑣，耗時較長，而且仍然需要在磨機停機狀態(tài)下進行測量，不可避免地會在一定程度上影響磨機的作業(yè)率。

3 襯板磨損在線測量技術

在研究了大量國內外襯板測量技術后，結合現(xiàn)場實際，開發(fā)了磨機襯板磨損在線測量系統(tǒng)，可在不停機的情況下對襯板磨損量進行實時監(jiān)控。

3.1 系統(tǒng)組成

襯板磨損在線測量系統(tǒng)由智能螺栓 (含螺栓傳感器和信號發(fā)射器)、無線信號接收器和上位機 3 部分構成。其中上位機可以將磨損數(shù)據(jù)及襯板壽命預測值通過通信方式傳輸至中控 DCS 畫面上，還可以通過加密的 SDK 傳輸?shù)皆破脚_，并可以通過手機端查看，便于生產(chǎn)管理，如圖10所示。

圖10 襯板磨損在線測量系統(tǒng)的組成

3.2 智能螺栓的結構

智能螺栓外形與原有螺栓基本一致，可代替襯板上的原有螺栓，將襯板緊固在礦用磨機筒體上。智能螺栓的扁頭比傳統(tǒng)螺栓長，加長的扁頭內部集成長度傳感器探頭、傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和電源模塊等，采用絕緣材料澆注在智能螺栓內部。智能螺栓內部結構如圖11所示。

圖11 智能螺栓內部結構

1.螺栓外殼 2.絕緣澆注料 3.傳感器探頭 4.傳感器模塊5.處理器模塊 6.無線通信模塊 7.天線 8.電源模塊

3.3 系統(tǒng)工作原理

如圖12所示，將智能螺栓裝入襯板，智能螺栓扁頭部分和襯板提升條平齊，隨著襯板的磨損，扁頭及嵌入其中的傳感器同樣磨損，磨損的傳感器信號經(jīng)過處理壓縮后通過無線方式發(fā)出，再經(jīng)過磨機旁邊的無線信號接收器 (見圖13) 將信號轉化為襯板磨損量。螺栓控制中心從現(xiàn)場 PLC 或 DCS 中采集礦用磨機的礦石處理量，將礦石處理量與襯板磨損量結合起來進行數(shù)據(jù)分析處理，預測出襯板的使用壽命。

圖12 襯板磨損在線測量系統(tǒng)工作原理

1.智能螺栓 2.無線信號接收器 3.中控 DCS 操作員站4.其他設備 (如 PLC)

圖13 無線信號接收器

4 襯板磨損在線測量技術的應用

4.1 現(xiàn)場安裝

現(xiàn)場安裝使用時，根據(jù)襯板的磨損情況在磨損較快的位置布置智能螺栓 (分別在圓周方向和長度方向)，布置數(shù)量可根據(jù)磨機的規(guī)格和襯板數(shù)量綜合決定。如圖14所示，分別在進料端襯板和筒體襯板 7個不同位置安裝螺栓，每圈螺栓中布置 2 個智能螺栓，共計 14 個，能較好地覆蓋磨機襯板的磨損情況。

圖14 智能螺栓的安裝位置

圖15 Web 端和手機端顯示襯板磨損量和剩余壽命

4.2 襯板磨損數(shù)據(jù)的采集與顯示

磨損數(shù)據(jù)的采集和發(fā)射靠電池供電，電池奉命超過半年。該系統(tǒng)可根據(jù)選廠的需求對磨損數(shù)據(jù)的采樣頻率進行設置。磨損數(shù)據(jù)可通過 4G 信號傳送至中信云物聯(lián)網(wǎng)平臺，選廠可以通過 Web 端和手機 APP 查看襯板磨損狀態(tài)，結合 DCS 系統(tǒng)中的處理數(shù)據(jù)，對剩余壽命和剩余礦量進行預測，如圖15所示。

4.3 襯板磨損數(shù)據(jù)分析與壽命預測

由于實現(xiàn)了襯板磨損量的在線測量，選廠可以采集全襯板使用周期隨時間變化的密集數(shù)據(jù)。通過對襯板磨損大數(shù)據(jù)的分析和整理，計算出襯板磨損速率，建立襯板壽命預測模型，得到不同時期襯板磨損速率的變化情況和剩余壽命預測 (見圖16)，用于指導磨機生產(chǎn)操作和襯板備件管理，同時還可以指導襯板制造廠家改進熱處理工藝，提高襯板在截面方向硬度的均勻性。

圖16 襯板磨損速率和襯板壽命預測曲線

5 不同測量方法技術參數(shù)對比

分別從測量原理、測量精度等 7 個方面，將人工測量、超聲波測量、激光三維掃描測量和在線測量 4種方法的技術參數(shù)進行對比，如表1所列。從表1可以看出，激光三維掃描測量方法測量精度..高，達到±2 mm，但數(shù)據(jù)后處理時間較長；在線測量方法由于工況惡劣和鑄造本身的誤差，測量精度為±3 mm，但也能夠滿足現(xiàn)場使用要求，而且在線測量技術還具有不需要停機、測量數(shù)據(jù)量大、融合生產(chǎn)數(shù)據(jù)、預測壽命準確及測量成本不高等特點，相比于其他測量手段有較強的優(yōu)越性。

表1 不同測量方法技術參數(shù)對比

6 結語

襯板是磨礦設備的重要耗材，其磨損監(jiān)測及更換時間對提高磨機作業(yè)率至關重要。中信重工開發(fā)的襯板磨損在線測量技術，測量精度可以達到±3 mm，..實現(xiàn)了不停機測量襯板磨損，減少了因停機而造成的損失，同時避免了人工進入磨機測量，提高了生產(chǎn)..性；安裝簡單可靠，無需現(xiàn)場任何設備改造；利用物聯(lián)網(wǎng)技術，用戶可以通過手機端查看襯板磨損情況和剩余壽命，提高了生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。該技術已在某選廠大型半自磨機上得到驗證，能夠準確測量襯板的磨損數(shù)據(jù)，經(jīng)過一個襯板周期的測量，積累了襯板磨損隨時間變化的大數(shù)據(jù)，可用于指導磨礦生產(chǎn)作業(yè)和改良襯板制造工藝，優(yōu)化襯板結構。該技術方案成熟可靠，已經(jīng)取得..發(fā)明..，可在國內外礦山磨礦行業(yè)推廣應用。

引文格式：

抖音號              視頻號

免責聲明 |文章（視頻、圖片）版權歸原作者所有，轉載目的在于傳遞更多信息，并不代表本公眾號贊同其觀點和對其真實性負責。如涉及版權問題，請與礦山機械雜志聯(lián)系，我們將支付相應稿酬或刪除內容。