專利名稱：回轉(zhuǎn)窯筒體軸線動態(tài)測量方法及測控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及回轉(zhuǎn)窯動態(tài)測量方法，特別是對其筒體軸線的動態(tài)測量方法及測控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
回轉(zhuǎn)窯是冶金、化工、水泥、耐火材料生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，是一種重載、大扭矩、多支點(diǎn)、靜不定(一般為三支點(diǎn)以上情況)運(yùn)行系統(tǒng)。實(shí)際生產(chǎn)中回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行軸線的調(diào)整，是通過對窯的冷靜態(tài)測量結(jié)合一些經(jīng)驗(yàn)計(jì)算來進(jìn)行的。而窯體在運(yùn)行中由于筒體各段溫差變化引起的熱變形、托輪軸瓦、托輪、輪帶內(nèi)外圈的不均勻磨損等原因，將引起窯運(yùn)行軸線的變化，窯實(shí)際的運(yùn)行軸線很難是一直線?；剞D(zhuǎn)窯軸線失調(diào)會造成經(jīng)常性停窯和不必要的損失，經(jīng)常性停窯又會加劇窯體的彎曲，使窯軸線變形，這是一個惡性循環(huán)過程。因此，經(jīng)常需要根據(jù)窯的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，對筒體軸線進(jìn)行測量和找正，避免因筒體彎曲導(dǎo)致軸瓦發(fā)熱，筒體開裂等故障的發(fā)生。
目前對回轉(zhuǎn)窯筒體軸線的測量方法比較有代表性的是武漢工業(yè)大學(xué)提出的方案。其測量原理及方法是如

圖1，在窯外建立直角坐標(biāo)系X、Y、Z，用2臺經(jīng)緯儀在窯兩側(cè)建立2個平行垂面L和R，用水準(zhǔn)儀在各輪帶下建立水平基準(zhǔn)面H，在被測輪帶水平和垂直直徑線上安裝3個位移傳感器，在筒體旁固定安裝1個霍爾傳感器，由微機(jī)控制所有傳感器自動測定輪帶平均位置參數(shù)Li2、Ri2、Hi2。在2個水平位移傳感器上安裝了帶滑動標(biāo)靶的導(dǎo)軌尺，與架在L、R面上的經(jīng)緯儀配合把滑動標(biāo)靶移到L、R面，記下其在導(dǎo)軌尺上的讀數(shù)Li2、Ri2。垂直位移傳感器與基準(zhǔn)面H之間的高度Hi1是用水準(zhǔn)儀測出。輪帶處筒體中心點(diǎn)的水平坐標(biāo)Xi按下式計(jì)算Xi＝1/2(D+Li+Ri)式中i為輪帶序號，Li、Ri分別為輪帶到L、R面的平均距離，D為L、R面之間的距離。
Li＝Li1+Li2，Ri＝Ri1+Ri2輪帶平均半徑r＝1/2(D-Li-Ri)輪帶處筒體中心點(diǎn)的垂直坐標(biāo)Zi＝Hi1+Hi2+(ri-i)cosai為筒體與輪帶中心的高度差，a為窯體安裝傾斜角。上述的方法存在的問題是(1)測量坐標(biāo)系不是絕對坐標(biāo)系，不利于各次測量值的比較；(2)其測量結(jié)果為一系列數(shù)據(jù)，沒有對測量結(jié)果進(jìn)一步處理，不利于對筒體軸線動態(tài)變化的分析；(3)測量結(jié)果不能直接用于對回轉(zhuǎn)窯的操作，控制；(4)系統(tǒng)功能單一，不利于功能的擴(kuò)展；(5)穩(wěn)定性能差，精度低，儀器價格昂貴，操作復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種回轉(zhuǎn)窯筒體軸線動態(tài)測量方法及測控系統(tǒng)。具有測量速度快，測量精度高，成本低的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種回轉(zhuǎn)窯筒體軸線動態(tài)測量方法，先對回轉(zhuǎn)窯空間位置建立坐標(biāo)系，確定測量點(diǎn)的坐標(biāo)位置，將各檔輪帶分成M等分，測量的參數(shù)包括輪帶外圓的水平和垂直位移、輪帶直徑、輪帶與筒體中心高度差即可確定筒體動態(tài)軸線；具體方法如下(1)測量坐標(biāo)系的確定首先以窯頭和窯尾檔位的托輪底座中心連線為基準(zhǔn)線，在窯的一側(cè)用經(jīng)緯儀建立一個與基準(zhǔn)線相平行的垂直基準(zhǔn)面(1)，以窯頭檔位輪帶的最低點(diǎn)所在水平面為水平基本面，過窯頭檔位輪帶的最低點(diǎn)且與托輪底座中心連線垂直的垂直基準(zhǔn)面(2)；(2)垂直直線度的測量測量各檔輪帶最低點(diǎn)的高度差及各檔輪帶的直徑計(jì)算出垂直直線度；具體方法是首先使用水準(zhǔn)儀建立一個水平基準(zhǔn)面、并由標(biāo)尺讀取各檔位輪帶正下方最低點(diǎn)相對于水平基準(zhǔn)面的高度hk；進(jìn)而測量各檔輪帶的直徑Dk以及輪帶中心Ok與筒體中心Ok的高度差Δhk′得到各檔位筒體軸心相對于基準(zhǔn)面的高度Hk；計(jì)算公式如下Hk＝hk+Dk/2-Δhk′(1)Δhk＝Hk-H1-(S1+S2+……Sk-1)×(Hn-H1)/S(K＝2、3……n)(2)筒體運(yùn)行軸線相對于設(shè)計(jì)軸線的高度偏差δhk如式(3)δhk＝Hk-H1-(S1+S2+……+Sk-1)×Sina(K＝2、3……、n)(3)式中S為兩個相鄰輪帶之間的距離；a為設(shè)計(jì)斜度；
(3)水平直線度測量測量筒體在第n個檔位處輪帶表面相對于基準(zhǔn)面的水平徑向位移Lk(j)以及輪帶的直徑Dk，計(jì)算出各檔位輪帶軸心的水平位置Xk(j)，計(jì)算公式如下Xk(j)＝Lk(j)+Dk/2 + (j＝1、2……m；K＝1、2……n)ΔXk(j)＝Xk(j)-X1(j)-[Xn(j)-X1(j)]×(S1+S2+……Sk-1)/S各檔水平偏差平均值ΔXk＝[ΔXk(1)+ΔXk(2)+……Xk(m)]/m式中Xk(j)為第K檔第j個分度處筒體中心的水平偏差；ΔXk為各檔水平偏差平均值；(4)輪帶直徑的測量通過測量輪帶的周長計(jì)算出輪帶直徑；(5)滑移量的在線測量，通過測量筒體與輪帶中心的頂間隙或滑移量計(jì)算出筒體與輪帶中心的高度差；計(jì)算公式為D-d＝(TD/Td)d式中d為筒體加墊板后直徑，D為輪帶內(nèi)徑，Td為筒體轉(zhuǎn)動周期，TD為輪帶轉(zhuǎn)動周期。
一種應(yīng)用于所述方法的回轉(zhuǎn)窯筒體軸線動態(tài)測控系統(tǒng)，其特征是它包括采集位移信號的傳感器，采集位置信號的傳感器，電源模塊、分壓電路及濾波電路組成的信號調(diào)理單元、數(shù)據(jù)采集卡與存儲有測量程序的計(jì)算機(jī)組成的處理系統(tǒng)；傳感器、信號調(diào)理單元、數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)依次電聯(lián)接；所述傳感器采用電感調(diào)頻式位移傳感器。
由于采用了上述方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1、選取的坐標(biāo)系為絕對坐標(biāo)系，可確?；剞D(zhuǎn)窯每次測量的基準(zhǔn)一致，便于分析研究。
2、測量系統(tǒng)中僅需一件位移傳感器，具有測量操作簡單可靠、現(xiàn)場準(zhǔn)備工作和輔助實(shí)施少、節(jié)約人力和物力、測量速度快等。
3、測量時，在筒體上安裝霍爾傳感器作為測量各檔數(shù)據(jù)的開關(guān)信號，可確保各檔測量數(shù)據(jù)具有統(tǒng)一的相位信息。
4、整個測試系統(tǒng)配置合理，功能優(yōu)良，具有良好的開放性能和可擴(kuò)展性。測量數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集卡連到計(jì)算機(jī)(上位機(jī))，可方便地通過虛擬儀器技術(shù)對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、顯示。
5、通過測量數(shù)據(jù)可以推算出回轉(zhuǎn)窯各檔受力狀況，并可通過計(jì)算機(jī)將筒體軸線變化情況、各檔受力情況等采用各種圖形直觀、動態(tài)地顯示出來。一旦軸線偏差過大或托輪受力過大，可通過計(jì)算機(jī)實(shí)施回轉(zhuǎn)窯的操作、控制。
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
圖1是已有技術(shù)輪帶處筒體位置測量示意圖；圖2是本發(fā)明回轉(zhuǎn)窯軸線垂直直線度測量原理圖；圖3是本發(fā)明回轉(zhuǎn)窯軸線水平直線度測量原理圖；圖4是筒體軸線水平測量剖面圖；圖5是霍爾傳感器及速度傳感器的輸出示意圖；圖6是測控系統(tǒng)原理框圖；圖7是測控系統(tǒng)程序流程圖。
圖中1、輪帶，2、筒體，3、托輪，4、底座，5、霍爾傳感器，6、磁鋼片，7、垂直基準(zhǔn)面，8、垂直基本面，9、速度傳感器，10、位移傳感器，11、測量儀。
具體實(shí)施例方式
如圖2所示，回轉(zhuǎn)窯的外形結(jié)構(gòu)，一般為多點(diǎn)支承，在每一檔位處有兩個托輪3通過輪帶1將窯體支撐起來，筒體軸線與水平面存在一定的斜度α。每個支承檔位均由一個底座4、兩個托輪3、以及套在筒體2上的輪帶1等部件構(gòu)成。
為方便現(xiàn)場測量，對回轉(zhuǎn)窯空間位置需建立一個空間坐標(biāo)系，同時假設(shè)某回轉(zhuǎn)窯共有n檔，整個測量系統(tǒng)的主要測量器件為一臺經(jīng)緯儀、一臺水準(zhǔn)儀、一個位移傳感器10、一個速度傳感器9、一個霍爾傳感器5(作為開關(guān)信號，便于各檔測量數(shù)據(jù)管理)。在測量各檔時，將輪帶分成m等分(m可任意改變，便于獲得所需精度)。則需測量的參數(shù)包括輪帶1外圓的水平和垂直位移、輪帶直徑、輪帶與筒體中心高度差等即可確定筒體動態(tài)軸線。具體測量方法如下1、測量坐標(biāo)系的確定如圖3所示，首先以窯頭和窯尾檔位的托輪底座中心連線為基準(zhǔn)線，在窯的一側(cè)用經(jīng)緯儀建立一個與基準(zhǔn)線相平行的垂直基準(zhǔn)面8，以窯頭檔位輪帶的最低點(diǎn)所在水平面為水平基準(zhǔn)面，過窯頭檔位輪帶的最低點(diǎn)且與托輪底座中心連線垂直的垂直基準(zhǔn)面7。
2、垂直直線度的測量首先，通過測取各檔位筒體回轉(zhuǎn)中心之間的高度差，判明筒體運(yùn)行軸線的垂直直線度。由于各檔輪帶的直徑并不相同，所以各檔位筒體的軸心之間的高度差需要通過同時測量各檔輪帶最低點(diǎn)的高度差及各檔輪帶的直徑求得，測量原理如圖2、圖3所示。首先使用DS3型水準(zhǔn)儀建立一個水平基準(zhǔn)面，并由標(biāo)尺讀取各檔位輪帶正下方最低點(diǎn)相對于水平基準(zhǔn)面的高度hk(k＝1～n)，進(jìn)而通過測量各檔輪帶的直徑Dk以及輪帶中心Ok’與筒體中心Ok高差Δhk’得到各檔位筒體軸心相對于基準(zhǔn)面的高度Hk(計(jì)算時忽略a傾角的影響)。則有Hk＝hk+Dk/2-Δhk’ (1)(L)筒體運(yùn)行軸線相對于1檔與n檔筒體中心連線的高度偏差Δhk＝Hk-H1-(S1+S2+…+Sk-1)×(Hn-H1)/S (k＝2，3，…，n) (2)式中S＝S1+S2+…+Sn-1(S1、S2…)(2)筒體運(yùn)行軸線相對于設(shè)計(jì)軸線的高度偏差(a為設(shè)計(jì)斜度)δhk＝Hk-H1-(S1+S2+…+Sk-1)×sina (k＝2，3，…，n) (3)3、水平直線度的測量通過測量各檔位輪帶的直徑及其表面的水平徑向位移來實(shí)現(xiàn)，其原理如圖3和圖4所示。通過測量筒體在n個檔位處輪帶表面相對于基準(zhǔn)面的水平徑向位移Lk(j)以及輪帶的直徑Dk，即可獲得各檔位輪帶處的水平位置Xk(j)。由于輪帶轉(zhuǎn)動一周的過程中，其徑向水平位移不盡相同，因而在實(shí)際測量時，我們將回轉(zhuǎn)窯沿周向等間隔分為m個相位進(jìn)行測量(j＝1～m)，以便準(zhǔn)確了解筒體轉(zhuǎn)到不同相位時，軸線的水平偏差情況。由圖3可得Xk(j)＝Lk(j)+Dk/2(j＝1，2…，m；k＝1，2，…n)(4)其中，Lk(j)＝Sk(j)+lk式中Sk(j)-傳感器位移量；lk-第k檔傳感器標(biāo)尺刻度。
則第k檔第j個分度處筒體中心的水平偏差ΔXk(j)為ΔXk(j)＝Xk(j)-X1(j)-[Xn(j)-X1(j)]×(S1+S2+…+Sk-1)/s
各檔水平偏差可用平均值來表示，即ΔXk＝[ΔXk(1)+ΔXk(2)+…+ΔXk(m)]/m (5)4、輪帶直徑的測量輪帶的直徑通過測量其周長來確定，測量原理如圖4所示。用標(biāo)準(zhǔn)軸承制作速度傳感器9，使其與托輪3之間作無滑動的滾動，從而使軸承表面的線速度與輪帶表面的線速度保持一致，通過測量輪帶在轉(zhuǎn)動一周過程中軸承轉(zhuǎn)過的圈數(shù)便可測得輪帶的直徑。測速壓輪上安裝有測速用的霍爾元件及磁片，壓輪每轉(zhuǎn)過一圈，霍爾元件就會輸出一個脈沖信號，從而獲得輪帶的速度。與此同時，采用另外一個霍爾傳感器5測量筒體的轉(zhuǎn)動周期，每當(dāng)筒體上的磁片6通過霍爾傳感器5的正上方時，霍爾傳感器將輸出一個脈沖信號，脈沖的時間間隔T表示其轉(zhuǎn)動周期，在輪帶1每轉(zhuǎn)動一圈的過程中，測速壓輪上的霍爾元件也會產(chǎn)生一系列的脈沖，假設(shè)筒體轉(zhuǎn)動一周期間速度傳感器輸出的整脈沖個數(shù)為N，測速輪直徑為dc，t1和t2期間的速度分別用最為靠近的兩個脈沖周期T1和TN換算，由此可得輪帶的直徑D，計(jì)算公式為D＝(N+t1/T1+t2c/TN)×dc(6)5、滑移量的在線測量筒體2與輪帶1中心的高度差可以通過測量兩者的頂間隙或滑移量來得到，筒體2與輪帶1間為純滾動時，其接觸點(diǎn)的線速度相同。設(shè)d為筒體加墊板后直徑，D為輪帶內(nèi)徑(如圖2-3所示)，通過測量，筒體轉(zhuǎn)動周期為Td，輪帶轉(zhuǎn)動周期為TD，經(jīng)計(jì)算可得D-d＝(1-Td/TD)×D (7)6、筒體軸線測控系統(tǒng)整個系統(tǒng)的測試硬件如圖5所示1)傳感器部分包括速度傳感器用于測量回轉(zhuǎn)窯筒體的表面線位移。
霍爾傳感器用于測量回轉(zhuǎn)窯筒體轉(zhuǎn)動周期。
位移傳感器用于測量回轉(zhuǎn)窯輪帶的水平位移。
系統(tǒng)采用的電感式位移傳感器，靈敏度高、線性、重復(fù)性好、滯后小。量程50mm，非線性誤差(％)≤0.2，工作電壓為5VDC，輸出電流4～20mA，允許環(huán)境溫度-30～+120℃。
速度傳感器為霍爾傳感器，本系統(tǒng)所用霍爾傳感器為HBB系列，工作電壓3～28VDC，檢測距離10mm，重復(fù)定位精度≤0.02mm，響應(yīng)頻率5000Hz，工作環(huán)境溫度-30～+80℃。
2)信號調(diào)理箱。包括USB數(shù)據(jù)采集卡，電源模塊，分壓模塊等電路。
數(shù)據(jù)采集卡USB總線形式，通過USB口提供電源和通訊，無須外接電源。8個接線端子用于模擬量輸入，可以是獨(dú)立的8路單端，4路差分，或它們之間的混合，每路有12位的分辨率，最高采集速度為8kHz。單端輸入測量范圍+/-5V。有一個32位計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)頻率為1MHz，另外有4路數(shù)字量輸入輸出和+5連接電源。采集卡通過電纜連接到筆記本的USB口上，接通后卡上LED指示閃爍4次關(guān)閉表示連接正常。
霍爾開關(guān)輸出進(jìn)行高電平為10V，所以要進(jìn)行分壓，信號經(jīng)調(diào)理后輸出為直流5V以內(nèi)，可直接接到數(shù)據(jù)采集卡。
電源模塊主要是對傳感器供電，有兩部分電路，可以是交流供電，也可設(shè)為直流供電。交流供電部分輸入AC220V，經(jīng)過整流穩(wěn)壓后輸出+/-12V和+/-5V電源。直流供電輸入可為4節(jié)1.5V電池，經(jīng)變壓后輸出+/12V和+/-5V電源，其功率完全滿足傳感器工作需要。
3)計(jì)算機(jī)(上位機(jī))軟件運(yùn)行要求支持WINDOWS2000以上版本，內(nèi)存128M以上，硬盤剩余空間400M以上。
4)下位機(jī)接收來源于上位機(jī)的有關(guān)控制信號，并通過下位機(jī)去報警或控制回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)設(shè)備的操作。
權(quán)利要求
1.一種回轉(zhuǎn)窯筒體軸線動態(tài)測量方法，先對回轉(zhuǎn)窯空間位置建立坐標(biāo)系，確定測量點(diǎn)的坐標(biāo)位置，測量的參數(shù)包括輪帶外圓的水平和垂直位移、輪帶直徑、輪帶與筒體中心高度差即可確定筒體動態(tài)軸線；其特征是(1)測量坐標(biāo)系的確定首先以窯頭和窯尾檔位的托輪底座中心連線為基準(zhǔn)線，在窯的一側(cè)用經(jīng)緯儀建立一個與基準(zhǔn)線相平行的垂直基準(zhǔn)面(7)，該基準(zhǔn)面作為永久基準(zhǔn)，便于今后測量，以窯頭檔位輪帶的最低點(diǎn)所在水平面為水平基本面，過窯頭檔位輪帶的最低點(diǎn)且與托輪底座中心連線垂直的垂直基準(zhǔn)面(8)；(2)垂直直線度的測量測量各檔輪帶最低點(diǎn)的高度差及各檔輪帶的直徑計(jì)算出垂直直線度；具體方法是首先使用水準(zhǔn)儀建立一個水平基準(zhǔn)面、并由標(biāo)尺讀取各檔位輪帶正下方最低點(diǎn)相對于水平基準(zhǔn)面的高度hk；進(jìn)而測量各檔輪帶的直徑Dk以及輪帶中心Ok與筒體中心Ok的高度差Δhk′得到各檔位筒體軸心相對于基準(zhǔn)面的高度Hk；計(jì)算公式如下Hk＝hk+Dk/2-Δhk′(1)Δhk＝Hk-H1-(S1+S2+……Sk-1)×(Hn-H1)/S(K＝2、3……n) (2)筒體運(yùn)行軸線相對于設(shè)計(jì)軸線的高度偏差δhk如式(3)δhk＝Hk-H1-(S1+S2+……+Sk-1)×Sina(K＝2、3……、n) (3)式中S為兩個相鄰輪帶之間的距離；a為設(shè)計(jì)斜度；(3)水平直線度測量測量筒體在第n個檔位處輪帶表面相對于基準(zhǔn)面的水平徑向位移Lk(j)以及輪帶的直徑Dk，計(jì)算出各檔位輪帶軸心的水平位置Xk(j)，將輪帶分成可調(diào)若干等分，各檔測量數(shù)據(jù)由固定在筒體附近的位置傳感器來統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)；計(jì)算公式如下Xk(j)＝Lk(j)+Dk/2(j＝1、2……m；K＝1、2……n)ΔXk(j)＝Xk(j)-X1(j)-[Xn(j)-X1(j)]×(S1+S2+……Sk-1)/S各檔水平偏差平均值ΔXk＝[ΔXk(1)+ΔXk(2)+……Xk(m)]/m式中Xk(j)為第K檔第j個分度處筒體中心的水平偏差；ΔXk為各檔水平偏差平均值；(4)輪帶直徑的測量通過測量輪帶的周長計(jì)算出輪帶直徑；(5)滑移量的在線測量，通過測量筒體與輪帶中心的頂間隙或滑移量計(jì)算出筒體與輪帶中心的高度差；計(jì)算公式為D-d＝(TD/Td)d式中d為筒體加墊板后直徑，D為輪帶內(nèi)徑，Td為筒體轉(zhuǎn)動周期，TD為輪帶轉(zhuǎn)動周期。
2.一種用于權(quán)利要求1所述方法的回轉(zhuǎn)窯筒體軸線動態(tài)測控系統(tǒng)，其特征是它包括采集位移信號的傳感器，采集位置信號的傳感器，電源模塊、分壓電路及濾波電路組成的信號調(diào)理單元、數(shù)據(jù)采集卡與存儲有測量程序的計(jì)算機(jī)組成的處理系統(tǒng)；傳感器、信號調(diào)理單元、數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)依次電聯(lián)接；所述傳感器采用電感調(diào)頻式位移傳感器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種回轉(zhuǎn)窯筒體軸線動態(tài)測量方法及測控系統(tǒng)。先對回轉(zhuǎn)窯以窯頭和窯尾擋位的托輪底座中心連線為基準(zhǔn)線，在窯的一側(cè)用經(jīng)緯儀建立一個與基準(zhǔn)線相平行的垂直基準(zhǔn)面作為永久基準(zhǔn)面的坐標(biāo)系，測量的參數(shù)包括輪帶外圓水平和垂直位移、輪帶直徑、輪帶與筒體中心高度差即可確定筒體動態(tài)軸線。因選取的是絕對坐標(biāo)系，可確保回轉(zhuǎn)窯每次測量的基準(zhǔn)一致，便于分析研究。且操作簡單，測量速度快。
文檔編號F27D21/00GK101050955SQ20061003964
公開日2007年10月10日 申請日期2006年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月6日
發(fā)明者楊根喜, 章盡瑩, 張?jiān)? 李清偉, 周永安 申請人:徐州工程學(xué)院