迴轉窯筒體軸線動態測量方法及測控系統的製作方法

2023-10-16 18:24:39

專利名稱：迴轉窯筒體軸線動態測量方法及測控系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及迴轉窯動態測量方法，特別是對其筒體軸線的動態測量方法及測控系統。
背景技術：
迴轉窯是冶金、化工、水泥、耐火材料生產中的關鍵設備，是一種重載、大扭矩、多支點、靜不定(一般為三支點以上情況)運行系統。實際生產中迴轉窯運行軸線的調整，是通過對窯的冷靜態測量結合一些經驗計算來進行的。而窯體在運行中由於筒體各段溫差變化引起的熱變形、託輪軸瓦、託輪、輪帶內外圈的不均勻磨損等原因，將引起窯運行軸線的變化，窯實際的運行軸線很難是一直線。迴轉窯軸線失調會造成經常性停窯和不必要的損失，經常性停窯又會加劇窯體的彎曲，使窯軸線變形，這是一個惡性循環過程。因此，經常需要根據窯的運轉情況，對筒體軸線進行測量和找正，避免因筒體彎曲導致軸瓦發熱，筒體開裂等故障的發生。
目前對迴轉窯筒體軸線的測量方法比較有代表性的是武漢工業大學提出的方案。其測量原理及方法是如

圖1，在窯外建立直角坐標系X、Y、Z，用2臺經緯儀在窯兩側建立2個平行垂面L和R，用水準儀在各輪帶下建立水平基準面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，由微機控制所有傳感器自動測定輪帶平均位置參數Li2、Ri2、Hi2。在2個水平位移傳感器上安裝了帶滑動標靶的導軌尺，與架在L、R面上的經緯儀配合把滑動標靶移到L、R面，記下其在導軌尺上的讀數Li2、Ri2。垂直位移傳感器與基準面H之間的高度Hi1是用水準儀測出。輪帶處筒體中心點的水平坐標Xi按下式計算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)輪帶處筒體中心點的垂直坐標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)測量坐標系不是絕對坐標系，不利於各次測量值的比較；(2)其測量結果為一系列數據，沒有對測量結果進一步處理，不利於對筒體軸線動態變化的分析；(3)測量結果不能直接用於對迴轉窯的操作，控制；(4)系統功能單一，不利於功能的擴展；(5)穩定性能差，精度低，儀器價格昂貴，操作複雜。

發明內容
本發明的目的是提供一種迴轉窯筒體軸線動態測量方法及測控系統。具有測量速度快，測量精度高，成本低的優點。
本發明的技術方案如下一種迴轉窯筒體軸線動態測量方法，先對迴轉窯空間位置建立坐標系，確定測量點的坐標位置，將各檔輪帶分成M等分，測量的參數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軸線；具體方法如下(1)測量坐標系的確定首先以窯頭和窯尾檔位的託輪底座中心連線為基準線，在窯的一側用經緯儀建立一個與基準線相平行的垂直基準面(1)，以窯頭檔位輪帶的最低點所在水平面為水平基本面，過窯頭檔位輪帶的最低點且與託輪底座中心連線垂直的垂直基準面(2)；(2)垂直直線度的測量測量各檔輪帶最低點的高度差及各檔輪帶的直徑計算出垂直直線度；具體方法是首先使用水準儀建立一個水平基準面、並由標尺讀取各檔位輪帶正下方最低點相對於水平基準面的高度hk；進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於基準面的高度Hk；計算公式如下Hk＝hk+Dk/2-Δhk′(1)Δhk＝Hk-H1-(S1+S2+……Sk-1)×(Hn-H1)/S(K＝2、3……n)(2)筒體運行軸線相對於設計軸線的高度偏差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為設計斜度；
(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於基準面的水平徑向位移Lk(j)以及輪帶的直徑Dk，計算出各檔位輪帶軸心的水平位置Xk(j)，計算公式如下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算出筒體與輪帶中心的高度差；計算公式為D-d＝(TD/Td)d式中d為筒體加墊板後直徑，D為輪帶內徑，Td為筒體轉動周期，TD為輪帶轉動周期。
一種應用於所述方法的迴轉窯筒體軸線動態測控系統，其特徵是它包括採集位移信號的傳感器，採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理單元、數據採集卡與存儲有測量程序的計算機組成的處理系統；傳感器、信號調理單元、數據採集卡、計算機依次電聯接；所述傳感器採用電感調頻式位移傳感器。
由於採用了上述方案，本發明具有如下優點1、選取的坐標係為絕對坐標系，可確保迴轉窯每次測量的基準一致，便於分析研究。
2、測量系統中僅需一件位移傳感器，具有測量操作簡單可靠、現場準備工作和輔助實施少、節約人力和物力、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據的開關信號，可確保各檔測量數據具有統一的相位信息。
4、整個測試系統配置合理，功能優良，具有良好的開放性能和可擴展性。測量數據通過數據採集卡連到計算機(上位機)，可方便地通過虛擬儀器技術對測量數據進行分析、處理、顯示。
5、通過測量數據可以推算出迴轉窯各檔受力狀況，並可通過計算機將筒體軸線變化情況、各檔受力情況等採用各種圖形直觀、動態地顯示出來。一旦軸線偏差過大或託輪受力過大，可通過計算機實施迴轉窯的操作、控制。
以下結合附圖及實施例對本發明進一步詳細說明。
圖1是已有技術輪帶處筒體位置測量示意圖；圖2是本發明迴轉窯軸線垂直直線度測量原理圖；圖3是本發明迴轉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是測控系統原理框圖；圖7是測控系統程序流程圖。
圖中1、輪帶，2、筒體，3、託輪，4、底座，5、霍爾傳感器，6、磁鋼片，7、垂直基準面，8、垂直基本面，9、速度傳感器，10、位移傳感器，11、測量儀。
具體實施例方式
如圖2所示，迴轉窯的外形結構，一般為多點支承，在每一檔位處有兩個託輪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、兩個託輪3、以及套在筒體2上的輪帶1等部件構成。
為方便現場測量，對迴轉窯空間位置需建立一個空間坐標系，同時假設某迴轉窯共有n檔，整個測量系統的主要測量器件為一臺經緯儀、一臺水準儀、一個位移傳感器10、一個速度傳感器9、一個霍爾傳感器5(作為開關信號，便於各檔測量數據管理)。在測量各檔時，將輪帶分成m等分(m可任意改變，便於獲得所需精度)。則需測量的參數包括輪帶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軸線。具體測量方法如下1、測量坐標系的確定如圖3所示，首先以窯頭和窯尾檔位的託輪底座中心連線為基準線，在窯的一側用經緯儀建立一個與基準線相平行的垂直基準面8，以窯頭檔位輪帶的最低點所在水平面為水平基準面，過窯頭檔位輪帶的最低點且與託輪底座中心連線垂直的垂直基準面7。
2、垂直直線度的測量首先，通過測取各檔位筒體迴轉中心之間的高度差，判明筒體運行軸線的垂直直線度。由於各檔輪帶的直徑並不相同，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型水準儀建立一個水平基準面，並由標尺讀取各檔位輪帶正下方最低點相對於水平基準面的高度hk(k＝1～n)，進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於基準面的高度Hk(計算時忽略a傾角的影響)。則有Hk＝hk+Dk/2-Δhk』 (1)(L)筒體運行軸線相對於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)筒體運行軸線相對於設計軸線的高度偏差(a為設計斜度)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現，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於基準面的水平徑向位移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)。由於輪帶轉動一周的過程中，其徑向水平位移不盡相同，因而在實際測量時，我們將迴轉窯沿周向等間隔分為m個相位進行測量(j＝1～m)，以便準確了解筒體轉到不同相位時，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。用標準軸承製作速度傳感器9，使其與託輪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，通過測量輪帶在轉動一周過程中軸承轉過的圈數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，壓輪每轉過一圈，霍爾元件就會輸出一個脈衝信號，從而獲得輪帶的速度。與此同時，採用另外一個霍爾傳感器5測量筒體的轉動周期，每當筒體上的磁片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衝信號，脈衝的時間間隔T表示其轉動周期，在輪帶1每轉動一圈的過程中，測速壓輪上的霍爾元件也會產生一系列的脈衝，假設筒體轉動一周期間速度傳感器輸出的整脈衝個數為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衝周期T1和TN換算，由此可得輪帶的直徑D，計算公式為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，其接觸點的線速度相同。設d為筒體加墊板後直徑，D為輪帶內徑(如圖2-3所示)，通過測量，筒體轉動周期為Td，輪帶轉動周期為TD，經計算可得D-d＝(1-Td/TD)×D (7)6、筒體軸線測控系統整個系統的測試硬體如圖5所示1)傳感器部分包括速度傳感器用於測量迴轉窯筒體的表面線位移。
霍爾傳感器用於測量迴轉窯筒體轉動周期。
位移傳感器用於測量迴轉窯輪帶的水平位移。
系統採用的電感式位移傳感器，靈敏度高、線性、重複性好、滯後小。量程50mm，非線性誤差(％)≤0.2，工作電壓為5VDC，輸出電流4～20mA，允許環境溫度-30～+120℃。
速度傳感器為霍爾傳感器，本系統所用霍爾傳感器為HBB系列，工作電壓3～28VDC，檢測距離10mm，重複定位精度≤0.02mm，響應頻率5000Hz，工作環境溫度-30～+80℃。
2)信號調理箱。包括USB數據採集卡，電源模塊，分壓模塊等電路。
數據採集卡USB總線形式，通過USB口提供電源和通訊，無須外接電源。8個接線端子用於模擬量輸入，可以是獨立的8路單端，4路差分，或它們之間的混合，每路有12位的解析度，最高採集速度為8kHz。單端輸入測量範圍+/-5V。有一個32位計數器，計數頻率為1MHz，另外有4路數字量輸入輸出和+5連接電源。採集卡通過電纜連接到筆記本的USB口上，接通後卡上LED指示閃爍4次關閉表示連接正常。
霍爾開關輸出進行高電平為10V，所以要進行分壓，信號經調理後輸出為直流5V以內，可直接接到數據採集卡。
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，也可設為直流供電。交流供電部分輸入AC220V，經過整流穩壓後輸出+/-12V和+/-5V電源。直流供電輸入可為4節1.5V電池，經變壓後輸出+/12V和+/-5V電源，其功率完全滿足傳感器工作需要。
3)計算機(上位機)軟體運行要求支持WINDOWS2000以上版本，內存128M以上，硬碟剩餘空間400M以上。
4)下位機接收來源於上位機的有關控制信號，並通過下位機去報警或控制迴轉窯系統設備的操作。
權利要求
1.一種迴轉窯筒體軸線動態測量方法，先對迴轉窯空間位置建立坐標系，確定測量點的坐標位置，測量的參數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軸線；其特徵是(1)測量坐標系的確定首先以窯頭和窯尾檔位的託輪底座中心連線為基準線，在窯的一側用經緯儀建立一個與基準線相平行的垂直基準面(7)，該基準面作為永久基準，便於今後測量，以窯頭檔位輪帶的最低點所在水平面為水平基本面，過窯頭檔位輪帶的最低點且與託輪底座中心連線垂直的垂直基準面(8)；(2)垂直直線度的測量測量各檔輪帶最低點的高度差及各檔輪帶的直徑計算出垂直直線度；具體方法是首先使用水準儀建立一個水平基準面、並由標尺讀取各檔位輪帶正下方最低點相對於水平基準面的高度hk；進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於基準面的高度Hk；計算公式如下Hk＝hk+Dk/2-Δhk′(1)Δhk＝Hk-H1-(S1+S2+……Sk-1)×(Hn-H1)/S(K＝2、3……n) (2)筒體運行軸線相對於設計軸線的高度偏差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為設計斜度；(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於基準面的水平徑向位移Lk(j)以及輪帶的直徑Dk，計算出各檔位輪帶軸心的水平位置Xk(j)，將輪帶分成可調若干等分，各檔測量數據由固定在筒體附近的位置傳感器來統一管理數據；計算公式如下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算出筒體與輪帶中心的高度差；計算公式為D-d＝(TD/Td)d式中d為筒體加墊板後直徑，D為輪帶內徑，Td為筒體轉動周期，TD為輪帶轉動周期。
2.一種用於權利要求1所述方法的迴轉窯筒體軸線動態測控系統，其特徵是它包括採集位移信號的傳感器，採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理單元、數據採集卡與存儲有測量程序的計算機組成的處理系統；傳感器、信號調理單元、數據採集卡、計算機依次電聯接；所述傳感器採用電感調頻式位移傳感器。
全文摘要
本發明公開了一種迴轉窯筒體軸線動態測量方法及測控系統。先對迴轉窯以窯頭和窯尾擋位的託輪底座中心連線為基準線，在窯的一側用經緯儀建立一個與基準線相平行的垂直基準面作為永久基準面的坐標系，測量的參數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軸線。因選取的是絕對坐標系，可確保迴轉窯每次測量的基準一致，便於分析研究。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 優先權日2006年4月6日
發明者楊根喜, 章盡瑩, 張元越, 李清偉, 周永安 申請人:徐州工程學院