CN100387920C - 用于回转窑健康维护的便携式检测与信息优化决策系统 - Google Patents

Abstract

一种用于回转窑健康维护的便携式检测与信息优化决策系统，该系统包括相互电连接的传感器支承装置、集成式信号采集装置和便携式计算机装置；传感器支承装置由固定在回转窑各档的定位支承座和通过磁力吸座直接固定在各档的定位支承座的移动式支架组成；集成式信号采集装置包括前置器A、B，显示电涡流位移传感器电压信号的数显表头以及供给电涡流位移传感器的电源和用于信号采集的USB数据采集卡；便携式计算机包括笔记本电脑及其可进行检测、分析和管理的功能模块；使用该系统，完成1台窑轴线检测和分析、处理不超过2人时；垂直和水平方向的轴线检测精度均优于±1.5mm；本发明可广泛适用于化工、水泥、冶金等以回转窑为核心生产设备的企业。

Description

用于回转窑健康维护的便携式检测与信息优化决策系统

技术领域

本发明涉及回转窑健康维护系统，特别涉及一种用于回转窑健康维护的便携式检测与信息优化决策系统。

背景技术

回转窑是水泥、冶金、化工等行业生产流程中的核心设备，通常重达千吨、长过百米，支承组数2～9档，是一种重载、超长、多支点、静不定运行系统。回转窑运行中由于支承组件的非均匀磨损、环境温度的改变、基础的不平衡沉陷、制造安装误差等原因，其运行轴线发生偏移。据多年的经验总结，当回转窑筒体运行轴线偏差达到±10mm时，支承弯矩和筒体应力约增加3倍，托轮上的支承压力增加1倍。因此，回转窑运行轴线偏移，对其各部位受力和各部分机械磨损有重要影响，从而使设备零部件寿命急剧缩短，引发一系列机械故障和安全事故。这不但加大能源损耗、降低生产效率、增加维护成本，更为严重的问题是导致整个生产流程的中断造成重大生产损失。冶金、水泥工业生产中的大中型回转窑，一台窑停产一天通常引起数十万元的生产损失，发生一次托轮断轴事故，不仅需更换托轮的维修费二十余万元，而且造成数百万元(甚至上千万元)的生产损失，一台大型回转窑每年由此便可造成几千万元的损失。“只要大窑转，就有千千万”这就是对回转窑安全生产重要程度的生动描述。因此，保证回转窑安全、高效地健康运行，是相应企业提高效率、保证质量、降低成本、创造效益的重要途径。

目前生产中对回转窑运行的管理与维护，采用的是一种依靠经验指导的管理与维护方式；对回转窑运行状态的调整，是通过对窑的冷静态轴线测量，结合一些经验计算来进行。存在着回转窑实际运行轴线状态不明确、各档托轮受力不清楚、轴向运动不易调控、运行状态历史数据无记录、变化趋势不了解的问题。再者回转窑运行中轴线将发生改变，运行条件不断恶化，到一定的程度需及时做出调整，由于不能准确掌握其运行轴线，也就不知道回转窑何时该调整、如何最佳调整。因此，目前生产中尽管对回转窑的管理与维护工作非常重视，但由于缺乏相应的理论指导，未能弄清系统力学状态、健康状态与轴线的内在关联；对设备的故障预防、健康维护缺乏有效的技术保障，生产中机械故障和安全事故仍屡有发生，经济损失非常严重。因此，研制回转窑健康维护的检测与分析系统，实现对设备运行的科学管理，是以回转窑为生产核心的企业提高经济效益亟待解决的关键问题。

对回转窑轴线的检测一直是回转窑设备维护中最重要的工作内容，对其轴线检测技术的开发也是多年的研究热点。由于回转窑长度长、支承组数多、筒体直径大；处于高温、多灰尘的恶劣工作环境；筒体表面本身存在较大的不圆度误差和变形，实现对其运行轴线在线检测不易。八十年代初，国外停留在用经纬仪和水准仪、激光测静态窑轴线的水平；八十年代末，开始研究运行轴线的动态测量法。国外波兰首创了滚圈位置测量法；丹麦FLS公司研制了激光滚圈测量法；德国伯利鸠斯(Polysius)公司开发了一种可在静态和动态条件下测定轴线的Polscan托轮位置测量系统；我国武汉工业大学张云研制了回转窑轴线参数检测系统一“KAS”测量系统，它由3个位移传感器、多路位移变送器、非接触电磁位置传感器、磁性起始器、微型计算机、滚圈和托轮周长测量仪、滚圈与筒体间隙测定仪、电子经纬仪、水准仪等组成。三个位移传感器安装在筒体水平直径线和垂直直径线上，同时对径测量筒体表面位置，位置传感器测出筒体的角位置。其中两个水平传感器信号计算筒体中心水平位置和平均半径，垂直传感器信号和已测出的滚圈直径、滚圈与筒体的间隙一起计算出筒体中心垂直位置。上述各种检测方法在不同程度上都存在着以下不足：①测量装置复杂、昂贵，测量操作繁琐、易错，需要专业的操作人员；②高处安装测量装置，定位、安装、固定困难，观测误差大，不便于快速检测；③需要通过滚圈与筒体间隙来推算回转中心位置，测量方法、系统误差大；④测点不多时，不能消除滚圈、筒体不圆度引起的误差；⑤测量精度不高，水平方向为±1.5mm，垂直方向为±2.5mm。基于这些原因，限制了回转窑的轴线检测技术在现场的推广应用，也很少有企业能够自行完成其运行轴线的在线检测，生产中普遍采用的还是静态轴线检测。而回转窑轴线按冷静态调整成直线，运行中由于各档温升不同，运行轴线恰恰不是直线，而且运行中还不断变化。因而实现回转窑运行轴线的快速在线检测，是回转窑健康维护技术中亟待解决的关键问题。

由于回转窑载荷分布十分复杂；窑体在长度方向上由于截面和温度的差异引起抗弯刚度变化；各支承实际运行中心还有偏差，采用常用的初等力学方法无法准确求解，不能建立支承载荷分配与轴线变化的关系模型。所以即使掌握了回转窑的运行轴线，也难以掌握回转窑关键部件的力学状态和寿命状态。因此，传统的观点认为运行轴线“直”，它的运行状态就最佳。目前对其轴线的调整总是希望将轴线偏差尽可能调小。然而由于这些载荷分布极不均匀，即使将轴线偏差调整为0时，各档的支承载荷分配也不均衡；其次设备部件由于结构强度的差异、承载不同等因素，已受到的疲劳损伤和剩余寿命不一致，轴线偏差调整为0，即使能使支承载荷分配均匀也不合理；再者回转窑属大型的重要设备，根据规程对它的调整一次不能太大，轴线不可能完全调整为直线。所以，使用传统的以中心来确定轴线偏差的调整方法存在很大盲目性的，它不能将设备调整到各关键部件在最佳状态运行下达到最长使用寿命。

发明内容

针对上述情况，本发明提供一种用于回转窑健康维护的便携式检测与信息优化决策系统。该系统能实现对回转窑运行轴线的快速检测，能自动建立关键部件力学状态、健康状态、轴向运动调控参数与其轴线状态的关系；从而通过轴线检测及对轴线状态的综合管理与分析，来掌握设备的健康状态，给出轴向运动调控的参数；通过优化分析出设备健康运行的轴线调整参数，达到实现对设备健康维护的目的。

为了实现上述目的：一种用于回转窑健康维护的便携式检测与信息优化决策系统，该系统包括相互电连接的传感器支承装置、集成式信号采集装置和便携式计算机装置；所述传感器支承装置由固定在回转窑各档的定位支承座和通过磁力吸座直接固定在所述各档的定位支承座的移动式支架组成，所述移动式支架包括安装电涡流位移传感器的套筒、磁力吸座和用于连接套筒与磁力吸座的连杆以及对应电涡流位移传感器设置且固定在回转窑筒体表面上的电涡流位移信号感应键，安装在所述套筒上的电涡流位移传感器，是设置在筒体下部两边零应变的径向方向上且与铅垂方向成15°±1′夹角并在垂直和水平方向可以调整；所述集成式信号采集装置包括与传感器A、B匹配的前置器A、B，显示电涡流位移传感器电压信号的数显表头以及供给所述电涡流位移传感器的电源和用于信号采集的USB数据采集卡，电涡流位移传感器的电源包括可充锂离子电池充电电路、直流-直流稳压电路，所述锂离子充电电路中设MAX1757的CSSN引脚之间的外接电阻R8为检测输入电流，ISETIN引脚设置检测门限，电池最大充电电流由ISETOUT引脚的电压值确定，该电压由连接在REF和GND之间的分压电阻调节，电路中设定时器和温度检测器，由TIMER1外接电容C17控制预充、满充和顶端截止充电过程的时间，在TIMER2上外接电容C18控制快充时间；充电电路中设两个1N5817肖特基二极管D13、D14实现充电的同时向电涡流位移传感器供电，所述直流-直流稳压电路采用直流-直流稳压模块，电路中设电源指示灯LED8，设虑波电容C20、EC6；所述便携式计算机装置包括连接于系统的笔记本电脑及其设置于笔记本电脑的可进行检测、分析和管理的功能模块，此检测、分析和管理的功能模块集轴线检测、数据分析和数据管理于一体，所述功能模块是参数设置模块、载荷分配建模模块、支承调整计算模块、轴线测量模块、轴向运动调控模块、轴线查询模块、支承力查询模块、寿命预测模块、等载荷优化模块、等强度优化模块、等寿命优化模块和多目标优化模块。

为了实现结构优化、性能稳定、便于携带、使用方便，达到运行轴线快速检测和对回转窑进行信息化管理的目的，其进一步的措施是：

所述检测、分析和管理的功能模块适应于2～9档不同规格的回转窑，并能建立各自独立的数据库以应用于不同的回转窑。

所述参数设置模块、支承调整计算模块、轴线测量模块与所述移动式支架、集成式信号采集装置相匹配实现对回转窑运行轴线的检测。

所述轴线测量模块包括数据采集、判断与计算程序编成相应的函数，其中，采样值计算函数在采样完成后调用，函数返回值为电涡流位移传感器检测到的被测对象离电涡流位移传感器探头距离的平均值，该函数需调用位置判断函数来确定采样信号波形的起始值位置、中点判断函数用于判断采样信号波形的中点位置及进行波值计算、波值计算函数用来计算波值的大小；波位置判断函数，在计算电涡流位移传感器测量位移值时调用，调用时需传入采样信号，判断的结果储存在电涡流位移传感器位移值数组中作为中点位置判断的起始点；波中点位置判断函数在计算电涡流位移传感器测量的信号波大小时调用，同时传入采样信号；波值计算函数在判断出电涡流位移传感器测量的信号波位置后调用，调用时需传入采样信号，该函数计算3个波段，每个波段以中点位置为中心所采集到的21个点，然后返回到采样值计算函数取平均值，电涡流位移传感器测量信号的计算结果储存在电涡流位移传感器位移值数组中，并需要调用波中点位置判断函数。

由所述轴线查询模块显示每次检测到的轴线状态，并根据回转窑轴线偏差经载荷分配建模模块自动建立起各回转窑的托轮支承力与轴线偏差的计算公式从而计算出各档托轮支承力，由所述支承力查询模块实时显示各档托轮支承力，再由寿命预测模块计算各托轮剩余使用寿命；所述轴向运动调控模块给出窑体轴向运行时，各托轮表面摩擦系数值；所述各优化模块在轴线偏差调整范围内实现回转窑轴线调整的优化决策。

本发明采用在回转窑筒体下边零应变的径向方向上安装传感器测量运行轴线，结合集成式信号采集和便携式计算机装置，集轴线检测、数据分析和数据管理于一体的技术方案，克服了现有检测方法存在测量装置高处安装困难，测量操作过程复杂，测量时间长，测量系统误差大，检测精度不高的缺陷，并解决了存在于回转窑实际运行轴线状态不明确、各档托轮受力不清楚、轴向运动不易调控、运行状态历史数据无记录、变化趋势不了解和使用传统的以中心来确定轴线偏差的调整方法的盲目性问题。使本发明具有系统结构紧凑，自带电源，重量轻，操作简单、使用方便。系统运行轴线检测快速，完成1台窑轴线检测和分析、处理不超过2人时；系统检测精度高，垂直和水平方向的轴线检测精度均优于±1.5mm。适合于野外独立作业，且人机界面友好，分析功能齐全，提供了载荷分配建模、轴线测量、轴线查询、支承力查询、轴向运动调控、寿命预测和调窑优化等多项功能模块。信息优化决策可靠，整个系统工作性能稳定，可进行信号检测存储和事后回放或在线、离线分析，是实现回转窑健康维护和信息优化决策的一种可靠、实用的工具。本发明还具有适合于高温、多灰尘恶劣工作环境下的2～9档不同规格的回转窑的特点。应用本发明可以很好地对回转窑进行健康维护，从而保证回转窑安全、高效健康运行且运转率显著提高。本发明可广泛适用于化工、水泥、冶金等以回转窑为核心生产设备的企业。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

图1是本发明的系统结构框架图。

图2是本发明的传感器支承装置安装结构示意图。

图3是本发明的电涡流位移传感器外形结构示意图。

图4是本发明的集成式信号采集装置结构示意图。

图5是图3中的电涡流位移传感器电源电路图。

图6是本发明的便携式计算机装置功能模块流程图。

图7是本发明的便携式计算机装置功能模块开始界面示意图。

图8是本发明的便携式计算机装置功能模块主界面示意图。

图9是本发明的便携式计算机装置功能模块文件结构库图。

图10是图8中的结构示意图。

图11是图10的轴线测量模块流程图。

图12是图11中的函数轴线计算流程图。

图13是图12中的采样值计算函数流程图。

图14是图13中的波位置判断函数流程图。

图15是图13中的波中点位置判断函数流程图。

图16是图13中的波值计算函数流程图。

图17是图10轴线测量模块的部分源程序。

具体实施方式

参见附图，一种用于回转窑健康维护的便携式检测与信息优化决策系统，该系统包括由不得相互电连接的传感器支承装置1、集成式信号采集装置2和便携式计算机装置3集成于一体，该系统结构框架图如附图1所示。

附图2所示的是本发明的传感器支承装置1安装结构示意图，包括移动式支架18、电涡流位移传感器11和对应的电涡流位移传感器A，B11设置有电涡流位移信号感应键16、定位支承座15。移动式支架18由套筒12，连杆13，磁力吸座14组成，电涡流位移信号感应键16为一长方形的方键，方键长度为传感器11探头直径d的1.5倍以上，为便于安装、调整，长度一般选取为3倍d；宽度为传感器11探头直径的1.6倍；电涡流位移信号感应键16的高度根据被测筒体17的不圆度及传感器的量程确定，并保证电涡流位移信号感应键16以外部分的位移测量值超出传感器11的线性测量范围，安装时，该电涡流位移信号感应键16固定在回转窑筒体17表面上，如图2所示。磁力吸座14固定于连杆13上，移动式支架18上的两个套筒12与铅垂方向成15°±1’夹角，套筒12位置在垂直和水平方向可调。移动式支架18安装时，将定位支承座15和移动支架一起标定，保证移动式支架18在回转窑各档的相应空间位置。标定好后，固定定位支承座15，由磁力吸座14实现移动式支架18的快速定位与安装。通过调整套筒12在垂直和水平方向的位置，以适用不同尺寸规格的要求，并保证电涡流位移传感器11安装在筒体下两边零应变的径向方向上，调整完毕后；固定套筒12于连杆13之上。电涡流位移传感器11安装时，通过调整电涡流位移信号感应键16的测量信号值在传感器量程的线性中点，调整完毕后，固定电涡流位移传感器11于套筒12上。

附图3所示的是本发明的电涡流位移传感器11外形结构示意图，包括探头，前端，连接光杆，螺纹杆。电涡流位移传感器11探头将位移信号转换为电压信号，为了得到有效的采样数据波形，电涡流位移传感器11探头表面直径尺寸对应电涡流位移信号感应键16表面的面积有一定的要求；前端是连接探头和其他部分的；连接光杆是需精加工的，其精度是电涡流位移传感器11位置精度的关键；螺纹杆是电涡流位移传感器11安装、固定、调节的重要部分；尾端铣成四方便于拧动螺母方便电涡流位移传感器11的装卸和调整。需要保证的位置精度要求有：探头连接端的端面与连接光杆中心的垂直度有要求，探头的外径与连接光杆中心的同轴度有要求；探头连接端的连接面和连接光杆的定位面有表面粗糙度要求；对于尺寸精度则需要保证连接光杆的直径与套筒的配合精度。

附图4是本发明的集成式信号采集装置结构示意图。由两个大量程电涡流位移传感器A，B11及其前置器A，B，数显表头、电涡流位移传感器11电源和USB数据采集卡组成。电涡流位移传感器探头的线性量程可选择范围至少为20mm；数显表头工作的条件是：工作电压是+5V，显示范围是0～10V，显示值与输入值是1比1如：输入5V其显示就是5.00V，表头小数点位数任意设定；USB采集卡选用要求：工作电压为+5V，分辩率为＞12bit，采样频率＞100KHz。测量时，电涡流位移传感器11安装在移动式支架18上如附图2所示，感应到的电压信号经前置器放大处理后，通过USB数据采集卡转换为数字信号由USB接口传至计算机装置3；同时，数显表头实时显示电涡流位移传感器11感应到的电压信号。电涡流位移传感器11是由三节容量为1800mAH的可充电锂离子电池组供电，保证电涡流位移传感器11能够在电池单独供电的情况下工作两小时以上。电源的电压输出波纹为±50mV，保证在电池电压不断下降的过程中，输出电压不变。

附图5是本发明的电涡流位移传感器11电源电路图。该电涡流位移传感器11电源电路图，包括锂离子电池充电电路、DC/DC稳压电路。附图5中锂离子充电电路采用了MAXIM公司生产的，可最多充三节锂离子电池的专用芯片MAX1757，电路中利用MAX1757的CSSN引脚之间的外接电阻R8来检测输入电流，ISETIN引脚设置检测门限，电池最大充电电流由ISETOUT引脚的电压值确定，该电压由连接在REF和GND之间的分压电阻调节。当ISETOUT引脚接REF时，电流为最大值(1.5A)，在本实施例中我们将ISETOUT引脚接至REF引脚，最大充电电流为1.5A。通过VADJ引脚的外接分压电阻R6和R7用来调整电池充电终止电压，R6和R7电阻精度应在1％以上，阻值应不超过100KΩ。电池节数由CELL引脚设置，CELL引脚接GND、浮空或接REF分别表示电池节数为1节、2节、3节，在这里CELL引脚浮空。电路设有定时器和温度检测器为电池充电提供附加保护，由于充电效率达不到100％，充电时间限定值应留有余量。温度检测器应接在THM和GND之间，应靠近电池安装，温度检测器可选择具有负温度系数的热敏电阻，+25℃时阻值为10KΩ，Philips、Cornerstone传感器公司、Fenwall电子公司均可提供适当的产品，MAX1757以1.2Hz的频率检测电池温度，本实施例用一个10KΩ电阻接地。D12、C14和L3组成芯片内部MOSFET管开关作用后的虑波电路。在TIIMER1外接电容C17可设置预充、满充和顶端截止充电过程的时间控制，在TIMER2上外接电容C18可设置快充时间控制。电源要求可以在对电池充电的同时向传感器供电。在断开充电时，自动转为充电电池向电涡流位移传感器11供电，该功能由充电电路中的两个1N5817肖特基二极管D13、D14来实现：当充电输入时D14断开，当充电断开时D14导通，实现了不间断的功能，D13用来防止电池供电时电流回流。此外MAX1757带有三个电池充电状态指示输出端FASTCHG、FULLCHG和FAULT，这些端口均为漏级开路输出，可用于驱动LED。FASTCHG用于指示充电器处于快充状态，为恒流充电模式；FULLCHG表示充电器已完成快充状态(电池容量接近85％)而处于恒压充电模式；FAULT则表示充电器检测到充电故障，充电已经终止，分别用三个指示灯选用φ3mmLED发光管显示，故障的用红色，其它用绿色，R9、R10、R11是限流电阻分别串接发光管。

三节锂离子电池组在对电涡流位移传感器11供电时同时需向数显表头供电，具体供电情况是：传感器工作电压是±12V，数显表头的工作电压是+5V。电池提供的电压(即稳压电路的输入电压)在12.6～8.75V之间变化。附图5中的直流-直流(DC/DC)稳压电路是采用直流-直流(DC/DC)稳压模块，故电路相对简单：电路中LED8是电源指示灯，电容C20、EC6是虑波电容用于减缓电流脉动。

附图1所示的便携式计算机装置3，该装置3设有嵌入的各功能模块，此各功能模块是面向不同企业的不同回转窑。为了使各功能模块的适应性更加突出，其设计包括：整体结构和流程设计。下面结合实施例和附图作进一步叙述：

附图6所示的是本发明的便携式计算机装置功能模块的结构流程图，叙述的功能模块适应2～9档不同规格回转窑的运行流程。以5档支承的回转窑为例，由开始界面如附图7所示进入系统，在开始界面中有选择老窑或建立新窑的选项对话框：选择老窑，输入回转窑的支承档数、选择窑名，根据档数、窑名进入到相应的数据库，进行数据拷贝，并进行新的运行记录时间输入以便录入本次轴线检测的结果，随后进入便携式计算机装置各功能模块主界面如附图8所示。如果对某回转窑是第1次应用，便选择建立新窑，建立该窑的数据档案，输入运行记录时间后，进入到相应档数的功能模块主界面如附图8所示。

附图9是本发明的便携式计算机装置功能模块文件结构库图，叙述的是回转窑健康维护信息优化决策系统文件存储结构，包含系统程序库文件夹，计算程序库文件夹和总数据库文件夹。系统程序库文件夹下分别建有系统主程序子文件夹和2～9档程序子文件夹，主程序是按功能模块的结构流程附图6所示所编写，其源程序存储在系统主程序库文件夹里，2～9档程序文件夹分别存储2～9档主界面及其各功能模块的源程序；运行时，各档主界面分别由主程序调用。计算程序库文件夹用于存储计算程序，包括支承力计算程序、寿命预测程序、等载荷优化程序、等寿命优化程序、等强度优化程序、多目标优化程序，该程序库中的各计算程序供功能模块主界面如附图8所示的寿命预测、等载荷优化、等寿命优化、等强度优化、多目标优化五项菜单分别调用。总数据库文件夹分别建有2～9档数据库子文件夹和中间数据库子文件夹；各档数据库文件夹分别以2～9档数据库为文件名，如2档数据库、3档数据库、4档…9档数据库，各档数据库文件夹用于存储不同档数回转窑的数据文件，其数据文件结构相同；各档数据库文件夹下又建有子文件夹，子文件夹以1号窑，2号窑，3号窑，依次类推来命名，不同数号代表不同的回转窑；各号窑文件夹中数据文件结构相同，用于存储回转窑的基本参数、窑检测数据、窑计算结果，所有参数、数据、计算结果以文件的形式存储。程序运行时，先启动主程序，由用户选择老窑或者建立新窑，根据选择或建立的窑的档数和窑名将相应数据文件拷贝到中间数据库文件夹下，然后调用相应档数的程序，5档程序的功能模块主界面如附图8所示，主界面各菜单功能模块是以中间数据库中的数据为中介进行分析、管理。

附图10是附图8中的结构示意图。它是集轴线检测、数据分析和数据管理于一体，适合于2～9档不同规格回转窑的功能模块。按其功能要求设计成12个模块，分别为参数设置、载荷分配建模、支承调整计算、轴线测量、轴向运动调控、轴线查询、支承力查询、寿命预测、等载荷优化、等强度优化、等寿命优化和多目标优化。另外，为便于使用者操作，还设有操作指南模块。各功能模块采用Dephi与MATLAB语言进行程序设计，五档程序主界面如附图8所示，按功能设计成下拉菜单。在主界面便可进行12个功能模块的操作，具体操作如下：

(1)参数设置模块。该模块包括传感器参数、采样参数、回转窑基本参数和托轮及其托轮轴参数设置。传感器参数设置指量程、标定系数、探头直径等；采样参数指采样频率、采样长度和采样门槛值等；回转窑基本参数包括：筒体直径、筒体转速、筒体短节厚度、电涡流位移信号感应键厚度及宽度、中心高度、滚圈直径、疲劳极限、滚动摩擦系数九项参数设置；托轮及其轴参数设置包括：托轮轴直径，托轮轴重量，托轮直径，托轮重量，托轮长度，支承跨度，应力系数，尺寸系数，表面系数九项参数设置；其中电涡流位移传感器参数，采样参数和回转窑基本参数项中的筒体直径、筒体转速、筒体短节厚度、电涡流位移信号感应键厚度、电涡流位移信号感应键宽度、中心高度、滚圈直径是供轴线测量模块调用。回转窑基本参数项中的疲劳极限、滚动摩擦系数和托轮及其轴参数用于寿命预测。各参数的设置均由使用者在现场根据待测回转窑的实际结构和运行情况输入并保存到中间数据库的窑的基本参数、窑的检测数据文件中。操作时，点击主界面菜单参数设置，弹出参数设置界面，根据相应对话框选项输入各参数数值，点击确定按钮完成数据保存后返回到功能模块主界面。

(2)支承调整计算。操作时，点击主界面菜单支承调整计算，运行该模块弹出参数设置界面，由用户输入窑的结构参数，点击计算按钮便自动计算出移动式支架18套筒12在高度和宽度上的调整值，计算结果用于调整移动式支架18套筒12的位置，保证电涡流位移传感器11安装在两个15°零位移方向。

(3)轴线测量模块。本实施例的轴线测量模块流程图如附图11所不，其中轴线测量模块的数据采集、判断与计算程序编成相应的函数，其中主要的函数结构和流程设计如下：

①采样函数，表示为cyhs，函数为空函数，不返回函数值，采样结果储存在全局数组采样值(cyz)中。

②轴线计算函数，函数字母表示为Zxjshs，函数返回值为F1、F2，用于判断电涡流位移传感器11A，B采样的有效性。该函数流程图如附图12所示。调用该函数时，先显示各传感器、测量参数、采样参数的设置界面，参数设置完毕后便调用该函数，该函数中需调用采样值计算函数(Cyzjshs)。

③采样值计算函数，字母表示为Cyzjshs，该函数在采样完成后调用。函数返回值为传感器检测到的被测对象离传感器探头距离的平均值Cgqwyz[2]。该函数流程图如附图13所示，该函数需调用位置判断函数(Wzpdhs)来确定采样信号波形的起始值位置、中点判断函数(Zdwzpdhs)用于判断采样信号波形的中点位置以便进行波值计算、波值计算函数(Bzjshs)用来计算波值的大小。

④波位置判断函数，字母表示为Bwzpdhs，函数为空函数，不返回函数值，函数流程图如附图14所示。在计算传感器测量位移值时，调用该函数判断信号波的位置，调用时需传入采样信号(cyz)。判断的结果储存在传感器位移值数组(cgqwyz[0])中作为中点位置判断的起始点。

⑤波中点位置判断函数，表示为Bzdwzpdhs(cyz)。该函数为整型函数，流程图如附图15所示。在计算传感器测量的信号波大小时，调用该函数判断信号波的中点位置，该点位置是作为波值计算的中点，调用时需传入采样信号(cyz)。当没有判断到中点位置时，返回值为0；当判断到中点位置时，中点位置为函数返回值。

⑥波值计算函数，字母表示为Bzjshs(cyz)，函数为空函数，不返回函数值，函数流程图如附图16所示。在判断出传感器测量的信号波位置后，调用该函数计算各信号波值的大小，调用时需传入采样信号(cyz)，该函数计算3个波段，每个波段以中点位置为中心所采集到的21个点，然后返回到采样值计算函数(Cyzjshs)取平均值。两个电涡流位移传感器A，B11测量信号的计算结果储存在传感器位移值数组(cgqwyz[2])中。该函数中需要调用波中点位置判断函数(Bzxwzpdhs)。

操作时，点击主界面菜单轴线测量，弹出显示各传感器、测量参数、采样参数的参数设置界面，并从中间数据库文件夹中的检测参数文件中读取数据显示于界面，根据显示结果由用户选择和修改并保存，启动采样程序进行数据采集同时弹出等待界面，采集完毕后保存采样数据，基于采样数据cyz，调用轴线计算函数Zxjshs便可计算出传感器位移值cgqwyz[2]，将cgqwyz[2]分别赋给l_A，l_B，再根据式：

t＝1.932×(L_B-L_A+l_A-l_B)    (1)

$h=\frac{(y_B^2-y_A^2)+(z_B^2-z_A^2)}{2(y_B-y_A)}-\frac{z_B-z_A}{y_B-y_A}t---\left(2\right)$

z_A＝-(L_A-l_A)×sin15°      (3)

y_A＝-(L_A-l_A)×cos15°      (4)

z_B＝(L_B-l_B)×sin15°       (5)

y_B＝(l_B-L_B)×cos15°       (6)

式中t、h为要测量的回转窑中心的水平方向和垂直方向偏移量；L_A、L_B分别是电涡流位移传感器A，B11探头端面到回转窑轴线中心的距离，由程序调入；已知L_A、L_B，l_A，l_b通过式(1)、式(2)(源代码如附图17所示)便可得出所测回转窑档位轴线偏差t、h并保存到中间数据库文件夹下的轴线记录文件中，供其它模块调用。

其中轴线测量模块与参数设置模块、支承调整计算模块与电涡流位移传感器A，B11支承装置1、集成式信号采集装置2相匹配实现对回转窑运行轴线检测；其检测结果由主界面中的两个图形分别实时显示，显示内容包括回转窑各档支承位置和对应于各档位置的轴线水平方向偏差和垂直方向偏差；主界面两图中横坐标表示回转窑各档支承位置，纵坐标分别表示各档位置的水平方向偏差和垂直方向偏差。

(4)轴线查询模块。操作时，点击主界面菜单轴线查询，系统弹出参数选择界面，由用户选择运行时间段序号，根据时间段序号，该模块自动读取中间数据库文件夹下的轴线记录文件中保存的轴线数据显示于界面上，这样用户可方便对回转窑以往检测到的轴线记录进行查询，以便掌握回转窑运行状态。

(5)载荷分配建模模块。由于不同的回转窑，其载荷分配线性公式不同。根据本项目研究人员在对变刚度梁变形问题研究的基础上，建立起一种复杂载荷下变刚度静不定梁求解的通用模型和通用矩阵求出回转窑托轮支承力计算的线性公式。操作时，点击主界面菜单载荷分配建模，弹出参数选择界面，由用户根据界面提示选择参数，程序自动读取中间数据库文件夹下所保存的窑基本参数并显示于界面，参数选择完毕后，点击计算按钮，弹出计算等待界面，计算完毕后，弹出结果显示界面，显示内容为支承力计算线性公式，并将计算结果保存到中间数据库文件夹下的窑计算结果文件中。

(6)支承力查询模块。该模块可根据前面介绍的载荷分配建模模块得出的支承力计算的线性公式由窑的轴线状态计算出各个托轮的受力情况，作为判断回转窑机械运行状态的依据。操作时，点击主界面菜单支承力查询，弹出参数选择界面，由用户选择某一轴线状态后，程序根据线性公式计算出该轴线状态下各个托轮的受力情况，并将结果直观的由图形显示出来。

(7)寿命预测模块。根据研究得出托轮的疲劳应力、疲劳损伤、剩余疲劳寿命与轴线偏差的函数关系，由每次检测得到回转窑运行时各档托轮轴线水平偏差和垂直偏差，便可计算出本次轴线记录时各档托轮剩余寿命。从而根据预测结果合理安排窑的维护与检修，减少事故隐患和不可预见停窑危险，有效提高回转窑的运转率。操作时，点击主界面菜单寿命预测，弹出参数设置界面，输入各档托轮轴线记录序号，程序根据轴线记录序号读取中间数据库文件夹下的窑的基本参数显示于界面，运行计算程序后得出结果，并将结果显示于界面。

(8)轴向运动调控模块。在摩擦系数的可调控范围内，为满足回转窑窑体轴向上下运动的速度要求，要合理调整托轮歪斜量。操作时，点击主界面菜单轴向运动调控，弹出参数设置，参数设置完毕，点击计算按钮，计算结束后显示结果，显示结果为回转窑各托轮表面摩擦系数值，从而实现对回转窑上行下滑的运动调控。

(9)调窑优化。是从轴线调整出发，以轴线偏差调整量为优化变量，各托轮支承力的最大值最小，各主体部件(托轮轴、托轮和滚圈)疲劳强度的最小值最大，各主体部件剩余疲劳寿命的最小值最大为目标函数，建立优化模型。系统分别设计了等载荷、等强度、等寿命为单目标优化模块，以等载荷、托轮轴等强度和等寿命为综合优化目标的多目标调窑优化模块。通过各优化模块计算并给出最佳的调窑的参数，指导窑体调整，提高回转窑的使用寿命及运转率。操作时，点击主界面各优化菜单，弹出参数设置界面，参数设置完毕后，点击计算按钮，调用计算程序库文件夹下相对应的优化程序进行计算，同时弹出等待界面，运算结束后，其结果显示于界面。

此外，系统设有操作指南选项，其内容包括操作、使用说明和所需注意事项；系统退出时，程序自动将中间数据库的所有数据文件拷贝到相应档数和号数的文件夹中保存起来。

以上仅仅是本发明的较佳实施例，根据本发明的上述构思，本领域的熟练人员还可对此作出各种修改和变换。例如，上述安装在套筒上的电涡流位移传感器安装角度和量程范围的选择，电涡流位移信号感应键的参数设置以及开发各功能模块所用程序语言和各功能模块所用的匹配方式等等。然而，类似的这种变换和修改均属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种用于回转窑健康维护的便携式检测与信息优化决策系统，其特征在于该系统包括相互电连接的传感器支承装置(1)、集成式信号采集装置(2)和便携式计算机装置(3)；所述传感器支承装置(1)由固定在回转窑各档的定位支承座(15)和通过磁力吸座(14)直接固定在所述各档的定位支承座(15)的移动式支架(18)组成，所述移动式支架(18)包括安装电涡流位移传感器(11)的套筒(12)、磁力吸座(14)和用于连接套筒(12)与磁力吸座(14)的连杆(13)以及对应电涡流位移传感器(11)设置且固定在回转窑筒体(17)表面上的电涡流位移信号感应键(16)，安装在所述套筒(12)上的电涡流位移传感器(11)，是设置在筒体(17)下部两边零应变的径向方向上且与铅垂方向成15°±1’夹角并在垂直和水平方向可以调整；所述集成式信号采集装置(2)包括与传感器A、B匹配的前置器A、B，显示电涡流位移传感器(11)电压信号的数显表头以及供给所述电涡流位移传感器(11)的电源和用于信号采集的USB数据采集卡，电涡流位移传感器(11)的电源包括可充锂离子电池充电电路、直流-直流稳压电路，所述锂离子充电电路中设MAX1757的CSSN引脚之间的外接电阻R8为检测输入电流，ISETIN引脚设置检测门限，电池最大充电电流由ISETOUT引脚的电压值确定，该电压由连接在REF和GND之间的分压电阻调节，电路中设定时器和温度检测器，由TIMER1外接电容C17控制预充、满充和顶端截止充电过程的时间，在TIMER2上外接电容C18控制快充时间；充电电路中设两个1N5817肖特基二极管D13、D14实现充电的同时向电涡流位移传感器(11)供电，所述直流-直流稳压电路采用直流-直流稳压模块，电路中设电源指示灯LED8，设虑波电容C20、EC6；所述便携式计算机装置(3)包括连接于系统的笔记本电脑及其设置于笔记本电脑的可进行检测、分析和管理的功能模块，此检测、分析和管理的功能模块集轴线检测、数据分析和数据管理于一体，所述功能模块是参数设置模块、载荷分配建模模块、支承调整计算模块、轴线测量模块、轴向运动调控模块、轴线查询模块、支承力查询模块、寿命预测模块、等载荷优化模块、等强度优化模块、等寿命优化模块和多目标优化模块。

2.根据权利要求1所述的用于回转窑健康维护的便携式检测与信息优化决策系统，其特征在于所述检测、分析和管理的功能模块适应于2～9档不同规格的回转窑，并能建立各自独立的数据库以应用于不同的回转窑。

3.根据权利要求1所述的用于回转窑健康维护的便携式检测与信息优化决策系统，其特征在于所述参数设置模块、支承调整计算模块、轴线测量模块与所述移动式支架(18)、集成式信号采集装置(2)相匹配实现对回转窑运行轴线的检测。

4.根据权利要求1所述的用于回转窑健康维护的便携式检测与信息优化决策系统，其特征在于所述轴线测量模块包括数据采集、判断与计算程序编成相应的函数，其中，采样值计算函数在采样完成后调用，函数返回值为电涡流位移传感器(11)检测到的被测对象离电涡流位移传感器(11)探头距离的平均值，该函数需调用位置判断函数来确定采样信号波形的起始值位置、中点判断函数用于判断采样信号波形的中点位置及进行波值计算、波值计算函数用来计算波值的大小；波位置判断函数，在计算电涡流位移传感器(11)测量位移值时调用，调用时需传入采样信号，判断的结果储存在电涡流位移传感器(11)位移值数组中作为中点位置判断的起始点；波中点位置判断函数在计算电涡流位移传感器(11)测量的信号波大小时调用，同时传入采样信号；波值计算函数在判断出电涡流位移传感器(11)测量的信号波位置后调用，调用时需传入采样信号，该函数计算3个波段，每个波段以中点位置为中心所采集到的21个点，然后返回到采样值计算函数取平均值，电涡流位移传感器(11)测量信号的计算结果储存在电涡流位移传感器(11)位移值数组中，并需要调用波中点位置判断函数。

5.根据权利要求1所述的用于回转窑健康维护的便携式检测与信息优化决策系统，其特征在于由所述轴线查询模块显示每次检测到的轴线状态，并根据回转窑轴线偏差经载荷分配建模模块自动建立起各回转窑的托轮支承力与轴线偏差的计算公式从而计算出各档托轮支承力，由所述支承力查询模块实时显示各档托轮支承力，再由寿命预测模块计算各托轮剩余使用寿命；所述轴向运动调控模块给出窑体轴向运行时，各托轮表面摩擦系数值；所述各优化模块在轴线偏差调整范围内实现回转窑轴线调整的优化决策。

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