CN1020303C - 一种回转窑轴线的测量方法和测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种运转中回转窑轴线的测量方法和测量系统，通过砧标建立垂直基准面、空间坐标系，确定各测量点的坐标及到筒体的距离，使用三个位移传感器获取筒体位移的测量数据，送入微型计算机中进行处理，采用公式计算回转窑轴线的坐标参数，测量系统包括水准仪、经纬仪、测量尺、钢卷尺、砧标、变送器仪器、位移传感器和位置传感器、微型计算机及其配接的模数接口，本发明的优点是，测量数据准确，方法简单易行。便于掌握运用。

Description

本发明涉及一种测量方法和测量系统，特别是一种回转窑轴线的测量方法和测量系统，主要用于测量旋转中的大直径和超长度的回转窑轴线，以期获得精确的测量结果。具体测量对象是：水泥工业的回转窑，冶金工业的炼铝回转窑，化学工业的回转窑等。该方法同样适用于各种类似回转窑的超长和大直径的旋转管形体轴线的测量。

现在对大直径和超长度的回转窑轴线的测量方式比较复杂，传递误差比较大。如波兰发明专利No：106298《回转窑轴线及托轮调整方法及测量仪器》介绍了一种水泥回转窑轴线的测量方法，如图1、图2所示，在回转窑头尾端两侧设立两对砧标，由它们决定两条与筒体轴线平行的基准线，两线距离为D，建立一个空间直角坐标系。在被测轮带下侧放置带水准仪、读数尺和刻度盘的测窑仪，使用测窑仪上的水准仪观察并测定轮带水平位移变化量Pi，用读数尺及刻度盘测出参数li和Ti。另外在轮带的支承台下方另一平面上的Si点上放置精密垂直仪，将点Si垂直传递到测窑仪的读数尺上，然后用一台经纬仪测定Si点相对基准线端点即两砧标的角度，并测出Si点到两砧标的距离Ai和bi，按公式Ei＝Ai×bi/（Ai+bi）sin来计算Si点到基准线的距离Ei，即可以计算基准线到轮带外径的距离di：

di＝Pi+li±Ti±Ei

把测窑仪移到轮带另一侧，在Si′点上用垂直仪及经纬仪测出Ei′，按上述的方法测出另一基准线到轮带外径的距离di′：

di′＝Pi′+li′±Ti′±Ei

轮带直径为：

2Ri＝D-di+di′

基准线到筒体轴线的横坐标为：

Yi＝1/2（D+di-di′）

把测窑仪架在轮带下方，用其水准仪观察测出轮带垂直位移变化量Piz，在轮带下的基准平面旁竖立一根测量针，用测窑仪的水准仪测出基准平面到测量针的高度hi，用精密水准仪测出基准平面到一个空间坐标系原点的高度Hi，按下式计算出筒体轴线到坐标系原点的纵坐标Zi，

Zi＝Hi+hi+Piz+Ricos

（式中Piz为固定测量针到轮带的垂直距离，为筒体的倾斜角。）

测完该轮带后移动测窑仪、垂直仪、经纬仪到另一轮带旁，按上述方法即可测出每个轮带筒体的坐标参数。该方法和使用的测量仪器只能分时单向测定轮带在一个方向上的变动量，而且采用目视观察读数，故测算精度受轮带偏摆和椭园度影响较大，并存在较大的人为观察误差。在测定di或di′时都要使用垂直仪、经纬仪来与测窑仪配合进行测量，需要数名专业技术人员操作，测量过程复杂，间接测量参数多，测量误差来源也多，测量时间长、测窑仪机构复杂，制造成本高，不便于普及应用。此外西德杂志《Zement-Kalk-Gips》（1989年）第447页发表题为《回转窑和冷却机的机械检查和维护》的文章介绍了丹麦F.L.S公司提出的一种测量回转窑轴线的方法，用一台激光经纬仪和一台电子经纬仪在轮带一侧进行配合观测，通过测定轮带上六个点的空间坐标角度参数来计算筒体轴线的坐标位置，在测量中需用一台轮带测径仪测出轮带直径，需用精密水准仪测定各轮带之间的垂直高度和经纬仪之间的高度差。该方操作过程复杂，使用的精密测量仪器很多，而存在较大的人为观察测量误差，使用该方法进行测量，平均误差在水平方向为±1.5mm，垂直方向为±2.5mm。因此，限制了该方法的普及应用。

本发明的目的是，针对上述测量方法和使用的测量仪器的不足，提出一种回转窑轴线的测量方法和测量系统，以简化测量的操作过程，减小人为的观察误差，提高测量精度，实现测量参数的自动化数据处理，使用本发明能获得精确的测量结果，通过精确测量来校准在运转中回转窑轴线，而使回转窑的内衬和结构部件的寿命延长，进一步提高回转窑的生产运转率。

本发明的技术解决方案是，在回转窑筒体系管形体的头尾端两侧安置两对砧标，建立空间坐标系，确定测量点的坐标位置，使用测量尺分别与经纬仪、水准仪配合测量各测量点到回转窑筒体的水平距离和垂直距离，用水准仪测定坐标系原点到回转窑各轮带下方基准平面的高度，用钢卷尺测出坐标系原点到各轮带下方测量点的水平距离，运用公式计算回转窑筒体的轴线的坐标参数，其特征在于，由在回转窑筒体的头尾端两侧安置的两对砧标来确定两个平行于回转窑筒体轴线的基准垂面，空间坐标系的坐标原点在基准垂面上，空间坐标系为直角坐标系，在两基准垂面上确定安置经纬仪的两个固定点，在回转窑筒体周围安装与微型计算机配接的三个位移传感器和一个位置传感器，并使用测量尺分别与经纬仪和水准仪确定坐标系原点到其之间的水平距离和垂直距离，通过这三个位移传感器分别在回转窑每个轮带水平直径线和垂直直径线上获取测量数据，由固定在筒体旁某一位置的位置传感器控制测量周期，将获取的测量数据送入微型计算机，由微型计算机根据预置程序进行采集和处理、计算，计算筒体轴线坐标参数的公式如下：

两垂面Q和Q′到轮带外径的变化距离

dij＝Pyij+li

dij′＝Pyij′+li′

式中i为轮带序号，j为筒体旋转位置角度，j＝1、2、……360，Pyij、Pyij′为水平方向的两个位移传感器测量零点到轮带外径的水平变化距离，

垂面Q到筒体轴线和横坐标

Yij＝1/2（D+dij-dij′）

轮带半径为

Rij＝1/2（D-dij-dij′）

其平均半径为

$\mathrm{Rim\; =\; 1/2\; ［\; D-\; 1/\; n}\underset{\mathrm{j\; =\; n}}{\overset{\mathrm{j\; =\; 1}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{(dij\; +\; dij\; ＇\; )\; ］}$

坐标系原点到筒体轴线的纵坐标为

Zij＝Hi+hi+Pzij+（Rim-1/2    im）cos

式中Pzij为垂直方向位移传感器测量零点到轮带外径的垂直变化距离，是已知的筒体倾斜角，im是已知的轮带与筒体的平均间隙。按上述步骤逐一测出每个轮带处的筒体轴线的坐标X1Y1jZ1j，X2Y2jZ2j，……XiYijZij。根据这些测量数据微型计算机按预置程序计算出筒体实际轴线相对于准直轴线的偏差，确定支撑轮带的托轮的调整方向和精确调整数值。

经纬仪对每对砧标只作一次性垂丝瞄准来确定基准垂面，位置传感器和经纬仪的固定点设在筒体冷端。

采用的测量系统包括水准仪、经纬仪、测量尺、钢卷尺、砧标、变送器仪器、位置传感器、电源、微型计算机和与其配接的模数接口，位移传感器有3个，两个安装在轮带水平直径方向，一个安装在轮带垂直直径方向，它们分别通过电缆线与变送器仪器联接，变送器仪器通过模数接口与微型计算机连接，位置传感器固定在筒体旁的某一位置上，通过导线直接与微型计算机连接，电源分别给变送器仪器和微型计算机供电。位移 传感器系电类传感器，它由外壳、位移传感头、固定座和刻度尺组成，固定座将位移传感头固定在外壳内，刻度尺与传感器测量线平行安装，传感器测量零点位于测量尺内，其中水平方向安装的位移传感器还带有园水准器和传感器测量零点的垂直传递装置。位置传感器由位置传感头、位置触发器和固定支架组成，位置传感头是个行程开关，位置触发器是一个带磁性的金属体，测量尺由垂直舵、砧牌、滑动座、尺身、刻度尺、长水准器、脚螺旋座、三角架组成，砧牌和垂直舵固定在滑动座上，垂直舵是一块凹型金属板，它的校准面与砧牌的垂线重合，并与尺身垂直，它的前后观察面分别涂有二种鲜明的颜色，滑动座装在尺身的导轨槽上，长水准器与尺身平行安装，装有刻度尺的尺身固定在脚螺旋座上，脚螺旋座用螺栓与三角架联接。本测量系统的工作原理是，当吸附在筒体上的位置触发器随筒体旋转碰到行程开关时，微型计算机通过导线收到位置传感头发出的电信号，此时微型计算机通过模数接口开始采集由三个位移传感器获取的轮带位移变动量数据Pyij，Pyij′，Pzij，当位置触发器随筒体旋转一周再磁到行程开关时，位置传感头再次发出电信号，微型计算机即结束采集数据，筒体旋转的角度位置量j由微型计算机等分筒体周转时间计算出来，微型计算机是控制中心，它接预置程序控制整个测量系统的数据采集，处理和计算过程，从开始采集该轮带数据到完成数据处理计算仅需要几分钟。

本发明的优点在于，采用三个位移传感器在回转窑轮带的水平和垂直方向的直径线上对轮带同时进行对径测量，这样消除和大大减小了因轮带椭园度、偏摆和振动以及筒体周围温度变化等诸因素引起的测量误差，同时由于采用了位置传感器控制测量周期使得分别测出的各轮带的测量数据均能准确地对应于同一旋转角度上，确保了计算结果的准确度，采用电类位移传感器和微机数据处理，提高了测量精度（达到±0.07毫米），消除了人为的测量和计算误差，由于实现了数据采集和处理的自动化，使得整个测量系统 工作效率高，测量过程简单易行，不需要专业人员操作，减轻了工作人员的劳动，本发明的测量方法与现有的测量方法相比，便于掌握和运用，方便可靠，所采用的测量系统在不考虑基准垂面和基准平面高差本身的测量误差时，测量系统的测量精度为±0.5mm（±0.02%），即使考虑整个测量过程的综合性测量误差时，测量精度仍小于±1毫米（±0.04%），而且该测量系统制造成本低，便于普及应用。

图1，波兰发明专利公开的测量方法图之一

图2，波法发明专利公开的测量方法图之二

图3，本发明方法在回转窑筒体的水平面测量示意图

图4，本发明方法在支撑回转窑筒体的轮带横截面测量示意图

图5，本发明方法在回转窑筒体的垂直面的测量示意图

图6，传感器在回转窑筒体截面的测量示意图

图7，本发明使用的测量系统的方框图

图8，本发明测量系统中装在水平方向的位移传感器的结构示意图

图9，本发明测量系统中装在水平方向的位移传感器的结构示意图的俯示图

图10，本发明使用的测量尺的结构示意图

图11，本发明使用的测量尺的结构示意图的俯示图

图12，本发明使用的测量尺的俯示图的A-A向剖示图。

下面根据附图，详细描述本发明的测量方法和使用的测量系统的实施例：

如图1、图2，现有技术部分已作介绍，此处从略。

如图3、图4、图5、图6所示，本发明的方法是，首先在回转窑筒体两侧A、B和E、F四点固定安装两对砧标，通过它们确定两个相互平行且平行于回转窑筒体轴线的基准垂面Q（A、B、C三点所确定的平面）和Q′（E′、F、G三点所确定的平面），测定两垂面的距离D， 选择位于筒体低端的B点为坐标原点，建立空间直角坐标系，BC为Z轴，垂直向上，BA为X轴，水平指向筒体高端，BF为Y轴垂直指向基准平面Q′，在准平面Q和Q′上分别确定安装经纬仪的两个固定点S和S′（图中末标出，S与S′两点均满足：能无阻碍观看到在测量中架到各个轮带旁的测量尺与基准垂面Q或Q′的交线），接着使用水准仪测出每一轮带的基准平面到B点的高度Hi（测量精度±0.7毫米）。在筒体8冷却端安置装有位置传感头11的固定支架9，位置传感头11是一个行程开关，在筒体8上装有使行程开关动作的位置触发器10，通过带插头的导线使位置传感头11与微型计算机连接。位置触发器10、位置传感头11和固定支架9构成位置传感器，按图3、图4所示，将位移传感器1和2通过高支架6安装在轮带7两侧的水平直径线上，将测量尺5架在基准垂面Q与轮带7之间，与架在基准面Q上S点的经纬仪配合测出基准垂面Q到位移传感器1的距离li（精度（±0.5毫米），然后将测量尺5移到基准垂面Q′与轮带7另一侧之间，与架在基准垂面Q′与S′点的经纬仪配合测出基准垂面Q′到位移传感器2的距离li′，将位移传感器3用低支架40装在轮带7下方垂直直径线上，位移传感器3的测量线垂直于水平面。按图3所示，使用水准仪测出位移传感器3的测量零点到基准平面的高度hi（精度±0.2毫米），用钢卷尺测出B点到位移传感器3的距离Xi（精度±0.5毫米）。按图5所示，使三个位移传感器通过各自带插头的电缆线与变送器仪器联接，再通过一根带插头的电缆线使变送器仪器与带模数接口的微型计算机联接，然后给变送器仪器和微型计算机接通电源，使其工作，当旋转的筒体8带着位置触发器10启动位置传感头11时，微型计算机通过安装在轮带7周围的位移传感器1、2、3对该轮带处的筒体轴线的测量数据进行采集、处理，并按预定的程序根据相关公式进行筒体轴线参数的计算，经过数分钟即完了该轮带处的测量数据的处理，即获得了该轮带处筒体8的轴线的坐标。然后移动三个位移传感器，高支架6，低支架40，测量尺5及变送器仪器到另一轮带7旁，按上述步骤操作，就能逐一测定每一轮带处筒体8实际轴线的 坐标X1Y1jZ1j、X2Y2jZ2j……XiYijZij。

本发明使用的测量系统包括经纬仪、水准仪、测量尺、钢卷尺、两对砧标、位移传感器1、2、3，变送器仪器、位置传感器、电源、微型计算机和模数接口。参见图7，如前所述，位移传感器1、2、3通过各自带插头的电缆线与变送器仪器联接，变送器仪器通过带插头的电缆线与装有模数接口的微型计算机联接，位置传感器通过带插头的导线与微型计算机联接，位移传感器1、2、3均采用了同种类型的接触式差动变压器的位移传感头21，其量程为±15毫米，位移传感器1和2结构一样，如图8、图9所示即由固定座22、23将位移传感头21固定在外壳20内，位移传感头21上装有圆水准器25和刀口器26，刀口器26上的刀口与位移传感头21上的测量线垂直，定位器27装在外壳20内，被重锤29拉直的钢丝28通过定位器27与刀口器26上的刀口对准，刻度尺24装在外壳20外侧与位移传感头21的测量线平行。位移传感器1和2由高支架6支承固定在其顶部，高支架6系钢管制作，通过铁丝与地上的三个固定点相连，并拉紧固定安装以保证其稳定性。位移传感器3通过两固定座将位移传感头21固定在外壳内，外壳装在可以升降的低支架40上，该低支架底座是一个磁铁座，可以稳定吸附在轮带7下的铁质平台上。

如图10、图11和图12所示，测量尺5的基本结构为，砧牌34、垂直舵30固定在滑动座35上，垂直舵30的校准面31与砧牌34上的垂线重合并与尺身36垂直，垂直舵30的前观察面32、后观察面33分别涂上红色漆和绿色漆，滑动座35与尺身36的导轨槽11滑动配合，长水准器38与尺身36平行安装在脚螺旋座39上，尺身36侧面是刻度尺37，脚螺旋座39由三角架支承。

Claims (10)

1、一种回转窑轴线的测量方法，在回转窑筒体的头尾端两侧安置两对砧标，建立空间坐标系，确定测量点的坐标位置，使用测量尺分别与经纬仪、水准仪配合测量各测量点到回转窑筒体的水平距离和垂直距离。用水准仪测定坐标系原点到回转窑每个轮带下方基准平面的高度Hi，运用公式计算回转窑筒体的轴线坐标参数，其特征在于，由在回转窑筒体的头尾端两侧安置的两对砧标确定两个平行于回转窑筒体轴线的基准垂面Q和Q′，空间坐标系为直角坐标系，在两基准垂面Q和Q′上确定安置经纬仪的两个固定点S和S′，在回转窑筒体周围安装与微型计算机配接的三个位移传感器和一个位置传感器，使用测量尺与经纬仪确定坐标系原点到位移传感器之间的水平距离Li、Li′，使用水准仪确定各基准平面到传感器的垂直距离hi，同时用三个位移传感器在回转窑一处为轮带的水平和垂直方向的直径线上对轮带进行对径测量，通过这三个位移传感器分别在回转窑每个轮带的水平直径线和垂直直径线上获取测量数据，由固定在筒体旁某一位置的位置传感器控制测量周期，将获取的测量数据送入微型计算机，由微型计算机根据预置程序采集和处理、计算，筒体轴线坐标参数的公式如下：

两垂面Q和Q′到轮带外径的变化距离

dij=Pyij+li

d′ij=Pyij′+li′

式中i为轮带序号，j为筒体旋转位置角度，j=1、2、……360，Pyij、Pyij′为水平方向的两个位移传感器测量零点到轮带外径的水平变化距离，

垂面Q到筒体轴线的横坐标

Yij=1/2(D+dij-dij′)

式中D为两垂面Q和Q′的间距

轮带半径为

Rij=1/2(D-dij-dij′)

其平均半径为

$\mathrm{Rim\; =\; 1/2\; ［\; D-\; 1/\; n}\underset{\mathrm{j\; =\; n}}{\overset{\mathrm{j\; =\; 1}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{(dij\; +\; dij\; ＇\; )\; ］}$

坐标系原点到筒体轴线的纵坐标为

Zij=Hi+hi+Pzij+(Rim-1/2φim)cosα

式中Pzij为垂直方向位移传感器测量零点到轮带外径的垂直变化距离，α是已知的筒体倾斜角，φim是已知的轮带与筒体的平均间隙。按上述步骤逐一测出每个轮带处的筒体轴线的坐标X₁Y₁jZ₁j，X₂Y₂jZ₂j，……XiYijZij，

根据这些公式和获取的测量数据计算出筒体实际轴线相对于准直轴线的偏差，确定支撑轮带的托轮的调整方向和调整数值。

2、根据权利要求1所述的一种回转窑轴线的测量方法，其特征在于经纬仪对每对砧标只作一次性垂丝瞄准，来确定其准垂面Q和Q′。

3、根据权利要求1所述的一种回转窑轴线的测量方法，其特征在于，位置传感器和经纬仪的固定点选择在筒体冷端。

4、一种专门采用根据权利要求1所述的一种回转窑轴线的测量方法进行测量的测量系统，包括水准仪、经纬仪、测量尺、钢卷尺、砧标和传感器等电子仪器及微机，其特征在于，采用了3个位移传感器和一个位置传感器，两个位移传感器1和2安装在轮带7的水平直径方向，另一个位移传感器3安装在轮带7垂直直径方向，它们分别通过电缆线与变送器仪器联接，变送器仪器通过模数接口与微型计算机连接，位置传感器固定在筒体8旁的某一位置上通过导线直接与微型计算机连接，电源分别给变送器仪器和微型计算机供电。

5、根据权利要求4所述的一种专门采用根据权利要求1所述的一种回转窑轴线的测量方法进行测量的测量系统，其特征在于，位移传感器1、2、3系电类传感器。

6、根据权利要求5所述的一种专门采用根据权利要求1所述的一种回转窑轴线的测量方法进行测量的测量系统，其特征在于，两个位移传感器1和2结构相同，由固定座22、23将位移传感头21固定在外壳20内，位移传感头21上装有圆水准器25和刀口器26、刀口器26上的刀口与位移传感头21的测量线垂直，定位器27装在外壳20内，被重锤29拉直的钢丝28通过定位器27与刀口器26上的刀口对准，刻度尺24装在外壳20外侧与位移传感头21的测量线平行。

7、根据权利要求6所述的一种专门采用根据权利要求1所述的一种回转窑轴线的测量方法进行测量的测量系统，其特征在于，两个位移传感器1和2分别由高支架6支承固定在其顶部。

8、根据权利要求4所述的一种专门采用根据权利要求1所述的一种回转窑轴线的测量方法进行测量的测量系统，其特征在于，位移传感器3通过两固定座将位移传感头21固定在外壳内，外壳装在可以升降的低支架40上，低支架40的底座是一个磁铁座。

9、根据权利要求4所述的一种专门采用根据权利要求1所述的一种回转窑轴线的测量方法进行测量的测量系统，其特征在于，测量尺5的基本结构为砧牌34，垂直舵30固定在滑动座35上，滑动座35与尺身36的导轨槽滑动配合，垂直舵30的校准面31与砧牌34上的垂线重合并与尺身36垂直，垂直舵30的前观察面32、后观察面33分别涂上红色漆和绿色漆，长水准器38与尺身36平行安装在脚螺旋座39上，尺身36侧面是刻度尺37，脚螺旋座39由三角架支承。

10、根据权利要求4所述的一种专门采用根据权利要求1所述的一种回转窑轴线的测量方法进行测量的测量系统，其特征在于，位置传感器由位置传感头11，位置触发器10和固定架9构成，位置传感头11系一行程开关，位置触发器10装在筒体8上，位置传感头11由固定支架9固定装在筒体8旁的某一位置上，通过带插头的导线与微型计算机连接。

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