CN102359773B - 一种回转窑筒体运行轴线的测量装置和测量方法 - Google Patents

Abstract

一种回转窑筒体运行轴线的测量装置和测量方法，该装置包括安装支架、滑杆、指针、滑块、连接杆、外固定筒、内伸缩筒、刻度尺、连接轴、转动分度盘、固定分度盘和水准仪。该测量方法使用该测量装置依次布置在回转窑所有轮带两侧的截面上，调节该装置上滑块相对滑杆的位置、内伸缩筒相对外固定筒的位置、转动分度盘相对固定分度盘的角度，测量内伸缩筒前端传感器的空间位置参数和回转窑运行一周过程中，各时刻传感器的测量数据。利用这些参数和测量数据，计算和绘出回转窑运行一周过程中各时刻的筒体瞬时运行轴线，和回转窑运行一周的筒体平均运行轴线。本发明的测量方法能更全面地衡量回转窑运行过程中，各档支承偏离理论支承的情况。

Description

一种回转窑筒体运行轴线的测量装置和测量方法

技术领域

本发明涉及一种测量装置和测量方法，特别地涉及一种回转窑筒体运行轴线的测量装置和测量方法。

背景技术

回转窑是对散状或浆状物料进行加热处理的一种回转圆筒形煅烧设备，是建材、化工、冶金等行业的核心设备。回转窑轴线运行状态的正常与否直接影响到整条生产线的运行效率及产品质量，因而对其运行状态进行检测显得尤为重要。

从20世纪80年代起，人们开始对回转窑的轴线检测技术进行研究。目前，成熟的回转窑动态测量系统和方法包括：国外，(1)波兰首创的轮带位置测量系统；(2)丹麦FLS公司研制的激光轮带法；(3)加拿大Hartco公司研究的筒体位置测量系统；(4)德国polysius公司提出的Polscan托轮位置测量系统；(5)美国Phillips公司发明的筒体轴线直接测量法；(6)我国中南大学研究提出的一种窑轴线的零位移方向键相测量法；(7)武汉工业大学研制了KAS-01回转窑轴线测量系统，之后又改进为KAS-3型动态窑轴线监测系统；(8)山东铝业公司研制的一种改变传感器仰角的测量装置；(9)中国矿业大学研制的YZC-1型回转窑运行轴线动态测量系统。

在上述9个比较成熟的测量系统(方法)中，除了(3)、(5)和(6)系统外，其它各测量系统最终得到回转窑轴线的方法都是通过测量轮带中心位置间接得到筒体的中心。在间接测量方法中，都需要测量轮带的直径、轮带与筒体的间隙，如(1)、(2)、(7)和(9)的测试系统。有时还需要测量托轮的直径，如(4)和(8)的测量系统。

间接测量方法首先假设轮带为一标准圆，同时测量轮和轮带没有相对滑动，而都采用测周长的方法来求得轮带的直径，因此会有较大误差。(6)的零位移方向键相测量法使得传感器布置方便，但用到一个假设，即筒体截面在回转的过程中，其回转中心是不变的，实际上这个假设是不合理的。

在有的文献中，提到筒体运行轴线的三点测量法，即根据三点确定一个圆的理论，在筒体圆周方向布置三个传感器，分别测得筒体相对传感器的位置，再根据传感器的空间坐标经过计算得到筒体回转轴线。然而，其布置传感器的三点或没有考虑筒体的变形或使用位移修正法，不考虑筒体变形显然会引起较大误差，而回转窑这种静不定系统，即使能够建立这种静不定系统的模型，然而准确地分析出回转窑运转中的位移是非常困难的。

一般地，间接测量误差较大，一般水平方向±1.5mm，垂直方向±2.5mm；在直接测量法中，(3)的测试方法误差最小，(5)的测量误差最大，(6)的测量误差在±1.0mm之内。同时，直接测量系统采用高科技仪器，系统价格昂贵，操作复杂，不利于一般企业的购买和使用。

由上述分析可知，现有各种检测回转窑筒体轴线的系统或方法存在各自的缺点和不足，因此，综合考虑窑筒体变形和回转中心的不稳定性，研究回转窑筒体运行轴线检测新方法和测量装置，减小测量误差，对实时、准确地掌握回转窑筒体运行轴线健康状态，合理地对回转窑进行维护和检修具有实际意义。

发明内容

本发明的目的就是针对现有测量方法的不足，提供一种回转窑筒体运行轴线的测量装置和测量方法，利用该测量装置和测量方法能实现对回转窑筒体运行轴线的快速检测。

为了实现上述目的，本发明所涉及的回转窑筒体运行轴线的测量方法所使用的测量装置包括：安装支架、滑杆、指针、滑块、连接杆、外固定筒、内伸缩筒、内筒刻度尺、外筒刻度尺、滑杆刻度尺、连接轴、转动分度盘、固定分度盘、水准仪、螺栓、连接轴螺母、筒螺母和螺钉；所述的安装支架为三角架，其高度可调；所述的滑杆安装在安装支架上；滑杆上表面为一平面，滑杆上固有滑杆刻度尺和水准仪；所述的滑块和滑杆滑动连接，滑块可沿滑杆上的导轨滑动；外固定筒的筒壁一侧有贯通的槽，内伸缩筒的筒壁一侧有通孔，内伸缩筒套在外固定筒内可沿外固定筒的内壁滑动，并通过螺栓和筒螺母固联定位；外固定筒上固有外筒刻度尺，内伸缩筒上固有内筒刻度尺；所述的固定分度盘和转动分度盘都有中心孔，所述的滑块、外固定筒下端、指针上部都有通孔；所述指针和滑块上的通孔、固定分度盘上的中心孔和连接轴及连接轴螺母固联，外固定筒下端的通孔、转动分度盘上的中心孔都和连接轴转动连接；固定分度盘和转动分度盘上某相同直径上周向均布开有直径相同的小孔，连接杆连接它们直径相同的两孔使不能相对转动；所述的滑块上有螺钉，拧紧螺钉固定滑块相对于滑杆的位置。

所述的滑杆刻度尺的读数方向平行于滑杆的上表面；所述的内伸缩筒和外固定筒同轴线；所述的内筒刻度尺和外筒刻度尺的读数方向平行于内伸缩筒和外固定筒的同轴线；所述的指针上孔的中心与指针尖端的连线和滑杆刻度尺上的刻度线平行。

使用该测量装置对回转窑筒体运行轴线进行测量的方法，包括以下步骤：

1)在回转窑一侧用固定的激光准直仪射出一束与窑筒体理论轴线平行的激光基准线，将该激光基准线所在的垂直平面设为P1；

2)选择回转窑筒体低端下部与P1的交点为O点；在P1垂直面内，过O点且与水平面平行的直线为Z轴，O点至回转窑高端方向为+Z轴；过O点垂直于Z轴且平行于水平面的直线为X轴，O点至回转窑筒体轴线方向为+X轴；过O点垂直于X轴和Z轴的直线为Y轴，O点向上为+Y轴；O点为直角坐标系OXYZ的原点；

3)在回转窑低端距轮带j为某一距离a的一侧横截面i内的回转窑筒体的两侧，布置回转窑筒体轴线测量装置E1和E2；分别借助测量装置E1和E2上滑杆上各自的水准仪调节滑杆至水平；在测量装置E1的滑杆上移动一滑块使其在该滑杆上某一位置，同时转动该滑块上的外固定筒，并伸缩该外固定筒内的内伸缩筒，使该内伸缩筒前端的传感器S1的顶端面与其对应的回转窑筒体外表面平行，当该滑块上转动分度盘和固定分度盘的角度差大于40度时为调整合适，然后拧紧该滑块上的螺钉，拧紧该内伸缩筒和该外固定筒的筒壁一侧的筒螺母，在该固定分度盘和该转动分度盘上周向均布直径相同的两孔内插入连接杆；

同理，在测量装置E1的滑杆上移动另一滑块使其在该滑杆上某一位置，同时转动该滑块上的外固定筒，并伸缩该外固定筒内的内伸缩筒，使该内伸缩筒前端的传感器S2顶端面与其对应的回转窑筒体外表面平行，当该滑块上转动分度盘和固定分度盘的角度差小于50度时为调整合适，然后拧紧该滑块上的螺钉，拧紧该内伸缩筒和该外固定筒的筒壁一侧的筒螺母，在该固定分度盘和该转动分度盘上周向均布直径相同的两孔内插入连接杆；

同理，在测量装置E2的滑杆上移动一滑块使其在该滑杆上某一位置，同时转动该滑块上的外固定筒，并伸缩该外固定筒内的内伸缩筒，使该内伸缩筒前端的传感器S3的顶端面与其对应的回转窑筒体外表面平行，当该滑块上转动分度盘和固定分度盘的角度差小于50度时为调整合适，然后拧紧该滑块上的螺钉，拧紧该内伸缩筒和该外固定筒的筒壁一侧的筒螺母，在该固定分度盘和该转动分度盘上周向均布直径相同的两孔内插入连接杆；

4)用长度测量工具测量横截面i至OX的距离Wi；用水准仪测量测量装置E1上滑杆上一个滑块的连接轴的轴心到OXZ面的距离Vli，用水准仪测量测量装置E2上滑杆上滑块的连接轴的轴心到OXZ面的距离V2i；用经纬仪分别测量测量装置E1和E2上各自滑杆上的远离筒体端的两端点至P1的水平距离Hli和H2i；读取测量装置E1上一外固定筒下部的指针至该装置上滑杆远离筒体的端点的水平距离H3i，读取测量装置E1上另一外固定筒下部的指针和至该装置上滑杆远离筒体的端点的距离H4i；读取测量装置E2上一外固定筒下部的指针和至该装置上滑杆远离筒体的端点的距离H5i；读取测量装置E1上一内伸缩筒前端的传感器S1顶端面至该内伸缩筒下部的指针上的通孔孔心的距离bli；读取测量装置E1上另一内伸缩筒前端的传感器S2顶端面至该内伸缩筒下部的指针上的通孔孔心的距离b2i；读取测量装置E2上一内伸缩筒前端的传感器S3顶端面至该内伸缩筒下部的指针上的通孔孔心的距离b3i；读取测量装置E1上一外固定筒上的连接轴上的转动分度盘和固定分度盘之间的夹角α；读取测量装置E1上另一外固定筒上的连接轴上的转动分度盘和固定分度盘之间的夹角β；读取测量装置E2上一外固定筒上的连接轴上的转动分度盘和固定分度盘之间的夹角γ，将上述测量和读取的数据输入微机；

5)在回转窑低端的轮带旁安装键相传感器，并和微机相连；

6)在回转窑运行过程中，微机获取键相传感器的键相信号，通知位于横截面i的传感器S1、S2和S3开始数据采集；在回转窑运转一周过程中，从传感器S1、S2和S3开始采集数据到结束，同时等时间采集N个数据，N为自然数，第k时刻传感器S1、S2和S3顶端面至其各自对应的筒体表面采集的垂直距离分别为L_1ik、L_2ik和L_3ik，k＝1，2，L，N；

7)重复上述3)、4)和6)的步骤，分别把测量装置E1和E2安装在回转窑低端的距轮带j另一侧距离为a的横截面i+1内和其他轮带的距轮带两侧等距离的两侧截面i+2和i+3上，其中i为轮带两侧截面的编号，i＝1，2，L，2M，j＝1，2，L，M，M为轮带数目；保持角度α、β和γ不变，测量和读取的数据输入微机，并用传感器S1、S2和S3采集数据；

8)获取所有轮带两侧截面上的测量、读取和采集的数据后，微机按程序自动计算出，回转窑运行一周过程中，①某k时刻筒体横截面i的瞬时回转中心(x′_0ik，y′_0ik，z′_0ik)；②筒体横截面i的平均回转中心(x′_0i，y′_0i，z′_0i)和筒体平均回转半径R′_0i；③某k时刻轮带j支承处的筒体的瞬时回转中心(x_0jk，y_0jk，，z_0jk)；④轮带j支承处的筒体的平均回转中心(x_0j，y_0j，z_0j)；

同时根据回转窑运行一周过程中，某k时刻各轮带支承处的筒体的瞬时回转中心(x_0jk，y_0jk，z_0jk)，j＝1，2，L，M，绘出该时刻回转窑筒体分别在OXZ面和OYZ面的瞬时运行轴线；

同时根据回转窑运行一周过程中，各轮带支承处的筒体的平均回转中心(x_0j，y_0j，z_0j)，j＝1，2，L，M，绘出回转窑筒体分别在OXZ面和OYZ面的平均运行轴线。

其中，回转窑运行一周过程中，某k时刻筒体横截面i的瞬时回转中心(x′_0ik，y′_0ik，z′_0ik)按如下公式计算：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{0\mathrm{ik}}^{\′}=\frac{(y_{3\mathrm{ik}}-y_{1\mathrm{ik}})(x_{2\mathrm{ik}}^2+y_{2\mathrm{ik}}^2-x_{1\mathrm{ik}}^2-y_{1\mathrm{ik}}^2)+(y_{2\mathrm{ik}}-y_{1\mathrm{ik}})(x_{1\mathrm{ik}}^2+y_{1\mathrm{ik}}^2-x_{3\mathrm{ik}}^2-y_{3\mathrm{ik}}^2)}{2[(x_{2\mathrm{ik}}-x_{1\mathrm{ik}})(y_{3\mathrm{ik}}-y_{1\mathrm{ik}})-(x_{3\mathrm{ik}}-x_{1\mathrm{ik}})(y_{2\mathrm{ik}}-y_{1\mathrm{ik}})]}\\ y_{0\mathrm{ik}}^{\′}=\frac{(x_{3\mathrm{ik}}-x_{1\mathrm{ik}})(x_{2\mathrm{ik}}^2+y_{2\mathrm{ik}}^2-x_{1\mathrm{ik}}^2-y_{1\mathrm{ik}}^2)+(x_{2\mathrm{ik}}-x_{1\mathrm{ik}})(x_{1\mathrm{ik}}^2+y_{1\mathrm{ik}}^2-x_{3\mathrm{ik}}^2-y_{3\mathrm{ik}}^2)}{2[(x_{3\mathrm{ik}}-x_{1\mathrm{ik}})(y_{2\mathrm{ik}}-y_{1\mathrm{ik}})-(x_{2\mathrm{ik}}-x_{1\mathrm{ik}})(y_{3\mathrm{ik}}-y_{1\mathrm{ik}})]}\\ z_{0\mathrm{ik}}^{\′}=W_i\end{array}\right.$

式中， $\left\{\begin{array}{c}{x}_{1\mathrm{ik}}=H_{1i}+H_{3i}+(b_{1i}+L_{1\mathrm{ik}})\cos \mathrm{\α}\\ y_{1\mathrm{ik}}=V_{1i}+(b_{1i}+L_{1\mathrm{ik}})\sin \mathrm{\α}\\ z_{1\mathrm{ik}}=W_i\end{array}\right.$

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{2\mathrm{ik}}=H_{1i}+H_{4i}+(b_{3i}+L_{2\mathrm{ik}})\cos \mathrm{\β}\\ y_{2\mathrm{ik}}=V_{1i}+(b_{2i}+L_{2\mathrm{ik}})\sin \mathrm{\β}\\ z_{2\mathrm{ik}}=W_i\end{array}\right.$

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{3\mathrm{ik}}=H_{2i}-H_{5i}-(b_{3i}+L_{3\mathrm{ik}})\cos \mathrm{\γ}\\ y_{3\mathrm{ik}}=V_{2i}+(b_{3i}+L_{3\mathrm{ik}})\sin \mathrm{\γ}\\ z_{3\mathrm{ik}}=W_i\end{array}\right.;$

回转窑运行一周过程中，筒体横截面i的平均回转中心(x′_0i，y′_0i，z′_0i)和筒体平均半径R′_0i，按如下公式计算：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{0i}^{\′}=\frac{\mathrm{be}-\mathrm{cd}}{2(b^2-\mathrm{ad})}\\ y_{0i}^{\′}=\frac{\mathrm{ae}-\mathrm{bc}}{2(\mathrm{ad}-b^2)}\\ z_{0i}^{\′}=W_i\end{array}\right.$

$R_{0i}^{\′}=\sqrt{x_{0i}^{\′2}+y_{0i}^{\′2}-f}$

式中，

$a=N\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{0\mathrm{ik}}^{\′2}-{\left(\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{\mathrm{oik}}^{\′}\right)}^2$

$b=N\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{\mathrm{oik}}^{\′}{y}_{\mathrm{oik}}^{\′}-\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{\mathrm{oik}}^{\′}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{\mathrm{oik}}^{\′}$

$c=N\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{0\mathrm{ik}}^{\′3}+N\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{\mathrm{oik}}^{\′}{y}_{0\mathrm{ik}}^{\′2}-\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(x_{0\mathrm{ik}}^{\′2}+y_{0\mathrm{ik}}^{\′2})\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{\mathrm{oik}}^{\′}$

$d=N\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{0\mathrm{ik}}^{\′2}-{\left(\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{\mathrm{oik}}^{\′}\right)}^2$

$e=N\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{0\mathrm{ik}}^{\′3}+N\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{0\mathrm{ik}}^{\′2}{y}_{\mathrm{oik}}^{\′}-\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(x_{0\mathrm{ik}}^{\′2}+y_{0\mathrm{ik}}^{\′2})\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{\mathrm{oik}}^{\′}$

$f=[\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(x_{0\mathrm{ik}}^{\′2}+y_{0\mathrm{ik}}^{\′2})-2x_{\mathrm{oi}}^{\′}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{0\mathrm{ik}}^{\′2}-{2y}_{\mathrm{oi}}^{\′}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{0\mathrm{ik}}^{\′2}]/N;$

回转窑运行一周过程中，某k时刻轮带j支承处的筒体瞬时回转中心(x_0jk，y_0jk，z_0jk)，按如下公式计算：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{0\mathrm{jk}}=(x_{0i+1k}^{\′}+x_{0\mathrm{ik}}^{\′})/2\\ y_{0\mathrm{jk}}=(y_{0i+1k}^{\′}+y_{0\mathrm{ik}}^{\′})/2\\ z_{0\mathrm{jk}}=z_{0\mathrm{ik}}^{\′}\end{array}\right.,$

回转窑运行一周过程中，轮带j支承处的筒体平均回转中心(x_0j，y_0j，z_0j)，按如下公式计算：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{0j}=(x_{0i+1}^{\′}+x_{0i}^{\′})/2\\ y_{0j}=(y_{0i+1}^{\′}+y_{0i}^{\′})/2\\ z_{0j}=z_{0i}^{\′}\end{array}\right..$

本发明与现有技术相比，主要有以下的有益效果：

1.能够通过比较回转窑运行一周过程中任何轮带支承处，若干时刻的筒体的瞬时回转中心和该轮带支承处的筒体运行一周的筒体平均回转中心在各坐标轴上的最大偏差值，从而可以判断回转窑回转过程中轮带支承处是否受振动和冲击，进而有效地指导回转窑的维护。

2.能够计算和显示回转窑运行一周过程中，若干时刻的筒体在OXZ面和OYZ面内的瞬时运行轴线，通过和在OXZ面和OYZ面内筒体的理论轴线比较，计算各轮带支承处筒体瞬时回转中心相对理论回转中心在各坐标轴上的最大偏差值，从而更全面地衡量回转窑运行一周过程中，各档支承偏离理论支承的情况，更好地指导回转窑的调整。

附图说明

图1为本发明回转窑筒体运行轴线的测量装置的示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明的在回转窑筒体轴线方向轮带一侧某横截面测量示意图；

图4为本发明的在回转窑筒体两侧测量装置布置截面的示意图；

图中：1.滑杆；2.滑块；3.连接杆；4.外固定筒；5.螺栓；6.内伸缩筒；7内筒刻度尺；8.外筒刻度尺；9.指针；10.滑杆刻度尺；11.螺钉；12.连接轴螺母；13.转动分度盘；14.固定分度盘；15.水准仪；16.筒螺母；17.连接轴；18-1.第1安装支架；18-2.第2安装支架；1-1.第1滑杆；2-1.第1滑块；9-1.第1指针；4-1.第1外固定筒；6-1.第1内伸缩筒；2-2.第2滑块；9-2.第2指针；4-2.第2外固定筒；6-2.第2内伸缩筒；1-2.第2滑杆；2-3.第3滑块；9-3.第3指针4-3.第3外固定筒；6-3.第3内伸缩筒；19.激光准直仪。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的回转窑筒体运行轴线的测量装置和测量方法作进一步的详细描述：

如图1、图2和图3所示，本发明的测量方法所采用的测量装置包括：安装支架、滑杆1、指针9、滑块2、连接杆3、外固定筒4、内伸缩筒6、内筒刻度尺7、外筒刻度尺8、滑杆刻度尺10、连接轴17、转动分度盘13、固定分度盘14、水准仪15、螺栓5、连接轴螺母12、筒螺母16和螺钉11；所述的安装支架为三角架，其高度可调；所述的滑杆1安装在安装支架上；滑杆1上表面为一平面，滑杆1上固有滑杆刻度尺10和水准仪15；所述的滑块2和滑杆1滑动连接，滑块2可沿滑杆1上的导轨滑动；外固定筒4的筒壁一侧有贯通的槽，内伸缩筒6的筒壁一侧有通孔，内伸缩筒6套在外固定筒4内可沿外固定筒4的内壁滑动，并通过螺栓5和筒螺母16固联定位；外固定筒4上固有外筒刻度尺8，内伸缩筒6上固有内筒刻度尺7；所述的固定分度盘14和转动分度盘13都有中心孔，所述的滑块2、外固定筒4下端、指针9上部都有通孔；所述指针9和滑块2上的通孔、固定分度盘14上的中心孔和连接轴17及连接轴螺母12固联，外固定筒4下端的通孔、转动分度盘13上的中心孔都和连接轴17转动连接；固定分度盘14和转动分度盘13上某相同直径上周向均布开有直径相同的若干小孔，连接杆3连接它们直径相同的两孔使不能相对转动；所述的滑块2上有螺钉11，拧紧螺钉11固定滑块2相对于滑杆1的位置。

所述的滑杆刻度尺10的读数方向平行于滑杆1的上表面；所述的内伸缩筒6和外固定筒4同轴线；所述的内筒刻度尺7和外筒刻度尺8的读数方向平行于内伸缩筒6和外固定筒5的同轴线；所述的指针9上孔的中心与指针9尖端的连线和滑杆刻度尺10上的刻度线平行。

本实施例中的回转窑筒体运行轴线的测量方法，包括以下步骤：

1)如图3所示，在回转窑一侧用固定的激光准直仪19射出一束与回转窑筒体理论轴线平行的激光基准线，将该激光基准线所在的垂直平面设为P1；

2)如图3和4所示，选择回转窑筒体低端下部与P1的交点为O点；在P1垂直面内，过O点且与水平面平行的直线为Z轴，O点至回转窑高端方向为+Z轴；过O点垂直于Z轴且平行于水平面的直线为X轴，O点至回转窑筒体轴线方向为+X轴；过O点垂直于X轴和Z轴的直线为Y轴，O点向上为+Y轴；O点为直角坐标系OXYZ的原点。

3)如图3和4所示，在回转窑低端距轮带j为某一距离a的一侧横截面i内的筒体的两侧，布置窑筒体轴线测量装置E1和E2。分别借助测量装置E1和E2上第1滑杆1-1和第2滑杆1-2上各自的水准器(图1中未画出)调节第1滑杆和第2滑杆至水平。在第1滑杆1-1上移动第1滑块2-1使其在第1滑杆上某一位置，同时转动第1滑块2-1上的第1外固定筒4-1，并适当伸缩第1内伸缩筒6-1在第1外固定筒的位置，使第1内伸缩筒6-1前端的传感器S1的顶端面与其对应的筒体外表面平行，当第1滑块2-1上转动分度盘和固定分度盘的角度差大于40度时为调整合适，然后拧紧第1滑块2-1上的螺钉，拧紧第1内伸缩筒6-1和第1外固定筒4-1筒壁一侧的筒螺母，在固定分度盘和转动分度盘上周向均布直径相同的两孔内插入连接杆。同理，为使第2内伸缩筒6-2和第3内伸缩筒6-3前端各自的传感器S2和S3的顶端面与其各自对应的筒体外表面平行，调节第2内伸缩筒6-2和第3内伸缩筒6-3在其各自对应的第2外固定筒4-2和第3外固定筒4-3的伸缩程度，调节第2滑块2-2和第3滑块2-3在第1滑杆1-1和第2滑杆1-2上的水平位置，使第2外固定筒4-2和第3外固定筒4-3上各自的连接轴上的转动分度盘和固定分度盘的角度差小于50度时为调整合适，然后拧紧第2滑块2-2和第3滑块2-3上的螺钉，拧紧第2内伸缩筒6-2和第3内伸缩筒6-3与其各自对应的第2外固定筒4-2和第3外固定筒4-3的筒壁一侧的筒螺母，在第2外固定筒6-2和第3外固定筒6-3上的各自连接轴上的转动分度盘和固定分度盘上周向均布直径相同的两孔内插入连接杆。

4)如图3和4所示，用长度测量工具测量横截面i至OX的距离Wi；用水准仪测量测量装置E1上第1滑杆1-1上第1滑块2-1的连接轴的轴心到OXZ面的距离Vli，用水准仪测量测量装置E2上第2滑杆1-2上第3滑块2-3的连接轴的轴心到OXZ面的距离V2i；用经纬仪分别测量测量装置E1和E2上第1滑杆1-1和第2滑杆1-2上的远离筒体端的Qli和Q2i点至P1的水平距离H1i和H2i；

读取测量装置E1上第1外固定筒4-1下部的第1指针9-1至第1滑杆1-1远离筒体端的Qli点的水平距离H3i，分别读取测量装置E1和E2上第2外固定筒4-2和第3外固定筒4-3各自下部的第2指针9-2和第3指针9-3至第1滑杆1-1和第2滑杆1-2远离筒体端的Qli和Q2i点的距离H4i和H5i；读取测量装置E1上第内伸缩筒6-1前端的传感器S1顶端至第1指针9-1上的通孔孔心的距离bli；分别读取测量装置E1和E2上第2内伸缩筒6-2和第3内伸缩筒6-3前端各自的传感器S2、S3顶端至第2指针9-2和第3指针9-3上的通孔孔心的距离b2i和b3i；分别读取测量装置E1上第1外固定筒4-1和第2外固定筒4-2上的各自连接轴上的转动分度盘和固定分度盘之间的夹角α和β；读取测量装置E2上第3外固定筒4-3上的连接轴上的转动分度盘和固定分度盘之间的夹角γ。将上述测量和读取的数据输入微机。

5)在回转窑低端的轮带旁安装键相传感器，并和微机相连。

6)在回转窑运行过程中，微机获取键相传感器的键相信号，通知位于横截面i的传感器S1、S2和S3开始数据采集。在回转窑运转一周过程中，从传感器S1、S2和S3开始采集到结束，同时等时间采集N个数据(N为自然数)，第k时刻传感器S1、S2和S3顶端面至其各自对应的筒体表面采集的垂直距离分别L_1ik、L_2ik和L_3ik，k＝1，2，L，N。

7)重复上述3)、4)和6)的步骤，分别把测量装置E1和E2安装在回转窑低端的距轮带j另一侧距离为a的横截面i+1内和其他轮带的距轮带两侧等距离的两侧截面上，如i+2和i+3，其中i为轮带两侧截面的编号，i＝1，2，L，2M，j＝1，2，L，M，M为轮带数目。保持角度α、β和γ不变，测量和读取的数据输入微机，并用传感器S1、S2和S3采集数据。

8)获取所有轮带两侧截面上的测量、读取和采集的数据后，微机则按程序自动计算出，回转窑运行一周过程中，①某k时刻筒体横截面i的瞬时回转中心(x′_0ik，y′_0ik，z′_0ik)；②筒体横截面i的平均回转中心(x′_0i，y′_0i，z′_0i)和筒体平均回转半径R′_0i；③某k时刻轮带j支承处的筒体的瞬时回转中心(x_0jk，y_0jk，z_0jk)；④轮带j支承处的筒体的平均回转中心(x_0j，y_0j，z_0j)；

同时根据回转窑运行一周过程中，某k时刻各轮带支承处的筒体的瞬时回转中心(x_0jk，y_0jk，z_0jk)，j＝1，2，L，M，绘出该时刻回转窑筒体分别在OXZ面和OYZ面的瞬时运行轴线。

同时根据回转窑运行一周过程中，各轮带支承处的筒体的平均回转中心(x_0j，y_0j，z_0j)，j＝1，2，L，M，绘出回转窑筒体分别在OXZ面和OYZ面的平均运行轴线。

Claims (3)

1.一种回转窑筒体运行轴线的测量装置,其特征在于，该装置包括：安装支架、滑杆(1)、指针(9)、滑块(2)、连接杆(3)、外固定筒(4)、内伸缩筒(6)、内筒刻度尺(7)、外筒刻度尺(8)、滑杆刻度尺(10)、连接轴(17)、转动分度盘(13)、固定分度盘(14)、水准仪(15)、螺栓(5)、连接轴螺母(12)、筒螺母(16)和螺钉(11)；所述的安装支架为三角架，其高度可调；所述的滑杆(1)安装在安装支架上；滑杆(1)上表面为一平面，滑杆(1)上固有滑杆刻度尺(10)和水准仪(15)；所述的滑块(2)和滑杆(1)滑动连接，滑块(2)可沿滑杆(1)上的导轨滑动；外固定筒(4)的筒壁一侧有贯通的槽，内伸缩筒(6)的筒壁一侧有通孔，内伸缩筒(6)套在外固定筒(4)内可沿外固定筒(4)的内壁滑动，并通过螺栓(5)和筒螺母(16)固联定位；外固定筒(4)上固有外筒刻度尺(8)，内伸缩筒(6)上固有内筒刻度尺(7)；所述的固定分度盘(14)和转动分度盘(13)都有中心孔，所述的滑块(2)、外固定筒(4)下端、指针(9)上部都有通孔；所述指针(9)和滑块(2)上的通孔、固定分度盘(14)上的中心孔和连接轴(17)及连接轴螺母(12)固联，外固定筒(4)下端的通孔、转动分度盘(13)上的中心孔都和连接轴(17)转动连接；固定分度盘(14)和转动分度盘(13)上某相同直径上周向均布开有直径相同的小孔，连接杆(3)连接固定分度盘（14）和转动分度盘(13)上相同直径上直径相同的两孔使得固定分度盘（14）和转动分度盘(13)不能相对转动；所述的滑块(2)上有螺钉(11)，拧紧螺钉(11)固定滑块(2)相对于滑杆(1)的位置。

2.根据权利要求1所述的回转窑筒体运行轴线的测量装置，其特征在于：所述的滑杆刻度尺(10)的读数方向平行于滑杆(1)的上表面；所述的内伸缩筒(6)和外固定筒(4)同轴线；所述的内筒刻度尺(7)和外筒刻度尺(8)的读数方向平行于内伸缩筒(6)和外固定筒(4)的同轴线；所述的指针(9)上孔的中心与指针(9)尖端的连线和滑杆刻度尺(10)上的刻度线平行。

3.一种回转窑筒体运行轴线的测量方法，其特征在于，使用权利要求1所述的回转窑筒体运行轴线的测量装置，测量包括以下步骤：

1)在回转窑一侧用固定的激光准直仪(19)射出一束与所述的回转窑筒体理论轴线平行的激光基准线，将该激光基准线所在的垂直平面设为P1；

2)选择回转窑筒体低端下部与P1的交点为O点；在P1垂直面内，过O点且与水平面平行的直线为Z轴，O点至回转窑高端方向为+Z轴；过O点垂直于Z轴且平行于水平面的直线为X轴，O点至回转窑筒体轴线方向为+X轴；过O点垂直于X轴和Z轴的直线为Y轴，O点向上为+Y轴；O点为直角坐标系OXYZ的原点；

3)在回转窑低端距轮带j为某一距离a的一侧横截面i内的回转窑筒体的两侧，布置回转窑筒体轴线测量装置E1和E2；分别借助测量装置E1和E2上滑杆上各自的水准仪调节滑杆至水平；在测量装置E1的滑杆上移动一滑块使其在该滑杆上某一位置，同时转动该滑块上的外固定筒，并伸缩该外固定筒内的内伸缩筒，使该内伸缩筒前端的传感器S1的顶端面与其对应的回转窑筒体外表面平行，当该滑块上转动分度盘和固定分度盘的角度差大于40度时为调整合适，然后拧紧该滑块上的螺钉，拧紧该内伸缩筒和该外固定筒的筒壁一侧的筒螺母，在该固定分度盘和该转动分度盘上周向均布直径相同的两孔内插入连接杆；

同理，在测量装置E1的滑杆上移动另一滑块使其在该滑杆上某一位置，同时转动该滑块上的外固定筒，并伸缩该外固定筒内的内伸缩筒，使该内伸缩筒前端的传感器S2顶端面与其对应的回转窑筒体外表面平行，当该滑块上转动分度盘和固定分度盘的角度差小于50度时为调整合适，然后拧紧该滑块上的螺钉，拧紧该内伸缩筒和该外固定筒的筒壁一侧的筒螺母，在该固定分度盘和该转动分度盘上周向均布直径相同的两孔内插入连接杆；

同理，在测量装置E2的滑杆上移动一滑块使其在该滑杆上某一位置，同时转动该滑块上的外固定筒，并伸缩该外固定筒内的内伸缩筒，使该内伸缩筒前端的传感器S3的顶端面与其对应的回转窑筒体外表面平行，当该滑块上转动分度盘和固定分度盘的角度差小于50度时为调整合适，然后拧紧该滑块上的螺钉，拧紧该内伸缩筒和该外固定筒的筒壁一侧的筒螺母，在该固定分度盘和该转动分度盘上周向均布直径相同的两孔内插入连接杆；

4)用长度测量工具测量横截面i至OX的距离W_i；用水准仪测量测量装置E1上滑杆上一个滑块的连接轴的轴心到OXZ面的距离V_1i，用水准仪测量测量装置E2上滑杆上滑块的连接轴的轴心到OXZ面的距离V_2i；用经纬仪分别测量测量装置E1和E2上各自滑杆上的远离筒体端的两端点至P1的水平距离H_1i和H_2i；读取测量装置E1上一外固定筒下部的指针至该装置上滑杆远离筒体的端点的水平距离H_3i，读取测量装置E1上另一外固定筒下部的指针和至该装置上滑杆远离筒体的端点的距离H_4i；读取测量装置E2上一外固定筒下部的指针和至该装置上滑杆远离筒体的端点的距离H_5i；读取测量装置E1上一内伸缩筒前端的传感器S 1顶端面至该内伸缩筒下部的指针上的通孔孔心的距离b_1i；读取测量装置E1上另一内伸缩筒前端的传感器S2顶端面至该内伸缩筒下部的指针上的通孔孔心的距离b_2i；读取测量装置E2上一内伸缩筒前端的传感器S3顶端面至该内伸缩筒下部的指针上的通孔孔心的距离b_3i；读取测量装置E1上一外固定筒上的连接轴上的转动分度盘和固定分度盘之间的夹角α；读取测量装置E1上另一外固定筒上的连接轴上的转动分度盘和固定分度盘之间的夹角β；读取测量装置E2上一外固定筒上的连接轴上的转动分度盘和固定分度盘之间的夹角γ，将上述测量和读取的数据输入微机；

5)在回转窑低端的轮带旁安装键相传感器，并和微机相连；

6)在回转窑运行过程中，微机获取键相传感器的键相信号，通知位于横截面i的传感器S1、S2和S3开始数据采集；在回转窑运转一周过程中，从传感器S1、S2和S3开始采集数据到结束，同时等时间采集N个数据，N为自然数，第k时刻传感器S1、S2和S3顶端面至其各自对应的筒体表面采集的垂直距离分别为L_1ik、L_2ik和L_3ik，k=1,2,…,N；

7)重复上述3)、4)和6)的步骤，分别把测量装置E1和E2安装在回转窑低端的距轮带j另一侧距离为a的横截面i+1内和其他轮带的距轮带两侧等距离的两侧截面i+2和i+3上，其中i为轮带两侧截面的编号，i＝1,2,…,2M，j=1,2,…,M，M为轮带数目；保持角度α、β和γ不变，测量和读取的数据输入微机，并用传感器S1、S2和S3采集数据；

8)获取所有轮带两侧截面上的测量、读取和采集的数据后，微机按程序自动计算出，回转窑运行一周过程中，①某k时刻筒体横截面i的瞬时回转中心(x′_0ik，y′_0ik，z′_0ik);②筒体横截面i的平均回转中心(x′_0i,y′_0i,z′_0i)和筒体平均回转半径R′_0i;③某k时刻轮带j支承处的筒体的瞬时回转中心(x_0jk，y_0jk，z_0jk)；④轮带j支承处的筒体的平均回转中心(x_0j,y_0j,z_0j)；

同时根据回转窑运行一周过程中，某k时刻各轮带支承处的筒体的瞬时回转中心(x_0jk，y_0jk,z_0jk)，j=1,2,…,M，绘出该时刻回转窑筒体分别在OXZ面和OYZ面的瞬时运行轴线；

同时根据回转窑运行一周过程中，各轮带支承处的筒体的平均回转中心(x_0j,y_0j,z_0j)，j=1,2,…,M，绘出回转窑筒体分别在OXZ面和OYZ面的平均运行轴线；

其中，回转窑运行一周过程中，某k时刻筒体横截面i的瞬时回转中心(x′_0ik，y′_0ik，z′_0ik)按如下公式计算：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{0\mathrm{ik}}^{\′}=\frac{(y_{3\mathrm{ik}}-y_{1\mathrm{ik}})(x_{2\mathrm{ik}}^2+y_{2\mathrm{ik}}^2-x_{1\mathrm{ik}}^2-y_{1\mathrm{ik}}^2)+(y_{2\mathrm{ik}}-y_{1\mathrm{ik}})(x_{1\mathrm{ik}}^2+y_{1\mathrm{ik}}^2-x_{3\mathrm{ik}}^2-y_{3\mathrm{ik}}^2)}{2[(x_{2\mathrm{ik}}-x_{1\mathrm{ik}})(y_{3\mathrm{ik}}-y_{1\mathrm{ik}})-(x_{3\mathrm{ik}}-x_{1\mathrm{ik}})(y_{2\mathrm{ik}}-y_{1\mathrm{ik}})]}\\ y_{0\mathrm{ik}}^{\′}=\frac{(x_{3\mathrm{ik}}-x_{1\mathrm{ik}})(x_{2\mathrm{ik}}^2+y_{2\mathrm{ik}}^2-x_{1\mathrm{ik}}^2-y_{1\mathrm{ik}}^2)+(x_{2\mathrm{ik}}-x_{1\mathrm{ik}})(x_{1\mathrm{ik}}^2+y_{1\mathrm{ik}}^2-x_{3\mathrm{ik}}^2-y_{3\mathrm{ik}}^2)}{2[(x_{3\mathrm{ik}}-x_{1\mathrm{ik}})(y_{2\mathrm{ik}}-y_{1\mathrm{ik}})-(x_{2\mathrm{ik}}-x_{1\mathrm{ik}})(y_{3\mathrm{ik}}-y_{1\mathrm{ik}})]}\\ z_{0\mathrm{ik}}^{\′}=W_i\end{array}\right.$

式中， $\left\{\begin{array}{c}{x}_{1\mathrm{ik}}=H_{1i}+H_{3i}+(b_{1i}+L_{1\mathrm{ik}})\cos \mathrm{\α}\\ y_{1\mathrm{ik}}=V_{1i}+(b_{1i}+L_{1\mathrm{ik}})\sin \mathrm{\α}\\ z_{1\mathrm{ik}}=W_i\end{array}\right.$

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{2\mathrm{ik}}=H_{1i}+H_{4i}+(b_{3i}+L_{2\mathrm{ik}})\cos \mathrm{\β}\\ y_{2\mathrm{ik}}=V_{1i}+(b_{2i}+L_{2\mathrm{ik}})\sin \mathrm{\β}\\ z_{2\mathrm{ik}}=W_i\end{array}\right.$

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{3\mathrm{ik}}=H_{2i}-H_{5i}-(b_{3i}+L_{3\mathrm{ik}})\cos \mathrm{\γ}\\ y_{3\mathrm{ik}}=V_{2i}+(b_{3i}+L_{3\mathrm{ik}})\sin \mathrm{\γ}\\ z_{3\mathrm{ik}}=W_i\end{array}\right.;$

回转窑运行一周过程中，筒体横截面i的平均回转中心(x′_0i,y′_0i,z′_0i)和筒体平均半径R′_0i，按如下公式计算：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{0i}^{\′}=\frac{\mathrm{be}-\mathrm{cd}}{2(b^2-\mathrm{ad})}\\ y_{0i}^{\′}=\frac{\mathrm{ae}-\mathrm{bc}}{2(\mathrm{ad}-b^2)}\\ z_{0i}^{\′}=W_i\end{array}\right.$

$R_{0i}^{\′}=\sqrt{x_{0i}^{\′2}+y_{0i}^{\′2}-f}$

式中，

$a=N\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{0\mathrm{ik}}^{\′2}-{\left(\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{\mathrm{oik}}^{\′}\right)}^2$

$b=N\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{\mathrm{oik}}^{\′}{y}_{\mathrm{oik}}^{\′}-\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{\mathrm{oik}}^{\′}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{\mathrm{oik}}^{\′}$

$c=N\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{0\mathrm{ik}}^{\′3}+N\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{\mathrm{oik}}^{\′}{y}_{0\mathrm{ik}}^{\′2}-\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(x_{0\mathrm{ik}}^{\′2}+y_{0\mathrm{ik}}^{\′2})\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{\mathrm{oik}}^{\′}$

$d=N\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{0\mathrm{ik}}^{\′2}-{\left(\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{\mathrm{oik}}^{\′}\right)}^2$

$e=N\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{0\mathrm{ik}}^{\′3}+N\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{0\mathrm{ik}}^{\′2}{y}_{\mathrm{oik}}^{\′}-\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(x_{0\mathrm{ik}}^{\′2}+y_{0\mathrm{ik}}^{\′2})\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{\mathrm{oik}}^{\′}$

$f=[\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(x_{0\mathrm{ik}}^{\′2}+y_{0\mathrm{ik}}^{\′2})-2x_{\mathrm{oi}}^{\′}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{0\mathrm{ik}}^{\′2}-2y_{\mathrm{oi}}^{\′}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{0\mathrm{ik}}^{\′2}]/N;$

回转窑运行一周过程中，某k时刻轮带j支承处的筒体瞬时回转中心(x_0jk，y_0jk，z_0jk)，按如下公式计算：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{0\mathrm{jk}}=(x_{0i+1k}^{\′}+x_{0\mathrm{ik}}^{\′})/2\\ y_{0\mathrm{jk}}=(y_{0i+1k}^{\′}+y_{0\mathrm{ik}}^{\′})/2\\ z_{0\mathrm{jk}}=z_{0\mathrm{ik}}^{\′}\end{array}\right.,$

回转窑运行一周过程中，轮带j支承处的筒体平均回转中心(x_0j,y_0j,z_0j)，按如下公式计算：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{0j}=(x_{0i+1}^{\′}+x_{0i}^{\′})/2\\ y_{0j}=(y_{0i+1}^{\′}+y_{0i}^{\′})/2\\ z_{0j}=z_{0i}^{\′}\end{array}\right..$

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