CN102654396B - 回转窑筒体动态轴线和弯曲的检测和监测方法及测量系统 - Google Patents

Abstract

一种回转窑筒体动态轴线和弯曲的检测和监测方法及测量系统，该系统包括：测距测角的仪器、短距离测量仪、筒体位置传感器及微机系统。在回转窑两侧建立坐标系和2平行垂面，用测距测角的仪器在远离窑的2垂面处，直接测定各窑体水平直径线上各点到2垂面的水平距离，测定窑体垂直直径线各点到坐标系的高差，其测距精度≤±1毫米。本发明在地面操作测量系统，安全快捷，完全避免回转窑震动和高温及人为读数误差等因素对测量的影响，保证回转窑筒体中心点和弯曲的测量精度≤1.5毫米；明显简化测量过程，极大提高测量效率。

Description

回转窑筒体动态轴线和弯曲的检测和监测方法及测量系统

技术领域

本发明涉及一种回转窑动态测量方法，特别是一种回转窑动态轴线和弯曲的检测和监测方法及测量系统。 

背景技术

   回转窑是水泥、冶金、化工、耐火材料等生产中的关键烧成设备，窑一般由三组以上托轮支撑着连续运行。在长期运行中，由于托轮与轮带的不均匀磨损、窑各个部件的热变形、窑基座墩的不均匀沉降，造成回转窑运行轴线不是一直线，它对筒体会产生周期性变形影响。该变形又会影响窑大齿圈的传动啮合及破坏窑衬和筒体，造成窑机械故障和停窑事故，因此需要对回转窑动态轴线和弯曲进行测量和校准。 

  本申请人在中国发明专利90101485.0公开了一种回转窑动态测量方法测量方法及测量系统，其测量方法是： 

   如图1，在窑外建立直角坐标系X、Y、Z，在窑两侧建立2个平行的垂面Ｑ和Ｑ′，在X_i处截面靠近被测轮带水平和垂直直径线上安装3个位移传感器，在筒体旁固装1个霍尔传感器，由微机控制所有传感器自动测定轮带平均位置参数：  Ｐ_yi 、Ｐ_yi′、Ｐ_zi,用经纬仪与被测轮带侧下方的测量尺配合，读出架在高支架上2个位移传感器到垂面Ｑ和Ｑ′的水平距离读数L_i、L_i′，被测轮带外径2个点到垂面Ｑ和Ｑ′的平均水平距离各为：d_i=Ｐ_yi+ L_i ，d_i′=Ｐ_yi′+L_i′

垂面Ｑ到各筒体轴线的平均横坐标 Y_i =[D+ d_i- d_i′]/2

轮带平均半径 R _i＝(D- d_i- d_i′) /2，用水准仪测定各轮带下方的水平基准面H_i与垂直的位移传感器之间高度h_i，坐标系原点到各筒体轴线的平均纵坐标 

 Z_i = H_i+h_i+Ｐ_i+(R _i -ψ_i/2) cos a 。

上述发明存在的问题是：

(1)在高温旋转的回转窑旁，需要人工爬上约5米高的支架上，把2个水平位移传感器各安装在被测轮带水平直径线上，操作员在5米高度作业存在安全危险和诸多困难； 

(2)   需用经纬仪与远在X_i处测量员配合使用测量尺，人工读出2个位移传感器到垂面Ｑ和Ｑ′的水平距离读数L_i、L_i′，操作复杂，繁琐费时，存在人为读数误差、回转窑震动和高温等因素的影响。

发明内容

   本发明的目的是要针对上述现有测量方法的不足，提供一种回转窑动态轴线和弯曲的检测和监测方法及测量系统。本发明的方法是在地面用测距测角的仪器直接测定各窑体水平直径线上外径到垂面Ｑ和Ｑ′的水平距离，无需人工爬高5米安装，明显简化测量过程、提高测量效率。 

    本发明的一种回转窑筒体轴线和弯曲动态检测和监测方法的技术方案是： 在回转窑外建立直角坐标系X、Y、Z，在回转窑两侧建立2个的间距为D平行的垂面Ｑ和Ｑ′，在X方向各X_i截面处，(档数i＝1、2……n)，测量如下参数以确定回转窑筒体动态轴线坐标参数：回转窑在水平和垂直直径线上外径边缘3个点分别到垂面Ｑ和Ｑ′及到各档水平基准平面的垂直距离、坐标系原点到各档基准水平面的高度差H_i、各轮带与筒体的动态间隙ψ_i，用1个固定的位置传感器测定筒体旋转周期，其特征是：

(1) 平均横坐标Y_i的确定

    平行X轴的2个垂面Ｑ和Ｑ′大致基本平行于回转窑轴线，在垂直于X轴的X=X_i截面处与垂面Ｑ和Ｑ′相交于地面或其它构筑物上的各测点X_i和X_i′上，i＝1、2……n，检测方法是用1个带微机的测距测角的仪器分别垂直于垂面Ｑ和Ｑ′，分别直接测定各轮带或筒体水平直径线上外径2个点到垂面Ｑ和Ｑ′的水平距离数据d_i(j)和d_i(j)′；同理，监测方法是用2i个带微机的测距测角的仪器垂直于垂面Ｑ和Ｑ′，同时直接测定各外径第2i个点到垂面Ｑ和Ｑ′的水平距离数据d_i(j)和d_i(j)′；按筒体旋转周期把筒体分为j等分角度来处理这些测量数据，j＝1、2……m ，计算公式如下：

平均值d_i＝[d_i(1)+ d_i(2)+……d_i(m)]/m ,平均值d_i′＝[d_i(1)′+d_i(2)′+……d_i(m)′]/m 

垂面Ｑ到各档筒体轴线的平均横坐标 Y_i =[D+ d_i- d_i′]/2，其第j个分度处横坐标  Y_i(j)= [D+ d_i(j )- d_i(j )′]/2； 

(2) 平均纵坐标Z_i的确定：

检测方法是分别在各X_i处的轮带或筒体正下方垂直安装1个短距离测量仪；同理，监测方法是同时在各坐标X_i处垂直安装第i个短距离测量仪；由短距离测量仪测定回转窑第j分度处的垂直距离Ｐ_i（j），按筒体旋转周期把筒体分为j等分角度来处理这些测量数据，用测距测角的仪器测定各档水平基准面H_i到各自距离测量仪的高度h_i，计算公式如下：

平均垂直距离 Ｐ_i=[Ｐ_i(1)+ Ｐ_i(2)+……Ｐ_i(m)]/m，

轮带或筒体的平均半径 R _i＝(D- d_i- d_i′) /2，

坐标系原点到各档筒体轴线的平均纵坐标 Z_i = H_i+h_i+Ｐ_i+(R _i -ψ_i/2) cos a

式中ψ_i为轮带动态间隙，当X_i不在轮带处则间隙ψ_i为0，a为窑体设计斜度。

（3）筒体弯曲的确定：

筒体水平偏移总量ΔY_i(j)=Y_i- Y_i(j)，筒体轮廓变形量ΔＰ_i（j）=Ｐ_i-Ｐ_i（j），

筒体弯曲量=筒体水平总偏移量ΔY_i(j)-对应的轮廓变形量ΔＰ_i（j），把筒体旋转方位与筒体弯曲量同步关联，可得到筒体弯曲方位和变化的曲线。

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。根据筒体弯曲方位和变化曲线，确定筒体矫正方案和数据。

本发明采用的测量系统包括：经纬仪、短距离测量仪、1个筒体位置传感器及微机系统，其特征是：检测系统采用1个测距测角的仪器、1个短距离测量仪、1个筒体位置传感器各自通过无线或有线测控方式与1个微机系统并行电连接；监测系统采用2i个测距测角的仪器、i个短距离测量仪、1个筒体位置传感器各自通过无线或有线测控方式与1个微机系统并行电连接；微机通过该筒体位置传感器按筒体旋转周期把筒体分为j等分角度来处理所有测量数据，计算各档筒体轴线的坐标。

本发明采用的测量系统中，所用的测距测角的仪器可以是全站型电子速测仪等一类的远距离测距测角的仪器；所用的短距离测量仪是非接触的短距离测量仪；所用的筒体位置传感器是非接触的磁、光、电位置传感器。

本发明采用上述技术方案具有如下优点： 

   1、在远离回转窑热辐射的地面，用测距测角的仪器直接远距离测定各窑体水平直径线上外径点到垂面Ｑ和Ｑ′的水平距离，其测距精度≤±1毫米。不需要在高温旋转的回转窑旁架立2i个高支架，无需人工2i次爬高5米把位移传感器垂直安装在被测窑体水平直径线上，测量操作安全，保证了回转窑筒体中心点的测量精度≤1.5毫米。

   2、在远离回转窑基座墩的地面，用测距测角的仪器直接获得窑体被测外径点的水平距离读数，无需用经纬仪与在远处X_i的测量员配合人工读数，完全避免回转窑震动、高温和人为读数误差等不利因素的影响，明显简化测量环节和过程，缩短测量时间，提高测量效率。

3、增加了测量计算筒体弯曲的功能，其窑弯曲的测量精度≤1.5毫米，可以确定筒体矫正方案和数据。

 附图说明 

图1已有发明测量回转窑筒体位置的横截面示意图； 

图2本发明检测方法在X_i截面处测量轮带处筒体位置的示意图；

图3本发明检测方法测量回转窑各轮带处筒体位置的俯视示意图；

图4本发明的检测系统的原理框图；

图5本发明的监测系统的原理框图。

图中：1、轮带，2、筒体，3、托轮，4、测距测角的仪器，5、短距离测量仪，6、筒体位置传感器，7、微机系统。

具体实施方式

   以下参照附图和具体实施例对本发明作详细描述： 

图1，在背景技术中已作介绍，此处从略。见图3本发明方法是，首先在回转窑外建立直角坐标系X、Y、Z，该X轴大致基本平行回转窑筒体轴线。见图2，平行X轴在远离窑基座墩的两侧的A、B和E、F四点固定安置二对标靶，据此用经纬仪建立2个间距为D且互相平行（A、B、C确定的）垂面Ｑ和(E、F、G的确定) 垂面Ｑ′。

(1) 确定平均横坐标Y_i

在垂直于X轴的X=X_i截面与垂面Ｑ和Ｑ′相交于地面或其它构筑物上的各测点X_i和X_i′上，检测方法是用1个带微机系统的测距（精度≤±1毫米）测角的仪器4，分别直接测定各轮带1或筒体2水平直径线上外径边缘2个点到垂面Ｑ和垂面Ｑ′的水平距离数据d_i(j)和d_i(j)′；同理，监测方法是用2i个带微机系统的测距测角的仪器4同时直接测定各外径边缘2i个点到垂面Ｑ和垂面Ｑ′的水平距离数据d_i(j)和d_i(j)′；由1个微机系统7按筒体旋转周期把筒体分为j等分角度（j＝1、2……m）来采集处理这些水平距离测量数据，计算其平均值d_i和d_i′，确定垂面Ｑ到各档筒体轴线的平均横坐标 Y_i =[D+ d_i- d_i′]/2 。第j个分度处横坐标  Y_i(j)= [D+ d_i(j )- d_i(j )′]/2 。

(2) 确定平均纵坐标Z_i

见图2，检测方法是分别在各X_i处轮带或筒体正下方垂直安装1个短距离测量仪5；同理，监测方法是同时在各个X_i处垂直安装i个短距离测量仪5；用测距测角的仪器4测定各档基准水平面之间的高度差H_i及到各自的短距离测量仪5的高度h_i，由1个微机系统7控制这些短距离测量仪5采集回转窑第j分度处的垂直距离Ｐ_i（j），并按等分筒体旋转周期来处理计算各自的平均垂直距离 Ｐ_i。

 轮带或筒体的平均半径为 R _i＝(D- d_i- d_i′) /2；

坐标系原点到各档筒体轴线的平均纵坐标为  Z_i = H_i+h_i+Ｐ_i+(R _i -ψ_i/2) cos a

式中ψ_i为带动态间隙，当X_i不在轮带处则间隙ψ_i为0，a为窑体设计斜度。

（3）确定筒体的弯曲：

筒体水平偏移总量  ΔY_i(j)=Y_i- Y_i(j)，筒体轮廓变形量  ΔＰ_i（j）=Ｐ_i-Ｐ_i（j），筒体弯曲量 = 筒体水平偏移总量ΔY_i(j) - 对应的轮廓变形量ΔＰ_i（j），把筒体旋转方位与筒体弯曲量同步关联，可得到筒体弯曲方位和变化的曲线。

根据上述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，确定托轮3的调整方向和调整数值。根据筒体弯曲方位及变化曲线，确定筒体矫正方案和数据。

本发明的测量系统包括：经纬仪、短距离测量仪、1个筒体位置传感器及微机系统，其检测系统如图4所示，它采用1个测距测角的仪器4、1个短距离测量仪5、1个筒体位置传感器6各通过无线或有线测控方式与1个微机系统7并行电连接。其监测系统如图5所示，它采用2i个测距测角的仪器4、i个短距离测量仪5、1个筒体位置传感器6各自通过无线或有线测控方式与1个微机系统7并行电连接。微机系统7通过筒体位置传感器6按筒体旋转周期把筒体分为若干j等分角度来处理所有测量数据，计算各档筒体轴线的坐标。

本发明的测量系统中，所用的测距测角的仪器4可以是全站型电子速测仪等一类的测距测角的仪器；所用的短距离测量仪5是非接触的短距离测量仪；所用的筒体位置传感器6是非接触的磁、光、电位置传感器。

Claims (3)

1.一种回转窑筒体轴线和弯曲的动态检测和监测方法，在回转窑外建立直角坐标系X、Y、Z，在回转窑两侧建立2个间距为D的垂面Ｑ和Ｑ′，在X方向各X_i截面处，i＝1、2……n，测量如下参数以确定回转窑筒体动态轴线坐标参数：回转窑水平和垂直直径线上外径边缘3个点分别到垂面Ｑ和Ｑ′及到各档水平基准平面的垂直距离、坐标系原点到各档水平基准面的高度H_i、各轮带与筒体的动态间隙，用1固定的位置传感器测定筒体旋转周期，其特征是：

(1)平均横坐标Y_i的确定：平行X轴的2个垂面Ｑ和Ｑ′平行于回转窑轴线，在垂直于X轴的X=X_i截面处与垂面Ｑ和Ｑ′相交于地面或其它构筑物上的各测点X_i和X_i′上，i＝1、2……n，检测方法是用1个带微机的测距测角的仪器分别垂直于垂面Ｑ和Ｑ′，直接测定各轮带或筒体水平直径线上外径2个点到垂面Ｑ和Ｑ′的水平距离数据d_i(j)和d_i(j)′；同理，监测方法是用2i个带微机的测距测角的仪器垂直于垂面Ｑ和Ｑ′，同时直接测定各外径第2i个点到垂面Ｑ和Ｑ′的水平距离数据d_i(j)和d_i(j)′；按筒体旋转周期把筒体分为j等分角度来处理这些测量数据，j＝1、2……m，计算公式如下：

平均值d_i＝[d_i(1)+d_i(2)+……d_i(m)]/m,

平均值d_i′＝[d_i(1)′+d_i(2)′+……d_i(m)′]/m

垂面Ｑ到各档筒体轴线的平均横坐标Y_i=[D+d_i-d_i′]/2，其第j个分度处横坐标Y_i(j)=[D+d_i(j)-d_i(j)′]/2；

(2)平均纵坐标Z_i的确定：

检测方法是分别在各X_i处的轮带或筒体正下方垂直安装1个短距离测量仪；同理，监测方法是同时在各坐标X_i处垂直安装第i个短距离测量仪；由短距离测量仪测定回转窑第j分度处的垂直距离Ｐ_i（j），按筒体旋转周期把筒体分为j等分角度来处理这些测量数据，用测距测角的仪器测定各档水平基准面到各自距离测量仪的高度h_i，各档水平基准面到坐标系原点的高度为H_i；计算公式如下：

平均垂直距离Ｐ_i=[Ｐ_i(1)+Ｐ_i(2)+……Ｐ_i(m)]/m，

轮带或筒体的平均半径R _i＝(D-d_i-d_i′)/2，

坐标系原点到各档筒体轴线的平均纵坐标Z_i=H_i+h_i+Ｐ_i+(R _i-ψ_i/2)cos a式中ψ_i为轮带动态间隙，当X_i不在轮带处则间隙ψ_i为0，a为窑体设计斜度。

（3）筒体弯曲的确定：筒体水平偏移总量ΔY_i(j)=Y_i-Y_i(j)，筒体轮廓变形量ΔＰ_i（j）=Ｐ_i-Ｐ_i（j），筒体弯曲量=筒体水平偏移总量ΔY_i(j)-对应的筒体轮廓变形量ΔＰ_i（j），把筒体旋转方位与筒体弯曲量同步关联，可得到筒体弯曲方位和变化的曲线。

2.如权利要求1所述的一种回转窑筒体轴线和弯曲的动态检测和监测方法采用的测量系统，采用的测量系统包括：经纬仪、短距离测量仪（5）、筒体位置传感器（6）及微机系统（7），其特征是：检测系统采用1个远距离测距测角的仪器（4）、1个短距离测量仪（5）、1个筒体位置传感器（6），它们各自通过无线或有线测控方式分别与1个微机系统（7）并行电连接；监测系统采用2i个远距离测距测角的仪器（4）、i个短距离测量仪（5）、1个筒体位置传感器（6），它们各自通过无线或有线测控方式与1个微机系统（7）并行电连接。

3.根据权利要求2所述的一种回转窑筒体轴线和弯曲的动态检测和监测方法采用的测量系统，其特征是：所用的远距离测距测角的仪器（4）是全站型电子速测仪一类的远距离测距测角的仪器；所用的短距离测量仪（5）是非接触的短距离测量仪；所用的筒体位置传感器（6）是非接触的磁、光、电位置传感器。