回转窑筒体中心线测量系统.doc

回转窑筒体中心线测量系统周永安黄民张永忠(中国矿业大学机电与材料工程学院 ,徐州 221008)摘 要 回转窑筒体中心线的测量对于调整合理工艺参数及托轮支撑位置 ,对改善筒体的受力状况 、延长耐火砖使用寿命等具有重要的实际意义 ,是预防筒体内衬的耐火砖脱落 、筒体开裂 、托轮轴瓦发热等故障的有效措施 。本文介绍了自行开发的 一种大型回转窑筒体中心线的测量系统 ,该系统具有结构简单 、安装测量方便 、精度高 、可记忆存贮和通讯等特点 。关键词 回转窑 中心线测量Rotary kiln shell dyna mic central l ine mea sure ment syste mAbstract : It is fairly important to measure and master the exact position of rotary kiln central line ,in order to adjustrationally technological parameter and the lying position of support roller , to avoid refractory brick damage of inside lining of kiln shell and journal bearing overheat of support roller , and to imp rove the shell forced status1The new rotary kiln shell dynamic central line measurement system is developed and the measurement system has many advantages such as simple structure , convenient installation , high measurement p recision , memory storage and communication .Key Words :rotary kiln ;central line measurement前言线度 。由于轮带的直径并不相同 , 所以各挡位的中心之间的高度差需要通过同时测量各挡轮带最低点的高 度差 、各挡轮带的外径 、以及轮带内径与筒体外径差N求得 。首先使用 DS3 型水准仪建立一个水平基准面 , 并由标尺读取各挡位轮带正下方最低点相对于水平基 准面的高度 hN (N = 14) ,进而通过测量各挡轮带的直 径 DN (见后述) ,得到各挡位中心相对于基准面的高度 YN 。回转窑中心在垂直方向的直线度可用 、两挡 的中心 B 、C 两点相对于 A 、D 连线的偏差量Y2 、Y3 表示 :1回转窑筒体中心线测量是确定托轮轴线与筒体中心线相互位置的依据 ,是预防筒体内衬的耐火砖脱落 、 筒体开裂 、托轮轴瓦发热等故障的有效措施 ,为此设计 开发了一种新型的基于单片机的 YZC 1 型回转窑筒 体中心线测量系统 。回转窑筒体中心线测量的原理和方法江苏巨龙集团有限公司的 5 . 8 97m 大型回转窑 的整个窑体由 4 个挡位支撑 ,在每一挡位处分别有两 个托轮通过轮带支撑窑体 ,筒体中心线与水平面的倾 斜角为 2。筒体中心线的测量通常包括筒体中心在水 平方向上的直线度 (以下简称水平直线度) 和垂直方向 上的直线度 (以下简称垂直直线度) 。211垂直直线度的测量回转窑筒体中心线垂直直线度的测量原理图如图1 所示 。首先应求得各挡位筒体中心 (AD) 之间的高 度差 ,然后根据各挡位之间的跨度计算中心的垂直直2图 1 回转窑筒体中心线垂直直线度测量原理图作者简介 :周永安 (1964 - ) ,男 ,机械高级工程师 ,中国矿业大学在读博士 ,专业 :机械设计及理论 ,职务 :巨龙集团首席工程师 。Y2Y2 - Y1 - ( Y4 - Y1) S 1( S 1 + S 2 + S 3)=(1)NNNN的滚动 ,从而使测速压轮表面的线速度与轮带表面的线速度保持一致 。测速压轮上安装有测速用的磁块 , 压轮每转过一圈 ,通过霍尔传感器就会输出一个脉冲 信号 ,通过测量轮带在转动一周过程中压轮转过的圈 数便可算得轮带的直径 。与此同时 , 采用另外一个霍尔传感器测量轮带的转动周期 ,每当轮带上的磁块通 过霍尔传感器的正上方时 ,霍尔传感器将输出一个脉 冲信号 ,脉冲的时间间隔 T 表示其转动周期 。在轮带 每转动一圈的过程中 ,测速压轮上的霍尔元件将产生 一系列的脉冲 ,如图 4 所示 ,假设轮带转动一周期间速度传感器输出的整脉冲个数为 N ,测速轮直径为 d , t1和 t2 期间的速度分别用最为靠近的两个脉冲周期 T1和 TN 换算 ,由此可得轮带的直径 D 的计算公式为 :212 水平直线度的测量水平直线度的测量通过测量各挡位轮带的直径及 其表面的水平径向位移来实现 ,其原理如图 2 ( 测量系 统的俯视图) 和图 3 (剖面图) 所示 。首先以第 挡位和 第 挡位的托轮底座中心连线为基准线 , 在窑的一侧 用 J 2 经纬仪建立一个与基准线相平行的垂直基准面 , 然后通过测量筒体在各个挡位处轮带表面相对于基准面的水平径向位移 WN + LN ( k) 以及轮带的直径 DN ,即 可获得各挡位轮带中心的水平位置 XN 。同时 ,由于在轮带转动一周的过程中 ,其径向水平位移不尽相同 ,因 而在实际测量时 ,将沿轮带周向进行 40 个等间隔分度 进行测量 ( k = 40) , 以便准确了解轮带转到不同相位 时 ,中心线的水平偏差情况 。实测时 ,采用轮带转动周 期的等间隔分度确定相位 。水平直线度及偏差的测算 方法类似于垂直直线度的测算 ,即 :图 2 回转窑筒体中心线水平直线度测量图 4 霍尔传感器及速度传感器的输出信号d + d1 + d2d t 1T1d t 2TN(5)D = N式中 : d1d2=回转窑筒体中心线测量系统的设计3311 系统的组成回转窑筒体中心线测量系统的结构简图如图 5 所 示 ,主要由传感器及测量仪两大部分构成 。传感器包 括 :用于测量轮带表面线速度的速度传感器 、用于测量轮带转动周期的霍尔传感器 、用于测量轮带表面水平 位移的位移传感器 ,其中霍尔传感器采用单稳开关型 霍尔元件 (定位测量误差小于 0 . 2mm) ,位移传感器采 用电感调频式 ( 中心频率 15kHz ,量程 25mm ,测量精 度 0 . 01mmHz ) 。测 量 仪 主 要 包 括 80C196 单 片 机 主 板 、16 键薄膜键盘 、16 位 8 段数码显示器和直流稳压 电源 。传感器的输出信号均为脉冲信号 , 可直接送至 单片机的高速输入口 HIS 口 ,由单片机完成对传感器 输出信号的采集 、存储 、处理 、显示和传输等 。312 系统主要功能7 图 3 回转窑轮带直径测量原理图X 2 ( k ) =X 2 ( k )X 1 ( k ) - X 4 ( k )S 1( S 1 + S 2 + S 3 )-X 1 ( k ) (3)X 3 ( k )X 3 ( k )X 1 ( k ) - X 4 ( k )X 1 ( k ) =-( S 1 + S 2 ) ( S 1 + S 2 + S 3 ) (4)式中XN ( k )W N + L N ( k ) + DN2=( N = 1 4 ; k = 1 40)213轮带直径的测量轮带直径的测量原理如图 3 所示 。图中速度传感参数及托轮支撑位置的重要依据 ,对于改善筒体受力状况和延长耐火砖使用寿命取得了良好的实用效果 。(2) 所开发的回转窑筒体中心线测量系统能在回 转窑工作状态下进行筒体中心线的在线测量 , 所测得的实际中心线包含了温度场 、载荷分布 、工艺参数等诸多因素的影响 ,反映了回转窑在工作中的中心线的状 态 。据此对筒体中心线 、工艺参数等进行调整 ,使回转 窑有合理的温度场和各挡载荷分布 ,克服了冷态状态 下测量的筒体中心线的种种弊端 。(3) 回转窑筒体中心线测量系统亦适用于其他类 似回转机械的中心线测量 ,具有广泛的应用前景和重 要的实际意义 。参考文献图 5 测量系统结构简图直径的测量 每个挡位分别测量 48 次 ,以其平 均值作为测量结果 ,测量误差范围为 1mm 。位移的测量 在每个挡位沿周向的 40 个等间隔 分度上分别测量其位移 ,即每挡位沿周向共分 40 个测 点 ,40 个数据为一组 ,取 8 组数据的平均值作为测量结 果 ,位移测量的误差范围为 0 . 2mm 。数据传输 留有通用的串行通讯接口 , 并编制了 相应的通讯软件 ,可将有关的测量数据传送给上位计 算机 ,以便进行进一步的数据分析和处理 。张浩楠 1 中国现代水泥技术及装备 1 天津科学技术出版社 ,1991徐爱卿 1MCS - 5196 系列单片机原理及应用 1 北京航空航 天大学出版社 ,1996124结论(1) YZC - 1 型回转窑筒体中心线测量系统已用于(上接第 16 页)探讨了图论原理在污水管网布线方面的应用 , 并利用实际工程的资料对优化方法进行了验证 , 证明了 方法的有效性 。但还需要进一步研究的问题如下 :如何改进算法 ,加快运算速度 ,以利于大型管网 的优化计算 。对于地形特殊的管网布设地区 , 如洼地 、山地 ,如何在程序中加以考虑 。若把管网布线优化的方法运用于管网兴建 、扩 建工程中 ,必将产生显著的经济效益和社会效益 。参考文献5程序实现与设计实例根据上述算法 ,用 C + + 语言编写污水管网布线优化设计计算程序 。程序中的数据输入主要 包 括 交 互式 、数据文件式等 ,内容有道路网络图 、节点分布情况 、 节点编号 、管段长度 、服务面积 、人口密度 、排水量标准以及地面标高 、控制节点的管内底标高等 ,将节点分布情况和道路网方面的数据输入后就可按程序设计直接 优化 。当形成一个管网布线方案后 , 水力计算模块能根 据各节点的衔接关系自动检查计算节点上游各管段终点的水力参数 ,根据设计原则确定下游管段起点的水 力标高并进行水力计算 。如此依次循环遍 历 所 有 节点 ,直至计算完所有管段 。以水力计算的结果可以计算出该管网布线方案的目标函数的值 。按目标函数值 最低原则寻优 ,即可找出管网布线的最优方案 ,并同时可以算出各管段的管径 、长度 、管内底标高 。 根据所编程序 , 对成都市某区的污水管网工程进行优化计算 ,计算结果表明 ,采用优化设计后工程总费 用可比现有设计的费用低 3 % ,证明本优化方法具有可行性 。部分计算结果见表 1 。12Mays L1Wet Model for layout and design of sewer systems ,1976 陈森发 ,朱德炯 ,顾兴富等 1 城市排水管网系统布局的优化 设计 1 运筹与管理 ,1997Barlow J F1Cost Optimization of Pipe Sewerage System , Proceneering o