基于全站仪三点法的动态回转窑轴线测量与分析

摘要

回转窑是建材、冶金、化工等行业的核心设备。窑的生产特点是长期在多支承点上连续运转,窑轴线的准直是保证回转窑长期运转的重要条件。但回转窑在运转一段时间后,由于基础墩的不均匀下沉,托轮调节不当,支承件的磨损等因素,都会破坏原来窑轴线的直线度。窑轴线的弯曲会大大增大设备的磨损,严重的会使托轮轴和筒体产生裂纹,缩短窑衬的使用寿命。因此,定期对窑轴线进行检查是十分必要的。对回转窑轴线的动态检测不仅可避免因停窑带来的巨大经济损失,而且还可以实现预防性维护保养,避免突发性停窑事故的发生。本文首先阐述了回转窑筒体轴线对于整条生产线的重要性,以及动态检测窑轴线的优势之处和必要性。同时,对国内外的窑轴线检测技术作了深入的了解和剖析,提出了基于全站仪三点法的动态窑筒体轴线测量方法。
　　本方法的测量原理是:通过测量轮带表面测量点的位置,运用最小二乘法来拟合轮带表面的圆曲线,从而得到轮带的回转中心位置。再结合所测得的轮带直径和轮带与筒体间隙,即可计算得到筒体的回转中心,将各档筒体回转中心在同一坐标体系中描绘出来,就可以很直观的看到筒体轴线的变化。该方法在满足精度要求的前提下大大减少了在窑上操作的时间,避免了操作人员直接面对窑体的高温辐射和窑运转所带来的振动,增加了操作人员的安全性和测量的精度。本文着重对三点法的测量精度作了分析,发现了影响测量精度的两个因素:测点精度和测点位置的分布。并且详细分析了测点的位置分布对于测量精度的影响,认识到测点均匀分布可以减小测量误差,并给出了本测量方法中测点的最优位置分布。在数据处理方面,采用了最小二乘法来拟合所测得的轮带表面位置数据,并与传统数据处理方法做了比较,可以明显的看到最小二乘法能够较好的拟合轮带表面圆曲线。最后,开发了基于LABVIEW的应用程序,该应用程序包括GUI前面板和数据流程序的后面板。通过GUI前面板可以控制测量的启停,以及完成圆曲线拟合等数据处理。为了使用户更直观的观察到测量的结果,该应用程序还可以自动绘制筒体的轴线状态图。为了使测量系统更加完善,应用程序中还集成有历史查询、报告生成等功能。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 回转窑基础

1.1.1 回转窑概述

1.1.2 回转窑结构

1.1.3 回转窑检测技术

1.2 课题来源及研究目的与意义

1.2.1 课题来源

1.2.2 课题研究目的与意义

1.3 国内外的研究现状

1.4 研究目标、研究内容及拟解决的关键技术

1.4.1 研究目标

1.4.2 研究内容

1.4.3 拟解决的关键问题

1.5 预期的研究成果与创新点

1.6 小结

第2章 回转窑轴线变化分析

2.1 冷、热态时窑轴线的几何关系

2.1.1 冷态时窑轴线的基本几何关系

2.1.2 热态时窑轴线的变化几何关系

2.2 影响回转窑中心线的因素

2.2.1 部件尺寸的影响

2.2.2 工作温度的影响

2.2.3 托轮的受力情况

2.3 回转窑动态检测的必要性

2.4 回转窑常见故障分析

2.5 小结

第3章 检测原理与拟合方法

3.1 三点法求圆心坐标及圆半径

3.2 精度分析

3.2.1 对拟合圆圆心精度的分析

3.2.2 对拟合圆半径的精度分析

3.3 圆曲线拟合

3.3.1 粗大误差的判别及剔除

3.3.2 最小二乘法拟合

3.3.3 最小二乘法的MATLAB仿真实例

3.4 小结

第4章 窑轴线检测系统设计

4.1 检测系统的架构

4.1.1 检测系统基本框架

4.1.2 坐标体系和高差的确定

4.2 全站仪

4.2.1 全站仪的组成和功能特点

4.2.2 MTS600全站仪参数

4.2.3 全站仪测量前的准备工作

4.2.4 全站仪使用时应注意的事项

4.3 测量位置的确定

4.4 窑轴线的确定

4.4.1 轮带直径的确定

4.4.2 动态间隙的确定

4.4.3 窑轴线的描述

4.5 小结

第5章 基于LABVIEW的测量系统软件设计

5.1 虚拟仪器和LABVIEW的概述

5.1.1 虚拟仪器的概述

5.1.2 LABVIEW概述

5.2 测量系统软件结构

5.3 基于LABVIEW的软件设计

5.3.1 全站仪与PC机的通讯及采集

5.3.2 数据处理

5.3.3 数据保存

5.3.4 历史查询

5.3.5 报告生成

5.4 可执行文件生成

5.5 小结

第6章 应用数据及误差分析

6.1 实验数据分析

6.2 误差来源分析及相应的措施

6.3 误差大小分析

6.4 小结

第7章 总结和展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士学位期间发表的论文