[发明专利]一种回转窑筒体运行轴线的测量装置和测量方法

权利要求书

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。

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(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。

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V1i，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H1i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b1i；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：

x0ik′=(y3ik-y1ik)(x2ik2+y2ik2-x1ik2-y1ik2)+(y2ik-y1ik)(x1ik2+y1ik2-x3ik2-y3ik2)2[(x2ik-x1ik)(y3ik-y1ik)-(x3ik-x1ik)(y2ik-y1ik)]y0ik′=(x3ik-x1ik)(x2ik2+y2ik2-x1ik2-y1ik2)+(x2ik-x1ik)(x1ik2+y1ik2-x3ik2-y3ik2)2[(x3ik-x1ik)(y2ik-y1ik)-(x2ik-x1ik)(y3ik-y1ik)]z0ik′=Wi]]>

式中，x1ik=H1i+H3i+(b1i+L1ik)cosαy1ik=V1i+(b1i+L1ik)sinαz1ik=Wi]]>

x2ik=H1i+H4i+(b3i+L2ik)cosβy2ik=V1i+(b2i+L2ik)sinβz2ik=Wi]]>

x3ik=H2i-H5i-(b3i+L3ik)cosγy3ik=V2i+(b3i+L3ik)sinγz3ik=Wi;]]>

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：

x0i′=be-cd2(b2-ad)y0i′=ae-bc2(ad-b2)z0i′=Wi]]>

R0i′=x0i′2+y0i′2-f]]>

式中，

a=NΣk=1Nx0ik′2-(Σk=1Nxoik′)2]]>

b=NΣk=1Nxoik′yoik′-Σk=1Nxoik′Σk=1Nyoik′]]>

c=NΣk=1Nx0ik′3+NΣk=1Nxoik′y0ik′2-Σk=1N(x0ik′2+y0ik′2)Σk=1Nxoik′]]>

d=NΣk=1Ny0ik′2-(Σk=1Nyoik′)2]]>

e=NΣk=1Ny0ik′3+NΣk=1Nx0ik′2yoik′-Σk=1N(x0ik′2+y0ik′2)Σk=1Nyoik′]]>

f=[Σk=1N(x0ik′2+y0ik′2)-2xoi′Σk=1Nx0ik′2-2yoi′Σk=1Ny0ik′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：

x0jk=(x0i+1k′+x0ik′)/2y0jk=(y0i+1k′+y0ik′)/2z0jk=z0ik′,]]>

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：

x0j=(x0i+1′+x0i′)/2y0j=(y0i+1′+y0i′)/2z0j=z0i′.]]>