基于全站仪三点法的动态回转窑轴线测量与分析

论文摘要

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。

论文目录

• 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