一種混凝土攪拌機(jī)拌缸同軸度檢測(cè)方法及原理

王 敬 ，趙 悟 ，孔鮮寧 ，李冠峰 ，沈威威 ，郭 良

（1.長安大學(xué)道路施工技術(shù)與裝備教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安710064；2.許昌德通振動(dòng)攪拌技術(shù)有限公司，河南 許昌461000）

0 引言

混凝土是當(dāng)今世界上最大宗的建筑材料，被廣泛地用于各種基礎(chǔ)建設(shè)中。而混凝土攪拌機(jī)作為攪拌混凝土的重要機(jī)械，在施工中不可或缺。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，攪拌機(jī)承受著較大的負(fù)載，攪拌機(jī)軸孔的同軸度如果超差，就會(huì)使軸承傾斜，進(jìn)而引起軸承異常發(fā)熱、振動(dòng)，同時(shí)降低了主軸的回轉(zhuǎn)精度，影響攪拌質(zhì)量和軸端密封的使用壽命，甚至導(dǎo)致攪拌機(jī)損壞、停機(jī)等問題。因此，為保證攪拌機(jī)在生產(chǎn)中能夠長期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，在攪拌機(jī)生產(chǎn)裝配的過程中，有必要對(duì)攪拌機(jī)箱體的多個(gè)軸孔的進(jìn)行同軸度檢測(cè)。

目前，同軸度的檢測(cè)一般包括分為孔類零件的同軸度檢測(cè)和軸類零件的同軸度檢測(cè)[1]，對(duì)于大跨度多孔工件的同軸度檢測(cè)而言，主要采用長軸塞規(guī)量法和三坐標(biāo)量法[2]。然而，上述測(cè)量方法中長軸塞規(guī)量法測(cè)量精度低，三坐標(biāo)量法設(shè)備價(jià)格昂貴，維修成本高。本文針對(duì)以上情況介紹了一種新的混凝土攪拌機(jī)拌缸同軸度的檢測(cè)方法。該檢測(cè)方法通過待測(cè)軸孔測(cè)量結(jié)果建立理論方程和將理論結(jié)果與其余軸孔實(shí)際測(cè)量結(jié)果相比較，獲得混凝土攪拌機(jī)的同軸度偏差，測(cè)量效率高效，成本低且測(cè)量精度較高，解決了傳統(tǒng)方法存在的不足。

1 同軸度的含義

國標(biāo)中同軸度公差帶的定義是指直徑公差值為t，且與基準(zhǔn)軸線同軸的圓柱面的區(qū)域內(nèi)[3]，即同軸度是指被測(cè)圓柱面軸線對(duì)基準(zhǔn)線不同軸程度。它有以下三種控制因素：軸線與軸線、軸線與公共軸線、圓心與圓心。

影響同軸度的主要因素有被測(cè)元素與基準(zhǔn)元素的圓心位置和軸線方向，尤其是軸線方向。

2 混凝土攪拌機(jī)拌缸同軸度檢測(cè)裝置

混凝土攪拌機(jī)拌缸同軸度檢測(cè)裝置，包括工裝軸、軸承、支撐法蘭和測(cè)量工具，工裝軸上設(shè)有兩個(gè)軸承，支撐法蘭包括兩個(gè)法蘭盤，兩個(gè)法蘭盤可分別固定在待測(cè)拌缸的任意兩個(gè)待測(cè)孔處，工裝軸可通過兩個(gè)軸承與兩個(gè)法蘭盤連接；所用測(cè)量工具為千分表。攪拌機(jī)同軸度檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 攪拌機(jī)同軸度檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

3 混凝土攪拌機(jī)拌缸同軸度檢測(cè)原理及方法

傳統(tǒng)方法檢測(cè)攪拌機(jī)拌缸上軸孔的同軸度時(shí)，首要問題是通過軸孔的圓柱面確定軸孔的中心，只有確定了被測(cè)軸孔各個(gè)截面的中心點(diǎn)，才能得到實(shí)際中心線，進(jìn)而確立基準(zhǔn)軸線。然而在實(shí)際工作中軸孔中心的確立并不容易，且定心過程中產(chǎn)生的誤差對(duì)同軸度的檢測(cè)有較大影響。本文所介紹的同軸度檢測(cè)裝置優(yōu)點(diǎn)就在于不需要確定軸孔的中心，采用二維線性分析法，用千分表分別測(cè)量拌缸待測(cè)孔中的各孔在水平和豎直方向偏差進(jìn)行測(cè)量，選取兩個(gè)待測(cè)孔，以此兩點(diǎn)實(shí)測(cè)偏差值確定該兩點(diǎn)的坐標(biāo)，并以該兩點(diǎn)建立直線方程作為水平和豎直方向的理論直線方程，將被測(cè)孔之間的距離作為橫坐標(biāo)帶入理論直線方程計(jì)算出豎直和水平理論偏差，將實(shí)測(cè)偏差與理論坐標(biāo)作對(duì)比，最終獲得各孔的同軸度實(shí)際偏差，測(cè)量和計(jì)算精度高。

（1）安裝檢測(cè)裝置：從多個(gè)待測(cè)孔中任意選取待測(cè)孔一和待測(cè)孔二，將兩個(gè)法蘭盤分別固定在待測(cè)孔一和待測(cè)孔二處，兩個(gè)軸承的內(nèi)環(huán)分別套接在工裝軸上，外環(huán)分別固定在兩個(gè)法蘭盤上，千分表安裝在磁力表座上，磁力表座固定在待測(cè)孔處的工裝軸上，并確保指針能與待測(cè)孔內(nèi)表面接觸。

（2）測(cè)量待測(cè)孔的豎直和水平實(shí)測(cè)偏差：測(cè)量前將千分表調(diào)零，設(shè)待測(cè)孔K為任意一個(gè)待測(cè)孔，測(cè)量該孔豎直實(shí)測(cè)偏差的方法為：將千分表指針與待測(cè)孔K內(nèi)表面的最高點(diǎn)接觸，記下千分表讀數(shù)La，旋轉(zhuǎn)工裝軸，將千分表指針與待測(cè)孔K內(nèi)表面的最低點(diǎn)接觸，記下千分表讀數(shù)Lb，待測(cè)孔K的豎直實(shí)測(cè)偏差為 Lm，則有：

Lm=1/2（La-Lb）

測(cè)量待測(cè)孔K孔心水平實(shí)測(cè)偏差的方法為：將千分表指針與待測(cè)孔K內(nèi)表面的最左點(diǎn)接觸，記下千分表讀數(shù)Lc，旋轉(zhuǎn)工裝軸，將千分表指針與待測(cè)孔內(nèi)表面的最右點(diǎn)接觸，記下千分表讀數(shù)Ld，待測(cè)孔K的水平實(shí)測(cè)偏差為Ln，則有：

Ln=1/2（Lc-Ld）

按照步驟（2）所述方法依次測(cè)量各待測(cè)孔的豎直和水平實(shí)測(cè)偏差，需要注意的是使用千分表測(cè)量時(shí)，均需進(jìn)行多次測(cè)量，剔除異常值后，取剩余測(cè)量值的取平均值。

（3）計(jì)算待測(cè)孔的豎直和水平理論偏差：由步驟（2）中得到待測(cè)孔一的豎直和水平實(shí)測(cè)偏差分別為Lm1和Ln1，待測(cè)孔二的豎直和水平實(shí)測(cè)偏差分別為Lm2和Ln2，以工裝軸的中軸線為Z軸，在豎直YOZ平面內(nèi)建立坐標(biāo)系，設(shè)待測(cè)孔一的孔心在Y軸上，則待測(cè)孔一和待測(cè)孔二孔心的坐標(biāo)分別為（0，Lm1）和（L12，Ln1），其中，L12為已知的待測(cè)孔一和待測(cè)孔二之間的距離，待測(cè)孔一和待測(cè)孔二孔心兩點(diǎn)在YOZ平面內(nèi)確定的直線方程為：

該直線即為豎直方向同軸度理論線。

同理，以工裝軸的中軸線為Z軸，在水平XOZ平面內(nèi)建立坐標(biāo)系，設(shè)待測(cè)孔一的孔心在X軸上，可得待測(cè)孔一和待測(cè)孔二孔心兩點(diǎn)在XOZ平面內(nèi)確定的直線方程為：

計(jì)算待測(cè)孔K相于對(duì)理論線的理論偏差：設(shè)待測(cè)孔 K的孔心在 YOZ平面的坐標(biāo)為（L1k，Yk），在XOZ 平面內(nèi)的坐標(biāo)為（L1K，XK），其中，L1K為已知的待測(cè)孔一與待測(cè)孔K之間的距離，將孔心坐標(biāo)分別帶入所述兩個(gè)直線方程可得：

YK和XK即為待測(cè)孔K相對(duì)于理論線的豎直理論偏差和水平理論偏差；按照步驟（3）所述方法依次計(jì)算各待測(cè)孔的豎直理論偏差和水平理論偏差；豎直平面內(nèi)待測(cè)孔實(shí)測(cè)偏差與理論偏差示意和水平平面內(nèi)待測(cè)孔實(shí)測(cè)偏差與理論偏差示意如圖2、圖3所示。

圖2 豎直平面內(nèi)待測(cè)孔實(shí)測(cè)偏差與理論偏差示意

圖3 水平平面內(nèi)待測(cè)孔實(shí)測(cè)偏差與理論偏差示意

（4）計(jì)算待測(cè)孔K的實(shí)際偏差：待測(cè)孔K的豎直實(shí)測(cè)偏差與豎直理論偏差作差得到待測(cè)孔K的豎直實(shí)際偏差 δ1，即

δ1=Lm-Yk

待測(cè)孔K的水平實(shí)測(cè)偏差與水平理論偏差作差得到待測(cè)孔K的水平實(shí)際偏差δ2，即

按照所述方法依次計(jì)算各待測(cè)孔實(shí)際同軸度偏差。

以上所有的測(cè)量結(jié)果均可通過數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行分析處理，例如EXCEL，MATLAB等，工作效率高。

4 應(yīng)用實(shí)例

對(duì)許昌德通振動(dòng)攪拌技術(shù)有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為DT2000ZBW的雙臥軸振動(dòng)攪拌主機(jī)的拌缸的同軸度進(jìn)行檢測(cè)。如圖4所示。

圖4 DT2000ZBW攪拌機(jī)拌缸同軸度檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)

攪拌主機(jī)在安裝好工裝軸后，用千分表依次測(cè)量下列各測(cè)點(diǎn)處實(shí)測(cè)孔中心軸線在水平及豎直兩個(gè)方向的偏差，輸入指定位置，獲得最終的各測(cè)點(diǎn)處偏差值。

以攪拌端軸封孔為坐標(biāo)原點(diǎn)，以攪拌端軸封孔和振動(dòng)端軸封孔建立理論偏差方程。各點(diǎn)距離原點(diǎn)的軸向距離分別為：減速機(jī)座孔及攪拌軸承座孔為負(fù)，其余均為正。測(cè)量的坐標(biāo)數(shù)據(jù)及各測(cè)點(diǎn)孔中心在豎直方向和水平方向的偏差計(jì)算結(jié)果分別由表1~表3中給出。

表1 拌缸各軸孔坐標(biāo)值（單位：mm）

表2 豎直方向各測(cè)點(diǎn)處孔中心軸線偏差（單位：mm）

表3 水平方向各測(cè)點(diǎn)處孔中心軸線理論偏差和實(shí)測(cè)偏差（單位：mm）

減速機(jī)座孔豎直實(shí)際偏差：

δ1減速=-2.35-（-0.30）=-2.05 mm

水平實(shí)際偏差：

攪拌軸承座孔豎直實(shí)際偏差：

δ1攪拌=2.2-（-0.04）=2.24 mm

水平實(shí)際偏差：

振動(dòng)軸承座孔1豎直實(shí)際偏差：

δ1振動(dòng)1=-0.30-1.74=-2.04 mm

水平實(shí)際偏差：

振動(dòng)軸承座孔2豎直實(shí)際偏差：

δ1振動(dòng)2=0.05-1.92=-1.87 mm

水平實(shí)際偏差：

通過表4和表5比較可以看出，在該檢測(cè)方法下的測(cè)量結(jié)果與傳統(tǒng)方法測(cè)量結(jié)果相近，且，但所需成本低且效率高效。

表4 DT2000ZBW攪拌機(jī)拌缸軸孔同軸度偏差測(cè)量結(jié)果（單位：mm）

表5 DT2000ZBW攪拌機(jī)拌缸軸孔三坐標(biāo)測(cè)量法同軸度偏差測(cè)量結(jié)果（單位：mm）

5 結(jié)語

（1）通過待測(cè)孔測(cè)量偏差確定理論基準(zhǔn)方程，避免了定心產(chǎn)生的誤差，測(cè)量精度較高；

（2）該檢測(cè)方法簡單，操作方便，對(duì)操作人員的水平要求不高；

（3）該檢測(cè)方法不僅限于混凝土攪拌機(jī)拌缸同軸度的檢測(cè)，對(duì)于其他多孔同軸度的檢測(cè)也有一定的借鑒意義。