內(nèi)孔水平度檢測裝置及其檢測方法

張恩民，張國宇，張鷹超，于曉昆，趙 龍

（1.沈陽鼓風(fēng)機集團往復(fù)機有限公司，遼寧沈陽 110869；2.沈陽鼓風(fēng)機集團石化泵有限公司，遼寧沈陽 110869）

1 引言

隨著國家對裝備制造業(yè)調(diào)整振興規(guī)劃，加快裝備制造企業(yè)兼并重組和產(chǎn)品更新?lián)Q代，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級，加大技術(shù)研究及自主創(chuàng)新能力，國家對重點建設(shè)工程實現(xiàn)重大技術(shù)裝備國產(chǎn)化和自動化以及隨著石化行業(yè)裝置的大型化，大型往復(fù)壓縮機組裝找正成為困擾壓縮機整機可靠性和降低運行周期成本的關(guān)鍵[1]。但由于基礎(chǔ)件的差距及工藝水平的落后，使機械行業(yè)在高端產(chǎn)品制造方面一直難有較大突破，因此我們在基礎(chǔ)件及工藝水平的提高迫不及待[2]。在現(xiàn)有裝備制造業(yè)中，對內(nèi)孔的水平精度檢測均直接采用框式水平儀的底平面兩側(cè)棱角接觸孔內(nèi)底面進(jìn)行測量。當(dāng)測量工件的被測表面誤差大或傾斜程度大時，框式水平儀的氣泡會移至極限位置，導(dǎo)致無法測量。水平儀的測量基面為水平儀底平面和120°“V”型面，而水平儀的底平面兩側(cè)棱角不是測量基面，因此導(dǎo)致測量內(nèi)孔的水平精度不準(zhǔn)、出現(xiàn)偏差，嚴(yán)重影響產(chǎn)品精度和質(zhì)量，造成拆分機組進(jìn)行返修。為此往復(fù)壓縮機產(chǎn)品的研制也必將緊緊跟蹤國家及市場的需要朝著高效大型化方向發(fā)展，這也要求對大型設(shè)備的找正及測量的方法必須與之相適應(yīng)。以解決測量精度誤差大，影響產(chǎn)品的精度等問題。因此研制出適合對內(nèi)孔的水平精度檢測裝置和檢測方法。

2 現(xiàn)存在問題及現(xiàn)狀

往復(fù)壓縮機廣泛應(yīng)用于石化行業(yè)。隨著石油化工流程規(guī)模不斷擴大，往復(fù)壓縮機向超大型多列方向發(fā)展，其可靠性影響整個生產(chǎn)線的正常運轉(zhuǎn)。而往復(fù)壓縮機中的機身（也稱機座） 是往復(fù)壓縮機中，供放置曲軸、連桿、十字頭等組件及其它輔助設(shè)備，通過中體連接氣缸，并通過地腳螺釘緊固于基礎(chǔ)或隔振墊上的重要部件。在現(xiàn)有裝備制造業(yè)中，對內(nèi)孔的水平精度檢測均直接采用框式水平儀的底平面兩側(cè)棱角（線性） 接觸孔內(nèi)底面進(jìn)行測量。當(dāng)測量工件的被測表面誤差大或傾斜程度大時，框式水平儀的氣泡會移至極限位置，導(dǎo)致無法測量。而水平儀的測量基面為水平儀底平面和120°“V”型面，而水平儀的底平面兩側(cè)棱角不是測量基面，因此導(dǎo)致測量內(nèi)孔的水平精度不準(zhǔn)、出現(xiàn)偏差，嚴(yán)重影響產(chǎn)品精度和質(zhì)量，造成拆分機組進(jìn)行返修。

圖1 檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖

為此在往復(fù)壓縮機組裝找正中，保證機身軸瓦孔、滑道、氣缸缸徑的水平精度，實現(xiàn)機身軸瓦孔、滑道、氣缸缸徑的水平精度檢測的技術(shù)要求已成為亟待解決的問題。

3 研發(fā)檢測裝置設(shè)計方案及方法

為了解決現(xiàn)有內(nèi)孔檢測存在的無法測量、測量精度存在偏差、無法滿足技術(shù)要求等問題，研發(fā)出一種內(nèi)孔水平度檢測裝置及其檢測方法。

3.1 內(nèi)孔水平度檢測裝置，如圖1

水平度檢測裝置包括橋板及光學(xué)合像水平儀，其中橋板包括橋板體、圓柱支承及水準(zhǔn)儀，橋板體底的底面對稱設(shè)有2個圓柱支承，頂面安裝有檢測橋板體是否水平的水準(zhǔn)儀，2個圓柱支承的母線與被測內(nèi)孔的母線在檢測時線性接觸重合，光學(xué)合像水平儀在檢測時放置在處于水平的橋板體上。平行于板體上平面，2個圓柱體母線與被側(cè)工件孔的母線線性接觸重合，調(diào)平橋板，將光學(xué)合像水平儀放置在橋板體上。2個圓柱支承的軸向中心線相互平行，且處于同一平面內(nèi)，該平面平行于所述橋板體的底面及頂面；所述橋板體的端面為倒置的“凸”字形，所述2個圓柱支承對稱安裝于凸出部分兩側(cè)的根部；所述橋板體凸出部分兩側(cè)的根部沿橋板體的長度方向均設(shè)有凹槽，所述2個圓柱支承分別通過緊固螺釘固定在橋板體上；所述圓柱支承分別通過緊固螺釘固定在橋板體上；所述2個圓柱支承的母線與被測內(nèi)孔的母線平行；所述2個圓柱支承的圓柱度＜0.001 mm，對稱度＜0.005 mm，2個圓柱支承軸向中心線所在的平面與所述橋板體頂面平行度＜0.005 mm，橋板體的平面度＜0.006 mm[3]。

3.2 檢測裝置的檢測方法

將橋板平放在被測工件的內(nèi)孔底面上，用手敲打橋板體，使所述橋板體上水準(zhǔn)儀中水銀泡處在中間位置來找平橋板體，使2個圓柱支承與所述內(nèi)孔孔底母線平行且完全貼合；將所述光學(xué)合像水平議放在橋板體上，轉(zhuǎn)動光學(xué)合像水平儀上的微分盤旋轉(zhuǎn)鈕，從光學(xué)合像水平儀上的窗口看到汽泡兩端的半邊像合在一起，從所述微分盤上渡出刻度值，即完成一次檢測.

4 具體實施及應(yīng)用

4.1 根據(jù)上述研發(fā)的設(shè)計方案完成設(shè)計制造水平度檢測裝置

（1） 如圖2檢測裝置的橋板結(jié)構(gòu)包括：1橋板體、2圓柱支承、3水準(zhǔn)儀。橋板體1的端面為倒置的“凸”字形，橋板體1凸出部分兩側(cè)的根部沿橋板體1的長度方向均設(shè)有凹槽4，2個凹槽4槽深方向的中心線呈“八”字形。板體1的底面對稱設(shè)有2個圓柱支承2，頂面鑲嵌有檢測橋板體1是否水平的水準(zhǔn)儀3（水準(zhǔn)儀3的表面不高于橋板體1的頂面），2個圓柱支承2的軸向中心線相互平行，且處于同一平面內(nèi)，該平面平行于橋板體1的底面及頂面；2個圓柱支承2對稱安裝于凸出部分兩側(cè)的根部，2個圓柱支承2上均開有螺栓孔5，緊固螺釘6由該螺栓孔5穿出固定在凹槽內(nèi)；在圓柱支承2的徑向截面緊固螺釘6的軸向中心線與凹槽4槽深方向的中心線共線，且經(jīng)過圓柱支承2徑向截面的圓心。橋板的2個圓柱支承2的母線與被測內(nèi)孔的母線平行，并且2個圓柱支承2的母線與被測內(nèi)孔的母線在檢測時線性接觸重合。

（2） 如圖1光學(xué)合像水平儀在檢測時放置在處于水平的橋板平面上。2個圓柱支承2的間距為25 mm，圓柱支承2的直徑為φ15 mm，長為100 mm，材質(zhì)為45 號；橋板體4 的長為170 mm，寬為55 mm，厚為30 mm，材質(zhì)為45號；整體橋板的外形尺寸為170 mm（長） ×55 mm（寬） ×36.5 mm（厚）。2個圓柱支承2的圓柱度＜0.004 mm，對稱度＜0.005 mm，2個圓柱支承2軸向中心線所在的平面與橋板體1頂面平行度＜0.005 mm，橋板體4的平面度＜0.006 mm[4]。

4.2 檢測裝置的檢測方法

往復(fù)壓縮機機身軸瓦孔、滑道、氣缸缸徑的水平度，如圖1所示，歸納整理被測往復(fù)壓縮機機身軸瓦孔、滑道、氣缸缸徑等內(nèi)孔的尺寸和確定選用光學(xué)合像水平儀的外型尺寸，確定橋板的結(jié)構(gòu)及外形尺寸。根據(jù)被測工件的公差精度及光學(xué)合像水平儀的測量精度，確定橋板的形位公差和制造精度。

（1） 檢測前先進(jìn)行如下操作

（a） 使用光學(xué)合像水平儀3及橋板2前擦凈油污，確定潔凈后方可使用；

（b） 檢測前檢查光學(xué)合像水平議3刻度盤上的“0”刻線與標(biāo)尺對齊，毫米標(biāo)尺處于中間位置；

（c） 測量前檢查光學(xué)合像水平儀3測微螺桿在轉(zhuǎn)動時應(yīng)順暢，不得有卡住或跳動現(xiàn)象；

（d） 測量前檢查光學(xué)合像水平儀當(dāng)測微螺桿均勻轉(zhuǎn)動時，氣泡在水準(zhǔn)泡內(nèi)移動應(yīng)平穩(wěn)，無停滯和跳動現(xiàn)象；

（e） 光學(xué)合像水平儀測量機身軸孔、缸徑、機身滑道水平，均應(yīng)同方向測量，禁止將光學(xué)合像水平儀調(diào)轉(zhuǎn)180°反方向測量；

（f） 禁止將光學(xué)合像水平儀毫米標(biāo)尺旋出0～10 mm范圍。

（2） 首先將被測件擦拭干凈，橋板2去處包裝和油，將橋板2平放于被測工件內(nèi)孔底面上，用用手指輕敲橋板體4，使橋板體4上水準(zhǔn)儀中水銀泡處在中間位置來找平橋板體4，使2個圓柱支承5與被測孔孔底母線平行且完全貼合；將光學(xué)合像水平儀3放在橋板體4上，手轉(zhuǎn)動工件的長度小于或大于1m時，可按正比例方法計算：1m長度上的高度差×工件長度即：實際的傾斜度=刻度值×工件的長度×刻度盤讀數(shù)上的微分盤旋轉(zhuǎn)扭，從光學(xué)合像水平儀3窗口看到氣泡兩端的半邊像合在一起，從微分盤上讀出刻度數(shù)，即完成一次撿測。

（3） 光學(xué)合像水平儀3檢測值計算

（a） 當(dāng)測量工件的長度為1m時，可直接讀取。

（b） 當(dāng)被測工件的長度小于或大于1m時，可按正比例方法計算：1m長度上的高度差×工件長度即：實際的傾斜度=刻度值×工件的長度×刻度盤讀數(shù)

圖2 檢測裝置中橋板的結(jié)構(gòu)主視圖

（4） 本測量裝置的光學(xué)合像水平儀3為市購產(chǎn)品，購置于泊頭市泊重精密機床量具有限公司，技術(shù)參數(shù)為：

（a） 刻度盤分劃值：0.01 mm/m

（b） 最大測量范圍正負(fù)：0～10 mm/m

（c） 示值誤差：在每米的長度內(nèi)從-1 mm至+1 mm范圍內(nèi)的示值誤差精度為±0.01 mm/m（即每米測量精度為-0.01 mm至+0.01 mm）

（d） 全部測量范圍內(nèi)的精度值為±0.02 mm/m（即每米測量精度為-0.02 mm至+0.02 mm）

（e） 工作面平面性偏差：0.003 mm

（f） 水準(zhǔn)器格值：0.1 mm/m

（g） 工作面尺寸：165 mm×48 mm

（5） 橋板及光學(xué)合像水平儀的精度的檢定

橋板及光學(xué)合像水平儀報送計量檢定部門，進(jìn)行校驗和標(biāo)定合格后，在實際生產(chǎn)中應(yīng)用。

5 結(jié)論

本檢測裝置采用專用橋板與光學(xué)合像水平儀組合進(jìn)行測量，保證往復(fù)壓縮機機身軸瓦孔、機身身滑道、氣缸缸徑的水平度的檢測精度，達(dá)到產(chǎn)品技術(shù)要求。

本發(fā)明水平精度的檢測技術(shù)，是采用橋板底部平行且在同一個平面內(nèi)的2個圓拄體母線與被側(cè)工件孔的母線，線性接觸重合，使測量基面與被測孔的曲面穩(wěn)合，保證測量精度，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

此檢測方法，滿足了產(chǎn)品組裝測量找正需求，不僅保證了產(chǎn)品組裝質(zhì)量，同時縮短了測量找正時間，提高了生產(chǎn)效率。

此檢測裝置及其檢測方法，保證了往復(fù)壓縮機組裝找正精度和質(zhì)量要求，而采取的橋板與光學(xué)合像水平儀組合進(jìn)行測量，滿足往復(fù)壓縮機組裝找正水平精度和質(zhì)量要求，使一次檢測準(zhǔn)確率達(dá)100%，提高往復(fù)壓縮機的制造質(zhì)量和生產(chǎn)效率，提高了檢測水平和精度，提高往復(fù)壓縮機的制造質(zhì)量和生產(chǎn)效率，提高了檢驗水平和精度。此檢測裝置及其檢測方法已獲得國家專利。