一種混凝土攪拌機拌缸同軸度檢測方法及原理

王 敬 ，趙 悟 ，孔鮮寧 ，李冠峰 ，沈威威 ，郭 良

（1.長安大學道路施工技術與裝備教育部重點實驗室，陜西 西安710064；2.許昌德通振動攪拌技術有限公司，河南 許昌461000）

0 引言

混凝土是當今世界上最大宗的建筑材料，被廣泛地用于各種基礎建設中。而混凝土攪拌機作為攪拌混凝土的重要機械，在施工中不可或缺。在實際生產過程中，攪拌機承受著較大的負載，攪拌機軸孔的同軸度如果超差，就會使軸承傾斜，進而引起軸承異常發熱、振動，同時降低了主軸的回轉精度，影響攪拌質量和軸端密封的使用壽命，甚至導致攪拌機損壞、停機等問題。因此，為保證攪拌機在生產中能夠長期穩定運轉，在攪拌機生產裝配的過程中，有必要對攪拌機箱體的多個軸孔的進行同軸度檢測。

目前，同軸度的檢測一般包括分為孔類零件的同軸度檢測和軸類零件的同軸度檢測[1]，對于大跨度多孔工件的同軸度檢測而言，主要采用長軸塞規量法和三坐標量法[2]。然而，上述測量方法中長軸塞規量法測量精度低，三坐標量法設備價格昂貴，維修成本高。本文針對以上情況介紹了一種新的混凝土攪拌機拌缸同軸度的檢測方法。該檢測方法通過待測軸孔測量結果建立理論方程和將理論結果與其余軸孔實際測量結果相比較，獲得混凝土攪拌機的同軸度偏差，測量效率高效，成本低且測量精度較高，解決了傳統方法存在的不足。

1 同軸度的含義

國標中同軸度公差帶的定義是指直徑公差值為t，且與基準軸線同軸的圓柱面的區域內[3]，即同軸度是指被測圓柱面軸線對基準線不同軸程度。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元素與基準元素的圓心位置和軸線方向，尤其是軸線方向。

2 混凝土攪拌機拌缸同軸度檢測裝置

混凝土攪拌機拌缸同軸度檢測裝置，包括工裝軸、軸承、支撐法蘭和測量工具，工裝軸上設有兩個軸承，支撐法蘭包括兩個法蘭盤，兩個法蘭盤可分別固定在待測拌缸的任意兩個待測孔處，工裝軸可通過兩個軸承與兩個法蘭盤連接；所用測量工具為千分表。攪拌機同軸度檢測裝置結構示意圖如圖1所示。

圖1 攪拌機同軸度檢測裝置結構示意圖

3 混凝土攪拌機拌缸同軸度檢測原理及方法

傳統方法檢測攪拌機拌缸上軸孔的同軸度時，首要問題是通過軸孔的圓柱面確定軸孔的中心，只有確定了被測軸孔各個截面的中心點，才能得到實際中心線，進而確立基準軸線。然而在實際工作中軸孔中心的確立并不容易，且定心過程中產生的誤差對同軸度的檢測有較大影響。本文所介紹的同軸度檢測裝置優點就在于不需要確定軸孔的中心，采用二維線性分析法，用千分表分別測量拌缸待測孔中的各孔在水平和豎直方向偏差進行測量，選取兩個待測孔，以此兩點實測偏差值確定該兩點的坐標，并以該兩點建立直線方程作為水平和豎直方向的理論直線方程，將被測孔之間的距離作為橫坐標帶入理論直線方程計算出豎直和水平理論偏差，將實測偏差與理論坐標作對比，最終獲得各孔的同軸度實際偏差，測量和計算精度高。

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

（2）測量待測孔的豎直和水平實測偏差：測量前將千分表調零，設待測孔K為任意一個待測孔，測量該孔豎直實測偏差的方法為：將千分表指針與待測孔K內表面的最高點接觸，記下千分表讀數La，旋轉工裝軸，將千分表指針與待測孔K內表面的最低點接觸，記下千分表讀數Lb，待測孔K的豎直實測偏差為 Lm，則有：

Lm=1/2（La-Lb）

測量待測孔K孔心水平實測偏差的方法為：將千分表指針與待測孔K內表面的最左點接觸，記下千分表讀數Lc，旋轉工裝軸，將千分表指針與待測孔內表面的最右點接觸，記下千分表讀數Ld，待測孔K的水平實測偏差為Ln，則有：

Ln=1/2（Lc-Ld）

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

（3）計算待測孔的豎直和水平理論偏差：由步驟（2）中得到待測孔一的豎直和水平實測偏差分別為Lm1和Ln1，待測孔二的豎直和水平實測偏差分別為Lm2和Ln2，以工裝軸的中軸線為Z軸，在豎直YOZ平面內建立坐標系，設待測孔一的孔心在Y軸上，則待測孔一和待測孔二孔心的坐標分別為（0，Lm1）和（L12，Ln1），其中，L12為已知的待測孔一和待測孔二之間的距離，待測孔一和待測孔二孔心兩點在YOZ平面內確定的直線方程為：

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平面內建立坐標系，設待測孔一的孔心在X軸上，可得待測孔一和待測孔二孔心兩點在XOZ平面內確定的直線方程為：

計算待測孔K相于對理論線的理論偏差：設待測孔 K的孔心在 YOZ平面的坐標為（L1k，Yk），在XOZ 平面內的坐標為（L1K，XK），其中，L1K為已知的待測孔一與待測孔K之間的距離，將孔心坐標分別帶入所述兩個直線方程可得：

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

圖2 豎直平面內待測孔實測偏差與理論偏差示意

圖3 水平平面內待測孔實測偏差與理論偏差示意

（4）計算待測孔K的實際偏差：待測孔K的豎直實測偏差與豎直理論偏差作差得到待測孔K的豎直實際偏差 δ1，即

δ1=Lm-Yk

待測孔K的水平實測偏差與水平理論偏差作差得到待測孔K的水平實際偏差δ2，即

按照所述方法依次計算各待測孔實際同軸度偏差。

以上所有的測量結果均可通過數據處理軟件進行分析處理，例如EXCEL，MATLAB等，工作效率高。

4 應用實例

對許昌德通振動攪拌技術有限公司生產的型號為DT2000ZBW的雙臥軸振動攪拌主機的拌缸的同軸度進行檢測。如圖4所示。

圖4 DT2000ZBW攪拌機拌缸同軸度檢測現場

攪拌主機在安裝好工裝軸后，用千分表依次測量下列各測點處實測孔中心軸線在水平及豎直兩個方向的偏差，輸入指定位置，獲得最終的各測點處偏差值。

以攪拌端軸封孔為坐標原點，以攪拌端軸封孔和振動端軸封孔建立理論偏差方程。各點距離原點的軸向距離分別為：減速機座孔及攪拌軸承座孔為負，其余均為正。測量的坐標數據及各測點孔中心在豎直方向和水平方向的偏差計算結果分別由表1~表3中給出。

表1 拌缸各軸孔坐標值（單位：mm）

表2 豎直方向各測點處孔中心軸線偏差（單位：mm）

表3 水平方向各測點處孔中心軸線理論偏差和實測偏差（單位：mm）

減速機座孔豎直實際偏差：

δ1減速=-2.35-（-0.30）=-2.05 mm

水平實際偏差：

攪拌軸承座孔豎直實際偏差：

δ1攪拌=2.2-（-0.04）=2.24 mm

水平實際偏差：

振動軸承座孔1豎直實際偏差：

δ1振動1=-0.30-1.74=-2.04 mm

水平實際偏差：

振動軸承座孔2豎直實際偏差：

δ1振動2=0.05-1.92=-1.87 mm

水平實際偏差：

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

表4 DT2000ZBW攪拌機拌缸軸孔同軸度偏差測量結果（單位：mm）

表5 DT2000ZBW攪拌機拌缸軸孔三坐標測量法同軸度偏差測量結果（單位：mm）

5 結語

（1）通過待測孔測量偏差確定理論基準方程，避免了定心產生的誤差，測量精度較高；

（2）該檢測方法簡單，操作方便，對操作人員的水平要求不高；

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