一种混凝土搅拌机拌缸同轴度检测方法及原理

王 敬 ，赵 悟 ，孔鲜宁 ，李冠峰 ，沈威威 ，郭 良

（1.长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室，陕西 西安710064；2.许昌德通振动搅拌技术有限公司，河南 许昌461000）

0 引言

混凝土是当今世界上最大宗的建筑材料，被广泛地用于各种基础建设中。而混凝土搅拌机作为搅拌混凝土的重要机械，在施工中不可或缺。在实际生产过程中，搅拌机承受着较大的负载，搅拌机轴孔的同轴度如果超差，就会使轴承倾斜，进而引起轴承异常发热、振动，同时降低了主轴的回转精度，影响搅拌质量和轴端密封的使用寿命，甚至导致搅拌机损坏、停机等问题。因此，为保证搅拌机在生产中能够长期稳定运转，在搅拌机生产装配的过程中，有必要对搅拌机箱体的多个轴孔的进行同轴度检测。

目前，同轴度的检测一般包括分为孔类零件的同轴度检测和轴类零件的同轴度检测[1]，对于大跨度多孔工件的同轴度检测而言，主要采用长轴塞规量法和三坐标量法[2]。然而，上述测量方法中长轴塞规量法测量精度低，三坐标量法设备价格昂贵，维修成本高。本文针对以上情况介绍了一种新的混凝土搅拌机拌缸同轴度的检测方法。该检测方法通过待测轴孔测量结果建立理论方程和将理论结果与其余轴孔实际测量结果相比较，获得混凝土搅拌机的同轴度偏差，测量效率高效，成本低且测量精度较高，解决了传统方法存在的不足。

1 同轴度的含义

国标中同轴度公差带的定义是指直径公差值为t，且与基准轴线同轴的圆柱面的区域内[3]，即同轴度是指被测圆柱面轴线对基准线不同轴程度。它有以下三种控制因素：轴线与轴线、轴线与公共轴线、圆心与圆心。

影响同轴度的主要因素有被测元素与基准元素的圆心位置和轴线方向，尤其是轴线方向。

2 混凝土搅拌机拌缸同轴度检测装置

混凝土搅拌机拌缸同轴度检测装置，包括工装轴、轴承、支撑法兰和测量工具，工装轴上设有两个轴承，支撑法兰包括两个法兰盘，两个法兰盘可分别固定在待测拌缸的任意两个待测孔处，工装轴可通过两个轴承与两个法兰盘连接；所用测量工具为千分表。搅拌机同轴度检测装置结构示意图如图1所示。

图1 搅拌机同轴度检测装置结构示意图

3 混凝土搅拌机拌缸同轴度检测原理及方法

传统方法检测搅拌机拌缸上轴孔的同轴度时，首要问题是通过轴孔的圆柱面确定轴孔的中心，只有确定了被测轴孔各个截面的中心点，才能得到实际中心线，进而确立基准轴线。然而在实际工作中轴孔中心的确立并不容易，且定心过程中产生的误差对同轴度的检测有较大影响。本文所介绍的同轴度检测装置优点就在于不需要确定轴孔的中心，采用二维线性分析法，用千分表分别测量拌缸待测孔中的各孔在水平和竖直方向偏差进行测量，选取两个待测孔，以此两点实测偏差值确定该两点的坐标，并以该两点建立直线方程作为水平和竖直方向的理论直线方程，将被测孔之间的距离作为横坐标带入理论直线方程计算出竖直和水平理论偏差，将实测偏差与理论坐标作对比，最终获得各孔的同轴度实际偏差，测量和计算精度高。

（1）安装检测装置：从多个待测孔中任意选取待测孔一和待测孔二，将两个法兰盘分别固定在待测孔一和待测孔二处，两个轴承的内环分别套接在工装轴上，外环分别固定在两个法兰盘上，千分表安装在磁力表座上，磁力表座固定在待测孔处的工装轴上，并确保指针能与待测孔内表面接触。

（2）测量待测孔的竖直和水平实测偏差：测量前将千分表调零，设待测孔K为任意一个待测孔，测量该孔竖直实测偏差的方法为：将千分表指针与待测孔K内表面的最高点接触，记下千分表读数La，旋转工装轴，将千分表指针与待测孔K内表面的最低点接触，记下千分表读数Lb，待测孔K的竖直实测偏差为 Lm，则有：

Lm=1/2（La-Lb）

测量待测孔K孔心水平实测偏差的方法为：将千分表指针与待测孔K内表面的最左点接触，记下千分表读数Lc，旋转工装轴，将千分表指针与待测孔内表面的最右点接触，记下千分表读数Ld，待测孔K的水平实测偏差为Ln，则有：

Ln=1/2（Lc-Ld）

按照步骤（2）所述方法依次测量各待测孔的竖直和水平实测偏差，需要注意的是使用千分表测量时，均需进行多次测量，剔除异常值后，取剩余测量值的取平均值。

（3）计算待测孔的竖直和水平理论偏差：由步骤（2）中得到待测孔一的竖直和水平实测偏差分别为Lm1和Ln1，待测孔二的竖直和水平实测偏差分别为Lm2和Ln2，以工装轴的中轴线为Z轴，在竖直YOZ平面内建立坐标系，设待测孔一的孔心在Y轴上，则待测孔一和待测孔二孔心的坐标分别为（0，Lm1）和（L12，Ln1），其中，L12为已知的待测孔一和待测孔二之间的距离，待测孔一和待测孔二孔心两点在YOZ平面内确定的直线方程为：

该直线即为竖直方向同轴度理论线。

同理，以工装轴的中轴线为Z轴，在水平XOZ平面内建立坐标系，设待测孔一的孔心在X轴上，可得待测孔一和待测孔二孔心两点在XOZ平面内确定的直线方程为：

计算待测孔K相于对理论线的理论偏差：设待测孔 K的孔心在 YOZ平面的坐标为（L1k，Yk），在XOZ 平面内的坐标为（L1K，XK），其中，L1K为已知的待测孔一与待测孔K之间的距离，将孔心坐标分别带入所述两个直线方程可得：

YK和XK即为待测孔K相对于理论线的竖直理论偏差和水平理论偏差；按照步骤（3）所述方法依次计算各待测孔的竖直理论偏差和水平理论偏差；竖直平面内待测孔实测偏差与理论偏差示意和水平平面内待测孔实测偏差与理论偏差示意如图2、图3所示。

图2 竖直平面内待测孔实测偏差与理论偏差示意

图3 水平平面内待测孔实测偏差与理论偏差示意

（4）计算待测孔K的实际偏差：待测孔K的竖直实测偏差与竖直理论偏差作差得到待测孔K的竖直实际偏差 δ1，即

δ1=Lm-Yk

待测孔K的水平实测偏差与水平理论偏差作差得到待测孔K的水平实际偏差δ2，即

按照所述方法依次计算各待测孔实际同轴度偏差。

以上所有的测量结果均可通过数据处理软件进行分析处理，例如EXCEL，MATLAB等，工作效率高。

4 应用实例

对许昌德通振动搅拌技术有限公司生产的型号为DT2000ZBW的双卧轴振动搅拌主机的拌缸的同轴度进行检测。如图4所示。

图4 DT2000ZBW搅拌机拌缸同轴度检测现场

搅拌主机在安装好工装轴后，用千分表依次测量下列各测点处实测孔中心轴线在水平及竖直两个方向的偏差，输入指定位置，获得最终的各测点处偏差值。

以搅拌端轴封孔为坐标原点，以搅拌端轴封孔和振动端轴封孔建立理论偏差方程。各点距离原点的轴向距离分别为：减速机座孔及搅拌轴承座孔为负，其余均为正。测量的坐标数据及各测点孔中心在竖直方向和水平方向的偏差计算结果分别由表1~表3中给出。

表1 拌缸各轴孔坐标值（单位：mm）

表2 竖直方向各测点处孔中心轴线偏差（单位：mm）

表3 水平方向各测点处孔中心轴线理论偏差和实测偏差（单位：mm）

减速机座孔竖直实际偏差：

δ1减速=-2.35-（-0.30）=-2.05 mm

水平实际偏差：

搅拌轴承座孔竖直实际偏差：

δ1搅拌=2.2-（-0.04）=2.24 mm

水平实际偏差：

振动轴承座孔1竖直实际偏差：

δ1振动1=-0.30-1.74=-2.04 mm

水平实际偏差：

振动轴承座孔2竖直实际偏差：

δ1振动2=0.05-1.92=-1.87 mm

水平实际偏差：

通过表4和表5比较可以看出，在该检测方法下的测量结果与传统方法测量结果相近，且，但所需成本低且效率高效。

表4 DT2000ZBW搅拌机拌缸轴孔同轴度偏差测量结果（单位：mm）

表5 DT2000ZBW搅拌机拌缸轴孔三坐标测量法同轴度偏差测量结果（单位：mm）

5 结语

（1）通过待测孔测量偏差确定理论基准方程，避免了定心产生的误差，测量精度较高；

（2）该检测方法简单，操作方便，对操作人员的水平要求不高；

（3）该检测方法不仅限于混凝土搅拌机拌缸同轴度的检测，对于其他多孔同轴度的检测也有一定的借鉴意义。