回轉(zhuǎn)窯輪帶和托輪直徑測(cè)量裝置的研究

咼力平

回轉(zhuǎn)窯輪帶和托輪直徑測(cè)量裝置的研究

咼力平

回轉(zhuǎn)窯輪帶和托輪直徑的測(cè)量是回轉(zhuǎn)窯檢測(cè)工作中的重要部分。基于弓高弦長(zhǎng)法提出了一種回轉(zhuǎn)窯在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)輪帶和托輪直徑的測(cè)量裝置，詳細(xì)介紹了該裝置的結(jié)構(gòu)、測(cè)量原理及過程，并且使用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，能夠快速直觀地顯示出測(cè)量結(jié)果。關(guān)鍵詞：回轉(zhuǎn)窯直徑百分表

0 前言

回轉(zhuǎn)窯是冶金、水泥、耐火材料生產(chǎn)中的核心設(shè)備，窯體處在高溫、沖擊、振動(dòng)、露天的工作環(huán)境中，為了保證回轉(zhuǎn)窯的使用壽命，工廠會(huì)對(duì)回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行檢測(cè)和維護(hù)修理。托輪和輪帶是回轉(zhuǎn)窯的重要部分，通過對(duì)其直徑的測(cè)量，可得到托輪和輪帶磨損的情況，也為我們對(duì)窯的維護(hù)提供準(zhǔn)確的參數(shù)。

本文基于弓高弦長(zhǎng)法提出一種靜止?fàn)顟B(tài)中的回轉(zhuǎn)窯托輪和輪帶直徑的測(cè)量裝置，這種裝置可以測(cè)量大尺寸的直徑，精度也能滿足實(shí)際要求。

1 裝置的結(jié)構(gòu)及測(cè)量方法

弓高弦長(zhǎng)法是一個(gè)傳統(tǒng)而簡(jiǎn)單的測(cè)量大直徑方法，直接測(cè)量被測(cè)工件某段圓弧的弓高和弦長(zhǎng)，通過固定的計(jì)算方式便可間接得到被測(cè)量物的直徑。本裝置的設(shè)計(jì)原理是基于弓高弦長(zhǎng)法，如圖1所示：該裝置由百分表、左右兩個(gè)支撐桿、支架組成，其中百分表為數(shù)字式百分表，安裝在支架的中心位置并通過數(shù)據(jù)線和單片機(jī)端口相連。支撐桿設(shè)計(jì)為可調(diào)式且高度相同，可根據(jù)被測(cè)直徑的大小選擇支撐桿的固定位置，從而可調(diào)節(jié)支撐桿的間距L，減少L值帶來的測(cè)量誤差。百分表表頭裝有頂針，測(cè)量時(shí)與輪帶、托輪是點(diǎn)接觸方式。

圖1 測(cè)量托輪和輪帶直徑的裝置示意圖

在測(cè)量時(shí)，可直接手持裝置進(jìn)行測(cè)量，數(shù)字式百分表通過數(shù)據(jù)線與單片機(jī)相連，其所測(cè)數(shù)據(jù)被單片機(jī)系統(tǒng)處理并通過液晶顯示測(cè)量結(jié)果，所測(cè)的直徑能快速的顯示出來。其系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)處理顯示框

本裝置的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、成本低、能測(cè)量大尺寸的直徑、能夠減輕測(cè)量人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,數(shù)據(jù)的采集和分析采用單片機(jī)系統(tǒng)快速得到測(cè)量結(jié)果，可進(jìn)行多次測(cè)量得到確切的算術(shù)平均值。

3 誤差分析與計(jì)算舉例

該裝置的主要誤差包含：裝置研制時(shí)選擇安裝定位的誤差、百分表和支撐桿的實(shí)際安裝誤差、計(jì)算方法的極限誤差和百分表的讀數(shù)誤差、人為誤差。人為誤差可多次測(cè)量取平均值來減小誤差。計(jì)算方法誤差如公式（1）、（2）所示。其中ΔL為弦長(zhǎng)的尺寸誤差；ΔH為弓高的尺寸誤差和百分表的讀數(shù)誤差；ΔDL為弦長(zhǎng)帶來測(cè)量結(jié)果尺寸誤差；ΔDH為弓高帶來測(cè)量結(jié)果尺寸誤差。

根據(jù)公式（1）、（2）可得，為了保證我們的測(cè)量精度，弓高H和弦長(zhǎng)L帶來的誤差ΔD對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響也是不容忽視的。該測(cè)量誤差也為不變的系統(tǒng)誤差，是可以修正的，即在測(cè)量前，通過選取固定弦長(zhǎng)L的長(zhǎng)度，求得ΔH，并將其補(bǔ)償?shù)较到y(tǒng)中，或者先通過分段優(yōu)化固定弦長(zhǎng)L的長(zhǎng)度，測(cè)得實(shí)際值，求得ΔL，并將其補(bǔ)償?shù)较到y(tǒng)中以滿足系統(tǒng)的要求。所以測(cè)量時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際測(cè)量直徑的大小，利用科學(xué)的數(shù)學(xué)方法來選擇最優(yōu)的H、L值。支撐桿的安裝采用的是用螺栓固定支撐桿和支撐架。百分表的安裝精度最直接影響測(cè)量結(jié)果，測(cè)量中通過百分表來測(cè)量數(shù)據(jù)，實(shí)際的測(cè)量結(jié)果的誤差主要來自百分表的實(shí)際安裝精度誤差。所以應(yīng)盡量保證百分表的安裝精度。下面舉例說明百分表的安裝定位精度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

當(dāng)測(cè)量的托輪直徑D=1～2m,根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)可確定支撐桿橫向距離L=500mm，百分表表頭與支撐桿高度差H'=47.40mm，如圖3所示，正確的安裝后接觸點(diǎn)為點(diǎn)1，但由于百分表的安裝誤差，實(shí)際接觸點(diǎn)為點(diǎn)2，則實(shí)際測(cè)量時(shí)百分表表頭與理論位置存在水平偏差ΔX。

圖3 百分表與支撐桿的安裝示意圖

在一定的測(cè)量范圍中，當(dāng)ΔX=0.1mm、0.3mm、0.5mm時(shí)，由公式（7）可求得實(shí)際直徑為1m、1.5m、2m的托輪測(cè)量時(shí)誤差大小，如表1所示。根據(jù)誤差結(jié)果分析，該裝置的測(cè)量精度可以達(dá)到0.001038～0.120009mm/m。為了保證測(cè)量精度，應(yīng)保證ΔX≤0.5mm。

表1 裝置測(cè)量計(jì)算數(shù)據(jù)一覽表mm

3 結(jié)束語(yǔ)

為了提高基于弓高弦長(zhǎng)法設(shè)計(jì)的本裝置的測(cè)量精度，滿足高精度測(cè)量要求，必須在提高“弓高”和“弦長(zhǎng)”測(cè)量精度的同時(shí)對(duì)影響測(cè)量精度的誤差因素進(jìn)行修正，特別盡量提高裝置研制精度，采用多次測(cè)量求均值的方法來減小隨機(jī)誤差對(duì)測(cè)量的影響。

[1]湯勝常.弦長(zhǎng)弓高法在大直徑測(cè)量上的應(yīng)用.華東化工學(xué)院學(xué)報(bào),1991（4）：239～244.

[2]雷忠民.大直徑測(cè)量裝置的設(shè)計(jì).十堰大學(xué)學(xué)報(bào),1994.（3）.

[3]姜新生、周文祥、涂軍.輪對(duì)參數(shù)接觸式檢測(cè)的試驗(yàn)研究.工具技術(shù)，2004年第38卷.

[4]張?jiān)?回轉(zhuǎn)窯輪帶和托輪直徑動(dòng)態(tài)測(cè)量裝置.中國(guó),實(shí)用新型專利號(hào),ZL93208535.0.

[5]李月、黃民.基于三點(diǎn)法的回轉(zhuǎn)窯軸線在線測(cè)量系統(tǒng)[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2008（3）:30～33.

（編輯：鄭用琦）

TQ172.622.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1007-6344（2010）04-0011-03

2010-02-25】