咼力平

回轉窯輪帶和托輪直徑測量裝置的研究

咼力平

回轉窯輪帶和托輪直徑的測量是回轉窯檢測工作中的重要部分。基于弓高弦長法提出了一種回轉窯在靜止狀態(tài)時輪帶和托輪直徑的測量裝置，詳細介紹了該裝置的結構、測量原理及過程，并且使用單片機進行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，能夠快速直觀地顯示出測量結果。關鍵詞：回轉窯直徑百分表

0 前言

回轉窯是冶金、水泥、耐火材料生產(chǎn)中的核心設備，窯體處在高溫、沖擊、振動、露天的工作環(huán)境中，為了保證回轉窯的使用壽命，工廠會對回轉窯進行檢測和維護修理。托輪和輪帶是回轉窯的重要部分，通過對其直徑的測量，可得到托輪和輪帶磨損的情況，也為我們對窯的維護提供準確的參數(shù)。

本文基于弓高弦長法提出一種靜止狀態(tài)中的回轉窯托輪和輪帶直徑的測量裝置，這種裝置可以測量大尺寸的直徑，精度也能滿足實際要求。

1 裝置的結構及測量方法

弓高弦長法是一個傳統(tǒng)而簡單的測量大直徑方法，直接測量被測工件某段圓弧的弓高和弦長，通過固定的計算方式便可間接得到被測量物的直徑。本裝置的設計原理是基于弓高弦長法，如圖1所示：該裝置由百分表、左右兩個支撐桿、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)線和單片機端口相連。支撐桿設計為可調式且高度相同，可根據(jù)被測直徑的大小選擇支撐桿的固定位置，從而可調節(jié)支撐桿的間距L，減少L值帶來的測量誤差。百分表表頭裝有頂針，測量時與輪帶、托輪是點接觸方式。

圖1 測量托輪和輪帶直徑的裝置示意圖

在測量時，可直接手持裝置進行測量，數(shù)字式百分表通過數(shù)據(jù)線與單片機相連，其所測數(shù)據(jù)被單片機系統(tǒng)處理并通過液晶顯示測量結果，所測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)點是：結構簡單、操作方便、成本低、能測量大尺寸的直徑、能夠減輕測量人員的勞動強度,數(shù)據(jù)的采集和分析采用單片機系統(tǒng)快速得到測量結果，可進行多次測量得到確切的算術平均值。

3 誤差分析與計算舉例

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

根據(jù)公式（1）、（2）可得，為了保證我們的測量精度，弓高H和弦長L帶來的誤差ΔD對測量結果的影響也是不容忽視的。該測量誤差也為不變的系統(tǒng)誤差，是可以修正的，即在測量前，通過選取固定弦長L的長度，求得ΔH，并將其補償?shù)较到y(tǒng)中，或者先通過分段優(yōu)化固定弦長L的長度，測得實際值，求得ΔL，并將其補償?shù)较到y(tǒng)中以滿足系統(tǒng)的要求。所以測量時應根據(jù)實際測量直徑的大小，利用科學的數(shù)學方法來選擇最優(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量結果，測量中通過百分表來測量數(shù)據(jù)，實際的測量結果的誤差主要來自百分表的實際安裝精度誤差。所以應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測量結果的影響。

當測量的托輪直徑D=1～2m,根據(jù)優(yōu)化設計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為點1，但由于百分表的安裝誤差，實際接觸點為點2，則實際測量時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

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

表1 裝置測量計算數(shù)據(jù)一覽表mm

3 結束語

為了提高基于弓高弦長法設計的本裝置的測量精度，滿足高精度測量要求，必須在提高“弓高”和“弦長”測量精度的同時對影響測量精度的誤差因素進行修正，特別盡量提高裝置研制精度，采用多次測量求均值的方法來減小隨機誤差對測量的影響。

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

[4]張云.回轉窯輪帶和托輪直徑動態(tài)測量裝置.中國,實用新型專利號,ZL93208535.0.

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（編輯：鄭用琦）

TQ172.622.2 文獻標識碼：B 文章編號：1007-6344（2010）04-0011-03

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