技术进阶：用“两表法”准确检测大齿圈的端面跳动

（一）引言：大齿圈——回转窑稳定运行的关键

回转窑是水泥建材、冶金化工等行业的核心设备，具有形体尺寸大、运转负荷重等特点，再加上生产过程中热工状况的影响，各部件之间的形位关系、相互受力及温度变化等多种因素彼此叠加、相互干涉等，对“回转窑的稳定运行”产生影响和破坏。我们按各部件的功能特征不同，可以将回转窑分解成如下几个部分：

支撑系统：主要部件为托轮组，轮带；其核心作用是对回转窑进行支撑（保持窑筒体的圆度）和定位（保持回转窑正确的直线度）；

驱动系统：主要部件为大齿圈、小齿轮、减速机等；核心作用是提供稳定的旋转驱动力；

轴向力平衡：主要部件为液压挡轮系统，核心作用是保持回转窑整体轴向力的平衡，使窑筒体能够周期性进行上下行移动，以保证驱动部件、支撑部件的工作部位的合理变化区间；

窑筒体：须保持合理的机械尺寸（厚度、直线度、圆度等）和机械性能（注意筒体的厚度磨损、焊缝的疲劳裂纹等）。

就驱动系统而言，其整体的安装质量是否良好，直接关系到回转窑运行的稳定性与可靠性；大齿圈是驱动系统中的关键部件，其外形尺寸大，单体重量大，制作精度高（材质、热处理、加工精度等）；并且，大齿圈与窑筒体的初始安装精度是否良好（大齿圈与筒体的同轴度、垂直度），是后续小齿轮找正定位、减速机等驱动系统整体的安装质量的基础因素。

（二）传统方法的挑战：不可预测的轴向窜动

我们知道，无论是新建生产线的设备安装，或者是对大齿圈进行更换/调面的大修项目，有两个必须的关键指标用于检测大齿圈的安装精度，即：径向跳动（与同轴度相关）和端面跳动（与垂直度相关）。《JC/T333-2006水泥工业用回转窑》中明确规定了大齿圈的安装精度，即：径向跳动公差值为1.5mm，端面跳动公差值为1.0mm。

通常情况下，进行端面跳动（简称端跳）检测的一般做法是：架设百分表使其指针垂直指向大齿圈的端面，用慢驱装置使窑体转动一周并读取百分表在各圆周均分点（一般均分为8点或12点）的读数，之后进行后续计算。需要注意的问题是，在回转窑转动（不论采取何种驱动方式）的过程中，由于窑筒体（垫板、挡铁块）、轮带、托轮之间动态接触产生的相互作用力，回转窑将不可避免地产生不可预测的微量的（毫米级）向上（高端）或向下（低端）的轴向位移，这个微量的位移数值则直接混杂到端跳百分表的读数中，导致测量结果严重失真。

（三）解决方案：两表法——精确消除轴向干扰

有没有可以消除这个“不可避免”又“不可预测”的干扰因素的应对措施呢？

方法一：对称两表法

其实业内早有“两表法”用于准确测量端跳数值，如国外的设备供货商FLSmidth、美国FALK（Rexnord）、Fuller等公司的设备安装规范中，针对“两表法”检测端面跳动有明确规定，简要的操作步骤及计算思路如下：

(1)沿大齿圈圆周均匀分度并做标识，一般分8个或12个点（12块弹簧板）；

(2)在大齿圈的水平直径的两端，同向架设两块百分表（如上图所示），初始位置A表指针在1#点位，B表指针在7#点位；此时两表读数调零。

(3)以慢驱转窑一周，读取并记录两表在各点位的数值。注意，A、B两表要同时读表，将数据记录至如下表格中。

(4)计算出表A与表B的代数差。注意位置对应，A1-B7，A2-B8，...依次类推，将代数差录入表格的第7行；

(5)将上述各点位的代数差除以2，得出各点位的端面跳动数值。

重点——上述的第（4）步计算代数差，是“两表法”逻辑的关键所在：

① 大齿圈的直径对应点的端面跳动呈现“反向对称”——这是大齿圈的一个基本特征；

② 在回转窑转动一周的整个测量过程中，无论何时回转窑有向高端或者向低端的微量轴向移动，这个移动量在A、B两表中被同时记录，并在求“代数差”的时候被清除。

因此，两表法测得的端面跳动，是完全排除掉窑体轴向移动的准确数值。

方法二：相邻两表法

上述测量方法的逻辑清楚，算法简明，但由于大齿圈的外形尺寸大（直径7米以上），其水平直径上的检测点距离平台面达4米以上，在实际操作时需要增加辅助设施及大量的辅助作业；目前业内较少采取这种做法。

业内还有另外一种更加便捷、高效的操作方法，由经典两表法演变而来，但避免了现场的悬空作业，简要介绍如下：

(1)如上图所示，将表A架设在齿圈正下方的端面位置，表B架设在与其相邻的均分点位置，两表方向相同，并同时归零；

(2)转动窑体一周，读取两表在分度点位的读数并记录（表格如下）。注意读数A1与B2对应，A2与B3对应，依次类推。

(3)计算表A与表B对应值的代数差(d)，即：d1=A1-B2，d2=A2-B3,...d7=A7-B8,d8=A8-B1，并记录于表中；

(4)计算代数差d 的平均值S/n；

(5)依据公式Vn=V(n-1) +dn - S/n（n为各测点的编号，且V1=0），计算得出各测点（对应的分度段）的端面跳动数值。其中，S/n为测量误差的平均值。

此方法的逻辑要点是：

① 上述第（3）步求A、B两表的“代数差”，是清除回转窑产生的不确定的轴向窜动的关键步骤；

② 用“分段检测”代替“分点检测”，通过计算相邻点位端面跳动的波动（表A与表B的差值）来反映“分段”齿圈的端面跳动，是该技术实用性的关键。

（四）结论及实用推广

“两表法”通过巧妙的布表设计和简单的数学运算，从根本上解决了回转窑轴向窜动对端面跳动测量的干扰问题。虽然操作上需要更多的准备工作，但该方法提供的数据准确性是传统单表法无法比拟的，是保障大齿圈安装精度、提高安装合格率及工作效率，确保回转窑长期稳定运行的关键技术手段。建议在设备安装和重要检修项目中认真推广使用。

基于上述（方法二）逻辑原理，唐山有度科技有限公司自主研发出的“两表法端面跳动检测仪”，其实用优势如下：

1)以高精度电涡流传感器（重复精度0.02mm）为测距硬件，其量程为14mm，在量程范围内测量数据准确而稳定，且自动采集数据，排除了人工操作、读表等步骤产生的测量误差；

2)电涡流传感器的数据采集频率可达1KHz（毫秒级），即每个齿端面可采集300个点样以上，充分保障了后续数据筛选的裕度、保证了测量效率和准确度。

3)检测时传感器探头与大齿圈接近但不接触（间距约5mm），因此不受表面油污的影响，测量时可以连续转窑，无需传统做法中每一个点位的“停窑对表”，操作过程安全、便捷，测量结果准确、高效。正常情况下，一次慢驱转窑即可完成端面跳动的检测，作业时间至少缩短3倍以上。

4)该仪表的软件系统集合了上述步骤的数据采集、筛选、分析、计算并给出调整意见（包括调整的点位和对应的数据），最大程度地减少了人工操作与计算的误差，显著提高检测效率。该公司愿竭诚为各相关生产企业和专业维修单位提供专项技术服务或检测仪器。