CN109916254B - 一种闸门底枢轴瓦的磨损量测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

一种闸门底枢轴瓦的磨损量测量装置及测量方法，通过对底枢轴瓦侧壁各处快速取点，然后按最小二乘法的准则拟合成空间标准球，得到球的方程，由此可以得到轴瓦磨损后的最小二乘球心，利用球心与表面所测量得到的点的数据，在球表面任取相邻的四个点，与最小二乘球心构成一个四面体单元，四面体单元的体积采用平均近似法计算，将所有的四面体单元的体积相加，即可得到轴瓦内表面磨损前后的计算体积。本发明提供的一种闸门底枢轴瓦的磨损量测量装置及测量方法，可提高底枢轴瓦磨损实验工作效率。

Description

一种闸门底枢轴瓦的磨损量测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及闸门底枢轴瓦，尤其是具体涉及到闸门底枢轴瓦的磨损量测量装置及测量方法。

背景技术

随着水上运输量急剧增加，内陆河道的船闸超负荷运转，故障率显著上升，船闸运转件长期处于低速、重载的水下环境工作，启动频繁，摩擦副的接触界面之间难以形成有效的润滑油膜。从来导致摩擦副提前失效，特别是对于人字门底枢由于摩擦磨损造成的失效问题非常突出。由于船闸运转频繁，导致运转件损坏严重，更换、维修频繁，严重时造成船闸停航。

因此，为了减少船闸在维修期间造成的经济损失，便需要研究出闸门底枢的磨损机理，设计并制造出一套人字闸门底枢摩擦副磨损模拟实验台，通过调节各种参数，来模拟真实情况下的底枢运转工况。以磨损量为标准，得出不同因素对底枢磨损的影响程度。

在研究底枢磨损机理过程中，有一个关键便是需要在试验过程中，测量出底枢磨损量，底枢在运行过程中，蘑菇头和轴瓦都有一定程度上的磨损，轴瓦的磨损更为严重一些，为了研究底枢在不同情况下的磨损程度，在进行模拟试验的时候，在某一种条件下运行一段时间后，我们便需要拆下底枢，测量蘑菇头和轴瓦的磨损量。传统的测量方法如称重法在此试验中并不可行，底枢的重量有十几千克，而磨损量很小，往往只有几个毫米，如果采用称重法测量，变化差距太小导致不能测量出其磨损量，轴瓦是内球面，其磨痕长度、深度测量起来很困难，故无法用标尺直接测量出来。底枢的磨损磨屑也不容易收集，难以准确称重磨屑的重量，在脂润滑条件下，磨屑会混入废脂中，分离手段复杂，因此采用磨屑分析法也不适合。在试验过程中，底枢运行一定次数之后，便需要拆下来测量磨损量，完成一次试验需要测量很多次，因此我们需要找到一个简单快捷方便的测量方法和测量轴瓦的磨损。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种闸门底枢轴瓦的磨损量测量装置及测量方法，可以克服内球面不容易测量的困难，方便快速的对内球面的磨损进行检测，可以大大提高检测的成本和准确性。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种底枢轴瓦磨损量测量装置，包括环套，环套外套在底枢轴瓦外表面且保持固定，环轨设置在环套内圈中且沿环套轴线周向旋转；所述环轨上设置有弧形槽，弧形槽垂直于底枢轴瓦上水平面且保持与底枢轴瓦内表面相同的间隔；所述弧形槽上滑动设有滑块，滑块上固定有千分表，千分表下端指针穿过滑块并与底枢轴瓦内表面接触。

所述底枢轴瓦、环套、环轨中心轴重合。

所述环套上和弧形槽上均设有刻度。

所述环轨包括水平环部和半环部，半环部垂直于水平环部且位于水平环部中间正下方。

一种底枢轴瓦磨损量测量方法，包括以下步骤：

步骤1)、将底枢轴瓦磨损量测量装置安装就位，将千分表的测针调到合适的位置。

步骤2)、每次测量时，将环轨沿环套旋转一定角度后，将千分表指针与轴瓦内表面接触，即可测出该点数据，旋转一周即可侧出一周的数据；随后将滑块沿着弧形槽方向移动一定距离，测得下一个圆周的数据，以此周期测量，直至将底枢轴瓦内表面测量完毕。

步骤3)、将所测量得到的数据进行处理，可获得轴瓦的球面数据u_i＝[x_i,y_i,z_i]^T，球面测量点集合为U＝[u₁,u₂…u_l]，将测得的数据按最小二乘法的准则拟合成一空间标准球，该球的方程为(x-x₀)²+(y-y₀)²+(z-z₀)²＝r₀ ²，由此可以得到轴瓦磨损后的最小二乘球心(x₀,y₀,z₀)，利用球心与表面所测量得到的点的数据，在球表面任取相邻的四个点，与最小二乘球心构成一个四面体单元，四面体单元的体积v₀采用平均近似法计算，将所有的四面体单元的体积相加，即可得到轴瓦内表面的计算体积V＝∑v₀

步骤4)、磨损之前采用同样的方法计算出轴瓦内表面的体积，其中的体积之差便是轴瓦的磨损量，同时也可以得出局部的磨损体积，磨损深度，磨损宽度等磨损特征。

步骤3)中平均近似法的算法如下：

本发明一种闸门底枢轴瓦的磨损量测量装置及测量方法，通过旋转环轨，让千分表指针在轴瓦内表面旋转一周来测量出轴瓦一周的数据。通过移动滑块，从来测出不同圆周面上的数据，将所测量得出的数据进行处理，将测得的数据按最小二乘法的准则拟合成空间标准球，得到球的方程，由此可以得到轴瓦磨损后的最小二乘球心，利用球心与表面所测量得到的点的数据，在球表面任取相邻的四个点，与最小二乘球心构成一个四面体单元，四面体单元的体积采用平均近似法计算，将所有的四面体单元的体积相加，即可得到轴瓦内表面磨损后的计算体积。采用同样的方法计算出磨损前的轴瓦体积，两者的体积之差就是轴瓦的整体磨损量。于是可以获取轴瓦内表面的磨损特征，从而实现对磨损表面粗糙度、磨损长度、磨损形状以及磨损体积等参数的检测和评估，便于磨损机理研究，对预防和减缓磨损具有重要意义。本发明提供的测量方法简单，易于操作，成本也很低，不仅能够突破球面磨损量测量困难的问题，而且能够大大的提高测量数据的准确性。其测量装置结构简单，操作方便。可以满足不同尺寸的底枢轴瓦磨损量的测量。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明中环轨的结构示意图。

图3为本发明中环套的结构示意图。

图4为本发明中对底枢轴瓦内体积计算中的第一示意图。

图5为本发明中对底枢轴瓦内体积计算中的第二示意图。

图6为本发明中对底枢轴瓦内体积计算中的第三示意图。

图中：千分表1，环轨2，底枢轴瓦3，环套4，滑块5，弧形槽6，刻度7。

具体实施方式

如图1-4所示，一种底枢轴瓦磨损量测量装置，包括环套4，环套4外侧设有三角支腿，用于底枢轴瓦3放在平面上时，将环套4安装在轴瓦圆形面上，通过支腿保证底枢轴瓦3水平放置。

环轨2包括水平环部2-1和半环部2-2，半环部2-2垂直于水平环部2-1且位于水平环部2-1中间正下方。这里的水平环部2-1与环套4内圈间隙配合且与环套4、底枢轴瓦3的中心轴线重合。当水平环部2-1绕环套4中心轴线旋转(可进行360度旋转)时，半环部2-2始终保持与底枢轴瓦3内表面相同的间隔。在半环部2-2的中间开有一个半圆的弧形槽6，弧形槽6上设有滑块5，滑块5沿弧形槽6长度方向滑动。在滑块5上中心设有圆孔，千分表1穿过圆孔后通过螺栓紧固。千分表1的下端指针与底枢轴瓦3内表面保持接触。滑块5在弧形槽6上可进行纵向移动，以此实现对底枢轴瓦3纬线上的测量。而水平环部2-1周向转动时，千分表1实现对底枢轴瓦3经线上的测量。

所述环套4上和弧形槽6上均设有刻度7。由此可定角度移动，使底枢轴瓦3内壁被测的点分布均匀，测得的数据计算结果更准确。

一种底枢轴瓦磨损量测量方法，包括以下步骤：

步骤1)、将底枢轴瓦3内表面清洗干净后，水平放置在载物台上；

步骤2)、将环套4、环轨2安装在底枢轴瓦3上，保持环套4不动，环轨2可在环套上顺利旋转；

步骤3)、安装千分表1，将千分表1安装到滑块5上，拧紧螺母，将千分表1的指针调整到合适的位置，测量前先调零。

步骤4)、每次将环轨旋转固定角度，将千分表指针与轴瓦内表面接触，即可测出该点数据u₁＝[x₁、y₁、z₁]，旋转一周即可侧出一周的数据U＝[u₁、u₂…u₃₆₀]，随后，将滑块5沿着环轨2的弧形槽6方向移动一定距离，测得下一个圆周的数据，以此周期测量，直至将整个球面测量完毕。

步骤5)、将所测量得到的数据进行处理，可获得轴瓦的球面数据u_i＝[x_i,y_i,z_i]^T，球面测量点集合为U＝[u₁,u₂…u_l]，将测得的数据按最小二乘法的准则拟合成一空间标准球，该球的方程为(x-x₀)²+(y-y₀)²+(z-z₀)²＝r₀ ²，由此可以得到轴瓦磨损后的最小二乘球心(x₀,y₀,z₀)，利用球心与表面所测量得到的点的数据，在球表面任取相邻的四个点，与最小二乘球心构成一个四面体单元，四面体单元的体积v₀采用平均近似法计算，将所有的四面体单元的体积相加，即可得到轴瓦内表面的计算体积V＝∑v₀，其中，平均近似法的算法如下(参考说明书附图4-6)：

式中：R_A、R_B、R_C、R_D分别为ABCD四个点到球心O的距离，X_A、X_B、X_C、X_D为ABCD四个点到球轴线的距离，θ_AB、θ_CD分别为线段OA、OB的夹角和OC、OD的夹角，φ_AC、φ_BD分别为点A和C到轴线投影线段的夹角，点B和D到轴线投影线段的夹角，V_ARC、V_ARC为四边形ABCD中线的长度。

6)、磨损之前可以采用同样的方法计算出轴瓦内表面的体积，磨损前的底枢轴瓦3的体积与磨损后的体积之差便是轴瓦的磨损量，同时也可以得出局部的磨损体积(由单个四面体单元的体积差得出)，磨损深度(由磨损前后点的坐标差得出)，磨损宽度(由磨损前后点的坐标差得出)等磨损特征。

7)上述装置中的千分表为用途很广泛的精密长度测量仪器，利用千分表测量轴瓦内表面的轮廓坐标数据

所述滑块5在顶端开设有圆孔，以此来固定千分尺的位置，通过调节螺栓达到紧装千分表的效果，千分表指针会穿过圆孔与轴瓦内表面接触，千分表会随着滑块的移动而移动来实现对轴瓦的测量。

本发明提供一种轴瓦磨损量的测量方法及测量装置，通过旋转环轨2，让与底枢轴瓦3内表面接触的千分表指针移动一周，获得一个圆周面上的数据。每测量一周后，就将滑块5沿弧形槽6等距移动一段距离，这样可测得不同圆周面上的数据，将数据处理后，可计算出磨损前后的轴瓦体积，以此来获得轴瓦的磨损特征，实现对轴瓦磨损体积、磨损深度、磨损形状等参数的检测和评估。方便研究底枢磨损机理，对预防和减缓底枢的磨损有很重要的意义。本发明所提供的测量方法步骤简单，易于操作，突破了内球面数据难以测量的难点，而且提高了数据的准确性，减少了测量误差，可对内球面的磨损进行高精度的测量。同时其测量装置简单，易于制作获得，节省成本，可以满足不同尺寸的轴瓦磨损量的测量。

同时，本发明方案不限于测量轴瓦内表面的磨损，也可以用于测量底枢蘑菇头的表面磨损，只需在测量时将该测量装置倒过来，将滑块安装在环轨凸起来的一侧，安装千分表时使指针接触到蘑菇头表面，其余测量步骤与测量轴瓦内表面一致，即可测量蘑菇头表面的磨损数据。

Claims (5)

1.一种底枢轴瓦磨损量测量装置，其特征在于：包括环套(4)，环套(4)外套在底枢轴瓦(3)外表面且保持固定，环轨(2)设置在环套(4)内圈中且沿环套(4)轴线周向旋转；所述环轨(2)上设置有弧形槽(6)，弧形槽(6)垂直于底枢轴瓦(3)上水平面且保持与底枢轴瓦(3)内表面相同的间隔；所述弧形槽(6)上滑动设有滑块(5)，滑块(5)上固定有千分表(1)，千分表(1)下端指针穿过滑块(5)并与底枢轴瓦(3)内表面接触；

利用上述装置进行底枢轴瓦磨损量测量的方法如下：

步骤1)、将底枢轴瓦磨损量测量装置安装就位，将千分表的测针调到合适的位置；

步骤2)、每次测量时，将环轨(2)沿环套(4)旋转一定角度后，将千分表指针与轴瓦内表面接触，即可测出该点数据，旋转一周即可侧出一周的数据；随后将滑块(5)沿着弧形槽(6)方向移动一定距离，测得下一个圆周的数据，以此周期测量，直至将底枢轴瓦(3)内表面测量完毕；

步骤3)、将所测量得到的数据进行处理，可获得轴瓦的球面数据u_i＝[x_i,y_i,z_i]^T，球面测量点集合为U＝[u₁,u₂…u_l]，将测得的数据按最小二乘法的准则拟合成一空间标准球，该球的方程为(x-x₀)²+(y-y₀)²+(z-z₀)²＝r₀ ²；由此可以得到轴瓦磨损后的最小二乘球心(x₀,y₀,z₀)，利用球心与表面所测量得到的点的数据，在球表面任取相邻的四个点，与最小二乘球心构成一个四面体单元，四面体单元的体积v₀采用平均近似法计算，将所有的四面体单元的体积相加，即可得到轴瓦内表面的计算体积V＝∑v₀；

步骤4)、磨损之前采用同样的方法计算出轴瓦内表面的体积，其中的体积之差便是轴瓦的磨损量，同时也可以得出局部的磨损体积，磨损深度，磨损宽度。

2.根据权利要求1所述的一种底枢轴瓦磨损量测量装置，其特征在于：所述底枢轴瓦(3)、环套(4)、环轨(2)中心轴重合。

3.根据权利要求1所述的一种底枢轴瓦磨损量测量装置，其特征在于：所述环套(4)上和弧形槽(6)上均设有刻度(7)。

4.根据权利要求1所述的一种底枢轴瓦磨损量测量装置，其特征在于：所述环轨(2)包括水平环部(2-1)和半环部(2-2)，半环部(2-2)垂直于水平环部(2-1)且位于水平环部(2-1)中间正下方。

5.根据权利要求1所述的一种底枢轴瓦磨损量测量装置，其特征在于：步骤3)中平均近似法的算法如下：

四面体单元OABCD的体积

式中：

R_A R_B R_C R_D分别为A、B、C、D四个点到球心0的距离；

V_ARC为四边形ABCD中线的长度；

θ_AB θ_CD分别为线段OA、OB的夹角和OC、OD的夹角；

φ_AC φ_BD分别为点A和点C到轴线投影线段的夹角,为点B和D到轴线投影线段的夹角；

X_A X_B X_C X_D为A、B、C、D四个点到球轴线的距离。

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