數(shù)字化液壓測(cè)試技術(shù)在單法蘭液位變送器故障檢測(cè)上的應(yīng)用

摘 要：?jiǎn)畏ㄌm液位變送器的工況比較嚴(yán)苛，某品牌 35t 級(jí)法蘭式液位變送器出現(xiàn)振動(dòng)馬達(dá)早期損壞問題，采用數(shù)字化液壓測(cè)試技術(shù)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，液壓升壓過快，壓力過高，關(guān)閉時(shí)出現(xiàn)吸空，為了保證液壓系統(tǒng)各元件的使用壽命，在振動(dòng)馬達(dá)處裝配單向閥，控制流量，故障得以排除。

 

單法蘭液位變送器是挖掘機(jī)的一種新型輔具，可將挖掘機(jī)改裝成打樁機(jī)，用于將成品樁植入地面，拓展了挖掘機(jī)功能。該種單法蘭液位變送器與傳統(tǒng)單法蘭液位變送器相比，具有優(yōu)良的動(dòng)力學(xué)特性和可控制性，并具有效率高、振動(dòng)小、噪聲低、無污染、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),符合當(dāng)今環(huán)保理念。該產(chǎn)品可以廣泛應(yīng)用于隧道、橋梁和碼頭等樁基施工中,正逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的打樁設(shè)備，并已形成系列化產(chǎn)品。單法蘭液位變送器工作時(shí)下壓力及振動(dòng)力較大，容易出現(xiàn)故障，本文介紹采用數(shù)字化液壓測(cè)試技術(shù)，對(duì)某單法蘭液位變送器進(jìn)行故障檢測(cè)的方法。

 

1 單法蘭液位變送器結(jié)構(gòu)原理

1.1 結(jié)構(gòu)

挖掘機(jī)鏟斗拆卸后，將單法蘭液位變送器的懸臂安裝在挖掘機(jī)斗桿端部，并將液壓管路接在挖掘機(jī)的備用控制閥上，利用挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)單法蘭液位變送器，安裝方法如圖 1a 所示。

 

 

某品牌35t級(jí)單法蘭液位變送器結(jié)構(gòu)如圖1b所示。打樁時(shí)夾緊缸2驅(qū)動(dòng)夾鉗（需根據(jù)成品樁不同直徑或截面形式配裝夾鉗），使夾鉗夾住成品樁桿的端部，操作挖掘機(jī)臂架抬高，使樁桿豎起并定位，再啟動(dòng)單法蘭液位變送器的振動(dòng)器，利用挖掘機(jī)臂架和單法蘭液位變送器自重及振動(dòng)力，即可將成品樁逐漸圖2單法蘭液位變送器1.振動(dòng)馬達(dá)2.夾緊缸3.回轉(zhuǎn)馬達(dá)4.增加的單向閥5.電磁控制閥塊6.挖掘機(jī)備用控制閥8a安裝位置b外形圖1挖掘機(jī)安裝法蘭式液位變送器進(jìn)行施工1.振動(dòng)馬達(dá)2.夾緊缸3.回轉(zhuǎn)裝置植入地面，直至到位。

1.2原理

該單法蘭液位變送器液壓系統(tǒng)原理如圖3所示。適宜配裝單法蘭液位變送器的挖掘機(jī)主泵須有2個(gè)柱塞泵，法蘭式液位變送器的振動(dòng)頻率也有2個(gè)擋，單泵供油為低頻擋，雙泵合流供油為高頻擋，擋位切換由挖掘機(jī)控制。挖掘機(jī)通過備用控制閥6供油后，通過電磁控制閥塊5控制振動(dòng)馬達(dá)1、夾緊缸2、回轉(zhuǎn)馬達(dá)3動(dòng)作。該單法蘭液位變送器高擋位時(shí)振動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速為2500r/min，單法蘭液位變送器#大頻率為41.7Hz，系統(tǒng)工作壓力為35MPa。

 

2測(cè)試原因

該單法蘭液位變送器工作不到1000h，經(jīng)常出現(xiàn)振動(dòng)馬達(dá)嚴(yán)重?fù)p壞故障。使用傳統(tǒng)的壓力表進(jìn)行檢測(cè)，得不到精que參數(shù)，無法排查出故障原因。因此，我們決定使用精密的數(shù)字式測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試，并通過對(duì)測(cè)試曲線進(jìn)行分析，找到振動(dòng)馬達(dá)損壞的原因。

 

 

 

3測(cè)試

3.1測(cè)試項(xiàng)目

由于該法蘭式液位變送器故障主要出現(xiàn)在振動(dòng)馬達(dá)，需對(duì)振動(dòng)馬達(dá)進(jìn)行如下測(cè)試：一是測(cè)試振動(dòng)馬達(dá)的壓力沖擊及單位時(shí)間壓力增量，即對(duì)“壓力梯度”進(jìn)行測(cè)試；二是測(cè)試振動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速；三是振動(dòng)馬達(dá)停止時(shí)的吸空情況。

 

3.2測(cè)試儀器

使用HPM4030型測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試，該測(cè)試儀為數(shù)字式測(cè)試儀，掃描精度為5ms，測(cè)試壓力范圍為0～60MPa，并可通過連接線與電腦接駁，管路及電腦連接線連接方法如圖3所示。

 

3.3測(cè)試方法

該單法蘭液位變送器上可以配裝型號(hào)為A2FM107型和A2FM125型2種振動(dòng)馬達(dá)，其額定轉(zhuǎn)速均為4000r/min,，額定壓力均為35MPa，#高壓力均為40MPa，高壓口的#小壓力均為2.5MPa。#大允許升壓速率為0.9MPa/ms。

振動(dòng)馬達(dá)的啟動(dòng)瞬間測(cè)試升壓速率，停止瞬間測(cè)試降壓速率，每個(gè)啟停循環(huán)為2個(gè)測(cè)試工況。測(cè)試時(shí)為雙泵合流供油，圖3中的單向閥4處的流量為120L/min，溢流閥的壓力設(shè)定為35MPa。

 

 

4測(cè)試過程

為了了解挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的運(yùn)行情況，便于提出改進(jìn)意見，需要連接挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，分析并掌握挖掘機(jī)與單法蘭液位變送器液壓系統(tǒng)的匹配情況以便改進(jìn)。

4.1轉(zhuǎn)速測(cè)試

測(cè)試振動(dòng)馬達(dá)壓力穩(wěn)定后的結(jié)果如圖4所示。將曲線放大后，看到流量脈動(dòng)，我們數(shù)出脈動(dòng)頻率以確定振動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。圖4中脈動(dòng)為60次/s，換算后得到馬達(dá)轉(zhuǎn)速為3600r/min。

 

4.2測(cè)試啟動(dòng)壓力

我們?cè)谕�一單法蘭液位變送器上分別安裝了2種振動(dòng)馬達(dá)，排量分別為125mL/r和107mL/r，再分別進(jìn)行了測(cè)試。安裝125mL/r馬達(dá)測(cè)得的曲線如圖5所示，啟動(dòng)壓力為36.3MPa。安裝107mL/r馬達(dá)測(cè)得的曲線如圖6所示，啟動(dòng)壓力為43.5MPa。同一單法蘭液位變送器的負(fù)載不變，振動(dòng)馬達(dá)的輸入壓力與排量成反比，故2種振動(dòng)馬達(dá)壓力比值為0.856。

4.3測(cè)試振動(dòng)馬達(dá)停止?fàn)顩r

單法蘭液位變送器的激振裝置通過偏心塊高速旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)，當(dāng)液壓油源突然停止時(shí)，由于慣性的原因，偏心塊會(huì)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，并驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)。該單法蘭液位變送器進(jìn)油口由于斷油無壓力，振動(dòng)馬達(dá)的繼續(xù)旋轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生吸空趨勢(shì)，而原來的回油口則由于閥的關(guān)閉，振動(dòng)馬達(dá)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)會(huì)使其回油腔壓力增高，進(jìn)油腔出現(xiàn)吸空現(xiàn)象�？辙D(zhuǎn)時(shí)間可達(dá)17s，如圖 7 所示。

5故障原因分析

對(duì)以上測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，得出該單法蘭液位變送器故障原因有以下3個(gè)：一是測(cè)試液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速為3600r/min，由此得出法蘭式液位變送器振頻為60Hz，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過正常的振動(dòng)頻率。高速?zèng)_擊振動(dòng)，會(huì)造成軸承損壞。柱塞與缸體配合超出設(shè)計(jì)載荷，導(dǎo)致早期磨損，因此液壓馬達(dá)故障率高，壽命縮短。二是液壓馬達(dá)的壓力達(dá)到43MPa。已經(jīng)超出了液壓馬達(dá)的#高壓力40MPa；持續(xù)高壓會(huì)造成柱塞與缸體產(chǎn)生臨界磨損，配油盤產(chǎn)生“跳盤”，瞬間溢流增大，殼體壓力瞬時(shí)增大，主軸密封被沖破。三是液壓馬達(dá)停止后吸空。馬達(dá)吸空會(huì)造成內(nèi)部元件無油，導(dǎo)致摩擦副的潤(rùn)滑能力下降，甚至造成馬達(dá)卡死。

 

6改進(jìn)方法

6.1增加單向閥

在振動(dòng)馬達(dá)進(jìn)出油口的油路之間增加1個(gè)單向閥，如圖2中的單向閥4，確保挖掘機(jī)備用控制閥6和電磁控制閥塊5關(guān)閉時(shí)，振動(dòng)馬達(dá)在自泵油模式將封閉油腔導(dǎo)通，以滿足振動(dòng)馬達(dá)的瞬間流量。

檢測(cè)排油量107mL/r的振動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)速達(dá)3600r/min，振動(dòng)馬達(dá)停機(jī)的瞬間流量為轉(zhuǎn)速與排量的乘積，故選擇單向閥流量，必須高于振動(dòng)馬達(dá)停機(jī)的瞬間流量。單向閥流量達(dá)到385L/min。

 

6.2控制流量

單法蘭液位變送器正常振動(dòng)頻率應(yīng)為40～45Hz，振動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速應(yīng)控制在2400～2800r/min，振動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)速取2500r/min為宜，計(jì)算出流量應(yīng)為267.5L/min。

在選擇單向閥時(shí)，應(yīng)使其能夠控制流量，應(yīng)小于或等于267.5L/min。也可通過合理選擇振動(dòng)馬達(dá)，如選擇排量為107mL/r的振動(dòng)馬達(dá)并控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，將流量控制在合理范圍內(nèi)。

 

 

7改進(jìn)效果

7.1檢測(cè)結(jié)果

我們對(duì)改進(jìn)效果進(jìn)行了測(cè)試驗(yàn)證。測(cè)試結(jié)果如圖8所示。經(jīng)過系統(tǒng)優(yōu)化后的法蘭式液位變送器，啟動(dòng)壓力得到制控，達(dá)到30MPa。停止后，振動(dòng)馬達(dá)泵油模式時(shí)壓力仍然有一定負(fù)壓，但是負(fù)壓的時(shí)間僅僅為0.3s。7.2結(jié)論通過對(duì)系統(tǒng)的檢測(cè)，從壓力曲線可以看出，系統(tǒng)工作壓力得到有效控制，液壓吸空現(xiàn)象基本消失，液壓元件早期磨損問題得到有效解決。改進(jìn)系統(tǒng)后，各液壓元件的壽命大大增加。

通過應(yīng)用數(shù)字化液壓測(cè)試技術(shù)，使我們對(duì)該方法認(rèn)識(shí)得到提高：一是數(shù)字測(cè)試儀可以捕捉到普通壓力表無法測(cè)出或肉眼無法識(shí)別的壓力沖擊，測(cè)試的掃描速率為每秒200個(gè)數(shù)據(jù)，可以準(zhǔn)確地捕捉到5ms內(nèi)發(fā)生的壓力變化。二是可以通過對(duì)曲線的分析，可準(zhǔn)確地得到液壓系統(tǒng)和元件的工況，并且根據(jù)壓力脈沖，還可以得到其他相關(guān)參數(shù)，對(duì)液壓系統(tǒng)故障診斷幫助很大。