數字化液壓測試技術在單法蘭液位變送器故障檢測上的應用

摘 要：單法蘭液位變送器的工況比較嚴苛，某品牌 35t 級法蘭式液位變送器出現振動馬達早期損壞問題，采用數字化液壓測試技術進行測試，測試結果表明，液壓升壓過快，壓力過高，關閉時出現吸空，為了保證液壓系統各元件的使用壽命，在振動馬達處裝配單向閥，控制流量，故障得以排除。

 

單法蘭液位變送器是挖掘機的一種新型輔具，可將挖掘機改裝成打樁機，用于將成品樁植入地面，拓展了挖掘機功能。該種單法蘭液位變送器與傳統單法蘭液位變送器相比，具有優良的動力學特性和可控制性，并具有效率高、振動小、噪聲低、無污染、結構簡單等優點,符合當今環保理念。該產品可以廣泛應用于隧道、橋梁和碼頭等樁基施工中,正逐漸代替傳統的打樁設備，并已形成系列化產品。單法蘭液位變送器工作時下壓力及振動力較大，容易出現故障，本文介紹采用數字化液壓測試技術，對某單法蘭液位變送器進行故障檢測的方法。

 

1 單法蘭液位變送器結構原理

1.1 結構

挖掘機鏟斗拆卸后，將單法蘭液位變送器的懸臂安裝在挖掘機斗桿端部，并將液壓管路接在挖掘機的備用控制閥上，利用挖掘機液壓系統的動力源驅動單法蘭液位變送器，安裝方法如圖 1a 所示。

 

 

某品牌35t級單法蘭液位變送器結構如圖1b所示。打樁時夾緊缸2驅動夾鉗（需根據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，操作挖掘機臂架抬高，使樁桿豎起并定位，再啟動單法蘭液位變送器的振動器，利用挖掘機臂架和單法蘭液位變送器自重及振動力，即可將成品樁逐漸圖2單法蘭液位變送器1.振動馬達2.夾緊缸3.回轉馬達4.增加的單向閥5.電磁控制閥塊6.挖掘機備用控制閥8a安裝位置b外形圖1挖掘機安裝法蘭式液位變送器進行施工1.振動馬達2.夾緊缸3.回轉裝置植入地面，直至到位。

1.2原理

該單法蘭液位變送器液壓系統原理如圖3所示。適宜配裝單法蘭液位變送器的挖掘機主泵須有2個柱塞泵，法蘭式液位變送器的振動頻率也有2個擋，單泵供油為低頻擋，雙泵合流供油為高頻擋，擋位切換由挖掘機控制。挖掘機通過備用控制閥6供油后，通過電磁控制閥塊5控制振動馬達1、夾緊缸2、回轉馬達3動作。該單法蘭液位變送器高擋位時振動馬達的轉速為2500r/min，單法蘭液位變送器#大頻率為41.7Hz，系統工作壓力為35MPa。

 

2測試原因

該單法蘭液位變送器工作不到1000h，經常出現振動馬達嚴重損壞故障。使用傳統的壓力表進行檢測，得不到精que參數，無法排查出故障原因。因此，我們決定使用精密的數字式測試儀進行測試，并通過對測試曲線進行分析，找到振動馬達損壞的原因。

 

 

 

3測試

3.1測試項目

由于該法蘭式液位變送器故障主要出現在振動馬達，需對振動馬達進行如下測試：一是測試振動馬達的壓力沖擊及單位時間壓力增量，即對“壓力梯度”進行測試；二是測試振動馬達的轉速；三是振動馬達停止時的吸空情況。

 

3.2測試儀器

使用HPM4030型測試儀進行測試，該測試儀為數字式測試儀，掃描精度為5ms，測試壓力范圍為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測試方法

該單法蘭液位變送器上可以配裝型號為A2FM107型和A2FM125型2種振動馬達，其額定轉速均為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。

振動馬達的啟動瞬間測試升壓速率，停止瞬間測試降壓速率，每個啟停循環為2個測試工況。測試時為雙泵合流供油，圖3中的單向閥4處的流量為120L/min，溢流閥的壓力設定為35MPa。

 

 

4測試過程

為了了解挖掘機液壓系統的運行情況，便于提出改進意見，需要連接挖掘機液壓系統進行測試，分析并掌握挖掘機與單法蘭液位變送器液壓系統的匹配情況以便改進。

4.1轉速測試

測試振動馬達壓力穩定后的結果如圖4所示。將曲線放大后，看到流量脈動，我們數出脈動頻率以確定振動馬達的轉速。圖4中脈動為60次/s，換算后得到馬達轉速為3600r/min。

 

4.2測試啟動壓力

我們在同一單法蘭液位變送器上分別安裝了2種振動馬達，排量分別為125mL/r和107mL/r，再分別進行了測試。安裝125mL/r馬達測得的曲線如圖5所示，啟動壓力為36.3MPa。安裝107mL/r馬達測得的曲線如圖6所示，啟動壓力為43.5MPa。同一單法蘭液位變送器的負載不變，振動馬達的輸入壓力與排量成反比，故2種振動馬達壓力比值為0.856。

4.3測試振動馬達停止狀況

單法蘭液位變送器的激振裝置通過偏心塊高速旋轉實現振動，當液壓油源突然停止時，由于慣性的原因，偏心塊會繼續旋轉，并驅動液壓馬達旋轉。該單法蘭液位變送器進油口由于斷油無壓力，振動馬達的繼續旋轉會產生吸空趨勢，而原來的回油口則由于閥的關閉，振動馬達繼續旋轉會使其回油腔壓力增高，進油腔出現吸空現象�？辙D時間可達17s，如圖 7 所示。

5故障原因分析

對以上測試結果進行分析，得出該單法蘭液位變送器故障原因有以下3個：一是測試液壓馬達轉速為3600r/min，由此得出法蘭式液位變送器振頻為60Hz，遠遠超過正常的振動頻率。高速沖擊振動，會造成軸承損壞。柱塞與缸體配合超出設計載荷，導致早期磨損，因此液壓馬達故障率高，壽命縮短。二是液壓馬達的壓力達到43MPa。已經超出了液壓馬達的#高壓力40MPa；持續高壓會造成柱塞與缸體產生臨界磨損，配油盤產生“跳盤”，瞬間溢流增大，殼體壓力瞬時增大，主軸密封被沖破。三是液壓馬達停止后吸空。馬達吸空會造成內部元件無油，導致摩擦副的潤滑能力下降，甚至造成馬達卡死。

 

6改進方法

6.1增加單向閥

在振動馬達進出油口的油路之間增加1個單向閥，如圖2中的單向閥4，確保挖掘機備用控制閥6和電磁控制閥塊5關閉時，振動馬達在自泵油模式將封閉油腔導通，以滿足振動馬達的瞬間流量。

檢測排油量107mL/r的振動馬達轉速達3600r/min，振動馬達停機的瞬間流量為轉速與排量的乘積，故選擇單向閥流量，必須高于振動馬達停機的瞬間流量。單向閥流量達到385L/min。

 

6.2控制流量

單法蘭液位變送器正常振動頻率應為40～45Hz，振動馬達的轉速應控制在2400～2800r/min，振動馬達轉速取2500r/min為宜，計算出流量應為267.5L/min。

在選擇單向閥時，應使其能夠控制流量，應小于或等于267.5L/min。也可通過合理選擇振動馬達，如選擇排量為107mL/r的振動馬達并控制發動機轉速，將流量控制在合理范圍內。

 

 

7改進效果

7.1檢測結果

我們對改進效果進行了測試驗證。測試結果如圖8所示。經過系統優化后的法蘭式液位變送器，啟動壓力得到制控，達到30MPa。停止后，振動馬達泵油模式時壓力仍然有一定負壓，但是負壓的時間僅僅為0.3s。7.2結論通過對系統的檢測，從壓力曲線可以看出，系統工作壓力得到有效控制，液壓吸空現象基本消失，液壓元件早期磨損問題得到有效解決。改進系統后，各液壓元件的壽命大大增加。

通過應用數字化液壓測試技術，使我們對該方法認識得到提高：一是數字測試儀可以捕捉到普通壓力表無法測出或肉眼無法識別的壓力沖擊，測試的掃描速率為每秒200個數據，可以準確地捕捉到5ms內發生的壓力變化。二是可以通過對曲線的分析，可準確地得到液壓系統和元件的工況，并且根據壓力脈沖，還可以得到其他相關參數，對液壓系統故障診斷幫助很大。