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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

作時(shí)間:2019-08-27  來源:  作者:
   
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。
 
20190827165640.jpg
 
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。
 
 

20190827165640.jpgOMK壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

 
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。
 
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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粏畏ㄌm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。
20190827165828.jpg
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)。
 
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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。
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