摘 要：單法蘭液位變送器的工況比較嚴(yán)苛，某品牌 35t 級法蘭式液位變送器出現(xiàn)振動馬達(dá)早期損壞問題，采用數(shù)字化液壓測試技術(shù)進(jìn)行測試，測試結(jié)果表明，液壓升壓過快，壓力過高，關(guān)閉時出現(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)良的動力學(xué)特性和可控制性，并具有效率高、振動小、噪聲低、無污染、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點,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下壓力及振動力較大，容易出現(xiàn)故障，本文介紹采用數(shù)字化液壓測試技術(shù)，對某單法蘭液位變送器進(jìn)行故障檢測的方法。

 

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)的動力源驅(qū)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(jié)構(gòu)如圖1b所示。打樁時夾緊缸2驅(qū)動夾鉗（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，再啟動單法蘭液位變送器的振動器，利用挖掘機(jī)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(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(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控制振動馬達(dá)1、夾緊缸2、回轉(zhuǎn)馬達(dá)3動作。該單法蘭液位變送器高擋位時振動馬達(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，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)字式測試儀進(jìn)行測試，并通過對測試曲線進(jìn)行分析，找到振動馬達(dá)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(xiàn)在振動馬達(dá)，需對振動馬達(dá)進(jìn)行如下測試：一是測試振動馬達(dá)的壓力沖擊及單位時間壓力增量，即對“壓力梯度”進(jìn)行測試；二是測試振動馬達(dá)的轉(zhuǎn)速；三是振動馬達(dá)停止時的吸空情況。

 

3.2測試儀器

使用HPM4030型測試儀進(jìn)行測試，該測試儀為數(shù)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(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。

振動馬達(dá)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(huán)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(shè)定為35MPa。

 

 

4測試過程

為了了解挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的運行情況，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)速測試

測試振動馬達(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，我們數(shù)出脈動頻率以確定振動馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。圖4中脈動為60次/s，換算后得到馬達(dá)轉(zhuǎn)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(dá)，排量分別為125mL/r和107mL/r，再分別進(jìn)行了測試。安裝125mL/r馬達(dá)測得的曲線如圖5所示，啟動壓力為36.3MPa。安裝107mL/r馬達(dá)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(fù)載不變，振動馬達(dá)的輸入壓力與排量成反比，故2種振動馬達(dá)壓力比值為0.856。

4.3測試振動馬達(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)實現(xiàn)振動，當(dāng)液壓油源突然停止時，由于慣性的原因，偏心塊會繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，并驅(qū)動液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)。該單法蘭液位變送器進(jìn)油口由于斷油無壓力，振動馬達(dá)的繼續(xù)旋轉(zhuǎn)會產(chǎn)生吸空趨勢，而原來的回油口則由于閥的關(guān)閉，振動馬達(dá)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)會使其回油腔壓力增高，進(jìn)油腔出現(xiàn)吸空現(xiàn)象�？辙D(zhuǎn)時間可達(dá)17s，如圖 7 所示。

5故障原因分析

對以上測試結(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：一是測試液壓馬達(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(shè)計載荷，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

在振動馬達(dá)進(jìn)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(jī)備用控制閥6和電磁控制閥塊5關(guān)閉時，振動馬達(dá)在自泵油模式將封閉油腔導(dǎo)通，以滿足振動馬達(dá)的瞬間流量。

檢測排油量107mL/r的振動馬達(dá)轉(zhuǎn)速達(dá)3600r/min，振動馬達(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頻率應(yīng)為40～45Hz，振動馬達(dá)的轉(zhuǎn)速應(yīng)控制在2400～2800r/min，振動馬達(dá)轉(zhuǎn)速取2500r/min為宜，計算出流量應(yīng)為267.5L/min。

在選擇單向閥時，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馬達(dá)，如選擇排量為107mL/r的振動馬達(dá)并控制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，將流量控制在合理范圍內(nèi)。

 

 

7改進(jìn)效果

7.1檢測結(jié)果

我們對改進(jìn)效果進(jìn)行了測試驗證。測試結(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，啟動壓力得到制控，達(dá)到30MPa。停止后，振動馬達(dá)泵油模式時壓力仍然有一定負(fù)壓，但是負(fù)壓的時間僅僅為0.3s。7.2結(jié)論通過對系統(tǒng)的檢測，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)字化液壓測試技術(shù)，使我們對該方法認(rèn)識得到提高：一是數(shù)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(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)，對液壓系統(tǒng)故障診斷幫助很大。