調(diào)速型液力偶合器故障診斷與分析

【摘要】本文針對調(diào)速型液力偶合器故障診斷與分析，結(jié)合理論實踐，在簡要闡述調(diào)速型液力偶合器運行原理的基礎(chǔ)上，分析了其具有的特點，并對常見故障診斷進行了研究分析。分析結(jié)果表明，引發(fā)調(diào)速型液力偶合器故障的因素比較多，需要開展綜合分析，找到引發(fā)故障的根源，進行針對性處理，才能保證調(diào)速型液力偶合器持續(xù)、安全、穩(wěn)定運行。

【關(guān)鍵詞】調(diào)速型液力偶合器;振動;轉(zhuǎn)子;精度

【引言】調(diào)速型液力偶合器是一種介于電動機和工作機之間的液體傳動裝置，在電機驅(qū)動下，調(diào)節(jié)工作腔內(nèi)的沖液量，從而改造工作機的轉(zhuǎn)速。和傳統(tǒng)耦合器相比，調(diào)速型液力偶合器的動力傳動更加穩(wěn)定，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)更加靈敏準確，被廣泛應用在各大領(lǐng)域。但在運行中受到的影響因素比較多，容易發(fā)生故障，從而影響其運行的穩(wěn)定性和安全性?；诖耍_展調(diào)速型液力偶合器故障診斷與分析就顯得尤為重要。

1、調(diào)速型液力偶合器的工作原理

調(diào)速型液力偶合器由泵輪、渦輪、轉(zhuǎn)動外殼等結(jié)構(gòu)共同組成。在密封空腔中充滿了工作油，且泵輪和渦輪呈現(xiàn)對稱布置，二者的流到幾何形狀基本相同。在運行中工作輪葉片是徑向布置的真葉片，原動機驅(qū)動泵在旋轉(zhuǎn)過程中，工作油在泵輪業(yè)片作用下，向外緣流動，在離心水泵出口位置，形成高速、高壓液流，進入渦輪時會對渦輪葉片造成沖擊，從而帶動渦輪和泵輪實現(xiàn)同向旋轉(zhuǎn)【1】。此時，工作油在渦輪中從外緣向內(nèi)側(cè)流動時發(fā)生減速減壓后再回流到泵輪進口位置，傳遞能量的主要介質(zhì)是工作油，在調(diào)速型液力偶合器運行中，泵輪的主要作用是將原動機的機械能傳給被驅(qū)動機械。通過改變工作腔中工作油的充滿度，就可以在輸入軸轉(zhuǎn)速保持不變的狀態(tài)下，無級改變輸出軸的轉(zhuǎn)速，具體調(diào)速原理如圖1所示：

2、調(diào)速型液力偶合器的特點

第一，和普通耦合器相比，調(diào)速型液力偶合器可在原動機轉(zhuǎn)速不變的條件下，實現(xiàn)連續(xù)無級調(diào)節(jié)被驅(qū)動機械設(shè)備的轉(zhuǎn)速，如果和離心式風機、水泵等相互配合時，其調(diào)速范圍在1～1/4之間，和活塞式機械設(shè)備配合時，調(diào)速范圍在1～1/3之間。

第二，調(diào)速型液力偶合器還能促使電機空載啟動，無需選擇功率較大的電動機，大大降低了電網(wǎng)負荷波動。

第三，調(diào)速型液力偶合器還具有良好的過載保護性能，可保證機械設(shè)備運行的安全性。

3、調(diào)速型液力偶合器故障診斷與分析

3.1振動故障診斷分析

旋轉(zhuǎn)型機械設(shè)備的工作都是通過旋轉(zhuǎn)運動來體現(xiàn)的，而轉(zhuǎn)子在運動時，難免會形成振動，這一點是客觀存在的幾乎無法得到有效規(guī)避，如果形成的振動過大，就會降低機械設(shè)備的工作性能和運行的安全性。此外，一些零部件受到附加荷載的影響時會加速磨損，導致其具有的性能進一步劣化。轉(zhuǎn)子振動形成的主要原因是轉(zhuǎn)子渦動，多數(shù)情況下，電機轉(zhuǎn)子的軸心線呈現(xiàn)水平狀態(tài)，同時轉(zhuǎn)子的兩個支撐都處于相同水平面上，而泵輪和渦輪都位于兩個支承點的中間位置，在靜止狀態(tài)下，受到重力的作用，出現(xiàn)如圖1所示的狀態(tài)：

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動之后，在離心力的作用下，會形成動撓度。在此種狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子可有兩種運動方式，其一是轉(zhuǎn)子進行自動轉(zhuǎn)動，在圖1中轉(zhuǎn)子繞著的AO/B轉(zhuǎn)動，其二是轉(zhuǎn)子進行弓形轉(zhuǎn)動，也就是繞著AB軸線進行轉(zhuǎn)動。無論哪種運動方式，轉(zhuǎn)子的中心O在相互垂直的兩個方向上按照一定的頻率做間諧振動，其運動軌跡可看做是一個橢圓，此種運動時方式被稱之為渦動【2】。但在實際運行中，重心位置的變換轉(zhuǎn)子在平面位置上時刻發(fā)生變化。使得轉(zhuǎn)子對O的動量矩方向也在不斷變化，從而影響轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。旋轉(zhuǎn)的機械設(shè)備在啟動或者停止時，經(jīng)過某一轉(zhuǎn)速時，會發(fā)生劇烈震動，表明此轉(zhuǎn)速的數(shù)值比較接近橫向自由振動的固有頻率。和此頻率相互對應的轉(zhuǎn)速就轉(zhuǎn)子的臨界速度。

從傳動的角度來看，調(diào)速型液力偶合器是通過柔性軸來傳動的，在啟動時，必然會經(jīng)過臨界轉(zhuǎn)速，設(shè)備振動也就愈發(fā)明顯。此外，影響臨界轉(zhuǎn)速的因素還有彈性支承，存在一定的彈性變形。通過彈性支承，可促使轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速明顯降低，在具體選擇時，在離心力的作用下，必然會形成振動，在轉(zhuǎn)子圓周上轉(zhuǎn)動方向上的任何一點，都可以得到的最大振動值，此點即為振動的最高點，轉(zhuǎn)子在高速轉(zhuǎn)動時，振動最高點和重心有所偏差，表現(xiàn)為最高點總是滯后于重心某個相位，這一點是慣性的作用【3】。通過波德圖，可清楚看出機械振動烈度。 通過上述分析可知，對調(diào)速型液力偶合器而言，臨界轉(zhuǎn)速是振動影響工況條件下平衡運動的關(guān)鍵，為降低震動對調(diào)速型液力偶合器造成影響。需要保證調(diào)速型液力偶合器的工作轉(zhuǎn)速不等于臨界轉(zhuǎn)速，從而保證設(shè)備穩(wěn)定運行。

3.2轉(zhuǎn)子失衡故障診斷分析

保證調(diào)速型液力偶合器中泵輪和渦輪運行的平衡性，是提升調(diào)速型液力偶合器運行安全性和穩(wěn)定性的關(guān)鍵。引發(fā)轉(zhuǎn)子失衡的因素包括：轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)內(nèi)部密度不夠均勻、加工誤差較大、裝配是誤差過大等。轉(zhuǎn)子在運行中，重心和旋轉(zhuǎn)中心偏移過大。轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)時會形成較大的離心力，通過軸承作用到機械設(shè)備上，從而引起強烈振動，加速軸承磨損，降低機械設(shè)備的工作精度，縮短使用壽命。因此，必須對轉(zhuǎn)子進行平衡檢測，發(fā)現(xiàn)問題及時調(diào)整。保證轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線能夠和中心的主慣性軸線相互重合，降低軸線旋轉(zhuǎn)的離心力。為達到這一目標，就必須切實做好兩個方面，一方面，做好質(zhì)量校正，保證中心慣性軸線和軸線相互重合;另一方面，在中心主慣性軸線位置上構(gòu)建軸線，并消除動不平衡【4】。

動平衡校正方法有三種，其一加重，其二是減重，其三是調(diào)整校正質(zhì)量。在動平衡調(diào)整之前，需要先確定平衡工藝，在垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的平面上進行調(diào)整。為保證調(diào)整質(zhì)量，需要格外重視以下兩個問題：

第一，平衡只能在有限個校正面上進行，在特定轉(zhuǎn)速下求得平衡，在另外一個轉(zhuǎn)速下，會再次發(fā)生不平衡問題。如果動平衡校正不合理， 會加劇另一個轉(zhuǎn)速下的不平衡。

第二，回轉(zhuǎn)體普遍存在不平衡振動響應問題，既和不平衡量的大小及相位密切相關(guān)，也和回轉(zhuǎn)體自身的運行參數(shù)、支承條件、轉(zhuǎn)速等因素密切相關(guān)時。

為保證動平衡檢測效果，整個平衡檢測都要在動平衡機上完成，平衡精度和轉(zhuǎn)子的偏心距、角速度、最大工作轉(zhuǎn)速三個因素有關(guān)。任何一個因素發(fā)生問題，都會影響動平衡檢測降低，要同時調(diào)整，以保證調(diào)速型液力偶合器工作的穩(wěn)定性。

3.3安裝找正精度故障診斷分析

調(diào)速型液力偶合器和工作機之間，需要通過撓性聯(lián)軸器來完成傳動，以補償安裝時軸線的徑向偏差和角偏差。聯(lián)軸器通過百分表來測量同軸度端面跳動度時，需要兩半聯(lián)軸節(jié)同步轉(zhuǎn)動。找正精度對調(diào)速型液力偶合器運行的穩(wěn)定性、安全性及使用壽命等方面皆有嚴重影響【5】。因此，在確定機組各軸端間距時，必須充分考慮電機和工作機啟動時形成的軸向竄量，同時保證聯(lián)軸器之間有充裕的間隙，避免軸向竄動形成的沖擊力損耗機械設(shè)備。

【結(jié)束語】

綜上所述，本文結(jié)合理論實踐，分析了調(diào)速型液力偶合器故障診斷，分析結(jié)果表明，調(diào)速型液力偶合器是一種高速運行的旋轉(zhuǎn)設(shè)備，在進行故障診斷時，多采用振動測試儀、加速度測試儀等，針對那些突然發(fā)生劇烈振動能起到良好的預知預防作用。影響調(diào)速型液力偶合器運行質(zhì)量的因素比較多在，在故障診斷時要盡量從多個方面同時入手，以便及時發(fā)現(xiàn)故障所在，及時制定有針對性的解決方法，保證調(diào)速型液力偶合器運行的穩(wěn)定性和安全性。

【參考文獻】

[1]盧秀泉，胡春玉，柴亞龍，etal.動態(tài)調(diào)速工況液力偶合器瞬態(tài)流場PIV試驗[J].華中科技大學學報：自然科學版，2019（4）：50-54.

[2]范麗丹，馬文星，柴博森，etal.液力偶合器氣液兩相流動的數(shù)值模擬與粒子圖像測速[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2011，27（11）：66-70.

[3]柴博森，馬文星，劉春寶.基于互相關(guān)算法的液力偶合器內(nèi)部流場分析[J].農(nóng)業(yè)機械學報，2011，42（12）：38-42.

[4]張彥祿，王騰，宋德軍，etal.刮板輸送機液力偶合器軟啟動系統(tǒng)研發(fā)[J].煤炭科學技術(shù)，2014（9）：61-66.

[5]何延東，馬文星，鄧洪超，劉剛.基于CFD的調(diào)速型液力偶合器設(shè)計方法[J].農(nóng)業(yè)機械學報（6）：31-36.

作者簡介：張彥龍，19870508，男，籍貫：陜西省神木市，民族：漢，學歷：大專，現(xiàn)有職稱：助理工程師，研究方向：電氣。