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【摘要】本文针对调速型液力偶合器故障诊断与分析，结合理论实践，在简要阐述调速型液力偶合器运行原理的基础上，分析了其具有的特点，并对常见故障诊断进行了研究分析。分析结果表明，引发调速型液力偶合器故障的因素比较多，需要开展综合分析，找到引发故障的根源，进行针对性处理，才能保证调速型液力偶合器持续、安全、稳定运行。
【关键词】调速型液力偶合器;振动;转子;精度
【引言】调速型液力偶合器是一种介于电动机和工作机之间的液体传动装置，在电机驱动下，调节工作腔内的冲液量，从而改造工作机的转速。和传统耦合器相比，调速型液力偶合器的动力传动更加稳定，转速调节更加灵敏准确，被广泛应用在各大领域。但在运行中受到的影响因素比较多，容易发生故障，从而影响其运行的稳定性和安全性。基于此，开展调速型液力偶合器故障诊断与分析就显得尤为重要。
1、调速型液力偶合器的工作原理
调速型液力偶合器由泵轮、涡轮、转动外壳等结构共同组成。在密封空腔中充满了工作油，且泵轮和涡轮呈现对称布置，二者的流到几何形状基本相同。在运行中工作轮叶片是径向布置的真叶片，原动机驱动泵在旋转过程中，工作油在泵轮业片作用下，向外缘流动，在离心水泵出口位置，形成高速、高压液流，进入涡轮时会对涡轮叶片造成冲击，从而带动涡轮和泵轮实现同向旋转【1】。此时，工作油在涡轮中从外缘向内侧流动时发生减速减压后再回流到泵轮进口位置，传递能量的主要介质是工作油，在调速型液力偶合器运行中，泵轮的主要作用是将原动机的机械能传给被驱动机械。通过改变工作腔中工作油的充满度，就可以在输入轴转速保持不变的状态下，无级改变输出轴的转速，具体调速原理如图1所示：
2、调速型液力偶合器的特点
第一，和普通耦合器相比，调速型液力偶合器可在原动机转速不变的条件下，实现连续无级调节被驱动机械设备的转速，如果和离心式风机、水泵等相互配合时，其调速范围在1～1/4之间，和活塞式机械设备配合时，调速范围在1～1/3之间。
第二，调速型液力偶合器还能促使电机空载启动，无需选择功率较大的电动机，大大降低了电网负荷波动。
第三，调速型液力偶合器还具有良好的过载保护性能，可保证机械设备运行的安全性。
3、调速型液力偶合器故障诊断与分析
3.1振动故障诊断分析
旋转型机械设备的工作都是通过旋转运动来体现的，而转子在运动时，难免会形成振动，这一点是客观存在的几乎无法得到有效规避，如果形成的振动过大，就会降低机械设备的工作性能和运行的安全性。此外，一些零部件受到附加荷载的影响时会加速磨损，导致其具有的性能进一步劣化。转子振动形成的主要原因是转子涡动，多数情况下，电机转子的轴心线呈现水平状态，同时转子的两个支撑都处于相同水平面上，而泵轮和涡轮都位于两个支承点的中间位置，在静止状态下，受到重力的作用，出现如图1所示的状态：
轉子转动之后，在离心力的作用下，会形成动挠度。在此种状态下，转子可有两种运动方式，其一是转子进行自动转动，在图1中转子绕着的AO/B转动，其二是转子进行弓形转动，也就是绕着AB轴线进行转动。无论哪种运动方式，转子的中心O在相互垂直的两个方向上按照一定的频率做间谐振动，其运动轨迹可看做是一个椭圆，此种运动时方式被称之为涡动【2】。但在实际运行中，重心位置的变换转子在平面位置上时刻发生变化。使得转子对O的动量矩方向也在不断变化，从而影响转子的临界转速。旋转的机械设备在启动或者停止时，经过某一转速时，会发生剧烈震动，表明此转速的数值比较接近横向自由振动的固有频率。和此频率相互对应的转速就转子的临界速度。
从传动的角度来看，调速型液力偶合器是通过柔性轴来传动的，在启动时，必然会经过临界转速，设备振动也就愈发明显。此外，影响临界转速的因素还有弹性支承，存在一定的弹性变形。通过弹性支承，可促使转子的临界转速明显降低，在具体选择时，在离心力的作用下，必然会形成振动，在转子圆周上转动方向上的任何一点，都可以得到的最大振动值，此点即为振动的最高点，转子在高速转动时，振动最高点和重心有所偏差，表现为最高点总是滞后于重心某个相位，这一点是惯性的作用【3】。通过波德图，可清楚看出机械振动烈度。 通过上述分析可知，对调速型液力偶合器而言，临界转速是振动影响工况条件下平衡运动的关键，为降低震动对调速型液力偶合器造成影响。需要保证调速型液力偶合器的工作转速不等于临界转速，从而保证设备稳定运行。
3.2转子失衡故障诊断分析
保证调速型液力偶合器中泵轮和涡轮运行的平衡性，是提升调速型液力偶合器运行安全性和稳定性的关键。引发转子失衡的因素包括：转子结构内部密度不够均匀、加工误差较大、装配是误差过大等。转子在运行中，重心和旋转中心偏移过大。转子在高速旋转时会形成较大的离心力，通过轴承作用到机械设备上，从而引起强烈振动，加速轴承磨损，降低机械设备的工作精度，缩短使用寿命。因此，必须对转子进行平衡检测，发现问题及时调整。保证转子的旋转轴线能够和中心的主惯性轴线相互重合，降低轴线旋转的离心力。为达到这一目标，就必须切实做好两个方面，一方面，做好质量校正，保证中心惯性轴线和轴线相互重合;另一方面，在中心主惯性轴线位置上构建轴线，并消除动不平衡【4】。
动平衡校正方法有三种，其一加重，其二是减重，其三是调整校正质量。在动平衡调整之前，需要先确定平衡工艺，在垂直于旋转轴线的平面上进行调整。为保证调整质量，需要格外重视以下两个问题：
第一，平衡只能在有限个校正面上进行，在特定转速下求得平衡，在另外一个转速下，会再次发生不平衡问题。如果动平衡校正不合理， 会加剧另一个转速下的不平衡。
第二，回转体普遍存在不平衡振动响应问题，既和不平衡量的大小及相位密切相关，也和回转体自身的运行参数、支承条件、转速等因素密切相关时。 为保证动平衡检测效果，整个平衡检测都要在动平衡机上完成，平衡精度和转子的偏心距、角速度、最大工作转速三个因素有关。任何一个因素发生问题，都会影响动平衡检测降低，要同时调整，以保证调速型液力偶合器工作的稳定性。
3.3安装找正精度故障诊断分析
调速型液力偶合器和工作机之间，需要通过挠性联轴器来完成传动，以补偿安装时轴线的径向偏差和角偏差。联轴器通过百分表来测量同轴度端面跳动度时，需要两半联轴节同步转动。找正精度对调速型液力偶合器运行的稳定性、安全性及使用寿命等方面皆有严重影响【5】。因此，在确定机组各轴端间距时，必须充分考虑电机和工作机启动时形成的轴向窜量，同时保证联轴器之间有充裕的间隙，避免轴向窜动形成的冲击力损耗机械设备。
【结束语】
综上所述，本文结合理论实践，分析了调速型液力偶合器故障诊断，分析结果表明，调速型液力偶合器是一种高速运行的旋转设备，在进行故障诊断时，多采用振动测试仪、加速度测试仪等，针对那些突然发生剧烈振动能起到良好的预知预防作用。影响调速型液力偶合器运行质量的因素比较多在，在故障诊断时要尽量从多个方面同时入手，以便及时发现故障所在，及时制定有针对性的解决方法，保证调速型液力偶合器运行的稳定性和安全性。
【参考文献】
[1]卢秀泉，胡春玉，柴亚龙，etal.动态调速工况液力偶合器瞬态流场PIV试验[J].华中科技大学学报：自然科学版，2019（4）：50-54.
[2]范丽丹，马文星，柴博森，etal.液力偶合器氣液两相流动的数值模拟与粒子图像测速[J].农业工程学报，2011，27（11）：66-70.
[3]柴博森，马文星，刘春宝.基于互相关算法的液力偶合器内部流场分析[J].农业机械学报，2011，42（12）：38-42.
[4]张彦禄，王腾，宋德军，etal.刮板输送机液力偶合器软启动系统研发[J].煤炭科学技术，2014（9）：61-66.
[5]何延东，马文星，邓洪超，刘刚.基于CFD的调速型液力偶合器设计方法[J].农业机械学报（6）：31-36.
作者简介：张彦龙，19870508，男，籍贯：陕西省神木市，民族：汉，学历：大专，现有职称：助理工程师，研究方向：电气。